UNIVERSIDAD DE IBAGUÉ
Evaluación Del Comportamiento De Un Concreto No Convencional
Adicionando Cenizas Volcánicas Del Volcán Cerro Machín
Paula Andrea Palacio Ríos
Carlos Andrés Orjuela González
Universidad de Ibagué
Facultad de Ingeniería
Ingeniería Civil
Ibagué, Tolima
2019
2
Evaluación Del Comportamiento De Un Concreto No Convencional
Adicionando Cenizas Volcánicas Del Volcán Cerro Machín
Paula Andrea Palacio Ríos
Carlos Andrés Orjuela González
Trabajo de Grado para Obtener el título de:
Ingeniero Civil
Directora:
Magister - Ingeniería Civil
Isabel Cristina Rojas Rodríguez
Universidad de Ibagué
Facultad de Ingeniería
Ingeniería Civil
Ibagué, Tolima
2019
3
RESUMEN
Mediante el presente trabajo de investigación se pretende desarrollar un análisis
de las propiedades mecánicas del concreto modificado con cenizas volcánicas
del Volcán Cerro Machín a diferencia de las características que presenta un
concreto convencional, para así poder observar y evidenciar tanto las ventajas
como las desventajas de este material frente a algunos aspectos importantes en
el mercado de la construcción como lo son la resistencia a la compresión, calidad
del concreto y reacción frente a elementos como el acero.
Para tal fin se realizarán pruebas especificadas en la (NTC), Normas Técnicas
Colombianas, las cuales manejan concretamente los procesos de producción y
control de calidad del concreto como lo es la NTC 77 Concretos; además de
emplear también algunos de los ensayos para la clasificación de los agregados
tanto finos como gruesos en la INVE 2013 - sección 200, 400, Normas de
ensayos de materiales para carreteras.
Se espera que al final de la investigación, la información obtenida pueda ser
aprovechada por profesionales de ingeniería civil y también por aquellos de
carreras afines, con el fin de que concretos de este tipo sean empleados en el
amplio campo de la construcción.
4
ABSTRACT
By means of the present research work, we intend to develop an analysis of the
mechanical properties of concrete modified with volcanic ash from Cerro Machín,
unlike the characteristics of a conventional concrete, in order to observe and
demonstrate both the advantages and the disadvantages of this material. Faced
with some important aspects in the construction market such as compression
resistance, concrete quality and reaction to elements such as steel.
For this purpose, tests will be carried out specified in the (NTC), Colombian
Technical Standards, which specifically handle the processes of production and
quality control of concrete as it is the NTC 77 Concretes; in addition to using some
of the tests for the classification of both fine and coarse aggregates in INVE 2013
- section 200, Testing standards for road materials.
It is expected that at the end of the investigation, the information obtained can be
used by civil engineering professionals and also by those of related careers, in
order that concretes of this type are used in the wide field of construction.
5
ÍNDICE GENERAL
1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 14
2. JUSTIFICACIÓN ........................................................................................ 15
3. ALCANCE DEL TRABAJO ........................................................................ 16
4. OBJETIVOS ............................................................................................... 17
4.1 General ............................................................................................... 17
4.2 Específicos .......................................................................................... 17
5. CAPÍTULO I. ESTADO DEL ARTE ............................................................ 18
5.1 Escoria y Ceniza Volcánica del Distrito de Yura ................................. 18
5.2 Uso De Ceniza Volcánica Como Puzolana Natural En Mezclas De
Hormigón ...................................................................................................... 19
5.3 Construcciones con Ceniza Volcánica pueden ser más Resistentes y
Ecológicas ..................................................................................................... 21
5.4 Propiedades del concreto fabricado con ceniza volcanica ...................... 22
6. CAPÍTULO II. METODOLOGÍA ................................................................. 23
6.1 Recolección de Materia Prima ............................................................ 25
6.2 Ensayos de Laboratorio ...................................................................... 26
6.2.1 Granulometría y Clasificación de los Agregados .......................... 26
6.2.3 Peso Unitario de los Agregados en Estado Suelto y Compacto ... 27
6.2.4 Densidad y Porcentaje de Absorción de los Agregados ............... 28
6.2.5 Resistencia a la Degradación del Agregado Grueso por medio de la
Maquina de los Ángeles ............................................................................. 29
6.2.6 Resistencia a la Degradación por Absorción del Agregado Grueso
por medio del Aparato Micro-Deval ........................................................... 29
6.2.7 Corte Directo en condición Consolidada Drenada ........................ 30
6.3 Diseño y Elaboración de Mezcla ......................................................... 30
6.4 Control de Calidad............................................................................... 31
6
6.4.1 Concreto en Estado Fresco .......................................................... 31
6.4.2 Concreto en Estado Endurecido ................................................... 31
7. CAPÍTULO III. RESULTADOS ................................................................... 31
7.1 Elaboración de los Ensayos de Laboratorio ........................................ 31
7.1.1 Gradación y Clasificación de los Agregados Gruesos .................. 31
7.1.2 Gradación y Clasificación de los Agregados Finos (Arenas) ........ 35
7.1.3 Gradación de los Agregados Finos (Ceniza Volcánica) ................ 38
7.1.4 Equivalente de Arena de Suelos y Agregados Finos, INV E 133-
13…….. ...................................................................................................... 41
7.1.5 Densidad Bulk (Peso Unitario) de los Agregados en Estado Suelto y
Compacto, INV E 217-13 ........................................................................... 43
7.1.6 Densidad, Densidad Relativa (GS) y Absorción del Agregado
Grueso.. ..................................................................................................... 46
7.1.7 Densidad, Densidad Relativa (GS) y Absorción del Agregado
Fino…… ..................................................................................................... 47
7.1.8 Resistencia a la Degradación de los Agregados de tamaños
menores de 37,5 Mm (1 ½”) por medio de la Máquina de Los Ángeles, INV
E 218-13 .................................................................................................... 49
7.1.9 Determinación de la Resistencia del Agregado Grueso a la
Degradación por Absorción, Utilizando el Aparato Micro-Deval, INV E 238-
13…….. ...................................................................................................... 51
7.1.10 Ensayo de Corte Directo en condición Consolidada Drenada (CD),
INV E 154-13 (Ceniza Volcánica) .............................................................. 54
7.2 Diseño de la Mezcla ............................................................................ 58
7.2.1 Chequeo de Asentamiento ........................................................... 58
7.2.2 Chequeo de Tamaño Máximo Nominal (TMN) ............................. 59
7.2.3 Estimar el Contenido de Aire ........................................................ 60
7.2.4 Estimar Cantidad de Agua ............................................................ 60
7.2.5 Elegir Relación Agua – Cemento .................................................. 62
7
7.2.6 Calcular Contenido de Cemento ................................................... 64
7.2.7 Verificación de Especificaciones Granulométricas ....................... 64
7.2.8 Calculo Cantidad de Agregados Gruesos y Finos ........................ 68
7.2.9 Calculo Cantidad de Agregados Gruesos y Finos ........................ 69
7.3 Elaboración de Mezcla Convencional ................................................. 70
7.4 Elaboración de Mezcla con Proporción de Ceniza Volcánica ............. 71
7.4.1 Proporción del 30% ...................................................................... 71
7.4.2 Proporción del 10% ...................................................................... 73
7.4.3 Proporción del 5% ........................................................................ 75
7.5 Verificación del Control de Calidad del Concreto Convencional ......... 77
7.6 Verificación del Control de Calidad del Concreto con Proporción de
Ceniza Volcánica .......................................................................................... 78
7.6.1 Cilindros con Inclusión de Varillas de Acero ................................. 81
8. ANÁLISIS DE COSTOS MEDIANTE UNA OBRA DE PLACA HUELLA .... 85
8.1 Presupuesto Empleando Concreto Convencional ............................... 85
8.1.1 Presupuesto General .................................................................... 85
8.1.2 Análisis de Precios Unitarios ........................................................ 86
8.2 Presupuesto con Reemplazo de 10% de Cemento en el Concreto con
Ceniza Volcánica .......................................................................................... 93
8.2.1 Presupuesto General .................................................................... 93
8.2.2 Análisis de Precios Unitarios ........................................................ 94
9. CAPÍTULO IV. CONCLUSIONES .............................................................. 95
10. CAPÍTULO V. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................ 98
11. ANEXOS .............................................................................................. 101
8
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Esquema de la metodología experimental. ........................................ 24
Tabla 2. Gradación de agregados gruesos. ..................................................... 32
Tabla 3. Gradación de agregados finos (Arena). .............................................. 35
Tabla 4. Gradación de agregados finos (Ceniza Volcánica)............................. 39
Tabla 5. Datos obtenidos en la lectura de las probetas. ................................... 41
Tabla 6. Tabla 630.1, Requisitos del agregado fino para concreto estructural,
tomada del Instituto Nacional de Vías INVIAS, Art 630-1. ................................ 42
Tabla 7. Tabla 218-1, Granulometrías de las muestras de ensayo, tomada de la
Norma de Ensayo de materiales para carreteras del INVIAS, Sección 200,
agregados pétreos. .......................................................................................... 49
Tabla 8. Numero de esferas según la granulometría de la muestras de ensayo,
tomada de la Norma de Ensayo de materiales para carreteras del INVIAS,
Sección 200, agregados pétreos. ..................................................................... 50
Tabla 9. Datos obtenidos en el laboratorio. ...................................................... 50
Tabla 10. Tabla 630-3, Requisitos de agregados grueso para concreto
estructural, tomada de las Especificaciones Generales de Construcción del
INVIAS, Art 630. ............................................................................................... 51
Tabla 11. INV E-238-13, sección 7,3 Distribución de las masas para el ensayo,
tomada de la Norma de Ensayo de materiales para carreteras del INVIAS,
Sección 200, agregados pétreos. ..................................................................... 52
Tabla 12. Datos obtenidos en el laboratorio. .................................................... 52
Tabla 13. Tramo de la tabla 330-2, Requisitos de agregados para bases
granulares, tomada de las Especificaciones Generales de Construcción del
INVIAS, Art 330. ............................................................................................... 53
Tabla 14. Datos de fuerza de corte y deformación prueba 1. ........................... 54
Tabla 15. Datos de fuerza de corte y deformación prueba 2. ........................... 55
Tabla 16. Datos de fuerza de corte y deformación prueba 3. ........................... 56
Tabla 17. Esfuerzos totales. ............................................................................ 57
Tabla 18. Resistencia de la mezcla. ................................................................. 63
Tabla 19. Tabla de volúmenes ......................................................................... 64
Tabla 20. Especificaciones granulométricas .................................................... 65
Tabla 21. Granulometría de Fuller y Thomson. ................................................ 65
9
Tabla 22. Granulometría de Fuller y ajuste. ..................................................... 66
Tabla 23. Granulometría de la grava. ............................................................... 66
Tabla 24.Granulometría de la arena. ................................................................ 67
Tabla 25. Proporción de agregados. ................................................................ 68
Tabla 26. Pesos específicos. ............................................................................ 68
Tabla 27. Diseño de la mezcla. ........................................................................ 68
Tabla 28. Volumen de los cilindros para la mezcla. ......................................... 69
Tabla 29. Proporciones para la mezcla. ........................................................... 69
Tabla 30. Informe de mezcla de concreto. ....................................................... 70
Tabla 31. Falla de cilindros de concreto convencional, es decir sin reemplazo de
cemento............................................................................................................ 78
Tabla 32. Falla de cilindros de concreto combinado, con 30% de reemplazo de
cemento............................................................................................................ 79
Tabla 33. Falla de cilindros de concreto combinado, con 10% de reemplazo de
cemento............................................................................................................ 80
Tabla 34. Falla de cilindros de concreto combinado, con 5% de reemplazo de
cemento............................................................................................................ 80
Tabla 35. Reacción del acero en el concreto combinado con diferentes
proporciones de ceniza volcánica. ................................................................... 82
Tabla 36. Reacción del concreto con reemplazo del 30% de cemento. ........... 83
Tabla 37. Reacción del concreto con reemplazo del 10% de cemento. ........... 84
Tabla 38. Reacción del concreto con reemplazo del 5% de cemento. ............. 84
Tabla 39. Presupuesto general de placa huella, concreto convencional. ......... 85
Tabla 40. AIU Excavaciones varias sin clasificar. ............................................ 86
Tabla 41. AIU Sub-base granular compactada................................................. 87
Tabla 42. AIU Mejoramiento de la sub-rasante con adición de material granular
(afirmado). ........................................................................................................ 88
Tabla 43. AIU Concreto clase D (3500 PSI), concreto convencional. .............. 89
Tabla 44. AIU Concreto clase G (ciclópeo). ..................................................... 90
Tabla 45. AIU Acero de refuerzo - Grado 60. ................................................... 91
Tabla 46. AIU Tubería en concreto reforzado 900 mm. ................................... 92
Tabla 47. Presupuesto general de placa huella, concreto combinado. ............ 93
Tabla 48. AIU Concreto clase D (3500 PSI), concreto combinado. .................. 94
10
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. Curva granulométrica grava. ....................................................... 32
Ilustración 2. Curva granulométrica arena. ....................................................... 36
Ilustración 3. Curva granulométrica ceniza volcánica. ...................................... 39
Ilustración 4. Esfuerzo cortante Vs Deformación de las 3 pruebas. ................. 57
Ilustración 5. Esfuerzo Cortante Vs Normal...................................................... 58
Ilustración 6. Elección de asentamiento. .......................................................... 59
Ilustración 7. Contenido aproximado de aire. ................................................... 60
Ilustración 8. Cantidad de agua con TMN. ....................................................... 61
Ilustración 9. Cantidad de agua con Asentamiento y TMN. .............................. 62
Ilustración 10. Gráfica de proporción relación agua - cemento. ....................... 63
Ilustración 11. Gráfica de granulometrías. ........................................................ 67
Ilustración 12. Mezcla de Concreto Convencional. ........................................... 69
Ilustración 13. Prueba de Asentamiento Concreto Convencional..................... 69
Ilustración 14. Llenado de Especímenes Concreto Convencional. ................... 70
Ilustración 15. Especímenes Concreto Convencional. ..................................... 70
Ilustración 16. . Mezcla de Concreto con 30% de ceniza. ................................ 71
Ilustración 17. Prueba de Asentamiento con 30% de Ceniza. .......................... 72
Ilustración 18. Especímenes Concreto con 30% de Ceniza. ............................ 73
Ilustración 19. Mezcla de Concreto con 10% de ceniza. .................................. 74
Ilustración 20. Prueba de Asentamiento con 10% de Ceniza. .......................... 74
Ilustración 21. Especímenes Concreto con 10% de Ceniza. ............................ 75
Ilustración 22. Mezcla de Concreto con 5% de ceniza. .................................... 76
Ilustración 23. Prueba de Asentamiento con 5% de Ceniza. ............................ 76
Ilustración 24. Especímenes Concreto con 5% de Ceniza. .............................. 77
Ilustración 25. Gráfica resistencias de concreto convencional. ........................ 78
Ilustración 26. Gráfica resistencias del concreto combinado, con 30% de
reemplazo de cemento. .................................................................................... 79
Ilustración 27. Gráfica resistencias del concreto combinado, con 10% de
reemplazo de cemento. .................................................................................... 80
Ilustración 28. Gráfica resistencias del concreto combinado, con 5% de
reemplazo de cemento. .................................................................................... 81
11
Ilustración 29. Tamices empleados para la clasificación del agregado grueso.
....................................................................................................................... 101
Ilustración 30. Porcentaje mayor de la muestra que queda retenida en el tamiz
de 0,5”. ........................................................................................................... 101
Ilustración 31. Agregado grueso empleado para el proceso de gradación,
después de pasar 24 h en el horno. ............................................................... 101
Ilustración 32. Tamices empleados para la clasificación del agregado fino. .. 101
Ilustración 33. Agregado fino empleado para el proceso de gradación, después
de pasar 24 h en el horno............................................................................... 101
Ilustración 34. Probetas con el contenido de arenas y llenadas hasta las 15” con
solución stock. ................................................................................................ 101
Ilustración 35 . Lectura de la arcilla después de 20 min de reposo. ............... 102
Ilustración 36. Lectura de la arena después de 20 min de reposo. ................ 102
Ilustración 37. Masa unitaria compacta para el agregado grueso. ................. 102
Ilustración 38. Masa unitaria compacta para el agregado liviano (Arena). ..... 102
Ilustración 39. Masa unitaria compacta para el agregado liviano (Ceniza
Volcánica)....................................................................................................... 102
Ilustración 40. Ensayo densidad y % adsorción, agregado grueso, peso de la
muestra saturada (sumergido en la canastilla), mediante la balanza mecánica.
