resistencia a la compresión de cilindros para 3000 psi

1
USO DEL SILICATO DE SODIO COMO ADICIÓN NATURAL DEL CONCRETO
HIDRAULICO
NESTOR ANDRES AMARIS MARTINEZ
VLADIMIR RONDON PANQUEVA
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2009
2
USO DEL SILICATO DE SODIO COMO ADICIÓN NATURAL DEL CONCRETO
HIDRAULICO
NESTOR ANDRES AMARIS MARTINEZ
VLADIMIR RONDON PANQUEVA
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar el título de
Ingeniero Civil
Director temático
Ing. Manuel Santiago Ocampo
Asesora metodológica
Mag. Rosa Amparo Ruiz Saray
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2009
3
Nota de aceptación:
____________________________________
____________________________________
____________________________________
____________________________________
____________________________________
____________________________________
____________________________________
____________________________________
____________________________________
____________________________________
____________________________________
__________________________________
________________________________
Firma del presidente de jurado
________________________________
Firma del jurado
________________________________
Firma del jurado
Bogotá D.C. 04 de Mayo 2009
4
AGRADECIMIENTOS
Al ingeniero MANUEL SANTIAGO OCAMPO TERREROS, asesor temático del
trabajo de investigación por el apoyo incondicional, dedicación y colaboración con
todo lo referente al desarrollo de la presente investigación.
A ROSA AMPARO RUIZ SARAY,
por su asesoría y apoyo en el desarrollo
metodológico del proyecto.
Al ingeniero JAIME GALVIS LINARES, por su asesoría en la búsqueda y
asignación del título acorde con el presente trabajo de investigación.
A JOSÉ LUIS ROZO ZAMBRANO, Tecnólogo encargado del Laboratorio de
Mecánica de Suelos de la Universidad de La Salle, por su disposición y
colaboración en la ejecución de los ensayos da laboratorio.
A los docentes de la Universidad de La Salle quienes contribuyeron en nuestra
formación profesional.
5
DEDICATORIA
Agradezco como primera medida a Dios nuestro señor quien permitió y me dio la
salud para poder culminar con otra etapa de mi vida de una manera exitosa,
también quiero resaltar el gran apoyo que he recibido de mi familia a quien
aprovecho este momento para agradecerles y decirles que todo lo que hoy en día
soy se lo debo a ellos, especialmente de mi madre CLARA INES MARTINEZ, a mi
padre, NESTOR DEL CRISTO AMARIS, a ellos que son lo más lindo y preciado
que tengo en mi vida y a quienes les quiero dedicar este trabajo, también quiero
muy especialmente dedicarle este trabajo a mi novia LUZ AIDA SIERRA, quien ha
sido un gran apoyo en estos últimos meses de mi vida.
NESTOR ANDRES AMARIS MARTINEZ
6
DEDICATORIA
Agradezco de manera muy especial a Dios nuestro señor quien permitió y me dio
la salud para poder culminar con otra etapa de mi vida de una manera exitosa, de
igual manera, muchas personas merecen el reconocimiento de haber participado
de una u otra forma en la conquista de este importante logro, ya sea de manera
intelectual y/o espiritual. Pero indiscutiblemente tengo que darle todo el crédito a
las personas que han brindado equilibrio, apoyo y armonía a mi vida; mis padres
HOOVER RONDON GONGORA y LUZ MARINA PANQUEVA MEJIA quienes han
estado conmigo en los momentos más importantes pero por encima de todo mi
dedicatoria se dirige principalmente a ellos por ser simplemente los seres que más
amo y el ejemplo de vida más importante que he podido. A un personaje que
admiro bastante y de quien es difícil no aprender a diario; LEONARDO RONDON
PANQUEVA a quien considero mi hermano por la amistad que tenemos más que
por el lazo de sangre que nos une. A NATHALY MANOSALVA ALVARADO por
brindarme su apoyo incondicional y ser mi soporte sentimental dentro de esta
etapa de mi vida. A profesores y directivas de la Universidad de la Salle por los
conocimientos que me brindaron, a mis compañeros (as), amigos (as), y demás
personas que siempre estuvieron presentes en el transcurso de mi formación
como profesional de la Ingeniería Civil Colombiana. A todos gracias.
