Propuesta de mejora de concreto usado para revestimiento de túneles (página 3)

1. Tabla 6.

   Valores usuales de asentamiento.

   ELEMENTO	ASENTAMIENTO CENT.
   	DE	A
   Prefabricados	–	6
   Fundaciones Ciclópeas	3	8
   Pedestales y muros de fundación armados	4	8
   Pavimentos	5	8
   Losas, vigas, columnas, muros de corte	6	11
   Paredes estructurales delgadas	10	18
   Transportado por bombeo	6	18
   Superplastificado	Mayor de 18

   Fuente: Porrero, J. (1996), Manual del concreto.

   Relación Triangular.

   Esta relación asocia la trabajabilidad ( T ), determinada mediante el cono de Abrams, con dos parámetros importantes en el diseño de mezcla como es la relación agua/cemento (  ) y la dosis de cemento ( C ), a través de la siguiente expresión:

   C = K x m x Tn

   En donde, K, m y n son constantes que dependen de las características de los componentes de la mezcla, para los materiales utilizados: piedra picada, arena natural, tamaño máximo 1" y cemento Pórtland Tipo 1, se obtienen buenos ajustes con la ecuación:

   C = 136 x -1.3 x T0.16

   Bases legales.

   El Comité Venezolano de Normas Industriales, establece las normas, procedimientos, instrumentos y equipos necesarios para realizar los ensayos a los agregados y/o componentes del concreto, así como los límites establecidos para garantizar la calidad de los mismos. A continuación se establecen las normas que se utilizarán para dar garantía a los procedimientos utilizados en esta investigación.

   Agregados.

   COVENIN 255-77E. Agregados. "Método de ensayo para determinar la composición granulométrica de los agregados finos y gruesos".

   COVENIN 256-77E. Agregados. "Método de ensayo para la determinación cualitativa de impurezas orgánicas en arenas para concreto (Ensayo Colorimétrico).

   COVENIN 261-77E. Agregados. "Método de ensayo para determinar cualitativamente el contenido de cloruros y sulfatos solubles en arenas".

   COVENIN 263-78E. Agregados. "Método de ensayo para determinar el peso unitario del agregado".

   COVENIN 266-77E. Agregados. "Método de ensayo para determinar la resistencia al desgaste en agregados gruesos menores de 38.10 mm (1 ½") por medio de la Máquina de Los Ángeles".

   COVENIN 268-78E. Agregados. "Método de ensayo para determinar el peso específico y la absorción del agregado fino".

   COVENIN 269-78E. Agregados. "Método de ensayo para determinar el peso específico y la absorción del agregado grueso".

   COVENIN 259-77. Agregados. "Método de ensayo para la determinación por suspensión de partículas menores a 20 micras en agregados finos".

   COVENIN 272-78. Agregados. "Método de ensayo para determinar la humedad superficial en el agregado fino".

   Cemento Pórtland.

   COVENIN 28-76. Cemento Pórtland. "Especificaciones para Cemento Pórtland".

   COVENIN 487-87. Cemento Pórtland. "Determinación de la finura del cemento por medio del aparato Blaine de permeabilidad".

   COVENIN 493-87. Cemento Pórtland. "Determinación del tiempo de fraguado por la Aguja de Vicat".

   COVENIN 494-87. Cemento Pórtland. "Determinación de la consistencia normal".

   COVENIN 484-89. Cemento Pórtland. "Determinación de la resistencia a compresión de morteros de probetas cúbicas de 50.8 mm de lado".

   Concreto Fresco y Endurecido.

   COVENIN 338-79E. Concreto. "Método para la elaboración, curado y ensayo de probetas cilíndricas de concreto".

   COVENIN 339-E. Concreto. "Método para la medición del asentamiento con el Cono de Abrams".

   COVENIN 663-86. Concreto. "Premezclado especificaciones".

   COVENIN 344-92. Concreto. "Toma de Muestras. Concreto Fresco".

   COVENIN 454-79. Concreto. "Método para el mezclado de concreto en el laboratorio".

   COVENIN 342-79. "Método de ensayo para determinar la resistencia a la tracción por flexión del concreto en vigas simplemente apoyadas con cargas a los tercios del tramo".

   COVENIN 349-79. Concreto. "Método de ensayo gravimétrico para determinar el peso por metro cúbico, rendimiento y contenido de aire en el concreto".

    

   Definición de Términos

   Agregado:

   Es un material granular, duro, de composición mineralógica como la arena, grava o la roca triturada, usado para ser mezclado en diferentes tamaños.

   Agregado fino:

   Es aquella porción de un agregado que pasa el tamiz No 4 (4,76 mm), y esta retenido en el tamiz No 200 (0,074 mm), se conoce generalmente como la arena.

   Agregado Grueso:

   Es aquella porción de un agregado cuyo tamaño de partícula es superior a 4,76 mm.

   Agrietamiento:

   El proceso de contracción ó reflejo de la presión en el concreto estructural, causado por esfuerzos de contracción, cambios de humedad o temperatura.

   Agrietamiento Plástico:

   Agrietamiento que ocurre en la superficie del concreto fresco poco después de ser colocado y mientras esta aún plástico, generado por la perdida de agua superficial (evaporación) ó por perdida de agua de la mezcla, al producirse absorción del terreno por no haber sido saturado previo al vaciado.

   Agrietamiento por Contracción:

   Agrietamiento de un elemento debido a falla de tensión causada por restricciones extremas ó internas como el desarrollo de la reducción del contenido de humedad, la corbonatación o ambas.

   Aplastamiento:

   Hacer más compacta la mezcla.

   Arcilla:

   Silicato hidráulico de alúmina que forma una pasta plástica muy maleable. Sometida cocción, pierde tal propiedad para tornarse dura y quebradiza. Se utiliza en alfarería y cerámica.

   Arena:

   Agregado fino resultante de la desintegración y abrasión de las rocas.

   ASTM:

   Sociedad Americana de Pruebas y Materiales.

   Cemento:

   Mezcla de caliza y arcilla trituradas, materiales hidráulicos que fragua con el agua. Constituye un material que es base en la construcción, insustituible para formar morteros y hormigones.