....................................................................................................................... 102
Ilustración 41. Ensayo densidad y % adsorción, agregado grueso después de
pasar 24 ± 4 horas en el horno. ...................................................................... 103
Ilustración 42. Ensayo densidad y % adsorción, proceso de secado de la muestra
de agregado fino empleando un secador. ...................................................... 103
Ilustración 43. Ensayo densidad y % adsorción, determinación del estado SSS
de la arena. .................................................................................................... 103
Ilustración 44. Ensayo densidad y % adsorción, agregado fino, peso de la
muestra en estado SSS. ................................................................................ 103
Ilustración 45. Ensayo densidad y % adsorción, peso del picnómetro con los 500
gramos de arena y aforado el espacio restante con agua destilada. ............. 103
Ilustración 46. Máquina de los ángeles empleada para el ensayo. ................ 103
Ilustración 47. Muestra después de retirada de la máquina de los ángeles. .. 104
Ilustración 48.Muestra después del lavado sobre el tamiz # 12. .................... 104
12
Ilustración 49. Ensayo Micro-Deval, tamices empleados para obtener 750 g de
muestra. ......................................................................................................... 104
Ilustración 50. Ensayo Micro-Deval, tamices empleados para obtener 375 g de
muestra. ......................................................................................................... 104
Ilustración 51. Ensayo Micro-Deval, recipiente donde se pone la muestra, el agua
y las esferas magnéticas. ............................................................................... 104
Ilustración 52. Máquina del ensayo de Corte Directo. .................................... 104
Ilustración 53. Ensayo de Corte Directo, montaje del molde de la muestra. .. 104
Ilustración 54. Ensayo de Corte Directo, ubicación de la muestra en el recipiente.
....................................................................................................................... 105
Ilustración 55. Ensayo de Corte Directo, muestra consolidada drenada, para el
ensayo. ........................................................................................................... 105
Ilustración 56. Ensayo de Corte Directo, ubicación de la muestra en el equipo.
....................................................................................................................... 105
Ilustración 57. Pesaje del agregado grueso para la elaboración de la mezcla.
....................................................................................................................... 105
Ilustración 58. Pesaje del cemento para la elaboración de la mezcla. ........... 105
Ilustración 59. Pesaje del agregado fino (arena) para la elaboración de la mezcla.
....................................................................................................................... 105
Ilustración 60. Pesaje del agregado fino (ceniza) para la elaboración de la
mezcla. ........................................................................................................... 106
Ilustración 61. Medición del agua para la elaboración de la mezcla. .............. 106
Ilustración 62. Mezcla de concreto. ................................................................ 106
Ilustración 63. Probetas para encofrar el concreto. ........................................ 106
Ilustración 64. Cilindros para el ensayo de compresión. ................................ 106
Ilustración 65. Cilindros para la medición y posterior ensayo de compresión. 106
Ilustración 66. Pesaje de los cilindros. ........................................................... 107
Ilustración 67. Ensayo de compresión de los cilindros. .................................. 107
Ilustración 68. Resultado ensayo de compresión. .......................................... 107
Ilustración 69. Materiales para las probetas con varillas de acero. ................ 107
Ilustración 70. Cilindros con varillas de acero encofrados. ............................. 107
Ilustración 71. Cilindros con varillas de acero en la piscina de curado. .......... 107
Ilustración 72. Cilindros con varillas de acero. ............................................... 108
Ilustración 73. Medición del diámetro de los cilindros con varillas de acero. .. 108
13
Ilustración 74. Medición de la longitud de los cilindros con varillas de acero. 108
Ilustración 75. Resultados obtenidos 30% ceniza. ......................................... 108
Ilustración 76. Resultados obtenidos 10% ceniza. ......................................... 108
Ilustración 77. Resultados obtenidos 5% ceniza. ........................................... 108
14
1. INTRODUCCIÓN
El concreto es una mezcla de cemento, agregados gruesos y finos en diferentes
proporciones y agua, esta es una mezcla que gracias a sus propiedades tanto
en estado fresco (manejabilidad) como en estado endurecido (resistencia) ha
sido además de empleada, estudiada desde hace muchos años. Su aparición se
dio cuando “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”. (Revista
ARQHYS, 2012)
Por ser una mezcla que posee grandes propiedades se han realizado y se siguen
realizando trabajos de investigación como el presente, para observar el
comportamiento del concreto al ser combinado con otro material que le pueda
dar igual o mayor resistencia y así lograr optimizar y perfeccionar cada vez más
el área de la construcción con hormigón.
La ceniza volcánica ha sido uno de los materiales de los cuales se le ha
incorporado a la mezcla convencional de concreto teniendo en su mayoría muy
buenos resultados, gracias a sus propiedades “se señala que uno de los
elementos más abundantes en este tipo de polvo es la sílice, el cual es un
cementante natural” (Hablemos de Volcanes, 2016) y otra gran ventaja es que
este “es un material abundante alrededor de volcanes activos e inactivos en todo
el mundo, es natural y generalmente es considerada como un material de
desecho”. (Coutts M. V., 2018)
15
2. JUSTIFICACIÓN
La baja utilización de aditivos naturales en la mezcla de concreto convencional
en Colombia aun genera desconfianza tal vez por el desconocimiento técnico de
la viabilidad de realizar avances en la construcción con concretos modificados
con requisitos específicos, es por ello que una mejora en las características
mecánicas del concreto es de gran ayuda a los aportes de ingeniería y
construcción del país y más aun teniendo en cuenta que la ceniza volcánica es
un material que se encuentra en un amplio suministro alrededor de volcanes
activos e inactivos en Colombia, está naturalmente disponible además es
considerado como un material de desecho, ya que generalmente no tiene ningún
propósito generalizado (Diego Alexander Guerrero, 2013).
En este caso se estudiará la reacción y resistencia al combinar ciertos
porcentajes de ceniza volcánica extraída del volcán cerro machín en una mezcla
de concreto, este volcán perteneciente a la cadena volcánica de la Cordillera
Central colombiana, se localiza en el departamento del Tolima, en las
coordenadas geográficas 4° 29' N y 75° 22' O, a una distancia de 150 km al
suroccidente de Bogotá y a 17 km al oeste de Ibagué. El acceso se puede hacer
por un carreteable en pésimo estado que une a El Boquerón (carretera Ibagué -
Armenia) con Salento (Quindío); y desde Cajamarca, por la vía a Toche.
(Universidad del Valle, 2018)
Su historia geológica es muy corta y se caracteriza por su alta explosividad,
explicada por la composición dacítica de los productos volcánicos emitidos.
Tales productos son domos, tres de los cuales cierran el conducto volcánico,
depósitos de flujos piroclásticos de ceniza y pómez, de ceniza y bloques y de
16
oleadas piroclásticas, así como depósitos provenientes de flujos de lodo
(lahares). (Sevicio Geologico Colombiano, 2018).
Además de verificar cómo reaccionará el concreto con ceniza volcánica al ser
incorporado, varillas de acero, asimismo se realizará una comparación de
presupuesto de una placa huella realizada con mezcla convencional contra una
realizada con la combinación de ceniza volcánica, para así obtener los posibles
ahorros en cuanto a costos, teniendo en cuanta que no se afectara la resistencia
a la compresión del concreto en el proyecto.
3. ALCANCE DEL TRABAJO
La finalidad del trabajo es presentar los resultados de los ensayos
experimentales desarrollados en el laboratorio, comparando los resultados
obtenidos en con una mezcla de concreto convencional de resistencia de 3,500
Psi y asentamiento de 7 cm y concretos adicionando 30%, 10% y 5% de ceniza
volcánica extraída del Volcán Cerro Machín en relación a la proporción del
cemento.
Con este trabajo de investigación se contribuye a la caracterización de los
concretos adicionando ceniza volcánica en Colombia. Cabe resaltar que los
resultados son permitidos para la ceniza extraída del Volcán Cerro Machín por
las características del mismo.
17
4. OBJETIVOS
4.1 General
Evaluar el comportamiento de un concreto no convencional adicionando
cenizas volcánicas del Cerro Machín, trabajando para una resistencia a la
compresión de 3500 Psi y un asentamiento de 7cm.
4.2 Específicos
Determinar la resistencia a la compresión del concreto con cenizas
volcánicas.
Comparar las propiedades mecánicas del concreto modificado frente a
un concreto convencional.
Medir el ahorro en cuanto a costos de una obra realizada con concreto
convencional frente a un concreto combinado con ceniza volcánica.
18
5. CAPÍTULO I. ESTADO DEL ARTE
El análisis del estado del arte del presente trabajo de investigación es el que se
evidencia a continuación:
5.1 Escoria y Ceniza Volcánica del Distrito de Yura
Objetivo
Determinar si es factible emplear escoria y ceniza volcánicas del distrito de Yura
como agregados para la elaboración de concreto estructural liviano. (Ortiz, 2018)
Muestra
Se estudiarán propiedades físicas, mecánicas y volumétricas del concreto. Para
las propiedades físicas se tienen densidad plástica (72 muestras), densidad seca
al aire (72 muestras), densidad aparente (35) y densidad seca (35), así como la
absorción del concreto endurecido (35) y volumen de poros permeables (35),
slump del concreto fresco (4), contenido de aire en concreto fresco (8),
penetración de agua en concreto endurecido (8), conductividad térmica del
concreto endurecido (32). Y propiedades mecánicas del concreto endurecido:
resistencia a compresión (120), a tracción indirecta por compresión diametral
(28) y a flexión (4). (Ortiz, 2018)
Palabra Claves
Concreto estructural liviano, geología de los materiales volcánicos.
Resultados
Se puede confirmar que el concreto normal es un mejor conductor de calor que
el concreto ligero respecto a su densidad seca, lo que indica que el concreto
ligero es un mejor aislante que el concreto normal por unidad de volumen de
19
concreto. Esta superioridad del concreto normal aparentemente se manifiesta en
dos rangos de resistencia a compresión separados, el primero entre 210 y 295
kg/cm2, y el segundo entre 350 y 500 kg/cm2. El rango en que el ratio entre la
conductividad térmica por unidad de volumen es mayor para concreto ligero que
para el concreto normal es entre 295 y 350 kg/cm2. (Ortiz, 2018)
Conclusiones
La escoria y ceniza volcánicas son aptas física y químicamente para la
elaboración de concreto estructural liviano. (Ortiz, 2018)
El concreto estructural ligero tiene entre 4%, 17% 25% y 42% más de absorción
en estado endurecido que el concreto normal de 210, 280, 350, y 500 kg/cm2
respectivamente. (Ortiz, 2018)
5.2 Uso De Ceniza Volcánica Como Puzolana Natural En Mezclas De
Hormigón
Objetivo
Comparar los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con diferentes
cantidades de ceniza volcánica en estado crudo adicionada a la mezcla de
hormigón para encontrar cuál tiene mejor desempeño. (GUTIERREZ, 2016)
Muestra
Se precedió elaborar cilindros de 20 x 10 centímetros de diámetro con la mezcla
diseñada que serán sometidos a esfuerzos de compresión tal como lo detalla la
norma ASTM C39, la que establece proceso para elaborar mezclas, tamaño de
la muestra, proceso de curado y cómo realizar los ensayos.
20
En las mezclas se reemplazó por peso el 5%, 10%, 15% del cemento de la
mezcla. (GUTIERREZ, 2016)
Palabra Claves
Hormigón, mortero.
Resultados
Conforme lo muestran los ensayos de compresión y flexión, los resultados
obtenidos al reemplazar cemento por ceniza volcánica en estado crudo no fueron
satisfactorios para ningún porcentaje reemplazo. La resistencia a la compresión
de los cilindros ensayados se vio perjudicada notablemente, ninguno de los
cilindros elaborados para los diferentes porcentajes de reemplazo llegó a la
resistencia a la compresión deseada.
Para la mezcla de hormigón de f´c= 350 los resultados fueron positivos.
Conforme lo indican los resultados de las muestras ensayadas, el mejor
escenario fue el reemplazo del 10% de cemento por ceniza volcánica en estado
crudo. (GUTIERREZ, 2016)
Conclusiones
Pasado cierto límite de adición, la ceniza deja de aportar a las características
mecánicas del hormigón f’c= 350 y perjudica la capacidad de resistir esfuerzos
de compresión y flexión. (GUTIERREZ, 2016)
21
5.3 Construcciones con Ceniza Volcánica pueden ser más Resistentes y
Ecológicas
Objetivo
Probando el uso de otros materiales más amigables con el medio ambiente,
como las cenizas volcánicas. (Coutts M. V., 2018)
Resultados
La estudiante del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental (CEE) del MIT,
Stephanie Chin, quien participó en la investigación, explica que disminuir la
cantidad de energía que se necesita es “la principal motivación para tratar de
encontrar una alternativa. La ceniza volcánica se forma a altas temperaturas y
presión, sin embargo, la naturaleza hace todas esas reacciones químicas por
nosotros".
Según los cálculos de los investigadores, añadir este material 100% natural,
permite utilizar un 16% menos de energía para construir un vecindario con 26
edificios de concretos hechos con un 50% por ciento de ceniza volcánica. (Coutts
M. V., 2018)
Conclusiones
Al reemplazar el cemento tradicional por las rocas volcánicas pulverizadas, es
posible reducir la energía que se necesita para hacer concreto.
Analizaron los datos y concluyeron que reemplazar el 50% del cemento
tradicional por ceniza volcánica con un tamaño de partícula promedio de 17
micrómetros, puede reducir la energía incorporada del hormigón en un 16%. Y
si se quiere lograr que el concreto sea aún más resistente, se puede moler más
22
la ceniza y así aumenta significativamente la resistencia del hormigón (aunque
también la energía utilizada). (Coutts M. V., 2018)
5.4 Propiedades del concreto fabricado con ceniza volcanica
Palabra claves
Permeabilidad al cloruro, Fuerza compresiva, Hormigón, Resistividad eléctrica,
Hidratación, Mortero, Porosidad, Resistencia al sulfato, Ceniza volcánica.
Resultados
Hossain y Lachemi (2004) reportaron los resultados de residuos resistencia a la
compresión de hormigones realizados con 0 a 40% de volcanes. Cenizas
volcánicas como reemplazo de cemento por masa, sometidas a altas
temperaturas. Hasta 800 ◦C. La composición química de la ceniza volcánica era
óxido de calcio (6.1%), sílice (59.3%), alúmina (17.5%), óxido de hierro (7%),
trióxido de azufre (0,7%), magnesia (2,6%), óxido de sodio (3,8%), LOI (1%), y
su finura fue de 285 m2 / kg. Pruebas iniciales de contenido de aire, caída y
resistencia a la compresión de 28 días se llevaron a cabo, Los resultados de
resistencia a la compresión residual del concreto de ceniza volcánica (VAC), Se
observó que: a) de 25 a 200 ◦C, la VAC con 20–40% mostró un aumento en la
fuerza. La ganancia de fuerza se debió probablemente a la formación de
tobermorita, que se formó por reacción entre no hidratado de partículas y cal a
alta temperatura (Nasser y Marzouk, 1979). La fuerza de control OPC sin
embargo se redujo en un 14%. No El agrietamiento visible o el desprendimiento
se absorbieron en este rango de temperatura; b) de 200 a 400 ◦C, una
disminución significativa es la fuerza (19–33%) Se observó en VAC. Esta
reducción se debió a la estructura de los poros. Engrosamiento de tales
23
hormigones (Chan et al., 1996); c) la pérdida (59–73%) de resistencia se observó
en una temperatura de 400–600 ◦C distancia. El VAC funcionó mejor y no mostró
grietas excepto Grietas del cabello. El mejor rendimiento de VAC en temperatura
fue Debido a la cantidad reducida de Ca (OH) 2, que de otro modo resultó en
pérdida de fuerza y desintegración. (B.V., 2012)
Conclusiones
La ceniza volcánica cumple con los requisitos de ASTM C618 para materiales
puzolánicos, Tiene propiedades físicas y químicas que Indican claramente que
podría ser utilizado como reemplazo parcial de cemento, pasta y mortero, Por lo
tanto, también se puede utilizar en mezclas. Fabricación de cemento y hormigón.
(B.V., 2012)
6. CAPÍTULO II. METODOLOGÍA
En la tabla 1 se presenta el esquema de la metodología experimental empleada
en el trabajo de investigación.
25
La ceniza volcánica es el residuo que se produce cuando una erupción está a
punto de ocurrir o está ocurriendo. Las cenizas volcánicas poseen varios efectos
negativos en la gente que vive en la zona, incluso con varios casos en los que
ha bajado la temperatura global del planeta. La cantidad de problemas que la
ceniza puede causar depende en gran medida del tamaño de la erupción, pero
incluso la erupción más pequeña podría tener efectos medibles en un área.