VLADIMIR RONDON PANQUEVA
7
CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN
20
1.
PROBLEMA
22
1.1
LÍNEA
22
1.2
TÍTULO
22
1.3
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
22
1.4
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
24
1.5
JUSTIFICACIÓN
24
1.6
OBJETIVOS
25
1.6.1
Objetivo general
25
1.6.2
Objetivos específicos
25
2
MARCO REFERENCIAL
27
2.1
MARCO TEORICO – CONCEPTUAL
27
2.1.1
Generalidades del Silicato de Sodio
27
2.1.2
Producción del Silicato de Sodio
28
2.1.2.1
Proceso de fabricación del silicato de sodio
28
2.1.3
Aplicaciones del Silicato
30
2.1.4
Generalidades del Concreto
33
2.1.4.1
Cemento
33
2.1.4.2
Clasificación del cemento Portland
35
2.1.4.3
Otros cementos
36
2.1.4.3.1
Cemento de mampostería
36
2.1.4.3.2
Cemento Aluminoso
37
2.1.4.4
Agregados pétreos
37
2.1.4.4.1
Agregados finos
40
8
2.1.4.4.2
Agregados gruesos
41
2.1.5
Conceptualización
42
2.2
MARCO NORMATIVO
47
3.
DISEÑO METODOLÓGICO
51
3.1
FASES DE LA INVESTIGACIÓN
51
3.2
INSTRUMENTOS
56
3.3
VARIABLES
56
3.4
HIPOTESIS
56
3.5
COSTOS
56
4.
DESARROLLO INGENIERIL
57
4.1
NORMATIVIDAD DE LOS ENSAYOS NECESARIOS
57
4.2
UBICACIÓN DE LAS FUENTES DE MATERIAL
57
4.3
DESARROLLO DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
57
4.3.1
ENSAYO A LOS AGREGADOS PETREOS
57
4.3.1.1
Método para Determinar el Peso Específico y la Absorción
57
de agregados Finos.
4.3.1.2
Método para Determinar el Peso Específico y la Absorción
61
de agregados gruesos.
4.3.1.3
Método para determinar la masa unitaria de los agregados.
63
4.3.1.4
Granulometría de los agregados.
69
4.3.1.5
Determinación de la resistencia al desgaste de los tamaños
77
menores agregados gruesos, utilizando la máquina de los
ángeles.
4.3.1.6
Determinación del contenido de humedad total.
81
4.3.2
ENSAYO AL CEMENTO PORTLAND TIPO I
82
4.3.2.1
Método de ensayo para determinar la finura del cemento
82
hidráulico sobre los tamices ICONTEC 74 - 149.
4.3.2.2
Método de Ensayo para determinar el peso específico del
9
84
Cemento Hidráulico.
4.3.2.3
Método para determinar la consistencia
normal del
87
cemento.
4.3.2.4
Tiempos de fraguado por medio del aparato de Vicat.
90
4.3.2.5
Método para determinar los tiempos de fraguado del
91
cemento hidráulico por medio de las agujas de Guillmore.
4.3.3
ENSAYO DE MORTEROS
93
4.3.3.1
Método para determinar la resistencia a la tensión de
93
morteros de cemento hidráulico
4.3.3.2
Método para determinar la fluidez del mortero de cemento
97
4.3.3.3
Determinación de la resistencia de morteros de cemento
100
hidráulico usando cubos de 50mm de lado.
4.3.4
ENSAYOS DE HORMIGON
103
4.3.4.1
Ensayo de resistencia y compresión de cilindros normales
103
de hormigón.
4.3.4.1.1
Diseño de la mezcla de concreto hidráulico
105
4.3.4.1.1.1
Método de la A.C.I.211, para diseñar una mezcla de
105
concreto hidráulico para 3000 p.s.i de resistencia.