   Concreto:

   Es la combinación compuesta por un aglomerante (cemento) y dos materiales inertes (arena más piedra picada) y un catalizador (agua). Es un sistema heterogéneo de agregados minerales inorgánicos, sólidos, discretos, gradados granulométricamente, de origen generalmente, plutónico (feldespato silicios o ferromagnéticos) o calcáreo sedimentario, embebidos en un compuesto matriz de silicatos polibásicos sintetizados, alcalinos y alcaloides; que se mantienen en solución acuosa y en dispersión coprecipitada con otros óxidos anfóteros. Esta matriz es capaz, inicialmente, de disolverse progresivamente, hidratarse, reprecipitarse, gelatinarse y solidificarse a través de una serie continua y coexistente de estados cristalinos, amorfos, coloidales y criptocristalinos; y es sometida finalmente a una alteración termoalotriomórfica. Cuando es mezclado su comportamiento es temporalmente plástico y durante este estado es moldeado en una forma predeterminada; en la cual finalmente consolida, brindando una estructura relativamente impermeable y con una útil capacidad de transmitir esfuerzos de tracción, compresión y corte.

   Concreto Fresco:

   Es el concreto en el estado previo al fraguado.

   Cono de Abrams:

   Dispositivo cónico de 30 cm. de alto con diámetro superior de 10.2 cm. e inferior de 20.3 cm. para medir la consistencia del concreto fresco. Se llena de concreto en tres capas, cada una compactada con veinticinco golpes de una barra. Cuando se levanta el cono (lentamente), el concreto se acomoda bajo su propio peso. Se llama "Asentamiento", en centímetros o pulgadas lo que ha bajado el concreto.

   Contracción:

   Acortamiento en una medida de un material, por efecto del calor o del frío.

   Control de Calidad:

   Parámetros para el control rutinario en planta o en obra: Agregados Gruesos: aspecto, estado del clima, presencia de piedras blandas. Agregados Finos: Aspecto, granulometría, polvillo. Concreto Fresco: asentamiento, cohesión, densidad, contenido de aire. Estos registros constituyen el control de calidad más confiable, puesto que la proporción de los componentes del concreto determina la calidad.

   Corrosión:

   Destrucción de una superficie metálica por la oxidación.

   Curado:

   Es un proceso mediante el cual se logra la conservación de la temperatura y humedad del concreto fresco colocado, durante algún periodo, para asegurar una hidratación adecuada y endurecimiento apropiado del concreto.

   Deformación Elástica:

   Deformación que desaparece cuando la fuerza causante de la deformación es removida.

   Deformación Plástica:

   Deformación que no desaparece cuando la fuerza causante de la deformación es removida.

   Densidad Aparente:

   Es la que se utiliza para conocer la dosificación en volumen de los agregados, la cual varia entre 1300 y 1600 kg/m3, según el contenido de agua y su naturaleza mineralógica.

   Diseño de Mezcla:

   Es el procedimiento mediante el cual se calculan o estiman las proporciones que deben existir entre los materiales que componen la mezcla, para lograr las propiedades deseadas para el concreto.

   Dilatación:

   Aumento en la longitud, superficie o volumen de un cuerpo por la acción del calor.

   Dosificación:

   Es la proporción en peso o en volumen de los distintos elementos que integran la mezcla.

   Evaluación Estadística:

   De resultados de ensayos, permite establecer la calidad de la operación de elaboración y control de concreto. Aplicable solamente a resultados obtenidos con un cierto tipo de mezcla. Mientras más grande es el número de resultados, más exacta es la evaluación estadística. Treinta resultados, es generalmente aceptado como un mínimo.

   Fibra:

   Son elementos metálicos, minerales o vegetales diseñados para el concreto como refuerzo secundario que ayuda a la disminución de agrietamientos por efectos de la retracción.

   Fraguado:

   Es el proceso de hidratación de los distintos componentes de un aglomerante hidráulico por el cual esta adquiere una mayor consistencia puesta en evidencia por ensayos específicos.

   Granulometría:

   Estudio que tiene por objeto determinar la composición más adecuada de los agregados destinados a la preparación de un hormigón.

   Grieta:

   Raja, fisura, hendidura que se produce en la obra por un fallo en una construcción. Tratándose de hormigones, la causa suele estar en la incapacidad de este material para aceptar alargamientos.

   Hormigón:

   Es una mezcla de aglomerante, arena y grava con agua, utilizada en la construcción, que al fraguar y endurecer adquiere una resistencia muy elevada. El aglomerante puede ser cemento o cal, o ambos a la vez. En este caso recibe el nombre de bastardo.

   Loseta:

   Losa o capa de concreto de pequeñas dimensiones o escaso grosor.

   Materiales:

   Son los elementos que intervienen en una obra o en un conjunto, que tiene volumen y peso. Y por ende ocupan un lugar en el espacio.

   Materiales Aglomerantes:

   Son aquellos materiales que se obtienen de materiales pétreos naturales y tienen la propiedad de adherir a otros. Se emplean como vinculantes de materiales pétreos naturales y pétreos artificiales.

   Mezcla:

   Es la cantidad de concreto o mortero que se prepara de una sola vez.

   Mortero:

   Mezcla de cemento, agregado fino y agua.

   Muestra:

   Es una porción representativa de un material.

   Peso Unitario:

   Se utiliza para realizar una dosificación en peso de los agregados, este varia poco para la mayor parte de los agregados naturales corrientes, en media tiene valor de 2450 a 2650 Kg/m3. Para los agregados naturales muy pesados, se pueden alcanzar valores de 4000 a 5000 Kg/m3, como el caso de la baritina y la magnetita.

   Probeta Cilíndrica:

   Son monolitos que se realizan para conocer la resistencia del concreto en determinado lapso de tiempo. Estas se toman del concreto al momento de ser vaciada una estructura. El tiempo de ensayo varía desde las 24 horas hasta los 28 días.

   Relación Agua/Cemento:

   Es la relación de un material o de una obra, para soportar las cargas y la acción de distintos agentes exteriores.

   Resistencia:

   Capacidad de un material o de una obra, para soportar las cargas y la acción de distintos agentes exteriores.