(Volcanpedia, 2018)
Además, se sabe que el concreto es una mezcla de cemento, grava, arena,
aditivos y agua. Maleable en su forma líquida y de gran resistencia en su estado
sólido. (Argos, 2017), Para su elaboración se emplean grandes proporciones de
cemento para lo cual se necesita mucha energía, porque hay altas temperaturas
involucradas y es un proceso que tiene varias etapas. Además, el concreto es el
segundo material más utilizado en el mundo, por lo que la huella ambiental que
deja su elaboración, es bastante significativa: la producción de cemento Portland
tradicional (el más común en la construcción) representa aproximadamente el
5% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono (Coutts, 2018),
Con base a lo anterior, se realizará el seguimiento de cómo se comporta el
concreto modificado con ceniza volcánica, y como este podría ayudar a la
industria de la construcción e ingeniería, por ello para desarrollar los objetivos de
esta investigación se empleará la siguiente metodología:
6.1 Recolección de Materia Prima
Se recolectará la mayor cantidad posible de materia prima de ceniza volcánica,
directamente de un punto del Volcán Cerro Machín, ubicado sobre la cordillera
central de los Andes colombianos a 7 km de la Cabecera Municipal de
Cajamarca, Tolima; para realizar los ensayos necesarios para su clasificación y
26
posterior utilización en la mezcla del concreto. Además de adquirir los demás
materiales como lo son agregado grueso, agregado fino y cemento de uso
general.
6.2 Ensayos de Laboratorio
Los ensayos se realizarán respectivamente a los materiales empleados, como la
ceniza volcánica y los agregados tanto grueso como fino, todos respecto al
tamaño de sus partículas según lo recomienda la Norma INV E 2013.
6.2.1 Granulometría y Clasificación de los Agregados
Se hallara granulometría, extrayendo una fracción de muestra tanto de arena
como de grava y de ceniza volcánica, se llevara al horno por a una temperatura
de 110° C durante 24 horas según lo indica la Norma INV E 2013, obteniendo un
peso definido en gramos de los agregados, luego se tamiza por mallas con
diferentes aberturas para así realizar los cálculos correspondientes, obteniendo
con esto el módulo de finura de la arena y el tamaño máximo y tamaño máximo
nominal de la grava, además de los porcentajes de grava, arena y finos
presentes en la ceniza.
6.2.2 Equivalente de Arena de Agregados Finos
Se tomaran aproximadamente 1500 gramos de agregado fino, (pasa #4). Se
preparan los cilindros graduados de plástico transparentes, que tienen un
diámetro inferior de 31.75 +- 0.381 mm y de altura 17” aproximadamente,
graduado en espacios de 2.54 mm, desde el fondo hasta una altura de 15”, luego
se realiza la preparación de Stock, la cual contiene 454 gramos de cloruro de
calcio anhidro de grado técnico, 2050 gramos de glicerina USP, formaldehido 47
gramos solución al 40% por volumen; se disuelven los 454 gramos de cloruro de
27
calcio en 1.89 litros de agua destilado. Se deja enfriar y filtrar con un papel
plegado de filtración rápida. Se añaden los 2050 gramos de glicerina y los 47
gramos de formaldehído a la solución filtrada, se mezcla bien y se diluye en 3.78
litros.
6.2.3 Peso Unitario de los Agregados en Estado Suelto y Compacto
Este ensayo de laboratorio es utilizado para determinar la relación de masa
volumen, el valor de las masas se tuvo en cuenta para determinar la densidad
compactada de cada material y los valores de masa unitaria determinan la
proporción de los agregados. En primer lugar, se tomó una muestra de agregado
grueso o grava y una de agregado fino o arena, posterior a esto se realizó por
separado el procedimiento para los agregados gruesos y finos.
6.2.3.1 Masa Unitaria Suelta
Primero se halla el peso promedio del recipiente, luego se toma la muestra y se
procede a insertarla en el molde dejándola caer a una altura no mayor a 55 mm
desde la parte superior del molde, después de esto se barre el exceso de
material sin hacer fuerza y por último ya estando lleno el molde se pesa
nuevamente con la muestra.
6.2.3.2 Masa Unitaria Compacta
Primero se halla el peso promedio del recipiente, posterior a esto se inserta una
primera capa de la muestra realizando la compactación producida por 25 golpes
realizados por una varilla en todas las partes de la capa para obtener una buena
distribución, ya con esto se procede a verter una segunda capa y se realiza el
proceso de compactación producida por 25 golpes y por último se echa una
tercera capa la cual se llena hasta la parte superior del molde y se compacta de
28
igual forma que las dos capas anteriores, para finalizar se nivela la superficie y
se determina el peso del recipiente lleno.
6.2.4 Densidad y Porcentaje de Absorción de los Agregados
6.2.4.1 Agregado Grueso
Se determina el peso SSS, dejando la muestra sumergida por 24 ± 4 horas, para
que sus poros se llenen de agua luego, la muestra se seca con una toalla
partícula por partícula retirando el exceso de agua.
Luego de tomar el peso SSS, procedimos a tomar el peso sumergido de la
muestra con ayuda de una pesa que sumerge la muestra en una canasta unida
a una muestra mecánica, tomamos la medida del peso, y se obtiene así el peso
sumergido, por último se pone la muestra a secar en un horno por 24 ± 4 horas,
para poder obtener el peso seco de nuestra muestra de grava.
6.2.4.2 Agregado Fino
Se deja la muestra de arena en inmersión durante 24 ± 4 horas, se seca el
exceso de agua con un secador cuidando de que la muestra no se secara
demasiado, se hace la prueba con un cono para determinar si la muestra está
en estado SSS, se colocaron 4 capas dentro del cono y se compactaba con un
pisón metálico a una altura de 5mm; con el fin de comprobar que al levantar el
cono truncado la arena perdiera la forma cónica truncada y se convirtiera en
cono, ya con ello se puede decir que la muestra está en estado SSS.
Luego se vierten 500 gramos de arena en un picnómetro para hallar la gravedad
específica, se pesa el picnómetro, agua y la muestra juntos, luego se deja al
baño maría para quitar los vacíos que pudieran estar presentes en el recipiente.
29
Finalmente para hallar la densidad relativa seca de la muestra y para ello se deja
por 24 ± 4 horas en el horno.
6.2.5 Resistencia a la Degradación del Agregado Grueso por medio de
la Maquina de los Ángeles
Este método se emplea para medir la resistencia a la degradación de los
agregados gruesos de tamaño menor 37.5mm por medio de la máquina de los
ángeles. Con este se busca medir la degradación de un material pétreo con una
composición granulométrica definida, como resultado de una combinación de
acciones que incluye abrasión, impacto y molienda en un tambor de acero
rotatorio que contiene un número definido de esferas metálicas, el cual depende
de la granulometría de las muestras de ensayo. A media que gira el tambor una
pestaña recoge las esferas y las deja caer por gravedad desde la parte más alta
del tambor, creando un efecto de impacto y trituración. (INVIAS, 2013)
6.2.6 Resistencia a la Degradación por Absorción del Agregado Grueso
por medio del Aparato Micro-Deval
El ensayo de Micro-Deval es una medida de la resistencia a la abrasión y de la
durabilidad de los agregados pétreos, como resultado de una acción combinada
de abrasión y molienda con esferas de acero con presencia de agua. Una
muestra con granulometría normalizada se sumerge inicialmente en agua por un
lapso no menor a una hora. La muestra se coloca entonces en un recipiente de
acero de 200 mm de diámetro, con dos litros de agua una carga abrasiva, que
consta de 5000 gramos de esferas de acero de 9.5 mm de diámetro.
30
6.2.7 Corte Directo en condición Consolidada Drenada
Se toma la muestra de ceniza volcánica, se ubica entre dos rocas porosas, luego
se instala la caja de contención con la muestra en la máquina de corte directo,
se llena de agua para que se sature la muestra bajo la carga normal, dejándola
por 24 horas para que se sature totalmente, luego de pasadas 24 horas se le
monta un peso determinado, en este caso fueron 8, 16 y 32 kilogramos en el eje
vertical, se leen los datos para determinar cuanta fuerza está recibiendo la
muestra horizontalmente, para la fuerza vertical se aplica la fuerza antes
mencionada, es decir, 8, 16 y 32 kilogramos a la cual se debe adicionar 1
kilogramo debido al andamiaje, lo que se itera en esta fuerza es el área para
determinar el esfuerzo a compresión. Primero se realiza consolidación para
asegurar se de en condiciones consolidadas luego, se lleva a la falla a la
velocidad determinada para que se de en esfuerzos efectivos.
6.3 Diseño y Elaboración de Mezcla
Se realizará el diseño de la mezcla mediante el procedimiento descrito en el libro
“Tecnología del Concreto y del Mortero”, con una resistencia de 3500 Psi (24
Mpa) y un asentamiento de 7 cm; según la norma INV E 402-13 se realiza la
elaboración de los especímenes, empleando cilindros de 100x200 mm, se
realizarán 8 testigos de concreto convencional, los cuales se fallaran de la
siguiente forma dos en cada fecha 7, 14, 28 y 56 días; 44 especímenes de
concreto modificado con ceniza volcánica, con proporciones de 5%, 10% y 30%
de la cantidad del cemento, fallando 32 de la misma forma que el convencional,
y los otros 12 cilindros con 2 varillas de acero de ½” en su interior se fallaran con
ayuda de una maceta con el fin de observar su reacción frente a este elemento
31
de gran utilización en el área de la construcción, de ellos se fallara uno en cada
fecha 7, 14, 28 y 56 días.
6.4 Control de Calidad
6.4.1 Concreto en Estado Fresco
Después de realizar la mezcla manual de los materiales utilizados para la
elaboración del concreto se debe proceder a realizar la prueba de asentamiento
según la Norma Técnica Colombiana NTC 396 y la norma INV E 404-13,
empleando el cono Slump. Se toma una pequeña muestra de concreto fresco se
coloca en el cono y se va compactando con ayuda de una varilla hasta cubrir
totalmente el molde, se procede a levantar este con la finalidad de medir cuanto
se asienta el concreto con referencia al molde.
6.4.2 Concreto en Estado Endurecido
Una vez obtenidos los cilindros de prueba, se procederá a fallar cada uno de
ellos con el fin de verificar su resistencia y así conocer sus cualidades o falencias
respecto a la homogeneización y con ello comparar el concreto convencional con
el combinado con la ceniza, se fallaran a los 7, 14, 28 y 56 días respectivamente
según la Norma INV E 410-13.
7. CAPÍTULO III. RESULTADOS
7.1 Elaboración de los Ensayos de Laboratorio
7.1.1 Gradación y Clasificación de los Agregados Gruesos
Elaboración de la granulometría de los agregados gruesos así como de la
clasificación mediante el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos SUCS y
el Sistema de Clasificación AASHTO.
32
Tabla 2. Gradación de agregados gruesos.
GRADACIÓN DE AGRAGADOS GRUESOS
TAMIZ Peso Retenido (g)
% Retenido
% Retenido Acumulado
% Pasa IN mm
2 50 0 0.00% 0.00% 100%
TM
1 1/2 37.5 0 0.00% 0.00% 100%
1 25 21 0.483% 0.483% 99.517%
3/4 19 21 0.483% 0.966% 99.034%
TMN
1/2 12.5 2250 51.772% 52.738% 47.262%
3/8 12.5 1541 35.458% 88.196% 11.804%
1/4 6.3 471 10.838% 99.034% 0.966%
# 4 0.187 4.75 17 0.391% 99.425% 0.575%
# 8 0.0929 2.36 21 0.483% 99.908% 0.092%
# 10 0.0787 2 0 0.00% 99.908% 0.092%
# 60 0.0098 0.25 2 0.046% 99.954% 0.046%
# 200 0.0029 0.075 1 0.023% 99.977% 0.023%
FONDO 1 0.023% 100.00% 0%
TOTAL 4346 100%
Ilustración 1. Curva granulométrica grava.
De la anterior grafica podemos obtener los valores para D60, D30 y D10, que nos
servirán para hallar el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
110%
0011 01 0 0
% P
AS
A
APERTURA DEL TAMIZ (MM)
CURVA GRANULOMÉTRICA
33
𝐃𝟔𝟎 = 14
𝐃𝟑𝟎 = 13
𝐃𝟏𝟎 = 12.5
Obtenemos en coeficiente de uniformidad:
CU = D60
D10 → CU =
14
12.5
𝐂𝐔 = 1.12
Ahora hallamos el coeficiente de curvatura:
CC = (D30)2
D10∗D60 → CC =
(13)2
12.5∗14
𝐂𝐂 = 0.965
TAMAÑO MÁXIMO → Tamaño de menor abertura por donde pasa el 100% de
las partículas.
TAMIZ DE 1 1/2"
TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL → Tamiz inmediatamente superior a el tamiz en
el que quedan retenidas al menos el 15% de las partículas.
TAMIZ DE 1/2"
CLASIFICACIÓN DE LA MUESTRA
SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (SUCS)
SUELOS DE PARTÍCULAS GRUESAS
34
- Más de la mitad del material es retenido en la malla N° 200
Retenido N° 200 = 99,977 %
GRAVAS
- Más de la mitad de la fracción gruesa retenida en la malla N° 4
Retenido N° 4 = 99,425 %
GRAVAS LIMPIAS
- Con pocos finos o sin ellos
Predominio de un tamaño o un tipo de tamaños, con ausencia de
algunos tamaños intermedios.
GP → Gravas mal gradadas, mezclas de arena y grava con pocos
finos o sin ellos.
SISTEMA DE CLASIFICACIÓN AASHTO
MATERIALES GRANULARES
- 35 % o menos del total de la muestra pasada por el número 200
Pasa N° 200 = 0,023 %
ANÁLISIS DE TAMIZ
- Porcentaje de paso
Número 10 → 50 Máximo
Pasa N° 10 = 0,092 %
35
Número 60 → 30 Máximo
Pasa N° 40 = 0,046 %
Número 200 → 15 Máximo
Pasa N° 200 = 0,023 %
GRUPO DE CLASIFICACIÓN
A-1 → A-1-a
7.1.2 Gradación y Clasificación de los Agregados Finos (Arenas)
Elaboración de la granulometría de los agregados finos así como de la
clasificación mediante el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos SUCS y
el Sistema de Clasificación AASHTO.
Tabla 3. Gradación de agregados finos (Arena).
GRADACIÓN DE AGRAGADOS FINOS
TAMIZ Peso Retenido
(g) % Retenido
% Retenido Acumulado
% Pasa
Nominal (mm)
# 4 4.75 65 5.0% 5.0% 95%
# 10 2 301 23.154% 28.154% 71.846%
# 40 0.425 681 52.385% 80.538% 19.462%
# 60 0.25 109 8.385% 88.923% 11.077%
# 100 0.15 77 5.923% 94.846% 5.154%
# 200 0.075 60 4.615% 99.462% 0.538%
FONDO 7 0.538% 100% 0%
TOTAL 1300 100%
36
Ilustración 2. Curva granulométrica arena.
De la anterior grafica podemos obtener los valores para D60, D30 y D10, que nos
servirán para hallar el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura.
𝐃𝟔𝟎 = 1.45
𝐃𝟑𝟎 = 0.59
𝐃𝟏𝟎 = 0.23
Obtenemos en coeficiente de uniformidad:
CU = D60
D10 → CU =
1.45
0.23
𝐂𝐔 = 6.304
Ahora hallamos el coeficiente de curvatura:
CC = (D30)2
D10∗D60 → CC =
(0.59)2
0.23∗1.45
𝐂𝐂 = 1.043
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 . 0 10 . 1 01 . 0 01 0 . 0 0
% P
AS
A
APERTURA DEL TAMIZ (MM)
CURVA GRANULOMÉTRICA
37
Además, se obtienen los valores del porcentaje de arena y módulo de finura.
% ARENA = 94,462 %
MÓDULO DE FINURA = 2,975 %
CLASIFICACIÓN DE LA MUESTRA
SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (SUCS)
SUELOS DE PARTÍCULAS GRUESAS
- Más de la mitad del material es retenido en la malla N° 200
Retenido N° 200 = 99,462 %
ARENAS
- Más de la mitad de la fracción gruesa pasa la malla N° 4
Pasa N° 4 = 95,000 %
Arena = 94,462 %
ARENAS LIMPIAS
- Con pocos finos o sin ellos
Predominio de un tamaño o un tipo de tamaños, con ausencia de
algunos tamaños intermedios.
SP → Arenas y arenas gravosas mal gradadas con pocos finos o
sin finos.
38
SISTEMA DE CLASIFICACIÓN AASHTO
MATERIALES GRANULARES
- 35 % o menos del total de la muestra pasada por el número 200
Pasa N° 200 = 0,538 %
ANÁLISIS DE TAMIZ
- Porcentaje de paso
Número 40 → 50 Máximo
Pasa N° 40 = 19,462 %
Número 200 → 25 Máximo
Pasa N° 200 = 0,538 %
GRUPO DE CLASIFICACIÓN
A-1 b
7.1.3 Gradación de los Agregados Finos (Ceniza Volcánica)
Elaboración de la granulometría de los agregados finos, de la ceniza volcánica.