4.3.4.1.1.2
Método de la A.C.I.211 para diseñar una mezcla de
119
concreto hidráulico para 4000 p.s.i de resistencia
4.3.4.2
Método de ensayo para determinar el asentamiento del
126
hormigón
4.3.4.2.1
Diseño de mezcla de 9 cilindros de concreto para 3000 p.s.i
128
y 4000 p.s.i.
4.4
Análisis de resultados
149
5.
CONCLUSIONES
160
6.
BIBLIOGRAFÍA
162
7.
ANEXOS
10
ANEXO A. COSTOS TOTALES DE LA INVESTIGACIÓN
164
ANEXO B. FICHA TÉCNICA DEL SILICATO DE SODIO
167
ANEXO C. REGISTRO FOTOGRÁFICO
168
11
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1.
Antecedentes de estudios e investigaciones sobre adiciones
23
en las mezclas de concreto.
Tabla 2.
Uso del Silicato de Sodio.
32
Tabla 3.
Clases de Cemento
35
Tabla 4.
Clasificación de los agregados según el tamaño.
38
Tabla 5.
Clasificación del agregado según su densidad.
39
Tabla 6.
Normas de los ensayos a realizar.
47
Tabla 7.
Porcentajes de Silicato de sodio a utilizar en los ensayos.
54
Tabla 8.
Cantidad de ensayos de concreto a realizar.
54
Tabla 9.
Codificación de diseño
55
Tabla 10.
Descripción de la codificación para los diseños.
55
Tabla 11.
Identificación de Variables.
56
Tabla 12.
Dimensiones para los recipientes.
64
Tabla 13.
Serie Americana de los tamices.
69
Tabla 14.
Cálculos de Granulometría para agregados gruesos
71
Tabla 15.
Cálculos de Granulometría para agregados finos
75
Tabla 16.
Cantidades de esferas y masa de cada una de ellas de
79
12
acuerdo a gradación.
Tabla 17.
Clases de Gradación
79
Tabla 18.
Especificaciones del aparato de Vicat
89
Tabla 19.
Tiempo de fraguado en el aparato de Vicat
91
Tabla 20.
Briquetas de mortero falladas a los 7 días con adiciones de
95
Silicato de Sodio
Tabla 21.
Briquetas de mortero falladas a los 14 días con adiciones de
95
Silicato de Sodio.
Tabla 22.
Briquetas de mortero falladas a los 28 días con adiciones de
96
Silicato de Sodio.
Tabla 23.
Resistencia alcanzada por las briquetas de mortero a los 7,
96
14 y 28 días con sus respectivos porcentajes de adición de
silicato de sodio.
Tabla 24.
Porcentaje de Fluidez.
99
Tabla 25.
Cubos de mortero fallados a los 7 días, con o sin adiciones
101
de Silicato de Sodio.
Tabla 26.
Cubos de mortero fallados a los 14 días, con o sin adiciones
101
de Silicato de Sodio.
Tabla 27.
Cubos de mortero fallados a los 28 días, con o sin adiciones
101
de Silicato de Sodio.
Tabla 28.
Resistencia alcanzada por los cubos de mortero a los 7, 14
102
y 28 días con sus respectivos porcentajes de adición de
silicato de sodio.
Tabla 29.
Tolerancias de concentraciones de impurezas en el agua de
13
106
mezcla.
Tabla 30.
Asentamientos recomendados para diversos tipos de
108
construcción y sistemas de colocación y compactación.
Tabla 31.
Cantidad aproximada de aire esperado en concreto sin aire
109
incluido y niveles de aire incluido para diferentes tamaños
máximos de agregado.
Tabla 32.
Requerimiento aproximado de agua de mezclado para
110
diferentes asentamientos y tamaños máximos de agregado,
con partículas de forma redondeada y textura lisa, en
concreto sin aire incluido.
Tabla 33.
Resistencia requerida de diseño cuando no hay datos que
110
permitan determinar la desviación estándar.
Tabla 34.