   Resistencia a la Compresión:

   La oposición que presenta un espécimen o elemento de mortero o concreto bajo carga axial, expresada como la fuerza por unidad de área recta, generalmente presentada en (kg/cm2).

   Resistencia a la Flexión:

   La oposición que presenta un espécimen o elemento de mortero o concreto bajo una carga a tracción.

   Segregación:

   Es la separación de los distintos componentes de una mezcla de concreto o mortero fresco, durante su transporte y colocación.

   Tamiz:

   Es el conjunto inalterable y rígido formado por un tejido fijado a un marco, y se usa como sinónimo cedazo.

   Tamaño Máximo:

   Es la abertura del tamiz de malla menor a través del cual puede pasar como mínimo el 95% del agregado.

   Trabajabilidad:

   Es aquella propiedad que determina el esfuerzo requerido para manejar una cantidad de concreto recién mezclado con el mínimo de perdida de homogeneidad al ser transportado y colocado.

   CAPÍTULO III

   MARCO METODOLÓGICO

   Diseño y tipo de Investigación

   La investigación planteada tiene como objeto, Mejora diseño de mezcla de concreto 250 kg/cm2 asentamiento 7" usado en el recubrimiento final de túnel (Bóveda) en el proyecto ferrocarril tramo C-2 Puerto Cabello, por lo cual se enmarca en un diseño experimental, ya que se realizaran ensayos de laboratorio, y como plantea Balestrini (1998), los diseños experimentales son: La manifestación de las variables independientes en una situación controlada por el experimentador (p.119).

   La investigación se enmarca en la modalidad de Proyecto Factible, apoyada en una investigación de campo, de tipo experimental, con análisis de resultados, descriptiva y apoyada con una investigación documental y bibliográfica.

   Sabino, C (1992), define: Un experimento consiste en someter el objeto de estudio a la influencia de ciertas variables, en condiciones controladas y conocidas por el investigador, para observar los resultados que cada variable produce en el objeto (p.95).

   Así mismo, de acuerdo al nivel se enmarca en una investigación de carácter descriptivo, de esta manera Hernández, S. (1997), explica que los estudios descriptivos están orientados a medir o evaluar diversos aspectos, dimensiones o componentes del fenómeno o fenómenos a investigar (p.60).

   Por otra parte Arias (1997), señala que una investigación descriptiva consiste en la caracterización de un hecho, fenómeno o grupo con el fin de establecer su estructura o comportamiento (p.46).

   Los dos autores adaptan perfectamente las definiciones a lo que fue la realización de la presente investigación, la cual permitió determinar comparar una series de datos obtenidos mediante ensayos de laboratorio y de esta manera analizar cual fue la mejor propuesta desde el punto de vista técnico y económico.

   Una vez que se tuvo definida cual es la unidad de análisis, se procedió a delimitar la población y sobre la cual se enfocan los resultados.

   Rivas F. (1996) define que "Población son todas las unidades de investigación que seleccionamos de acuerdo con la naturaleza de un problema, para generalizar hasta ella los datos recolectados."(p.272).

   Dentro de este marco la población estará constituida por 6 muestras de cada diseño estudiado y cada muestra formada por seis cilindros de concreto de treinta centímetros de altura, quince centímetros de diámetro, que serán ensayados dos a tres días, dos a los siete días y tres a los veintiocho días. Hay que destacar que se estudiaran tres diseños de mezcla, como lo fueron: Diseño 1, el cual consistió de una mezcla patrón suministrada por Cemex de Venezuela S.A.C.A. con una resistencia a compresión de 250 kg/cm2 a los 28 días; un diseño 2, el cual es una mezcla propuesta con una dosis mayor de aditivo plastificante que se utiliza actualmente (W.R.D.A. 79); un diseño 3, la cual se utilizó un aditivo reductor de agua de alto rango utilizando entre uno y dos por ciento de la dosis de cemento. Lo cual da un total de población estudiada de ciento veintiséis (126) cilindros.

   De esta forma la muestra es censal, debido a que requirió de la población total, en relación a esto, Nieves (1999), explica que la muestra tipo censal ocurre cuando la muestra es la misma población, para que sea representativa por el tamaño de esta (p.94).

    

   Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos

   Técnicas

   Arias (1997), define las técnicas de recolección de datos como, las distintas formas o maneras de obtener la información. Son ejemplos de técnicas; la observación directa, la encuesta en sus dos modalidades (entrevista o cuestionario), el análisis documental y análisis de contenido, entre otros.

   Es por ello, que de acuerdo al tipo de investigación y a las condiciones por tratarse de una investigación experimental, de carácter descriptiva, la técnica de recolección de datos que se utilizó es la observación directa, bajo la perspectiva planteada.

   Busot (1989), define observación como: la acción en la que alguien mira con detenimiento o atención una situación o un detalle en particular. En resumen observar es fijarse en algo (p.37)

   En este sentido, la observación directa es una técnica que permite recaudar información directamente del campo de investigación, para este caso, se realizó en los laboratorios de Cemex de Venezuela, Pudiendo observar de manera directa los resultados obtenidos de los ensayos realizados a las muestras del diseño en cuestión para así determinar su resistencia a compresión, de los dos diseños a ensayar.

   Instrumentos

   Sabino (1992), define instrumento de recolección de datos como: cualquier recurso de que se vale el investigador para acercarse a los fenómenos y extraer de ellos información (p.143).

   Es por ello, que los instrumentos de recolección de datos que se emplearon para esta investigación fueron: Cámara fotográfica o de video, lista de cotejo y escala de observación.

   La lista de cotejo y escala de observación se utilizaron para codificar la información recopilada, que derivan del resultado de los diferentes ensayos, por otra parte las cámaras de video y fotografía, sirvieron de medios para recoger informaciones relevantes.

   Sobre este tema, Hurtado J. (2000), dice:

   – Los instrumentos de registro, que pueden ser directamente los sentidos, u otro instrumento mecánico o electrónico por medio del cual se recogen las observaciones. Ej.: una cámara de video, un grabador o una cámara de fotografía.