39
Tabla 4. Gradación de agregados finos (Ceniza Volcánica).
GRADACIÓN DE LA CENIZA VOLCÁNICA
Tamiz Apertura del tamiz
(mm)
Peso Retenido
(g)
% Retenido
% Retenido Acumulado
% Pasa
3/4 19 45.6 3.3% 3.3% 96.7%
3/8 9.5 73.3 5.3% 8.7% 91.3%
#4 4.75 33.4 2.4% 11.1% 88.9%
#8 2.36 122.3 8.9% 20.0% 80.0%
#16 1.1 233.1 17.0% 37.0% 63.0%
#30 0.6 497.6 36.2% 73.2% 26.8%
#50 0.3 323.4 23.5% 96.7% 3.3%
#100 0.15 37.8 2.8% 99.5% 0.5%
#200 0.075 2.3 0.2% 99.7% 0.3%
FONDO 4.7 0.3% 100.0% 0.0%
TOTAL 1373.5 100%
Ilustración 3. Curva granulométrica ceniza volcánica.
De la anterior grafica podemos obtener los valores para D60, D30 y D10, que nos
servirán para hallar el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura.
𝐃𝟔𝟎 = 1.10
𝐃𝟑𝟎 = 0.62
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0%
0.010.1110
% P
AS
A
APERTURA DEL TAMIZ MM
CURVA GRANULOMÉTRICA
40
𝐃𝟏𝟎 = 0.37
Obtenemos en coeficiente de uniformidad:
CU = D60
D10 → CU =
1.10
0.37
𝐂𝐔 = 2.973
Ahora hallamos el coeficiente de curvatura:
CC = (D30)2
D10∗D60 → CC =
(0.62)2
0.37∗1.10
𝐂𝐂 = 0.944
Se obtienen de igual forma los porcentajes de los agregados presentes en la ceniza
volcánica.
% GRAVA = 11,09 %
% ARENA = 88,57 %
% FINO = 0,34 %
41
7.1.4 Equivalente de Arena de Suelos y Agregados Finos, INV E 133-13
Tabla 5. Datos obtenidos en la lectura de las probetas.
EQUIVALENTE DE ARENA
N° de Probeta
Lectura de Arcilla (in)
Lectura de Arena (in)
1 4,3 3,8
2 4,5 3,9
3 4,4 3,9
Se obtiene mediante la siguiente ecuación el equivalente de arena en cada una
de las lecturas.
Ecuación 1. Equivalente de arena.
EQUIVALENTE DE ARENA = 𝐋𝐞𝐜𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐝𝐞 𝐀𝐫𝐞𝐧𝐚
𝐋𝐞𝐜𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐝𝐞 𝐀𝐫𝐜𝐢𝐥𝐥𝐚*100
Equivalente de arena con la lectura de la probeta numero 1:
𝐄𝐀𝟏 = 88,372 %
Equivalente de arena con la lectura de la probeta numero 2:
𝐄𝐀𝟐 = 86,667 %
Equivalente de arena con la lectura de la probeta numero 3:
𝐄𝐀𝟑 = 88,636 %
Para obtener finalmente el valor del equivalente de arena total se realiza un
promedio de los anteriores valores:
Ecuación 2. Equivalente de arena promedio.
EQUIVALENTE DE ARENA = 𝐄𝐀𝟏+ 𝐄𝐀𝟐+𝐄𝐀𝟑
𝟑
EQUIVALENTE DE ARENA = 88 %
42
Se procede a verificar el valor óptimo de equivalente de arena, sabiendo de ante
mano que la muestra se trabajó en seco, según la norma de ensayo INV E-133-
13.
Tabla 6. Tabla 630.1, Requisitos del agregado fino para concreto estructural, tomada del Instituto Nacional
de Vías INVIAS, Art 630-1.
Se debe tener en cuenta que estamos verificando si el agregado granular
trabajado en el laboratorio nos sirve o no para mezclas de concreto, y la anterior
tabla es requisito del agregado fino empleadas en la elaboración del mezcla para
concreto estructural, al comparar el valor optimo mínimo para la muestra seca
con el resultado obtenido en el laboratorio podemos observar que este valor
cumple, ya que el valor mínimo para el agregado fino es del 60% y el valor del
promedio del ensayo es de 88%, es decir mayor que el valor mínimo, por tanto
si cumple.
43
7.1.5 Densidad Bulk (Peso Unitario) de los Agregados en Estado Suelto
y Compacto, INV E 217-13
Ecuación a emplear para el cálculo de peso unitario de la muestra suelta y
compacta en los agregados gruesos y finos:
Ecuación 3. Peso específico Bulk.
PESO ESPECÍFICO BULK = 𝐆−𝐓
𝐕
Donde:
G = Peso del agregado + recipiente (kg).
V = Volumen del recipiente (m3).
T = Peso del recipiente (kg).
Volumen del cilindro empleado:
Ecuación 4. Volumen del cilindro.
VOLUMEN = ᴫ
𝟒∗ 𝐃𝟐 ∗ 𝐏
Donde:
D = Diámetro del recipiente (metros).
P = Profundidad del recipiente (metros).
→ VOLUMEN = ᴫ
4∗ (0,114 cm)2 ∗ 0,164 cm
VOLUMEN = 0,00167395 𝐦𝟑
44
7.1.5.1 Agregado Grueso
Masa unitaria suelta para el agregado grueso:
G = 6,889 kg.
V = 0,00167395 m3.
T = 5,003 kg.
PESO ESPECÍFICO BULK = 1.126,68 𝐤𝐠
𝐦𝟑
Masa unitaria compacta para el agregado grueso:
G = 6,999 kg.
V = 0,00167395 m3.
T = 5,003 kg.
PESO ESPECÍFICO BULK = 1.192,39 𝐤𝐠
𝐦𝟑
7.1.5.2 Agregado Fino (Arena)
Masa unitaria suelta para el agregado liviano (Arena):
G = 6,931 kg.
V = 0,00167395 m3.
T = 5,003 kg.
PESO ESPECÍFICO BULK = 1.151,77 𝐤𝐠
𝐦𝟑
45
Masa unitaria compacta para el agregado liviano (Arena):
G = 7,133 kg.
V = 0,00167395 m3.
T = 5,003 kg.
PESO ESPECÍFICO BULK = 1.272,44 𝐤𝐠
𝐦𝟑
7.1.5.3 Agregado Fino (Ceniza Volcánica)
Masa unitaria suelta para el agregado liviano (Ceniza Volcánica):
G = 6,463 kg.
V = 0,00167395 m3.
T = 5,003 kg.
PESO ESPECÍFICO BULK = 872,19 𝐤𝐠
𝐦𝟑
Masa unitaria compacta para el agregado liviano (Ceniza Volcánica):
G = 6,791 kg.
V = 0,00167395 m3.
T = 5,003 kg.
PESO ESPECÍFICO BULK = 1.068,13 𝐤𝐠
𝐦𝟑
46
7.1.6 Densidad, Densidad Relativa (𝐆𝐒) y Absorción del Agregado
Grueso
Se seleccionan partículas mayores al tamiz #4.
Datos obtenidos en el laboratorio.
B = Peso SSS → Inmersión en agua por 24 ± 4 horas (después de quitar el
exceso de agua).
B = 1847 Gramos
C = Peso de la muestra saturada → Peso sumergido en la canastilla.
C = 1107 Gramos
A = Peso seco → Peso después de estar en el horno durante 24 ± 4 horas.
A = 1819 Gramos
Cálculos a realizar.
Ecuación 5. Densidad Relativa Seca.
DENSIDAD RELATIVA SECA = 𝐀
𝐁−𝐂
Densidad Relativa Seca = 2,458
47
Ecuación 6. Densidad Relativa SSS
DENSIDAD RELATIVA SSS = 𝐁
𝐁−𝐂
Densidad Relativa SSS = 2,496
Ecuación 7. Densidad Relativa Aparente.
DENSIDAD RELATIVA APARENTE = 𝐀
𝐀−𝐂
Densidad Relativa Aparente = 2,555
Ecuación 8. % Absorción.
% ABSORCIÓN = 𝐁−𝐀
𝐀 * 100
% Absorción = 1,539 %
7.1.7 Densidad, Densidad Relativa (𝐆𝐒) y Absorción del Agregado Fino
Datos obtenidos en el laboratorio.
S = Peso SSS → Inmersión en agua por 24 ± 4 horas (después de quitar el
exceso de agua).
S = 500 Gramos
48
B = Peso del picnómetro aforado con agua
B = 654 Gramos
C = Peso del picnómetro aforado con agua + suelo
C = 960 Gramos
A = Peso seco → Peso después de estar en el horno durante 24 ± 4 horas.
A = 491 Gramos
Cálculos a realizar.
Ecuación 9. Densidad Relativa Seca Finos.
DENSIDAD RELATIVA SECA = 𝐀
𝐁+𝐒−𝐂
Densidad Relativa Seca = 2,531
Ecuación 10. Densidad Relativa SSS Finos.
DENSIDAD RELATIVA SSS = 𝐒
𝐁+𝐒−𝐂
Densidad Relativa SSS = 2,577
Ecuación 11. Densidad Relativa Aparente Finos.
DENSIDAD RELATIVA APARENTE = 𝐀
𝐁+𝐀−𝐂
Densidad Relativa Aparente = 2,654
49
Ecuación 12. % Absorción Finos.
% ABSORCIÓN = 𝐒−𝐀
𝐀 * 100
% Absorción = 1,833 %
7.1.8 Resistencia a la Degradación de los Agregados de tamaños
menores de 37,5 Mm (1 ½”) por medio de la Máquina de Los
Ángeles, INV E 218-13
Se elige el tipo de granulometría de la tabla 218-1, de INV E 218-13, según la
gradación del agregado que se ha trabajado en los anteriores laboratorios, este
nos indica que el número de tamiz donde quedo el mayor porcentaje retenido fue
el de ½”; es decir la granulometría a emplear será la B.
Tabla 7. Tabla 218-1, Granulometrías de las muestras de ensayo, tomada de la Norma de Ensayo de
materiales para carreteras del INVIAS, Sección 200, agregados pétreos.
50
La cantidad de esferas de acero empleadas en el ensayo dependerá de la
granulometría del agregado, se obtiene esta cantidad de la siguiente tabla:
Tabla 8. Numero de esferas según la granulometría de la muestras de ensayo, tomada de la Norma de
Ensayo de materiales para carreteras del INVIAS, Sección 200, agregados pétreos.
Tabla 9. Datos obtenidos en el laboratorio.
Cálculo del porcentaje de pérdidas del ensayo:
Ecuación 13. % Pérdidas.
% PÉRDIDAS = 𝐏𝟏− 𝐏𝟐
𝐏𝟏 * 100
% PÉRDIDAS = 28,774%
Se procede a verificar el valor óptimo del ensayo, sabiendo de ante mano que la
muestra se trabajó en seco y por un periodo de 500 revoluciones, según la norma
de ensayo INV E-128-13.
Peso de la muestra seca antes del ensayo 5001
Peso de la muestra seca después de lavar
sobre el tamiz #123562
Definición
MÁQUINA DE LOS ÁNGELES
N° de
PesosValor (g)
51
Tabla 10. Tabla 630-3, Requisitos de agregados grueso para concreto estructural, tomada de las
Especificaciones Generales de Construcción del INVIAS, Art 630.
Se debe tener en cuenta que estamos verificando si el agregado granular
trabajado en el laboratorio nos sirve o no para mezclas de concreto estructural,
para eso se identifica si se cumple con el requisito o si por el contrario se excede
y al comparar el valor máximo para la muestra seca con el resultado obtenido en
el laboratorio podemos observar que este valor cumple el requisito, ya que el
valor máximo para esta es 40 %, y el valor del ensayo es de 28,774 %, es decir
menor que los valores máximos, entonces afirmamos que este agregado es
óptimo para mezclas de concreto.
7.1.9 Determinación de la Resistencia del Agregado Grueso a la
Degradación por Absorción, Utilizando el Aparato Micro-Deval,
INV E 238-13
52
Se distribuye el peso de la muestra según el tamaño máximo nominal del
agregado que se ha trabajado en los anteriores laboratorios, este nos indica que
el número de tamiz es el de ½”; es decir se trabaja como lo indica la siguiente
tabla.
Tabla 11. INV E-238-13, sección 7,3 Distribución de las masas para el ensayo, tomada de la Norma de
Ensayo de materiales para carreteras del INVIAS, Sección 200, agregados pétreos.
Tabla 12. Datos obtenidos en el laboratorio.
Cálculo del porcentaje de pérdidas del ensayo:
Ecuación 13. % Pérdidas.
% PÉRDIDAS = 𝐏𝟏− 𝐏𝟐
𝐏𝟏 * 100
% PÉRDIDAS = 8,53%
Se procede a verificar el valor óptimo del ensayo, sabiendo de ante mano que la
muestra se trabajó en seco y que es tipo B, según la norma de ensayo INV E-
238-13.
Peso inicial de la muestra 1500
Peso después del lavado 1372
APARATO MICRO-DEVAL
N° de Pesos Valor (g)Definición
53
Tabla 13. Tramo de la tabla 330-2, Requisitos de agregados para bases granulares, tomada de las
Especificaciones Generales de Construcción del INVIAS, Art 330.
Se debe tener en cuenta que estamos verificando si el agregado granular
trabajado en el laboratorio nos sirve o no para mezclas de concreto, y la anterior
tabla es requisito para bases granulares empleadas en la elaboración de la
mezcla para pavimentos, pero como verificación se puede chequear con esta
misma tabla para la mezcla de concreto y al comparar el valor optimo máximo
para la muestra seca con el resultado obtenido en el laboratorio podemos
observar que este valor cumple para una base granular Clase A y Clase B, ya
que los valores máximos son 25 % y 30 % respectivamente, y el valor del ensayo
es de 8,53 %, es decir menor que los valores máximos, esto en cuanto a las
características de dureza.
Al ser el valor de perdida tan bajo en presencia de agua y una carga abrasiva,
se puede observar que el material tendrá una buena resistencia y durabilidad en
las condiciones de desgaste natural.
54
7.1.10 Ensayo de Corte Directo en condición Consolidada Drenada (CD),
INV E 154-13 (Ceniza Volcánica)
Datos obtenidos en laboratorio para la prueba número 1.
- Peso del recipiente = 0.2 gramos
- Peso del recipiente con la muestra = 130 gramos
- Peso del recipiente más muestra saturada = 137.9 gramos
- Peso del recipiente más muestra seca = 118.7 gramos
- Carga aplicada + peso del montaje = 8 kg + 1 kg = 9000 gramos
Tabla 14. Datos de fuerza de corte y deformación prueba 1.
PRUEBA 1
Deformación (In)
Deformación (cm)
Longitud 1 (cm)
Longitud 2 (cm)
Área (cm2)
Fza. Corte (N)
Esf. Cort. (N/cm2)
0 0 6.08 6.08 36.9664 0.0 0
10 0.0254 6.0546 6.08 36.811968 29.5 0.8013698
20 0.0508 6.0292 6.08 36.657536 32.0 0.8729447
30 0.0762 6.0038 6.08 36.503104 34.0 0.9314276
40 0.1016 5.9784 6.08 36.348672 38.0 1.0454302
50 0.127 5.953 6.08 36.19424 41.5 1.1465913
60 0.1524 5.9276 6.08 36.039808 13.5 0.3745858
70 0.1778 5.9022 6.08 35.885376 46.0 1.2818592
80 0.2032 5.8768 6.08 35.730944 48.0 1.3433734
90 0.2286 5.8514 6.08 35.576512 50.0 1.4054216
100 0.254 5.826 6.08 35.42208 52.5 1.4821264
110 0.2794 5.8006 6.08 35.267648 57.0 1.6162121
120 0.3048 5.7752 6.08 35.113216 61.0 1.7372376
130 0.3302 5.7498 6.08 34.958784 65.0 1.8593324
140 0.3556 5.7244 6.08 34.804352 69.0 1.9825107
150 0.381 5.699 6.08 34.64992 71.0 2.0490668
160 0.4064 5.6736 6.08 34.495488 72.0 2.0872295
170 0.4318 5.6482 6.08 34.341056 74.0 2.1548551
180 0.4572 5.6228 6.08 34.186624 76.0 2.2230917
190 0.4826 5.5974 6.08 34.032192 77.0 2.2625636
200 0.508 5.572 6.08 33.87776 77.5 2.2876365
210 0.5334 5.5466 6.08 33.723328 78.0 2.312939
220 0.5588 5.5212 6.08 33.568896 78.5 2.3384743
230 0.5842 5.4958 6.08 33.414464 79.0 2.3642456
240 0.6096 5.4704 6.08 33.260032 79.5 2.3902563
55
250 0.635 5.445 6.08 33.1056 80.5 2.4316128
260 0.6604 5.4196 6.08 32.951168 80.0 2.427835
270 0.6858 5.3942 6.08 32.796736 79.5 2.4240217
MÁX 2.4316128
Datos obtenidos en laboratorio para la prueba número 2.