Correspondencia entre la resistencia a la compresión a los
111
28 días de edad y la relación agua-cemento para los
cementos colombianos, portland tipo I, en concretos sin aire
incluido.
Tabla 35.
Volumen de agregado grueso por volumen unitario de
113
concreto.
Tabla 36.
Peso seco y volumen absoluto de los ingredientes por metro
114
cubico de concreto para un concreto de 3000 PSI.
Tabla 37.
Limites de gradación recomendados para granulometrías
115
continuas en porcentaje que pasa para distintos tamaños
máximos de agregado.
Tabla 38.
Peso seco y volumen absoluto de los ingredientes por metro
14
118
cubico de concreto ajustado para un concreto de 3000 PSI.
Tabla 39.
Peso seco y volumen absoluto de los ingredientes por metro
124
cubico de concreto para un concreto de 4000 PSI.
Tabla 40.
Peso seco y volumen absoluto de los ingredientes por metro
126
cubico de concreto ajustado para un concreto de 4000 PSI.
Tabla 41.
Cantidades de agregado por bachada para la elaboración
128
de concreto de 3000 y 4000 PSI.
Tabla 42.
Cantidad de agregado y silicato de sodio en peso por
129
bachada, para un porcentaje de adición del 0%, en las
mezclas de hormigón de 3000 p.s.i y 4000 p.s.i.
Tabla 43.
Cantidad de agregado y silicato de sodio en peso por
130
bachada, para un porcentaje de adición del 6%, en las
mezclas de hormigón de 3000 p.s.i y 4000 p.s.i.
Tabla 44.
Cantidad de agregado y silicato de sodio en peso por
131
bachada, para un porcentaje de adición del 9%, en las
mezclas de hormigón de 3000 p.s.i y 4000 p.s.i.
Tabla 45.
Cantidad de agregado y silicato de sodio en peso por
132
bachada, para un porcentaje de adición del 12%, en las
mezclas de hormigón de 3000 p.s.i y 4000 p.s.i.
Tabla 46.
Resultados de la carga máxima aplicada a los cilindros de
137
concretos a los 7, 14 y 28 días.
Tabla 47.
Resistencia a la compresión alcanzada por los cilindros de
concretos a los 7, 14 y 28 días, calculada en p.s.i, para las
15
139
mezclas de concreto hidráulico de 3000 p.s.i
Tabla 48.
Resistencia a la compresión alcanzada por los cilindros de
140
concretos a los 7, 14 y 28 días, calculada en p.s.i, para las
mezclas de concreto hidráulico de 4000 p.s.i
Tabla 49.
Variación de precios para el concreto de 3000 p.s.i con
158
adición de silicato de sodio
Tabla 50.
Variación de precios para el concreto de 4000 p.s.i con
adición de silicato de sodio
16
158
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1.
Producción del Silicato de Sodio Sólido.
29
Figura 2.
Silicato de Sodio sólido.
29
Figura 3.
Producción del Silicato de Sodio Liquido.
30
Figura 4.
Muestra de agregados finos.
59
Figura 5.
Muestra de agregados gruesos.
62
Figura 6.
Recipiente para el ensayo de arena.
66
Figura 7.
Recipiente para el ensayo de grava.
68
Figura 8.
Selección del material por cuarteo estadístico.
70
Figura 9.
Serie de tamices utilizados.
71
Figura 10.
Curva granulométrica de agregados gruesos NORMA
72
ICONTEC 174 y ASTM C33.
Figura 11.
Curva granulométrica de agregados gruesos.
Figura 12.
Curva
granulométrica
de
agregados
finos
73
NORMA
76
ICONTEC 174 y ASTM C33.
Figura 13.
Maquina de los ángeles.
78
Figura 14.
Esferas utilizadas en la maquinas de los ángeles.
79
Figura 15.
Material para el ensayo de humedad.
81
17
Figura 16.
Muestra del cemento Portland Tipo I.
84
Figura 17.
Peso especifico del cemento Portland Tipo I.
87
Figura 18.
Aparato de Vicat.
91
Figura 19.
Aparato de Guillmore.
93
Figura 20.