   – Los instrumentos de medición, los cuales proporcionan los criterios para la selección y observación, y las pautas para codificar la información. Ej.: una lista de cotejo, una escala de observación. (Pág. 450).

   Técnicas de Análisis de Datos

   Sobre este punto Arias, F. (1999), expresa: En este se describen las distintas operaciones a las que serán sometidos los datos que se obtengan: clasificación, registro, tabulación y codificación si fuere el caso (p.53).

   Para poder clasificar los resultados de la investigación, que se arrojaron de los ensayos realizados al concreto en sus diferentes condiciones, fue necesario previamente procesar los datos, dichos datos se sometieron a técnicas de clasificación, registro y tabulación.

   En lo que se refiere al análisis, se utilizaron técnicas lógicas como lo son deducción y análisis, de esta misma manera se emplearon técnicas estadísticas descriptivas, que son necesarias para descifrar lo que arrojan los datos que fueron recogidos por los resultados de los ensayos.

   Diseño Metodológico

   Con el fin de alcanzar el logro de los objetivos propuestos en esta investigación, se tomaron en cuenta las siguientes fases:

   Fase I: Se realizo una visita previa a los laboratorios de Cemex de Venezuela, donde se realizaron los ensayos de caracterización de la materia prima a utilizar en las mezclas de pruebas.

   Fase II: Se prepararon y se estudiaron los materiales con la ejecución de ensayos como:

   * Método de ensayo para determinar la composición granulométrica de los agregados finos y gruesos (COVENIN 255-77E).

   * Método de ensayo para la determinación cualitativa de impurezas orgánicas en arenas para concreto (Ensayo Colorimétrico, COVENIN 256-77E).

   * Método de ensayo para determinar cualitativamente el contenido de cloruros y sulfatos solubles en arenas (COVENIN 261-77E).

   * Método de ensayo para determinar el peso unitario del agregado (COVENIN 263-78E.).

   * Método de ensayo para determinar la resistencia al desgaste en agregados gruesos menores de 38.10 mm (1 ½") por medio de la Máquina de Los Ángeles (COVENIN 266-77E.).

   * Método de ensayo para determinar el peso específico y la absorción del agregado fino (COVENIN 268-78E.).

   * Método de ensayo para determinar el peso específico y la absorción del agregado grueso (COVENIN 269-78E.).

   * Método de ensayo para la determinación por suspensión de partículas menores a 20 micras en agregados finos (COVENIN 259-77.).

   * Método de ensayo para determinar la humedad superficial en el agregado fino (COVENIN 272-78.).

   * Determinación de la finura del cemento por medio del aparato Blaine de permeabilidad (COVENIN 487-87.).

   * Determinación del tiempo de fraguado por la Aguja de Vicat (COVENIN 493-87.).

   * Determinación de la consistencia normal del cemento (COVENIN 494-87.).

   Fase III: Se diseñaron y se establecieron las mezclas de concreto para la realización de los ensayos presentados a continuación, empleando un aditivo plastificante reductor de agua de alto rango y otro diseño con una dosis mayor del aditivo que se utiliza actualmente, siguiendo una mezcla patrón.

   * Método para la elaboración, curado y ensayo de probetas cilíndricas de concreto (COVENIN 338-79E.).

   * Método para la medición del asentamiento con el Cono de Abrams (COVENIN 339-E.).

   * Método para el mezclado de concreto en el laboratorio (COVENIN 454-79.).

   * Método de ensayo gravimétrico para determinar el peso por metro cúbico, rendimiento y contenido de aire en el concreto (COVENIN 349-79.).

   Fase IV: Se recolectaron los datos para comparar los resultados sobre el uso de un aditivo plastificante reductor de agua de alto rango y otro diseño con una dosis mayor del aditivo que se utiliza actualmente, siguiendo una mezcla patrón.

   Fase V: Se presentan los resultados obtenidos, para demostrar, la factibilidad económica y el comportamiento de la resistencia a compresión de los diseños obtenidos.

   Para un mejor entendimiento y poder definir o dar plazo de ejecución de las actividades realizadas para cada una de las fases, se establece un cronograma que esta formado en sus columnas por los tiempos de ejecución por meses y en sus filas por las actividades o fases propiamente dichas. (Ver tabla 7).

   CAPÍTULO IV

   RESULTADOS

   Tomando en cuenta que la presente investigación es una propuesta sustentada en un diseño experimental de laboratorio, en este capitulo se procedió a verificar el comportamiento de las hipótesis formuladas, los resultados se presentan en función de cada una de ellas y en correspondencia a los objetivos específicos.

   Antes de comenzar con la elaboración de las mezclas de prueba fue preciso que los materiales utilizados fueran sometidos a un previo análisis con el fin de conocer la calidad y propiedades de los mismos, para restringir al mínimo las variables que pudieran afectar los resultados, por lo que se le realizaron a cada uno de ellos sus respectivos ensayos los cuales se describen a continuación en la fase Nº 1. (Los resultados obtenidos para la arena, la piedra, certificados de calidad del cemento y aditivo, se pueden observar en el anexo B).

   Análisis de Resultados

   Los resultados que se obtuvieron en los ensayos realizados a los componentes del concreto, son producto de la aplicación de una serie de parámetros establecidos por las Normas Venezolanas, referente al Control de Calidad del Concreto y sus Componentes.

   Estos ensayos practicados arrojaron resultados satisfactorios que permitieron calificar a los materiales como buenos y aptos para realizar las mezclas de prueba de concreto.

   Fase I: se realizaron los ensayos de caracterización de la materia prima a utilizar en las mezclas de pruebas. A continuación se describe los procedimientos de los ensayos realizados.

   Por ser el concreto un material constituido por diferentes componentes, su calidad final, tanto en estado fresco como en estado endurecido, depende fundamentalmente de la calidad de los materiales empleados en su elaboración. A continuación se describen los diferentes ensayos realizados a los componentes del concreto (Agregado Grueso y Agregado Fino de manera tal de verificar su calidad y asegurar un buen comportamiento en la mezcla. Dichos ensayos están basados en las Normas COVENIN referente a cada caso específico.

2. Agregados

Los agregados, constituyen desde un 70 % hasta un 85 % del peso de la mezcla, lo cual implica que se debe verificar su calidad para asegurar un buen resultado final.