- Peso del recipiente = 0.2 gramos
- Peso del recipiente con la muestra = 130 gramos
- Peso del recipiente más muestra saturada = 138.9 gramos
- Peso del recipiente más muestra seca = 110 gramos
- Carga aplicada + peso del montaje= 16 kg + 1 kg = 17000 gramos
Tabla 15. Datos de fuerza de corte y deformación prueba 2.
PRUEBA 2
Deformación (In)
Deformación (cm)
Longitud 1 (cm)
Longitud 2 (cm)
Área (cm2)
Fza. Corte (N)
Esf. Cort. (N/cm2)
0 0 6.08 6.08 36.9664 0.0 0
10 0.0254 6.0546 6.08 36.811968 74.0 2.0102158
20 0.0508 6.0292 6.08 36.657536 84.5 2.3051195
30 0.0762 6.0038 6.08 36.503104 93.0 2.5477285
40 0.1016 5.9784 6.08 36.348672 96.5 2.6548425
50 0.127 5.953 6.08 36.19424 97.5 2.6937988
60 0.1524 5.9276 6.08 36.039808 99.0 2.7469625
70 0.1778 5.9022 6.08 35.885376 99.0 2.758784
80 0.2032 5.8768 6.08 35.730944 102.0 2.8546685
90 0.2286 5.8514 6.08 35.576512 104.0 2.923277
100 0.254 5.826 6.08 35.42208 103.0 2.9077908
110 0.2794 5.8006 6.08 35.267648 104.5 2.9630555
120 0.3048 5.7752 6.08 35.113216 108.0 3.075765
130 0.3302 5.7498 6.08 34.958784 111.0 3.1751676
140 0.3556 5.7244 6.08 34.804352 118.0 3.3903806
150 0.381 5.699 6.08 34.64992 119.0 3.4343514
160 0.4064 5.6736 6.08 34.495488 121.0 3.5077051
170 0.4318 5.6482 6.08 34.341056 121.0 3.5234793
180 0.4572 5.6228 6.08 34.186624 122.0 3.5686472
190 0.4826 5.5974 6.08 34.032192 123.0 3.614225
200 0.508 5.572 6.08 33.87776 124.0 3.6602184
210 0.5334 5.5466 6.08 33.723328 120.0 3.5583677
220 0.5588 5.5212 6.08 33.568896 121.5 3.619422
56
230 0.5842 5.4958 6.08 33.414464 126.0 3.7708221
240 0.6096 5.4704 6.08 33.260032 127.5 3.8334299
250 0.635 5.445 6.08 33.1056 128.0 3.8664153
260 0.6604 5.4196 6.08 32.951168 129.0 3.914884
270 0.6858 5.3942 6.08 32.796736 126.0 3.8418457
MÁX 3.914884
Datos obtenidos en laboratorio para la prueba número 3.
- Peso del recipiente = 4 gramos
- Peso del recipiente con la muestra = 130 gramos
- Peso del recipiente más muestra saturada = 136.7 gramos
- Peso del recipiente más muestra seca = 112 gramos
- Carga aplicada + peso del montaje= 32 kg + 1 kg = 33000 gramos
Tabla 16. Datos de fuerza de corte y deformación prueba 3.
PRUEBA 3
Deformación (In)
Deformación (cm)
Longitud 1 (cm)
Longitud 2 (cm)
Área (cm2)
Fza. Corte (N)
Esf. Cort. (N/cm2)
0 0 6.08 6.08 36.9664 0.0 0
10 0.0254 6.0546 6.08 36.811968 73.5 1.9966333
20 0.0508 6.0292 6.08 36.657536 103.5 2.8234304
30 0.0762 6.0038 6.08 36.503104 122.0 3.3421815
40 0.1016 5.9784 6.08 36.348672 142.0 3.9066076
50 0.127 5.953 6.08 36.19424 150.0 4.1443058
60 0.1524 5.9276 6.08 36.039808 162.0 4.4950295
70 0.1778 5.9022 6.08 35.885376 170.5 4.7512391
80 0.2032 5.8768 6.08 35.730944 175.0 4.8977155
90 0.2286 5.8514 6.08 35.576512 183.0 5.1438432
100 0.254 5.826 6.08 35.42208 189.5 5.3497705
110 0.2794 5.8006 6.08 35.267648 200.0 5.6709197
120 0.3048 5.7752 6.08 35.113216 209.0 5.9521748
130 0.3302 5.7498 6.08 34.958784 212.0 6.0642842
140 0.3556 5.7244 6.08 34.804352 213.0 6.1199243
150 0.381 5.699 6.08 34.64992 212.5 6.1327703
160 0.4064 5.6736 6.08 34.495488 215.0 6.2326992
170 0.4318 5.6482 6.08 34.341056 220.0 6.406326
180 0.4572 5.6228 6.08 34.186624 220.0 6.4352654
190 0.4826 5.5974 6.08 34.032192 225.0 6.6113872
200 0.508 5.572 6.08 33.87776 228.5 6.7448379
57
210 0.5334 5.5466 6.08 33.723328 220.5 6.5385006
220 0.5588 5.5212 6.08 33.568896 221.0 6.5834754
230 0.5842 5.4958 6.08 33.414464 222.0 6.6438295
MÁX 6.7448379
Ilustración 4. Esfuerzo cortante Vs Deformación de las 3 pruebas.
Tabla 17. Esfuerzos totales.
MASA (KG)
PESO (N)
Normal (N/cm2)
Cortante (N/cm2)
9 88.29 2.38838513 2.43161278
17 166.77 4.51139413 3.91488399
33 323.73 8.75741214 6.74483791
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Es
fue
rzo
(N
/cm
2)
Deformación (cm)
Esfuerzo Cortante Vs Deformación
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
58
Ilustración 5. Esfuerzo Cortante Vs Normal.
7.2 Diseño de la Mezcla
Primero se seleccionan los valores o parámetros con los cuales se trabajara para
realizar los cálculos respectivos y finalmente obtener las cantidades de cada
elemento con los cuales se hará el diseño de mezcla.
A continuación se evidenciara paso a paso el procedimiento para el diseño de
mezcla.
7.2.1 Chequeo de Asentamiento
Se selecciona un asentamiento de 7 cm, con consistencia y grado de
trabajabilidad media.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Cort
ante
(N
/cm
2)
Normal (N/cm2)
Cortante Vs Normal
59
Ilustración 6. Elección de asentamiento.
Asentamiento = 7 cm
7.2.2 Chequeo de Tamaño Máximo Nominal (TMN)
Del laboratorio de agregado grueso se obtiene el valor del tamaño máximo y del
tamaño máximo nominal los cuales nos servirán para determinar otros valores
más adelante.
TAMAÑO MÁXIMO → Tamaño de menor abertura por donde pasa el 100%
de las partículas.
TAMIZ DE 1,5"
TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL → Tamiz inmediatamente superior a el tamiz
en el que quedan retenidas al menos el 15% de las partículas.
TAMIZ DE 0,5"
60
7.2.3 Estimar el Contenido de Aire
Se estima el porcentaje promedio aproximado del aire atrapado, esto depende
principalmente del TMN de la muestra.
Ilustración 7. Contenido aproximado de aire.
Aire = 2,5 %
7.2.4 Estimar Cantidad de Agua
Para estimar el valor de la cantidad de agua se tienen dos parámetros a seguir,
de los cuales se adopta el mayor valor.
- Primer parámetro: Gráfica la cual depende del asentamiento y del TMN
de la muestra.
61
Ilustración 8. Cantidad de agua con TMN.
Valor obtenido = 198,7 kg/m3
- Segundo parámetro: Tabla que depende principalmente del asentamiento
y del TMN.
62
Ilustración 9. Cantidad de agua con Asentamiento y TMN.
Valor obtenido = 215 kg/m3
Se adopta el mayor valor para la cantidad de agua:
Agua = 215 kg/𝐦𝟑
7.2.5 Elegir Relación Agua – Cemento
Este valor se obtiene mediante una gráfica de concreto sin inclusor de aire versus
resistencia a la compresión, en la tabla inicialmente propuesta por ASOCRETO
no se encontraba el valor de resistencia para este diseño de mezcla, el cual es
de 3500 psi, por tanto se realizó una proporción con los valores establecidos por
hasta llegar al valor de resistencia a trabajar. Para obtener el valor de resistencia
de diseño para la mezcla se mayora en un 15 % la resistencia de diseño, es
decir:
63
Ecuación 14. Resistencia de diseño para la Mezcla..
RESIST.DE DISEÑO PARA LA MEZCLA = RESIST. DISEÑO * 1,15%
RESIST.DE DISEÑO PARA LA MEZCLA = 4025 PSI
RESIST.DE DISEÑO PARA LA MEZCLA = 282,99 kg/cm2
Tabla 18. Resistencia de la mezcla.
RESISTENCIA
RESISTENCIA A DISEÑAR 3500 PSI 246.07 kg/cm2
RESISTENCIA CON MARGEN A DISEÑAR
4025 PSI 282.99 kg/cm2
Con el valor de resistencia de diseño para la mezcla en kg/cm2, se ingresa a
la gráfica:
Ilustración 10. Gráfica de proporción relación agua - cemento.
Relación agua/cemento = 0,465
64
7.2.6 Calcular Contenido de Cemento
R = a
c Cemento =
a
R
Ecuación 15. Contenido de cemento..
C = a
R
Cemento = 462,366 kg/𝐦𝟑
Los volúmenes de las mezclas se evidencias en la siguiente tabla:
Tabla 19. Tabla de volúmenes
Cálculo De Contenido De Cemento (Kg/m^3) 462.366
Volumen Cemento Para 1 m^3 (m^3/m^3) 0.159
Volumen De Mezcla m^3 1
Volumen De Agua (Kg/m^3) 215
Volumen De Aire Atrapado m^3 0.025
Volumen De Agregados (m^3/m^3) 0.601
Volumen Agregado Grueso (m^3/m^3) 0.37
Volumen Agregado Fino (m^3/m^3) 0.23
7.2.7 Verificación de Especificaciones Granulométricas
Se elige el número del agregado según el tamaño máximo nominal TMN de la
muestra.
65
Tabla 20. Especificaciones granulométricas
Se obtiene la granulometría de Fuller para graficarla:
Tabla 21. Granulometría de Fuller y Thomson.
Con la granulometría de Fuller, la granulometría del agregado grueso y fino se
realiza una última grafica ideal o de ajuste para finalmente darle porcentajes de
agregados que llevara la mezcla de concreto.
66
Tabla 22. Granulometría de Fuller y ajuste.
TAMIZ FULLER AJUSTE
Pulgadas Milímetros %PASA %PASA
1 ½ 38,1 100 100,00
1 25 82,0 99,71
¾ 19 71,0 99,42
½ 12,5 58,0 68,36
3/8 9,5 50,0 47,08
No 4 4,75 35,0 38,35
No 8 2,36 25,0 28,79
No 16 1,18 18,0
No 30 0,6 12,0
No 50 0,3 9,0
No 100 0,15 6,0
No 200 0,075 0,0
Tabla 23. Granulometría de la grava.
0,60
GRAVA
Tamiz Abertura (mm) % Pasa
1-1/2" 37.5 100
1 25.00 99.52
0.75 19.00 99.03
½ 12.50 47.26
3/8 9.50 11.80
0.25 6.30 0.97
# 4 4.75 0.58
# 8 2.36 0.09
# 10 2.00 0.09
# 40 0.425 0.05
# 200 0.075 0.02
Fondo - 0.00
67
Tabla 24.Granulometría de la arena.
0,40
ARENA
Tamiz Abertura (mm) % Pasa
1-1/2" 37.5 100
1 25.00 100
1/2 12.50 100
# 4 4.75 95
# 10 2.00 71.85
# 40 0.425 19.46
# 60 0.250 11.08
# 100 0.149 5.15
# 200 0.075 0.54
Fondo - 0.00
A continuación se presenta la gráfica de las granulometrías tanto de la grava, la
arena, Fuller y ajuste.
Ilustración 11. Gráfica de granulometrías.
68
7.2.8 Calculo Cantidad de Agregados Gruesos y Finos
Con los porcentajes de arena y grava que me arrojaron la gráfica de ajuste se
calcula la cantidad de material que se va a emplear.
Tabla 25. Proporción de agregados.
PROPORCION DE AGREGADOS
GRUESO FINO
60% 40%
Tabla 26. Pesos específicos.
Peso Específico Promedio De Agregados (Kg/m^3)
2594.60
Peso Promedio De Agregados (Kg/m^3) 1558.22
Peso Del Agregado Grueso (Kg) 934.93
Peso Del Agregado Fino (Kg) 622.74
A continuación se presenta la tabla en la cual se calculó el contenido tanto del
agua, cemento, agregado fino y agregado grueso por m3.
Tabla 27. Diseño de la mezcla.
Calculo del volumen de los cilindros:
DISEÑO POR METRO CUBICO
Peso (Kg/m3)
Proporción en volumen, suelto
Proporciones en Peso
AGUA 215 - -
CEMENTO 462 0.56 1.00
AGREGADO FINO 623 0.47 1.35
AGREGADO GRUESO 935 0.73 2.02
69
Tabla 28. Volumen de los cilindros para la mezcla.
CANTIDAD DE MATERIALES PARA LOS CILINDROS
Diámetro (m) 0.1 Volumen (m^3) 0.0016
Altura (m) 0.2
Cantidad De Cilindros 8
Volumen Total (m^3) 0.0172
7.2.9 Calculo Cantidad de Agregados Gruesos y Finos
Ecuación 16. Proporción de agua.
PROPORCIÓN AGUA = Peso agua (Kg/m3) * Volumen Total cilindros
(m^3)
Ecuación 17. Proporción cemento.
PROPORCIÓN CEMENTO = Peso cemento (Kg/m3) * Volumen Total
cilindros (m^3)
Ecuación 18. Proporción agregado fino.
PROPORCIÓN AGR. FINO = Peso agregado fino (Kg/m3) * Volumen
Total cilindros (m^3)
Ecuación 19. Proporción agregado grueso.
PROPORCIÓN AGR. GRUESO = Peso agregado grueso (Kg/m3) *
Volumen Total cilindros (m^3)
Tabla 29. Proporciones para la mezcla.
Proporciones para el diseño de mezcla
AGUA 3.69 4 Lts
CEMENTO 7.93 8 Kg
AGREGADO FINO 10.68 11 Kg
AGREGADO GRUESO 16.04 16.0 Kg
70
Tabla 30. Informe de mezcla de concreto.
7.3 Elaboración de Mezcla Convencional
Para la elaboración de esta mezcla se emplearon los siguientes materiales en
las cantidades especificadas, la mezcla se realizó manualmente con la ayuda de
palas:
Cemento
Marca = Argos
Cantidad = 8 kg
Agregado Grueso
Tamaño Máximo = 1 ½”
Cantidad = 16 kg
Agregado Fino
Módulo de Finura = 2.975%
Cantidad = 11 kg
Agua
Cantidad = 4 Litros
RESISTENCIA 3500 PSI CEMENTO:
2555 kg/m3
1.539 %
1.5 in
1/2 in
1283.15 kg/m3
1403.75 kg/m3
2654 kg/m3
1.833 %
2.975 %
1318.03 kg/m3
1540.02 kg/m3
2.9 g/cm3
825.91 kg/m3
Tamaño Máximo Nominal
MUS
MUC
AGREGADO FINO
DESCRIPCIÓN:
CEMENTO
DESCRIPCIÓN:
CEMENTO ARGOS
Densidad Aparente
MUS
Densidad Aparente
Absorción Máxima
Modulo De Finura
MUS
MUC
INFORME DE DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO
ARGOS
AGREGADO GRUESO
DESCRIPCIÓN:
GRAVA
Densidad Aparente
Absorción Máxima
Tamaño Máximo
ARENA
69
Ilustración 12. Mezcla de Concreto Convencional.
Obteniendo ya la mezcla homogénea del hormigón se procede como indica la
norma INV E 404-13 para la realización de la prueba de asentamiento del
concreto hidráulico mediante el cono Slump, obteniendo el resultado esperado,
es decir, un asentamiento de 7 cm, como se evidencia en la Ilustración 13.
Ilustración 13. Prueba de Asentamiento Concreto Convencional.