Dimensiones de la Briqueta.
94
Figura 21.
Preparación y llenado de moldes para el ensayo.
95
Figura 22.
Briquetas de mortero con las diferentes adiciones de silicato
95
de sodio.
Figura 23.
Briquetas sometidas a la prueba de tensión en la maquina
97
UNIVERSAL
Figura 24.
Grafico de resistencia a la tracción en briquetas falladas a
97
los 7, 14 y 28 días.
Figura 25.
Mesa de Flujo.
99
Figura 26.
Toma de Diámetros sobre la mesa de flujo.
99
Figura 27.
Preparación y llenado de moldes para el ensayo de cubos.
100
Figura 28.
Cubos de mortero con las diferentes adiciones de silicato de
101
sodio.
Figura 29.
Cubos de mortero sometidos a la prueba de compresión en
102
la maquina VERSATESTER no registra datos tan pequeños.
Figura 30.
Grafico de resistencia a la compresión en cubos fallados a
los 7, 14 y 28 días.
18
103
Figura 31.
Procedimiento grafico para encontrar las proporciones en
115
que deben mezclarse los agregados
Figura 32.
Molde de Abraham para realizar el ensayo de asentamiento
127
o Slump.
Figura 33.
Selección de material por número de tamiz.
133
Figura 34.
Silicato de sodio utilizado en las mezclas marca Químicos
133
Campota.
Figura 35.
Separación de materiales por bachada.
133
Figura 36.
Limpieza de los moldes que contendrán los cilindros de
134
concreto del ensayo.
Figura 37.
Engrasado de los moldes que contendrán los cilindros de
134
concreto del ensayo.
Figura 38.
Mezcla de los materiales manual para llenar los moldes que
135
contendrán los cilindros de concreto del ensayo.
Figura 39.
Llenado de los moldes que contendrán los cilindros de
135
concreto del ensayo.
Figura 40.
Almacenamiento de los cilindros de concreto en sus
136
primeras 24 horas.
Figura 41.
Prensa Digital para Falla de Cilindros de Concreto.
136
Figura 42.
Falla de los cilindros de concreto en la prensa digital.
137
Figura 43.
Tendencia que presentan los cilindros de concretos de 3000
143
PSI a los 7, 14 y 28 días, con o sin adición de Silicato de
19
sodio; en su resistencia a la compresión.
Figura 44.
Tendencia que presentan los cilindros de concretos de 4000
144
PSI a los 7, 14 y 28 días, con o sin adición de Silicato de
sodio; en su resistencia a la compresión.
Figura 45.
Incremento porcentual en la resistencia del concreto
145
hidráulico de 3000 p.s.i, con adición de Silicato de Sodio
Figura 46.
Incremento porcentual en la resistencia del concreto
145
hidráulico de 4000 p.s.i, con adición de Silicato de Sodio
Figura 47.
Variación del Slump a medida que se incrementa el
147
porcentaje adicionado de Silicato de Sodio en la mezcla,
para el concreto de 3000 PSI.
Figura 48.
Variación del Slump a medida que se incrementa el
149
porcentaje adicionado de Silicato de Sodio en la mezcla,
para el concreto de 4000 PSI.
Figura 49.
Relación de precios para la elaboración de un metro cubico
158
de hormigón con o sin adición de silicato de sodio, para un
concreto hidráulico de 3000 p.s.i
Figura 50.
Relación de precios para la elaboración de un metro cubico
de hormigón con o sin adición de silicato de sodio, para un
concreto hidráulico de 4000 p.s.i
20
159
LISTA DE ANEXOS
Pág.
ANEXO A.
COSTOS TOTALES DE LA INVESTIGACIÓN
164
ANEXO B.
FICHA TÉCNICA DEL SILICATO DE SODIO
167
ANEXO C.
REGISTRO FOTOGRÁFICO
168
21
INTRODUCCIÓN
Colombia se encuentra en un proceso de actualización en lo referente a las
nuevas tecnologías de construcción, pues el proceso de globalización exige
mantenerse en contacto y al día con las diversas técnicas desarrolladas; todas
ellas en base a proyectos de investigación que se adelantan en todas las
universidades del mundo, y que no solamente se aplican a la ingeniería civil sino
también a las demás profesiones del mundo moderno.