Agregado Fino.

Igualmente para el agregado fino también es importante verificar sus características ya que estas influyen directamente en la calidad final del concreto.

Granulometría del Agregado Fino.

Para comenzar es sumamente importante conocer la granulometría del agregado fino, es decir, la distribución de sus granos según los tamices correspondientes. El procedimiento a seguir para la realización de este ensayo es el establecido en la Norma, COVENIN No 255 "Método de ensayo para determinar la composición granulométrica de agregados finos y gruesos". Los instrumentos utilizados para este fin son:

Tamices

Brocha

Cepillos de alambre y plástico

Balanza

Tamizador

Bandejas

Horno

El procedimiento se describe a continuación:

• Se tomó una muestra de agregado por el método del cuarteo y se secó al horno.

– Una vez seca se procedió a pesar 500 gramos de arena, posteriormente se lavó pasando el agua del lavado por el tamiz # 200, el residuo fue depositado de nuevo en la bandeja para ser secado.

– Ya seca se procedió al tamizado (el tamizado se realizó con la ayuda de una tamizadora) colocándola secuencia de tamices según el siguiente orden: ¾", ½", 3/8", ¼", #4, #8, #16, #30, #50, #100, #200 para la arena. (Ver Figura 2).

Figura 2. Tamices

Fuente: Laboratorios Cemex de Venezuela S.A.C.A.

– Separado el agregado por tamaño, se pesó el contenido de cada tamiz reportando el peso en la planilla correspondiente.

– Luego se procedió a calcular el porcentaje pasante acumulado para cada tamiz con el cual se realiza la gráfica. Dicha gráfica de agregado debe estar comprendida dentro de las especificaciones para agregado fino para verificar su calidad. (Norma COVENIN No 277 "Agregados para construcción. Especificaciones").

De la misma manera que con el estudio granulométrico del agregado grueso, a partir del de la arena, se puede obtener los porcentajes pasantes del tamiz # 200 y #100, así como también su modulo de finura.

Módulo dé Finura.

Es el número del tamiz, donde se considera que queda retenido el 50% del material. Éste se obtuvo sumando los porcentajes retenidos acumulados sobre la serie normativa de tamices y se dividió esta suma entre cien (100), (Ver Tabla 7).

El módulo de finura para la arena debe estar comprendido 3,0 y 3,8.

Tabla 8.

2. Numeración de los tamices para calcular el Modulo de Finura

Fuente: Porrero, J. (1996), Manual del concreto.

Ensayo Colorimétrico.

El ensayo colorimétrico es importante porque a través de él se determina cualitativamente la presencia de materia orgánica en las arenas, lo cual es perjudicial para el concreto si dicho valor excede los limites aceptables, este ensayo está especificado en Norma COVENIN 256-77 "Método de ensayo para la determinación cualitativa de impurezas orgánicas en arenas para concretos (Ensayo Colorimétrico)", para su realización es necesario contar con:

• Frasco de vidrio graduado (Capacidad aproximada 350 cm )
• Balanza
• Tapón

Este se realizó mediante el procedimiento que se muestra a continuación:

– Se llenó el frasco graduado (de vidrio claro, aproximadamente de 350 cm) con la muestra de arena a ensayar hasta un 1/3 de su altura.

• Se añadió solución al 3% de hidróxido de sodio hasta que el volumen de la arena y liquido indicado después de agitar representaba las 2/3 partes de la altura del frasco.
• Se tapó el frasco se agitó vigorosamente y luego se dejó reposar durante 24 horas.
• Luego se comparó el color obtenido con el patrón, el cual indicó el porcentaje de materia orgánica presente en el agregado. Este porcentaje debe ser menor o igual a 3% para que la arena sea aceptable.

Presencia-de Cloruros y Sulfatos en las Arenas.

La presencia de compuestos sulfatados en cantidades no permitidas, no se manifiesta dentro de los primeros meses después de vaciado el concreto, sino posteriormente y. es perjudicial por presentar reacciones expansivas. De igual forma ocurre con los cloruros por su acción corrosiva, la cual se presenta a largo plazo sobre las armaduras de refuerzo, lo cual hace indispensable determinar la presencia o no de los sulfatos y los cloruros en las arenas. Dicho Ensayo se encuentra en la Normal COVENIN 261-77 "Determinación cualitativa del contenido de cloruros y sulfatos en las arenas".

Para su determinación se debe contar con los siguientes instrumentos:

• Gotero
• Varilla de vidrio
• Tubos de ensayó
• Vasos de precipitado
• Embudo de vidrio
• Papel de filtro

El procedimiento es el siguiente:

• Se tomó una muestra de arena de aproximadamente 10 gramos (que puede ser tomada del material para granulometría).
• Se colocó la muestra de arena en el vaso de precipitado, se añadió agua destilada (aproximadamente 50 cm3) y se agitó con la varilla de vidrio.
• Se filtró colocando el papel de filtro sobre el embudo. (Si el filtrado no aparece claro, se pasa de nuevo por el mismo filtro hasta que desaparezca la turbidez).

Para determinar la presencia de cloruros, se colocó 2 cm del líquido filtrado en el tubo de ensayo, se acidificó con aproximadamente 1 cm3 de Ácido Nítrico (HN03) al 5 % y se añadió una gotas de Nitrato de Plata (AgNO3) (Un precipitado blanco indicaría la presencia de cloruros).

Para determinar la presencia de sulfatos, se colocó en otro tubo de ensayo a 2 cm del filtrado, se acidificó con aproximadamente 1 cm3 de Ácido Clorhídrico (HC1) al 5 % y se añadió varias gotas de cloruro de Bario (Bacl2), (Cualquier precipitado aunque sea muy fino y transparente, indicaría la presencia de sulfatos).

Determinación de la Humedad de la Arena.

Método de ensayo para determinar la humedad de la arena según la Norma COVENIN 272-78 "Método de ensayo para determinar la humedad superficial en el agregado fino", para la realización de éste es indispensable contar con:

• Balanza
• Frasco de Champán
• Embudo

El procedimiento a seguir es el siguiente:

– Se llenó con agua el frasco de Chapman hasta los 200 ml.