Después de verificar el asentamiento del concreto se procede como indica la
norma INV E 402-13 para la realización de los especímenes cilíndricos con
medidas de 100x200 mm, como se evidencia en la Ilustración 14; se realizaron en
total 8 cilindros de concreto convencional para ser comparados con el concreto
70
combinado con ceniza volcánica. Pasadas 24 horas se desencofran los cilindros
para ser llevados a la piscina de curado.
Ilustración 14. Llenado de Especímenes Concreto Convencional.
Ilustración 15. Especímenes Concreto Convencional.
71
7.4 Elaboración de Mezcla con Proporción de Ceniza Volcánica
7.4.1 Proporción del 30%
Para la elaboración de esta mezcla se emplearon los siguientes materiales en
las cantidades especificadas (las cantidades presentes son las necesarias para
la elaboración de 8 cilindros, es decir que se duplica para el realizar los 16
cilindros requeridos), la mezcla se realizó manualmente con la ayuda de palas:
Cemento
Marca = Argos
Cantidad = 5.6 kg
Ceniza
Cantidad = 2.4 kg
Agua
Cantidad = 4 Litros
Agregado Grueso
Tamaño Máximo = 1 ½”
Cantidad = 16 kg
Agregado Fino
Módulo de Finura = 2.975%
Cantidad = 11 kg
Ilustración 16. . Mezcla de Concreto con 30% de ceniza.
72
Obteniendo ya la mezcla homogénea del hormigón se procede como indica la
norma INV E 404-13 para la realización de la prueba de asentamiento del
concreto hidráulico mediante el cono Slump, obteniendo el resultado esperado,
es decir, un asentamiento de 7 cm, como se evidencia en la Ilustración 17.
Ilustración 17. Prueba de Asentamiento con 30% de Ceniza.
Después de verificar el asentamiento del concreto se procede como indica la
norma INV E 402-13 para la realización de los especímenes cilíndricos con
medidas de 100x200 mm, como se evidencia en la Ilustración 18; se realizaron en
total 16 cilindros de concreto combinado con una proporción de 30% de ceniza
para ser comparados con la resistencia del concreto convencional. Pasadas 24
horas se desencofran los cilindros para ser llevados a la piscina de curado.
73
Ilustración 18. Especímenes Concreto con 30% de Ceniza.
7.4.2 Proporción del 10%
Para la elaboración de esta mezcla se emplearon los siguientes materiales en
las cantidades especificadas, la mezcla se realizó manualmente con la ayuda de
palas:
Cemento
Marca = Argos
Cantidad = 7.2 kg
Ceniza
Cantidad = 0.8 kg
Agua
Cantidad = 4 Litros
Agregado Grueso
Tamaño Máximo = 1 ½”
Cantidad = 16 kg
Agregado Fino
Módulo de Finura = 2.975%
Cantidad = 11 kg
74
Ilustración 19. Mezcla de Concreto con 10% de ceniza.
Obteniendo ya la mezcla homogénea del hormigón se procede como indica la
norma INV E 404-13 para la realización de la prueba de asentamiento del
concreto hidráulico mediante el cono Slump, obteniendo el resultado esperado,
es decir, un asentamiento de 7 cm, como se evidencia en la Ilustración 20.
Ilustración 20. Prueba de Asentamiento con 10% de Ceniza.
75
Después de verificar el asentamiento del concreto se procede como indica la
norma INV E 402-13 para la realización de los especímenes cilíndricos con
medidas de 100x200 mm, como se evidencia en la Ilustración 21; se realizaron
en total 8 cilindros de concreto combinado con una proporción de 10% de ceniza
para ser comparados con la resistencia del concreto convencional. Pasadas 24
horas se desencofran los cilindros para ser llevados a la piscina de curado.
Ilustración 21. Especímenes Concreto con 10% de Ceniza.
7.4.3 Proporción del 5%
Para la elaboración de esta mezcla se emplearon los siguientes materiales en
las cantidades especificadas, la mezcla se realizó manualmente con la ayuda de
palas:
Cemento
Marca = Argos
Cantidad = 7.6 kg
Ceniza
Cantidad = 0.4 kg
Agua
Cantidad = 4 Litros
Agregado Grueso
Tamaño Máximo = 1 ½”
Cantidad = 16 kg
Agregado Fino
Módulo de Finura = 2.975%
Cantidad = 11 kg
76
Ilustración 22. Mezcla de Concreto con 5% de ceniza.
Obteniendo ya la mezcla homogénea del hormigón se procede como indica la
norma INV E 404-13 para la realización de la prueba de asentamiento del
concreto hidráulico mediante el cono Slump, obteniendo el resultado esperado,
es decir, un asentamiento de 7 cm, como se evidencia en la Ilustración 23.
Ilustración 23. Prueba de Asentamiento con 5% de Ceniza.
77
Después de verificar el asentamiento del concreto se procede como indica la
norma INV E 402-13 para la realización de los especímenes cilíndricos con
medidas de 100x200 mm, como se evidencia en la Ilustración 24; se realizaron en
total 8 cilindros de concreto combinado con una proporción de 5% de ceniza para
ser comparados con la resistencia del concreto convencional. Pasadas 24 horas
se desencofran los cilindros para ser llevados a la piscina de curado.
Ilustración 24. Especímenes Concreto con 5% de Ceniza.
7.5 Verificación del Control de Calidad del Concreto Convencional
Siguiendo lo especificado en las Normas de Ensayo de Materiales para
Carreterras INV E-410-13 se procede a llevar a cabo el ensayo de compresion
de los cilindros a diferentes edades (7, 14, 28 y 56 dias), y con dimensiones de
100x200 mm, una resistencia de 3500 PSI y asentamiento de 7 cm.
El ensayo consiste en aplicar una carga axial de compresión a cilindros
moldeados o a núcleos, con una velocidad de craga prescrita, hasta que se
presente la falla. La resistencia a la compresión se determina dividiendo la
78
máxima carga aplicada durante el ensayo por la seccion transversal del
especimen. (INVIAS, 2012)
Tabla 31. Falla de cilindros de concreto convencional, es decir sin reemplazo de cemento.
Ilustración 25. Gráfica resistencias de concreto convencional.
7.6 Verificación del Control de Calidad del Concreto con Proporción de
Ceniza Volcánica
Para verificar el control de calidad de estos cilindros se toma de igual forma
siguiendo lo que indica la norma INV E-410-13 como en el anterior caso con el
fin de conocer la fuerza máxima aplicada antes de fallar en cada de las edades
del concreto ya antes mencionadas.
1 0 7 3.823 20.5 10.1 80.12 190.53 23.78103
2 0 7 3.914 20.5 10.2 81.71 201.46 24.65464
3 0 14 3.845 20.5 10.1 80.12 212.41 26.51199
4 0 14 3.861 20.3 10.1 80.12 195.64 24.41884
5 0 28 3.859 20.5 10.1 80.12 220.91 27.57292
6 0 28 4.074 20.4 10.2 81.71 241.9 29.60368
7 0 56 3.857 20.5 10.1 80.12 229.13 28.59890
8 0 56 3.919 20.5 10.1 80.12 242.05 30.21151
109.86
101.19
114.26
122.68
118.51
125.19
Área
( )
Fuerza
(kN)
Esfuerzo
(MPa)
Porcentaje de
Resistencia de
Diseño (%)
98.55
102.17
Porcentaje
de Ceniza
(%)
Cilindro
NºDías
Masa
(kg)
Longitud
(cm)
Diámetro
(cm) 𝐜𝐦𝟐
0
100.36105.53
118.47 121.85
0
20
40
60
80
100
120
140
0 10 20 30 40 50 60
%
Re
sis
ten
cia
Días
DÍas Vs % Resistencia
79
Tabla 32. Falla de cilindros de concreto combinado, con 30% de reemplazo de cemento.
Ilustración 26. Gráfica resistencias del concreto combinado, con 30% de reemplazo de cemento.
1 30 7 3.815 20.5 10.1 80.12 76.68 9.57083
2 30 7 3.771 20.5 10.2 81.71 74.51 9.11852
3 30 14 3.789 20.5 10.1 80.12 82.51 10.29850
4 30 14 3.772 20.3 10.1 80.12 85.8 10.70914
5 30 28 3.821 20.5 10.1 80.12 116.75 14.57217
6 30 28 3.876 20.4 10.2 81.71 108.23 13.24517
7 30 56 3.823 20.5 10.1 80.12 166.8 20.81917
8 30 56 3.834 20.5 10.1 80.12 164.76 20.56455
9 30 7 3.598 20.5 10.1 80.12 70.25 8.76827
10 30 7 3.607 20.5 10.1 80.12 72.64 9.06657
11 30 14 3.581 20.5 10.1 80.12 105.16 13.12556
12 30 14 3.761 20.1 10.1 80.12 107.49 13.41638
13 30 28 3.603 20.5 10.0 78.54 125.23 15.94478
14 30 28 3.675 20.5 10.0 78.54 126.3 16.08102
15 30 56 3.853 20.5 10.1 80.12 165.23 20.62321
16 30 56 3.743 20.5 10.1 80.12 168.3 21.00639
85.46
87.05
36.34
37.57
54.39
55.60
66.07
66.64
42.68
44.38
60.39
54.89
86.27
85.22
Área
( )
Fuerza
(kN)
Esfuerzo
(MPa)
Porcentaje de
Resistencia de
Diseño (%)
39.66
37.79
Cilindro
Nº
Porcentaje
de Ceniza
(%)
DíasMasa
(kg)
Longitud
(cm)
Diámetro
(cm) 𝐜𝐦𝟐
0
37.84
49.26
62.00
86.00
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60
% R
es
iste
nc
ia
Días
Días Vs % Resistencia
80
Tabla 33. Falla de cilindros de concreto combinado, con 10% de reemplazo de cemento.
Ilustración 27. Gráfica resistencias del concreto combinado, con 10% de reemplazo de cemento.
Tabla 34. Falla de cilindros de concreto combinado, con 5% de reemplazo de cemento.
1 10 7 3.821 20.05 10.00 78.54 121.65 15.48896
2 10 7 3.876 20.40 10.02 78.85 126.97 16.10185
3 10 14 3.857 20.50 10.00 78.54 169.18 21.54067
4 10 14 3.919 20.40 10.02 78.85 176.18 22.34248
5 10 28 3.855 20.00 10.00 78.54 189.24 24.09479
6 10 28 3.856 20.00 10.00 78.54 190.68 24.27813
7 10 56 3.689 20.00 10.00 78.54 201.34 25.63540
8 10 56 3.743 20.00 10.00 78.54 199.49 25.39986
89.26
92.59
99.85
100.61
106.23
105.26
Área
( )
Fuerza
(kN)
Esfuerzo
(MPa)
Porcentaje de
Resistencia de
Diseño (%)
64.19
66.73
Cilindro
Nº
Porcentaje
de Ceniza
(%)
DíasMasa
(kg)
Longitud
(cm)
Diámetro
(cm) 𝐜𝐦𝟐
0
65.46
90.92100.23
105.74
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50 60
% R
esi
ste
nci
a
Días
Días Vs % Resistencia
1 5 7 3.746 20.4 10.0 78.54 110.09 14.01709
2 5 7 4.006 20.0 10.0 78.54 112.77 14.35832
3 5 14 3.780 20.0 10.0 78.54 145.94 18.58166
4 5 14 3.890 20.4 10.0 78.54 152.58 19.42709
5 5 28 3.855 20.2 10.0 78.54 166.16 21.15615
6 5 28 3.689 20.2 10.2 81.71 187.29 22.92051
7 5 56 3,769 20.4 10.2 81.71 202.77 24.81495
8 5 56 3,876 20.4 10.1 80.12 204.94 25.57962
87.67
94.98
102.83
106.00
Esfuerzo
(MPa)
Porcentaje de
Resistencia de
Diseño (%)
58.09
59.50
77.00
80.50
Cilindro
Nº
Porcentaje
de Ceniza
(%)
DíasMasa
(kg)
Longitud
(cm)
Diámetro
(cm)
Área
( )
Fuerza
(kN)𝐜𝐦𝟐
81
Ilustración 28. Gráfica resistencias del concreto combinado, con 5% de reemplazo de cemento.
7.6.1 Cilindros con Inclusión de Varillas de Acero
En el caso de los cilindros a los cuales se les incluyo 2 varillas de acero de 25
cm cada una con el fin de observar la reacción del acero con el concreto
combinado con diferentes proporciones de ceniza volcánica, se fallaron con la
ayuda de una maceta, y los resultados de evidencian a continuación.
0
58.79
78.75
91.33
104.42
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50 60
% R
es
iste
nc
ia
Días
Días Vs % Resistencia
82
Tabla 35. Reacción del acero en el concreto combinado con diferentes proporciones de ceniza volcánica.
Reacción Del Acero Con El Concreto Combinado Con Diferentes Proporciones De
Ceniza Volcánica
Días
30%
10%
5%
7
14
28
83
56
Tabla 36. Reacción del concreto con reemplazo del 30% de cemento.
1 30 7 4.015 20.5 10.0 78.54
2 30 14 4.071 20.3 10.0 78.54
3 30 28 4.291 20.0 10.2 81.71
4 30 56 4.195 20.5 10.1 80.12
Como se observa en las imágenes, el
acero que hace contacto con el
concreto está en perfectas
condiciones, caso contrario el acero
que se encuentra expuesto, este
presenta algo de oxidación pero no
precisamente por efectos del concreto.
La reacción del acero con el concreto
combinado con ceniza volcánica a los
28 días es admisible, ya que no se
presenta ningún tipo de deterioro u
oxidación.
Después de transcurridos los 56 días y
teniendo en cuenta que el 30% es el
mayor valor de reemplazo de cemento
no se observa ningún efecto negativo
de esta combinación, es decir que si
es posible realizar concreto reforzado
con ceniza volcánica.
Longitud
(cm)
Diámetro
(cm)
Área
( )Observaciones
La reacción del acero con el concreto
combinado con ceniza volcánica es
favorable, ya que no se presenta
deterioro ni oxidación del mismo.
Cilindro
Nº
Porcentaje
de Ceniza
(%)
DíasMasa
(kg) 𝐜𝐦𝟐
84
Tabla 37. Reacción del concreto con reemplazo del 10% de cemento.
Tabla 38. Reacción del concreto con reemplazo del 5% de cemento.
1 10 7 4.102 20.0 10.1 80.12
2 10 14 4.107 20.5 10.2 81.71
3 10 28 4.065 20.2 10.0 78.54
4 10 56 4.201 20.3 10.1 80.12
Las dos varillas de acero que se
incorporaron en los cilindros de
concreto no presentan deterioro ni
oxidación alguna que pueda afectar su
ductilidad y por ende resistencia del
concreto.
Como se observó anteriormente en las
imágenes no se evidencia ningún tipo
de oxidación u otro elemento que
afecte la ductilidad del acero.
La reacción del acero con el concreto
combinado con ceniza volcánica es
aceptable y por ende se puede realizar
obras con estas proporciones sin tener
afectación alguna por oxidación.
La reacción del acero con el concreto
combinado con ceniza volcánica es
favorable, ya que no se presenta
deterioro ni oxidación del mismo.
Área
( )Observaciones
Longitud
(cm)
Diámetro
(cm)
Cilindro
Nº
Porcentaje
de Ceniza
(%)
DíasMasa
(kg) 𝐜𝐦𝟐
1 5 7 4.034 20.2 10.1 80.12
2 5 14 4.068 20.4 10.2 81.71
3 5 28 4.350 20.5 10.0 78.54
4 5 56 4.223 20.5 10.0 78.54
Diámetro
(cm)
Las dos varillas de acero que se
incorporaron en los cilindros de
concreto no presentan deterioro ni
oxidación alguna que pueda afectar su
ductilidad y por ende resistencia del
concreto.
Como se observa no se presentó
ningún tipo de afectación en los
cilindros de concreto al hacer contacto
con el acero.
No se presenta afectación alguna tanto
en los cilindros de concreto como en
las varillas de acero.
Después de transcurridos los 56 días
no se observa ningún efecto negativo
de esta combinación, es decir que si
es posible realizar concreto reforzado
con ceniza volcánica.
Cilindro
Nº
Porcentaje
de Ceniza
(%)
DíasMasa
(kg)
Longitud
(cm)
Área
( )Observaciones
𝐜𝐦𝟐
85
8. ANÁLISIS DE COSTOS MEDIANTE UNA OBRA DE PLACA HUELLA
Se realizara un análisis de los costos y posible ahorro que tendría el hecho de
desarrollar una obra como lo puede ser una placa huella empleando primero un
concreto convencional de 3500 PSI y luego un concreto de 3500 PSI con
reemplazo del 10 de cemento por ceniza volcánica, la cual cumple con la
resistencia en un 100% a los 28 días como ya se comprobó anteriormente.