– Se tomó una muestra de agregado fino representativa del material que se encuentra en el patio y que es el utilizado en el proceso de dosificación. Se pesaron 500 gramos de dicha muestra y se introdujeron en el frasco de Chapman con la ayuda de un embudo. Se tapó la boca del frasco con una mano y se lavó suavemente las paredes internas a las cuales se les haya quedado adherida alguna partícula del material, posteriormente se inclinó levemente el frasco y se agitó con movimientos circulares para que cualquier cantidad de aire atrapado sea expulsado del agregado.

– Se tomó nota de la lectura que alcanzó el nivel del agua. Con dicha lectura y conociendo el peso específico del agregado, se entra en la tabla # 1, se interceptan estos valores y se obtiene así el valor de la humedad correspondiente.

Peso Específico de la Arena.

Para determinar el peso específico de las arenas es necesario contar con los siguientes instrumentos:

• Picnómetro
• Balanza
• Molde metálico
• Compactador
• Secador de cabello
• Horno

Dicho ensayo se encuentra especificado en la Norma COVENIN 268-78 "Método de ensayo para determinar el peso específico y la absorción del agregado fino" y el procedimiento a seguir es el siguiente:

– Se llenó con agua el frasco de Chapman hasta los 200 ml.

– Se realizó el ensayo del cono, para determinar la condición de saturada con superficie seca de la muestra de agregado fino. (Procedimiento especificado en la NORMA COVENIN 268- ASTM C-128).

– Luego de obtener la muestra de agregado en la condición de saturado con superficie seca, se procedió a pesar 500 gramos del material y se introdujeron en el frasco con la ayuda de un embudo, se tapó la boca del frasco con una mano y se lavó suavemente las paredes internas de éste, a las cuales se les haya pedido quedar adherida alguna partícula del material, posteriormente inclinó levemente el frasco y se agitó con movimientos circulares para que cualquier cantidad de aire atrapado pudiera ser expulsado del agregado.

– Se tomó nota de la lectura que alcanzó el nivel del agua (L) para posteriormente calcular:

A= L – 200

– Se calcula el peso específico

Y= 500/A

El peso específico de la arena debe estar comprendido entre 2.58 y 2.63 gr./cm.3

Peso Unitario Suelto y Compactado.

También se debe, determinar el peso unitario suelto y compacto del agregado.

Para su obtención se debe contar con:

• Balanza
• Barra compactadora de 5/8 " de diámetro de aproximadamente 60 cm de longitud y con punta semiesférica.
• Recipiente cilíndrico de metal

El procedimiento a seguir se muestra a continuación:

• La muestra del agregado se secó al homo y se estimó una cantidad suficiente para llenar el recipiente cilíndrico.

– Para el peso unitario suelto se llenó el recipiente dejando caer el material en una forma relativamente libre, luego se desechó el agregado excedente enrasando con una rejilla, obteniéndose el peso del recipiente con el agregado, se obtiene el peso unitario suelto dividiendo dicho peso (neto) entre el volumen del recipiente.

– Para el peso unitario compacto es análogo al peso unitario suelto, pero en este caso el material, no se deja caer libremente, sino que se compacta en tres capas, compactando cada una de éstas con 25 golpes con la varilla. Luego se calculó el peso unitario compacto de la misma forma, dividiendo el valor del peso neto del recipiente con el material compactado y entre el volumen del recipiente.

Agregado Grueso.

Granulometría Agregado Grueso.

Para establecer el nivel de calidad del agregado grueso se debe conocer su granulometría, es decir la composición y distribución del tamaño de sus granos.

Esto se hace mediante, la utilización de tamices especificados en la norma COVENIN 254 "Cedazos de ensayos", los cuales son colocados en cascada, con el de mayor abertura arriba, y los de menor abertura abajo; luego por un proceso de agitación los granos se, distribuyen según sus tamaños (Norma COVENIN 255 "Método de ensayo para determinar la composición granulométrica de agregados finos y gruesos").

Los instrumentos utilizados en la ejecución de este ensayo son los siguientes:

Tamices (2", 1 ½,3/4, 1/2",3/8", 1/4", #4, #8, #16, # 30,# 50, # 100, # 200 y plato)

• Brocha
• Cepillos de alambre y plástico
• Balanza, tortera y muestreo
• Tamizador
• Bandejas
• Cuchara
• Horno
• Pipeta

Este ensayo se realizó según el siguiente procedimiento:

• Se tomó una muestra de agregado por el método del cuarteo y se procedió a secar al horno.
• Una vez seca se procedió a pesar 3000 gramos de piedra, posteriormente se lavó, pasando el agua del lavado por el tamiz # 200, depositando nuevamente el residuo en la bandeja para ser .secado.
• Ya seca al homo se .procedió al tamizado (el tamizado se realizó con la ayuda de una tamizadora) colocando la secuencia de tamices según el siguiente orden: 1 1/2, 1, ¾", ½", 3/8",1/4", #4, #8, #16, #30, #50, #100, #200 para la piedra.

– Separado el agregado por tamaño, se pesó el contenido dé cada tamiz reportando el peso en la planilla correspondiente.

– Luego se procedió a calcular el porcentaje pasante acumulado para cada tamiz con el cual se realizó la gráfica. Dicha gráfica de agregado debe estar comprendida dentro de las especificaciones para agregado grueso para verificar su calidad. (Norma COVENIN No 277 "Agregados para construcción. Especificaciones"). Dichas especificaciones para el tamaño máximo de 1" según sus porcentajes pasantes se muestran en la Tabla 10.

El tamaño máximo del agregado grueso influye directamente en la resistencias finales, es decir, mientras el tamaño máximo de la piedra sea menor la mezcla contará con resistencias más elevadas, pero al mismo tiempo requerirá también, una dosis de cemento más elevada lo cual aumentaría los costos, es por ello que el tamaño máximo escogido para la elaboración de este concreto es el de una pulgada (1").

A partir del ensayo granulométrico se pueden medir otros parámetros que son importantes a la hora de aceptar o rechazar un agregado. El módulo de finura y el pasante del tamiz #'200.

Tabla 9.

1. Límites granulométricos para agregado grueso, tamaño máximo 1"

Fuente: Porrero, J. (1996), Manual del concreto.

Módulo de Finura.

Este valor es representativo y es útil para detectar los cambios que pueda sufrir la piedra ya sea por inconvenientes en la explotación o manejo.

Este se obtuvo sumando los porcentajes retenidos acumulados sobre la serie normativa de tamices y dividiendo esta suma entre cien (100). Ver tabla 8.

El módulo de finura para la piedra debe estar comprendido 7,0 y 7,8.

Determinación del Pasante tamiz # 200.

Por otra parte el pasante del tamiz # 200, se obtiene a través del tamizado con agua, (Norma COVENIN 258 "Método de ensayo para la determinación por lavado del contenido de materiales más finos que el cedazo COVENIN 74 micras").

Es importante conocer este parámetro ya que cantidades importantes de ultra finos presentes en el agregado grueso a consecuencia del proceso de trituración, mecánicamente adheridos a los granos del agregado, dificultando la buena adherencia de los granos con la pasta. Además durante las operaciones de transporte y manejo se pueden desprender, produciendo acumulaciones heterogéneas. El pasante del tamiz # 200 para el agregado grueso debe ser menor o igual al uno por ciento (1%)

Para obtener el Peso Unitario Suelto y Compacto del agregado grueso se debe seguir el mismo procedimiento que para el agregado fino, la diferencia se encuentra en que para la piedra el tamaño del recipiente es mayor y por lo tanto requiere más .cantidad del material a ensayar. Dicho ensayo se encuentra especificado en la Norma COVENIN 263-78 "Método de ensayo para determinar Peso Unitario del agregado".

Resistencia de la Piedra al Desgaste.

Es importante para el agregado grueso conocer su resistencia al desgaste medio de la máquina de los ángeles. Para determinar este parámetro se debe contar el equipo indispensable que consta de:

• Máquina de los Ángeles. Consta de un cilindro hueco de acero, cerrado por ambos extremos y con una abertura para introducir la muestra y la carga abrasiva; la cual consiste de esferas de acero de aproximadamente 4,7 cm de diámetro ,y con un peso comprendido entre 390 y 445 gramos.
• Cedazos
• Balanza

El procedimiento es el siguiente:

– Se colocó la carga abrasiva y la muestra de ensayo en la máquina de los Ángeles, cerrando la tapa herméticamente.

– Se colocó el contador de la máquina para 500 revoluciones si el agregado es menor de 1 ½" pulsando el botón de arranque de la máquina.

– Cuando se detuvo la máquina, se quitó la tapa y se giró el tambor, manualmente para descargar el material sobre la bandeja que se encontraba debajo de la máquina, con la ayuda de un cepillo se sacó el polvo del interior del tambor.

– Posteriormente, ensamblando el cedazo # 8 sobre el # 12 se procedió al cernido del material.

– Se determinó el peso del material que pasó por el tamiz #' 12, expresando este peso como un porcentaje del peso original, éste es el porcentaje de desgaste.

Análisis de Resultados

Los resultados que se obtuvieron en los ensayos realizados a los componentes del concreto, son producto de la aplicación de una serie de parámetros establecidos por las Normas Venezolanas, referente al Control de Calidad del Concreto y sus Componentes.

Estos ensayos practicados arrojaron resultados satisfactorios que permitieron calificar a los materiales como buenos y aptos para realizar las mezclas de prueba de concreto.

Fase II: Se diseñaron y se establecieron las mezclas de concreto para la realización de los ensayos presentados a continuación, empleando un aditivo plastificante reductor de agua de alto rango y otro diseño con una dosis mayor del aditivo que se utiliza actualmente, siguiendo una mezcla patrón.

Diseño de Mezcla

Mediante el diseño de mezcla se calculan las cantidades que debe haber de todos y cada uno de los componentes que intervienen en una mezcla de concreto, para obtener de este material el comportamiento deseado, tanto en su estado plástico, como después en los aspectos de resistencia y durabilidad.

El diseño de mezcla utilizado en esta investigación esta basado en la combinación de la metodología expuesta en el manual del Concreto Estructural de Porrero, Ramos, Grasses, y Velazco. Según los autores del manual del concreto estructural, este método tiene un carácter general y ha sido comprobado en plantas de concreto premezclado y en laboratorios, obteniendo excelentes resultados. Para mayor facilidad de alcanzar la combinación optima de las cantidades de los materiales del concreto, es preciso utilizar este método como punto de partida. Dicha optimización se obtiene mediante tanteo y ajuste en mezclas de pruebas.

Las cantidades de los componentes sólidos, como agregados y cemento, se suelen expresar en kilogramos por metro cúbico de mezcla. El agua se puede expresar en litros o en kilogramos, entendiéndose que, para el diseño de mezcla, un kilo de agua equivale a un litro de agua.

Para realizar un diseño de mezcla es necesario constar con algunos datos de entrada que varían según el método a utilizar. Los datos de entrada básicos son:

• Ubicación de la obra, o condiciones ambientales.
• Tipo de obra, o parte de la estructura.
• Tipos de agregados y tipos de cemento.
• Resistencia de diseño o algún dato relacionado.

El primer dato, ubicación de la obra, o las condiciones ambientales indican la necesidad o no de establecer ciertas condiciones especiales para dotar al concreto de defensas particulares.

El tipo de obra o parte de la estructura aporta gran información acerca del asentamiento recomendable y hasta el tamaño máximo del agregado, en función de la geometría de la sección y de la separación de los refuerzos metálicos.

En la parte de los agregados se refiere si provienen de procesos industriales como la piedra picada o si son utilizados directamente como son extraídos de la naturaleza, y en cuanto al tipo de cemento, siempre será tipo I si se trata de obras normales y si las condiciones ambientales no son severas.

Relación .

La proporción entre agregados finos y gruesos es comúnmente conocido como , y es el cociente entre la arena y el agregado total (sumado el grueso y el fino), expresado generalmente en porcentaje.