El presupuesto a emplear se tomó de una obra real a ejecutar en el Municipio de
Santa Isabel, Tolima; una placa huella con una longitud de 870 m, se utilizó con
previa autorización del Director del Banco de Programas y Proyectos de la
Alcaldía Municipal de dicho Municipio.
8.1 Presupuesto Empleando Concreto Convencional
8.1.1 Presupuesto General
Tabla 39. Presupuesto general de placa huella, concreto convencional.
Fuente: (Alcaldía Municipal de Santa Isabel, 2018)
ITEM DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD VALOR UNITARIO VALOR TOTAL
1.1EXCAVACIONES VARIAS SIN CALIFICAR
(INCLUYE CARGUE Y RETIRO)m3 965.00 $ 31,000.00 $ 29,915,000.00
1.2 SUB BASE GRANULAR COMPACTADA m3 652.50 160,650.00$ $ 104,824,125.00
1.3
MEJORAMIENTO DE LA SUBRASANTE CON
ADICIÓN DE MATERIAL GRANULAR
(AFIRMADO)
m3 683.10 $ 67,500.00 $ 46,109,250.00
1.4CONCRETO CLASE D (245 KG/CM2 O 3500
PSI)m3 654.00 697,562.00$ $ 456,205,548.00
1.5 CONCRETO CLASE G (Ciclópeo) m3 129.00 562,472.00$ $ 72,558,888.00
1.6 ACERO DE REFUERZO - GRADO 60 kg 31,261.00 5,100.00$ $ 159,431,100.00
1.7
TUBERIA EN CONCRETO REFORZADO 900
MMm 24.00 663,000.00$ $ 15,912,000.00
$ 884,955,911.00
24% $ 212,389,419.00
1% $ 8,849,559.00
5% $ 44,247,796.00
30% $ 265,486,774.00
$ 1,150,442,685.00
REPUBLICA DE COLOMBIA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
MUNICIPIO DE SANTA ISABEL
“MEJORAMIENTO DE LA VIA RURAL TERCIARIA SANTA ISABEL – GUAIMARAL DEL MUNICIPIO DE SANTA
ISABEL, TOLIMA”
PRESUPUESTO GENERAL
Fecha: Junio de 2018
TOTAL COSTOS DIRECTOS:
ADMINISTRACION
IMPREVISTOS
UTILIDAD
TOTAL AIU
TOTAL COSTO OBRA
86
8.1.2 Análisis de Precios Unitarios
Tabla 40. AIU Excavaciones varias sin clasificar.
Fuente: (Alcaldía Municipal de Santa Isabel, 2018)
ITEM: 1.1
UNIDAD: m3
I. EQUIPO
Tipo Rendimiento Valor-Unit
30.00
10.00 9,800.00
Sub-Total 9,830.00
II. MATERIALES EN OBRA
Unidad Cantidad Valor-Unit
Sub-Total -
III. TRANSPORTES
Material Vol. Distancia Tarifa Valor-Unit
Retiro de sobrantes 1.3 4 650.00 17,576.00
Sub-Total 17,576.00
IV. MANO DE OBRA
Trabajador Jornal Prestaciones Rendimiento Valor-Unit
Obreros (4) 96,000.00 185% 70.000 2,537.14
Oficial 40,000.00 185% 70.000 1,057.14
Sub-Total 3,594.00
31,000.00
V. COSTOS INDIRECTOS
Porcentaje Valor-Total
24% 7,440.00
1% 310.00
5% 1,550.00
Sub-Total 9,300.00
40,300.00
“MEJORAMIENTO DE LA VIA RURAL TERCIARIA SANTA ISABEL
– GUAIMARAL DEL MUNICIPIO DE SANTA ISABEL, TOLIMA”
EXCAVACIONES VARIAS SIN CALIFICAR
(INCLUYE CARGUE Y RETIRO)
Descripción Tarifa/Hora
REPUBLICA DE COLOMBIA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
MUNICIPIO DE SANTA ISABEL
ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS
Herramienta menor
Retroexcavadora de Llanta 98,000.00
Descripción Precio-Unit
M³-Km
5.20
Jornal Total
177,600.00
74,000.00
Total Costo Directo
Descripción
Administración
Imprevisto
Utilidad
Precio unitario total aproximado al peso
87
Tabla 41. AIU Sub-base granular compactada.
Fuente: (Alcaldía Municipal de Santa Isabel, 2018)
ITEM: 1.20
UNIDAD: m3
I. EQUIPO
Tipo Rendimiento Valor-Unit
39.27
45.00 1,164.00
dia 45.00 2,969.78
dia 45.00 2,160.44
Sub-Total 6,333.49
II. MATERIALES EN OBRA
Unidad Cantidad Valor-Unit
M3 1.30 61,178.00
Lt 24.00 1,440.00
Sub-Total 62,618.00
III. TRANSPORTES
Material Vol Distancia Tarifa Valor-Unit
Material Sub-Base 1.3 56 1,250.00 91,000.00
Sub-Total 91,000.00
IV. MANO DE OBRA
Trabajador Jornal Prestaciones Rendimiento Valor-Unit
Obreros (4) 96,000.00 185% 360.000 493.33
Oficial 40,000.00 185% 360.000 205.56
Sub-Total 698.89
160,650.00
V. COSTOS INDIRECTOS
Porcentaje Valor-Total
24% 38,556.00
1% 1,606.50
5% 8,032.50
Sub-Total 48,195.00
208,845.00
Herramienta menor
Carrotanque de agua 1000 galones
Global
52,380.00
Descripción Precio-Unit
Motoniveladora Potencia 215 HP 133,640.00
Vibrocompactador 153 HP, 10 Ton 97,220.00
ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS
“MEJORAMIENTO DE LA VIA RURAL TERCIARIA SANTA
ISABEL – GUAIMARAL DEL MUNICIPIO DE SANTA ISABEL,
TOLIMA”
SUB BASE GRANULAR COMPACTADA
REPUBLICA DE COLOMBIA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
MUNICIPIO DE SANTA ISABEL
Descripción Tarifa/Hora
Agua 60.00
M³-Km
Administración
Imprevisto
72.80
Total Costo Directo
Jornal Total
177,600.00
74,000.00
Material Sub-Base 47,060.00
Utilidad
Precio unitario total aproximado al peso
Descripción
88
Tabla 42. AIU Mejoramiento de la sub-rasante con adición de material granular (afirmado).
Fuente: (Alcaldía Municipal de Santa Isabel, 2018)
ITEM: 1.3
UNIDAD: m3
I. EQUIPO
Tipo Rendimiento Valor-Unit
507.00
45.00 1,164.00
dia 45.00 2,969.78
dia 45.00 2,160.44
Sub-Total 6,801.22
II. MATERIALES EN OBRA
Unidad Cantidad Valor-Unit
M3 1.30 26,000.00
Lt 25.00 1,500.00
Sub-Total 27,500.00
III. TRANSPORTES
Material Vol-peso o Cant. Distancia Tarifa Valor-Unit
Material Afirmado de la Zona 1.3 20 1,250.00 32,500.00
Sub-Total 32,500.00
IV. MANO DE OBRA
Trabajador Jornal Prestaciones Rendimiento Valor-Unit
Obreros (4) 96,000.00 185% 360.000 493.33
Oficial 40,000.00 185% 360.000 205.56
Sub-Total 698.89
67,500.00
V. COSTOS INDIRECTOS
Porcentaje Valor-Total
24% 16,200.00
1% 675.00
5% 3,375.00
Sub-Total 20,250.00
87,750.00
Total Costo Directo
Global
Vibrocompactador 153 HP, 10 Ton 97,220.00
177,600.00
74,000.00
26.00
133,640.00
Carrotanque de agua 1000 galones
ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS
Agua 60.00
REPUBLICA DE COLOMBIA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
MUNICIPIO DE SANTA ISABEL
Descripción Tarifa/Hora
Herramienta menor
Motoniveladora Potencia 215 HP
MEJORAMIENTO DE LA SUBRASANTE CON
ADICIÓN DE MATERIAL GRANULAR
(AFIRMADO)
Material de Afirmado de la Zona 20,000.00
“MEJORAMIENTO DE LA VIA RURAL TERCIARIA SANTA
ISABEL – GUAIMARAL DEL MUNICIPIO DE SANTA ISABEL,
TOLIMA”
Jornal Total
Descripción Precio-Unit
M³-Km
52,380.00
Descripción
Administración
Imprevisto
Utilidad
Precio unitario total aproximado al peso
89
Tabla 43. AIU Concreto clase D (3500 PSI), concreto convencional.
Fuente: (Alcaldía Municipal de Santa Isabel, 2018)
ITEM: 1.40
UNIDAD: m3
I. EQUIPO
Tipo Rendimiento Valor-Unit
0.60 30,000.00
0.60 12,666.67
2,065.00
Sub-Total 44,731.67
II. MATERIALES EN OBRA
Unidad Cantidad Valor-Unit
M3 0.76 41,800.00
Lt 190.00 28,500.00
M3 0.60 25,200.00
Kg 380.00 228,000.00
M2 4.60 55,200.00
7,574.00
Sub-Total 386,274.00
III. TRANSPORTES
Material Vol-peso o Cant. Distancia Tarifa Valor-Unit
Arena 0.6 56 1,250.00 42,000.00
Triturado 0.76 56 1,250.00 53,200.00
Sub-Total 95,200.00
IV. MANO DE OBRA
Trabajador Jornal Prestaciones Rendimiento Valor-Unit
Obreros (8) 616,000.00 185% 8.000 142,450.00
Oficial 125,000.00 185% 8.000 28,906.25
Sub-Total 171,356.25
697,562.00
V. COSTOS INDIRECTOS
Porcentaje Valor-Total
24% 167,414.88
1% 6,975.62
5% 34,878.10
Sub-Total 209,268.60
906,831.00
12,000.00
Agregados Petreos para Concreto Hidraulico
Agua
Arena Lavada
Cemento
Formaleta
Vibrador de Concreto 7,600.00
55,000.00
150.00
42,000.00
600.00
Total Costo Directo
Administración
Imprevisto
Utilidad
Precio unitario total aproximado al peso
M³-Km
42.56
Jornal Total
1,139,600.00
231,250.00
33.60
18,000.00
Herramienta menor Global
Descripción
Descripción Precio-Unit
Desperdicio (2%)
Descripción Tarifa/Hora
REPUBLICA DE COLOMBIA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
MUNICIPIO DE SANTA ISABEL
ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS
“MEJORAMIENTO DE LA VIA RURAL TERCIARIA SANTA ISABEL
– GUAIMARAL DEL MUNICIPIO DE SANTA ISABEL, TOLIMA”
CONCRETO CLASE D (245 KG/CM2 O 3500
PSI)
Mezcladora Concreto
90
Tabla 44. AIU Concreto clase G (ciclópeo).
Fuente: (Alcaldía Municipal de Santa Isabel, 2018)
ITEM: 1.50
UNIDAD: m3
I. EQUIPO
Tipo Rendimiento Valor-Unit
0.60 30,000.00
0.60 12,666.67
1,521.00
Sub-Total 44,187.67
II. MATERIALES EN OBRA
Unidad Cantidad Valor-Unit
M3 0.51 28,050.00
Lt 96.00 14,400.00
M3 0.33 13,860.00
Kg 210.00 126,000.00
M3 0.40 14,000.00
M2 4.60 55,200.00
5,030.20
Sub-Total 256,540.20
III. TRANSPORTES
Material Vol-peso o Cant. Distancia Tarifa Valor-Unit
Arena 0.55 56 1,250.00 38,500.00
Triturado 0.85 56 1,250.00 59,500.00
Piedra Media Zonja 0.4 56 1,250.00 28,000.00
Sub-Total 126,000.00
IV. MANO DE OBRA
Trabajador Jornal Prestaciones Rendimiento Valor-Unit
Obreros (6) 462,000.00 185% 8.000 106,837.50
Oficial 125,000.00 185% 8.000 28,906.25
Sub-Total 135,743.75
562,472.00
V. COSTOS INDIRECTOS
Porcentaje Valor-Total
24% 134,993.28
1% 5,624.72
5% 28,123.60
Sub-Total 168,741.60
731,214.00
REPUBLICA DE COLOMBIA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
MUNICIPIO DE SANTA ISABEL
ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS
“MEJORAMIENTO DE LA VIA RURAL TERCIARIA SANTA ISABEL
– GUAIMARAL DEL MUNICIPIO DE SANTA ISABEL, TOLIMA”
CONCRETO CLASE G (Ciclópeo)
Descripción Tarifa/Hora
Mezcladora Concreto 18,000.00
Vibrador de Concreto 7,600.00
Herramienta menor Global
Descripción Precio-Unit
Agregados Petreos para Concreto Hidraulico 55,000.00
Agua 150.00
Arena Lavada 42,000.00
Cemento 600.00
Formaleta 12,000.00
Desperdicio (2%)
M³-Km
30.80
47.60
Jornal Total
854,700.00
231,250.00
Total Costo Directo
22.40
Piedra Media Zonja 35,000.00
Descripción
Administración
Imprevisto
Utilidad
Precio unitario total aproximado al peso
91
Tabla 45. AIU Acero de refuerzo - Grado 60.
Fuente: (Alcaldía Municipal de Santa Isabel, 2018)
ITEM: 1.6
UNIDAD: kg
I. EQUIPO
Tipo Rendimiento Valor-Unit
85.00
Sub-Total 85.00
II. MATERIALES EN OBRA
Unidad Cantidad Valor-Unit
Kg 1.00 3,600.00
Kg 0.01 45.00
72.90
Sub-Total 3,717.90
III. TRANSPORTES
Material Vol-peso o Cant. Distancia Tarifa Valor-Unit
Acero 1.00 56 2.00 112.00
Alambre 0.01 56 2.00 1.12
Sub-Total 113.12
IV. MANO DE OBRA
Trabajador Jornal Prestaciones Rendimiento Valor-Unit
Obreros (1) 24,000.00 185% 100.000 444.00
Oficial 40,000.00 185% 100.000 740.00
Sub-Total 1,184.00
5,100.00
V. COSTOS INDIRECTOS
Porcentaje Valor-Total
24% 1,224.00
1% 51.00
5% 255.00
Sub-Total 1,530.00
6,630.00
3,600.00
4,500.00
56.00
Descripción Tarifa/Hora
ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS
“MEJORAMIENTO DE LA VIA RURAL TERCIARIA SANTA ISABEL
– GUAIMARAL DEL MUNICIPIO DE SANTA ISABEL, TOLIMA”
ACERO DE REFUERZO - GRADO 60
REPUBLICA DE COLOMBIA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
MUNICIPIO DE SANTA ISABEL
44,400.00
74,000.00
Herramienta menor Global
ACERO DE REFUERZO - GRADO 60
Alambre Negro
Total Costo Directo
Descripción Precio-Unit
Desperdicio 2%
M³-Km
0.56
Jornal Total
Descripción
Administración
Imprevisto
Utilidad
Precio unitario total aproximado al peso
92
Tabla 46. AIU Tubería en concreto reforzado 900 mm.
Fuente: (Alcaldía Municipal de Santa Isabel, 2018)
ITEM: 1.7
UNIDAD: km
I. EQUIPO
Tipo Rendimiento Valor-Unit
1,923.00
Sub-Total 1,923.00
II. MATERIALES EN OBRA
Unidad Cantidad Valor-Unit
Ml 1.00 500,000.00
Sub-Total 500,000.00
III. TRANSPORTES
Material Vol-peso o Cant. Distancia Tarifa Valor-Unit
Tuberia 1.00 56 1,250.00 70,000.00
Sub-Total 70,000.00
IV. MANO DE OBRA
Trabajador Jornal Prestaciones Rendimiento Valor-Unit
Obreros (1) 24,000.00 185% 1.300 34,153.85
Oficial 40,000.00 185% 1.300 56,923.08
Sub-Total 91,076.92
663,000.00
V. COSTOS INDIRECTOS
Porcentaje Valor-Total
24% 159,120.00
1% 6,630.00
5% 33,150.00
Sub-Total 198,900.00
861,900.00
Herramienta menor
TUBERIA EN CONCRETO REFORZADO 900 MM 500,000.00
Global
REPUBLICA DE COLOMBIA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
MUNICIPIO DE SANTA ISABEL
ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS
“MEJORAMIENTO DE LA VIA RURAL TERCIARIA SANTA ISABEL
– GUAIMARAL DEL MUNICIPIO DE SANTA ISABEL, TOLIMA”
TUBERIA EN CONCRETO REFORZADO 900
MM
Descripción Tarifa/Hora
M³-Km
Descripción Precio-Unit
56.00
Jornal Total
44,400.00
74,000.00
Total Costo Directo
Descripción
Administración
Imprevisto
Utilidad
Precio unitario total aproximado al peso
93
8.2 Presupuesto con Reemplazo de 10% de Cemento en el Concreto con
Ceniza Volcánica
Del anterior presupuesto se seleccionan solo los ítems en los cuales se utilice
concreto de 3500 PSI, el proyecto tiene un costo total de $ 1,150,442,685.00 (mil
ciento cincuenta millones, cuatrocientos cuarenta y dos mil seiscientos ochenta
y cinco), de los cual se destinó para el concreto clase D $ 456,205,548.00 en la
fundición de 654 m3.