 = A / A + P

Uno de los métodos para calcular el valor  es mediante el método grafico descrito por Porrero J. en su Manual de concreto (1996), el cual establece combinaciones optimas de agregados para obtener mezclas de calidad y economía, a través de límites granulométricos recomendados. Para ello se utilizaron los porcentajes pasantes determinados en el análisis granulométrico.

Resistencia de Diseño.

Para realizar las mezclas se debe conocer la resistencia para la cual se va a preparar el concreto. Esa es la llamada resistencia de diseño, y es la resistencia media esperada para el material. Este valor es representado como R. Dicha resistencia debe estar por encima de la resistencia considerada por el calculista, denominada resistencia de calculo o resistencia característica, simbolizada como f´c, el aumento de una sobre la otra consiste en la cantidad Z, entonces:

Rmedia = f´cr = f´c + Z

Donde el valor de  es la desviación estándar esperada para el concreto. Esta es estimada en función del grado de control que se ejerza sobre el concreto, control del cual  es el índice. (Ver Tabla 2.).

El valor Z es el valor tipificado de la distribución normal, y es fijada por las normas, bien sea directamente o bien por medio de la fracción defectuosa correspondiente. En la tabla 12 se dan las correspondencias entre estos dos parámetros. La norma COVENIN MINDUR N° 1753 "Estructuras de concreto armado para edificaciones. Análisis y Diseño" implícitamente, hace depender la fracción defectuosa, de la desviación estándar. Para  igual o menor a 35 Kg / cm2 establece Z = 1.34. (Ver Tabla 3.).

En lo referente al asentamiento, algunos métodos lo fijan como condición previa, o dato de entrada, mientras que en otro se selecciona de una tabla en relación al tipo de elemento estructural al que se destine la mezcla que se va a diseñar, teniendo valores mas bajos para piezas horizontales como pisos o losas y valores mas altos para elementos verticales, como muros o columnas. Es conveniente usar asentamientos bajos, siempre que permita su manejo y colocación. (Ver Tabla 6.).

Relación Agua/Cemento.

La ley de Abrams establece la correspondencia entre la resistencia del concreto y la relación agua/cemento, en peso. Se simboliza como 

 = a / C

Donde: a: Cantidad de agua en litros o Kilogramos

C: Dosis de cemento en Kilogramos.

Ley de Abrams.

Una forma de expresar la Ley de Abrams es:

Rmed = M / N

Donde: Rmed: Resistencia media esperada

M y N: Constantes que dependen de las características de los materiales de la mezcla y edad de ensayo, así como de la forma de ejecutarlo.

Para agregados que no sean piedra picada Nº 1, arena natural y cemento Pórtland tipo I, los valores de las constantes de la formula cambian. La influencia del tamaño máximo se corrige a trabes de un elemento que es simbolizado como KA, y la del tipo de agregado por KR. Las tablas 4 y 5 dan sus respectivos valores.

Relación Triangular.

La relación triangular es una asociación que relaciona la Trabajabilidad (T), medida como asentamiento mediante el Cono de Abrams, con dos parámetros clave del diseño de mezclas, como son la relación agua/cemento () y la dosis de cemento ( C ).

C = K m Tn

Donde: K, m y n son constantes que dependen de las características de los materiales componentes de la mezcla y de las condiciones en la que se elabora.

Para agregado grueso triturado de 25.4 mm de tamaño máximo, arena natural y cemento Pórtland tipo I se obtiene:

C = 117.2 -1.3 T0.16

Donde T se expresa en cm y C en Kg/m3

Así como se debe corregir, también debe hacerse la corrección del cemento para ajustarlo a las condiciones del caso. Los factores utilizados para dicha corrección son C1 y C2. El primero esta relacionado con el tamaño máximo del agregado y el segundo con el tipo de agregado. En las tablas 14 y 15 se muestran sus valores respectivos.

Tabla 10.

C1 Factor para corregir C por tamaño máximo, mm (pulgadas).

Fuente: Porrero, J. (1996), Manual del concreto.

Tabla 10.1.

C2 Factor para corregir C por tipo de agregado.

Fuente: Porrero, J. (1996), Manual del concreto.

Para el cálculo de los agregados se parte del principio de que los volúmenes absolutos de todos los componentes deben completar un metro cúbico de concreto, es decir mil litros, para lo cual es necesario conocer los volúmenes absolutos de los restantes componentes.

Aire Atrapado.

Dentro del volumen de concreto para el cual se diseña existe cierta cantidad de aire que no es eliminado con la vibración o compactación y que es importante estimar, se denomina aire atrapado.

El aire atrapado depende de diversas variables y su cálculo preciso no es posible, pero basta con una buena aproximación ya que su proporción es pequeña y su influencia en el volumen no es decisiva.

Este se puede estimar a partir de dos de sus principales variables, como son el tamaño máximo (P) y la dosis de cemento, C. Entonces:

V = C / P

Donde C debe ser en Kg/m3 y el tamaño máximo P expresado en mililitros.

Obtención de las Cantidades de los Componentes del Concreto.

Los volúmenes absolutos de cada uno de los componentes del concreto se obtienen dividiendo por separado cada dosis (obtenida del diseño) entre su propio peso especifico. Expresando la sumatoria de los volúmenes absolutos de cada componente que debe representar un metro cúbico de concreto (1000 litros).

a / a + C / C + A / A + G / G + V = 1000

Donde a: Peso de agua por m3 de mezcla

a: Peso especifico del agua

C: Peso del cemento por m3 de mezcla

C: Peso especifico del cemento

A: Peso de la arena por m3 de mezcla

A: Peso especifico de la arena

G: Peso de la piedra por m3 de mezcla

G: Peso especifico de la piedra

V: Porcentaje de aire atrapado.

Para calcular los pesos de A y G, se utiliza la expresión de la relación  y se obtienen los resultados a partir de un sistema de ecuaciones.

Se debe ajustar la arena por corrección de humedad: Para realizar dicho ajuste es necesario conocer el porcentaje de humedad de la arena. Para determinar así un valor porcentual, que se expresa de la siguiente manera:

Corrección = (100 – % de humedad)* Cantidad de Arena

Luego restar este resultado a la cantidad inicial de la arena y luego esa diferencia restársela a la cantidad total del agua.