Para la realización del análisis correspondiente en cuanto al presupuesto se
tomó en cuenta que la ceniza volcánica como materia prima no tendrá ningún
valor, únicamente se toma el valor estimado del transporte de la misma desde el
punto de recolección hasta el lugar de la obra.
8.2.1 Presupuesto General
Tabla 47. Presupuesto general de placa huella, concreto combinado.
Fuente: (Alcaldía Municipal de Santa Isabel, 2018)
ITEM DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD VALOR UNITARIO VALOR TOTAL
1.1EXCAVACIONES VARIAS SIN CALIFICAR
(INCLUYE CARGUE Y RETIRO)m3 965.00 $ 31,000.00 $ 29,915,000.00
1.2 SUB BASE GRANULAR COMPACTADA m3 652.50 160,650.00$ $ 104,824,125.00
1.3
MEJORAMIENTO DE LA SUBRASANTE CON
ADICIÓN DE MATERIAL GRANULAR
(AFIRMADO)
m3 683.10 $ 67,500.00 $ 46,109,250.00
1.4CONCRETO COMBINADO CLASE D (245
KG/CM2 O 3500 PSI)m3 654.00 677,309.00$ $ 442,960,086.00
1.5 CONCRETO CLASE G (Ciclópeo) m3 129.00 562,472.00$ $ 72,558,888.00
1.6 ACERO DE REFUERZO - GRADO 60 kg 31,261.00 5,100.00$ $ 159,431,100.00
1.7TUBERIA EN CONCRETO REFORZADO 900
MM m 24.00 663,000.00$ $ 15,912,000.00
$ 871,710,449.00
24% $ 209,210,508.00
1% $ 8,717,104.00
5% $ 43,585,522.00
30% $ 261,513,134.00
$ 1,133,223,583.00
REPUBLICA DE COLOMBIA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
MUNICIPIO DE SANTA ISABEL
“MEJORAMIENTO DE LA VIA RURAL TERCIARIA SANTA ISABEL – GUAIMARAL DEL MUNICIPIO DE SANTA
ISABEL, TOLIMA”
PRESUPUESTO GENERAL
Fecha: Junio de 2018
TOTAL COSTOS DIRECTOS:
ADMINISTRACION
IMPREVISTOS
UTILIDAD
TOTAL AIU
TOTAL COSTO OBRA
94
8.2.2 Análisis de Precios Unitarios
Tabla 48. AIU Concreto clase D (3500 PSI), concreto combinado.
Fuente: (Alcaldía Municipal de Santa Isabel, 2018)
ITEM: 1.40
UNIDAD: m3
I. EQUIPO
Tipo Rendimiento Valor-Unit
0.60 30,000.00
0.60 12,666.67
2,065.00
Sub-Total 44,731.67
II. MATERIALES EN OBRA
Unidad Cantidad Valor-Unit
M3 0.76 41,800.00
Lt 190.00 28,500.00
M3 0.60 25,200.00
Kg 38.00 0
Kg 342.00 205,200.00
M2 4.60 55,200.00
1,910.00
Sub-Total 357,810.00
III. TRANSPORTES
Material Vol-peso o Cant. Distancia Tarifa Valor-Unit
Arena 0.55 56 1,250.00 38,500.00
Triturado 0.85 56 1,250.00 59,500.00
Ceniza Volcánica 0.03 144.3 1,250.00 5,411.25
Sub-Total 103,411.25
IV. MANO DE OBRA
Trabajador Jornal Prestaciones Rendimiento Valor-Unit
Obreros (8) 616,000.00 185% 8.000 142,450.00
Oficial 125,000.00 185% 8.000 28,906.25
Sub-Total 171,356.25
677,309.00
12,000.00
Agregados Petreos para Concreto Hidraulico
Agua
Arena Lavada
Cemento
Formaleta
Vibrador de Concreto 7,600.00
55,000.00
150.00
42,000.00
600.00
Ceniza Volcánica -
Total Costo Directo
M³-Km
47.60
Jornal Total
1,139,600.00
231,250.00
30.80
4.33
18,000.00
Herramienta menor Global
Descripción Precio-Unit
Desperdicio (2%)
Descripción Tarifa/Hora
REPUBLICA DE COLOMBIA
DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
MUNICIPIO DE SANTA ISABEL
ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS
“MEJORAMIENTO DE LA VIA RURAL TERCIARIA SANTA ISABEL
– GUAIMARAL DEL MUNICIPIO DE SANTA ISABEL, TOLIMA”
CONCRETO COMBINADO CLASE D (245
KG/CM2 O 3500 PSI)
Mezcladora Concreto
95
9. CAPÍTULO IV. CONCLUSIONES
La ceniza volcánica en estado natural es un material que podría ser aprovechado
en diferentes situaciones para ser aplicada a mezclas de hormigón por su
potencial aporte en diferentes ámbitos. Al agregar ceniza en diferentes
proporciones a los diseños de hormigón (30%, 10% y 5% en proporción al
cemento) y una resistencia de 3500 PSI se obtuvieron las siguientes
conclusiones:
Se observó que los cilindros de concreto convencional pese a ser
diseñados para una resistencia de 3500Psi al aplicar un factor de
mayoración se alcanzaron resistencias superiores a las esperadas por lo
cual se obtuvo valores cercanos a los 4000Psi, lo anterior permite concluir
que puede realizarse un ajuste del diseño de mezcla convencional. Vale
la pena resaltar que los porcentajes de desarrollo de las resistencias
alcanzadas con el concreto no convencional fueron comparadas respecto
de los 3500Psi y no 4000Psi puesto que el objeto de este trabajo era la
fabricación de concretos de 3500Psi.
Al comparar las características mecánicas del concreto convencional
frente las del concreto modificado se evidenció que las probetas de
concreto convencional mostraron ser más resistentes desde los 7 días
mientras que las muestras con concreto combinado con un 10% y 5% de
adición de ceniza volcánica no alcanzaron el 100% a los 7 días.
En la mezcla a la cual se le agrego el 10% de ceniza volcánica, alcanzo
la resistencia de 3500Psi a los 28 días, obteniendo el 100,23% respecto
96
de la resistencia inicialmente planteada en el diseño de 3500Psi y a los
56 días 105,74% respecto a ese mismo valor, esta fue la proporción que
arrojo mejores resultados por lo cual es recomendable emplearla en obras
civiles si la idea es ahorrar costos, emplear materiales ecológicos,
abundantes alrededor de todos los volcanes del mundo y que además son
considerados desechos.
La mezcla a la cual se le agrego el 5% de reemplazo del cemento por
ceniza volcánica, no alcanzo la resistencia esperada a los 28 días,
obteniendo el 91,33%, sin embargo, a los 56 días logro 104,42%, lo cual
es considerado realmente un buen resultado y podemos afirmar, que se
puede emplear este tipo de concreto en aquellas obras las cuales no
necesiten resistencias máximas en poco tiempo.
Por otro lado las mezclas del 30% de reemplazo del cemento no arrojaron
resultados favorables en cuanto a resistencia a la compresión, ya que con
el transcurso del tiempo el aumento fue insuficiente, tanto así que para el
día 28 que se esperaba alcanzar un alto porcentaje, se obtuvo tan solo el
62%, y a los 56 días 86%, por lo tanto, esta proporción no es
recomendable para obras de ningún tipo, ya que al no alcanzar la
resistencia adecuada afectaría en gran medida la estructura.
Los resultados dejan ver el gran potencial que tiene el uso de la ceniza
volcánica del Volcán Cerro Machín empleada en el concreto, sustituyendo
en proporción cemento hidráulico de uso general, por lo tanto puede ser
aprovechado y esto gracias a las resistencias y resultados obtenidos,
además de que es un material abundante y económico por lo cual se
97
puede emplear en industrias encargadas del concreto en Colombia y en
el mundo.
Es posible emplear hormigón estructural reforzado con un concreto
combinado con ceniza volcánica del Volcán Cerro Machín, esto se afirma
ya que en ninguno de los casos el acero presento algún estado de
oxidación o deterioro en los tiempos estimados hasta los 56 días, es decir
que la reacción de estos elementos es aceptable y favorable.
Se puede presentar un amplio campo para el desarrollo de nuevos
proyectos de investigación, con el objeto de profundizar en el
perfeccionamiento y manejo de factores que presenta la ceniza volcánica
del Volcán Cerro Machín, de esta forma realizar un análisis más detallado
de sus componentes y utilización para el desarrollo de materiales más
competitivos técnica, económica y ambientalmente.
Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en la obra de la placa huella
del Municipio de Santa Isabel el cual se tomó como referencia, se puede
observar claramente que existe ahorro de costos al combinar el concreto
clase D con ceniza volcánica de proporción 10%, esto se afirma ya que la
obra inicial (empleando concreto convencional clase D) tenía un costo
total de $ 1,150,442,685.00, y al emplear el concreto modificado el costo
total fue de $ 1,133,223,583.00, es decir el ahorro en costos para el total
de la obra es $ 17,219,102.00, que para una obra de tan pequeña
magnitud, tan solo 0.87 km se considera realmente valioso.
98
10. CAPÍTULO V. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Alcaldía Municipal de Santa Isabel, T. (2018). Mejoramiento de la Vía Rural
Terciaria Santa Isabel - Guaimaral del Municipio de Santa Isabel, Tolima.
Santa Isabel, Tolima.
B.V., E. (2012). Propiedades del concreto fabricado con ceniza volcanica. India:
Elsevier B.V.
Chu, J. (06 de Febrero de 2018). MIT News. Obtenido de
http://news.mit.edu/2018/cities-future-built-locally-available-volcanic-ash-
0206
Coutts, M. V. (23 de 02 de 2018). Comprueban que las construcciones con
ceniza volcánica pueden ser más resistentes y ecológicas. El Definido.
Recuperado el 05 de 2018, de
https://www.eldefinido.cl/actualidad/mundo/9704/Comprueban-que-las-
construcciones-con-ceniza-volcanica-pueden-ser-mas-resistentes-y-
ecologicas/
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GUTIERREZ, I. J. (2016). USO DE CENIZA VOLCANICA COMO PUZOLANA
NATURAL EN MEZCLAS DE HORMIGON. Samborondon: UEES.
99
Gutiérrez, M. A. (2015). Efecto de los agregados reciclados y cenizas de carbón
en la durabilidad de un mortero ecológico para su aplicación en Arrecifes
Artificiales. Medellin, Colombia.
Guzman, D. S. (2000). Tecnologia del Concreto y del Mortero (Vol. 5ta Edición ).
Bogota D.C: Bhandar Editores. Recuperado el 08 de 2018
Hablemos de Volcanes. (2016). Hablemos de Volcanes. Recuperado el 01 de
2019, de Ceniza Volcánica: que es, propiedades, usos y más:
http://hablemosdevolcanes.com/c-generalidades/ceniza-volcanica/
INVIAS. (2012). Normas de Ensayo de Materiales para Carreterras (Vol. Sección
400).
Ortiz, A. M. (2018). ESCORIA Y CENIZA VOLCÁNICAS DEL DISTRITO DE
YURA. Peru: UNSA.
Paniagua, E. V. (2007). Concreto de alto desempeño con elevado consumo de
ceniza volante. Mexico: UNAM.
PARRA, O. A. (2016). LAS MEZCLAS DE CONCRETO HIDRÁULICO CON
ADITIVOS INCLUSORES DE AIRE “CENIZAS VOLANTES”. Bogota:
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS.
Revista ARQHYS. (12 de 2012). Historia del Concreto. ARQHYS. Recuperado el
01 de 2019, de https://www.arqhys.com/historia-concreto.html
Sevicio Geologico Colombiano. (10 de Octubre de 2018). Obtenido de
https://www2.sgc.gov.co/sgc/volcanes/VolcanCerroMachin/Paginas/gene
ralidades-volcan-cerro-machin.aspx
100
Universidad del Valle. (10 de Octubre de 2018). Obtenido de
http://osso.univalle.edu.co:8000/2-uncategorised/19-descripcion-y-
caracteristicas-del-volcan-cerro-machin.html
101
11. ANEXOS
Ilustración 29. Tamices empleados para la clasificación del agregado grueso.
Ilustración 30. Porcentaje mayor de la muestra que queda retenida en el tamiz de 0,5”.
Ilustración 31. Agregado grueso empleado para el proceso de gradación, después de pasar 24 h
en el horno.
Ilustración 32. Tamices empleados para la clasificación del agregado fino.
Ilustración 33. Agregado fino empleado para el proceso de gradación, después de pasar 24 h
en el horno.
Ilustración 34. Probetas con el contenido de arenas y llenadas hasta las 15” con solución
stock.
102
Ilustración 35 . Lectura de la arcilla después de 20 min de reposo.
Ilustración 36. Lectura de la arena después de 20 min de reposo.
Ilustración 37. Masa unitaria compacta para el agregado grueso.
Ilustración 38. Masa unitaria compacta para el agregado liviano (Arena).
Ilustración 39. Masa unitaria compacta para el agregado liviano (Ceniza Volcánica).
Ilustración 40. Ensayo densidad y % adsorción,
agregado grueso, peso de la muestra saturada (sumergido en la canastilla),
mediante la balanza mecánica.
103
Ilustración 41. Ensayo densidad y % adsorción, agregado grueso después de pasar 24 ± 4 horas
en el horno.
Ilustración 42. Ensayo densidad y % adsorción, proceso de secado de la muestra de agregado
fino empleando un secador.
Ilustración 43. Ensayo densidad y % adsorción, determinación del estado SSS de la arena.
Ilustración 44. Ensayo densidad y % adsorción, agregado fino, peso de la muestra en estado
SSS.
Ilustración 45. Ensayo densidad y % adsorción,
peso del picnómetro con los 500 g de arena y aforado el espacio restante con agua
destilada.
Ilustración 46. Máquina de los ángeles empleada para el ensayo.
104
Ilustración 47. Muestra después de retirada de la máquina de los ángeles.
Ilustración 48.Muestra después del lavado sobre el tamiz # 12.
Ilustración 49. Ensayo Micro-Deval, tamices empleados para obtener 750 g de muestra.
Ilustración 50. Ensayo Micro-Deval, tamices empleados para obtener 375 g de muestra.
Ilustración 51. Ensayo Micro-Deval, recipiente donde se pone la muestra, el agua y las esferas
magnéticas.
Ilustración 52. Máquina del ensayo de Corte Directo.
Ilustración 53. Ensayo de Corte Directo, montaje del molde de la muestra.
105
Ilustración 54. Ensayo de Corte Directo, ubicación de la muestra en el recipiente.
Ilustración 55. Ensayo de Corte Directo, muestra consolidada drenada, para el ensayo.
Ilustración 56. Ensayo de Corte Directo, ubicación de la muestra en el equipo.
Ilustración 57. Pesaje del agregado grueso para la elaboración de la mezcla.
Ilustración 58. Pesaje del cemento para la elaboración de la mezcla.
Ilustración 59. Pesaje del agregado fino (arena) para la elaboración de la mezcla.
106
Ilustración 60. Pesaje del agregado fino (ceniza) para la elaboración de la mezcla.
Ilustración 61. Medición del agua para la elaboración de la mezcla.
Ilustración 62. Mezcla de concreto.
Ilustración 63. Probetas para encofrar el concreto.
Ilustración 64. Cilindros para el ensayo de compresión.
Ilustración 65. Cilindros para la medición y posterior ensayo de compresión.
107
Ilustración 66. Pesaje de los cilindros.
Ilustración 67. Ensayo de compresión de los cilindros.
Ilustración 68. Resultado ensayo de compresión.
Ilustración 69. Materiales para las probetas con varillas de acero.
Ilustración 70. Cilindros con varillas de acero encofrados.
Ilustración 71. Cilindros con varillas de acero en la piscina de curado.
108
Ilustración 72. Cilindros con varillas de acero.
Ilustración 73. Medición del diámetro de los cilindros con varillas de acero.
Ilustración 74. Medición de la longitud de los cilindros con varillas de acero.
Ilustración 75. Resultados obtenidos 30% ceniza.
Ilustración 76. Resultados obtenidos 10% ceniza.
Ilustración 77. Resultados obtenidos 5% ceniza.
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