El concreto se ha convertido en el material de construcción más ampliamente
utilizado en todo el mundo debido a su extraordinaria versatilidad en cuanto forma
(se puede moldear), función (uso estructural y no estructural) y economía, ya que
la tecnología desarrollada hace posible su competencia no sólo con las
construcciones, sino también con el acero; el mortero es una mezcla de material
aglutinante (cemento portland y/o otros cementantes), un material de relleno
(agregado fino o arena), agua y eventualmente aditivos, que al endurecerse
presenta propiedades químicas, físicas y mecánicas similares a las del concreto y
es ampliamente utilizado para pegar piezas de mampostería en la construcción de
muros, o para recubrirlos.
Las adiciones, en la elaboración de morteros y concretos se emplean cada día en
mayor escala, previéndose para el futuro un trabajo aun más importante,
22
principalmente en la fabricación de productos de alta calidad. La adición no actúa
únicamente sobre el cemento, sino que ejerce acciones sobre los tres
componentes principales del concreto hidráulico, como son los agregados pétreos,
el cemento hidráulico y el agua, mejorando las características del concreto.
En esta investigación se estudió el comportamiento de mezclas de concreto
hidráulico al adicionarse Silicato de Sodio en su forma natural, para así determinar
si este material mejora la resistencia a la compresión.
En Colombia, el silicato de sodio se utiliza en la industria de jabones, detergentes,
textil, papel, cerámicas y pinturas, al igual en la elaboración de concreto hidráulico,
utilizándose como impermeabilizante y acelerante, mejorando también las
propiedades de resistencia química e ignífuga (resistencia contra el fuego) de las
mezclas.
23
1. EL PROBLEMA
1.1 LÍNEA
La investigación pertenece al Grupo de Investigación “Instituto de Desarrollo
Tecnológico” INDETEC, y corresponde a la línea de comportamiento de materiales
y estructuras especiales, establecidas por el programa de Ingeniería Civil.
El objetivo de esta investigación fue analizar los beneficios que puede aportar el
silicato de sodio al adicionarse a las mezclas de concreto hidráulico, considerando
las especificaciones que existen y rigen la fabricación de concreto en Colombia.
1.2 TÍTULO
Uso del Silicato de Sodio como Adición Natural al Concreto Hidráulico.
1.3 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
A través del tiempo, y con el desarrollo tecnológico, el concreto hidráulico ha
tenido un desarrollo importante en cuanto a la resistencia, durabilidad y
manejabilidad. Estos avances benefician a la comunidad, garantizando un control
más preciso sobre su resistencia, proponiendo soluciones a problemas que
presenta el concreto como su resistencia a la compresión axial, disminuyendo la
presencia de fisuras.
24
El concreto hidráulico, como material fundamental en proyectos de obra civil, se ha
encontrado expuesto a las diferentes variaciones ante, durante y después de su
utilización en este tipo de proyectos, de acá que el concreto hidráulico se halla
diariamente
exigido
a
condiciones
severas
climáticas,
de
carga,
de
almacenamiento, de puesta en funcionamiento, de accesibilidad en las fuentes de
materiales, entre otras; sin dejar a un lado que este tipo de problemas generan
directamente unos sobrecostos en materiales, transporte, etc…, lo que conlleve a
una mal manejo de estos y a su posible falla.
Es por esto que es imperativa la búsqueda diaria de materiales que brinden un
aporte positivo al concreto hidráulico de alta resistencia, y con esto garantizar que
una estructura construida con concreto hidráulico mejorado, en este caso con
Silicato de Sodio, soporte cargas más altas, y por lo tanto exista un aumento en su
calidad, presentando mayores beneficios económicos ya que los concretos de alta
resistencia permiten la reducción en las dimensiones de elementos estructurales,
reduciendo la carga muerta, haciendo posible que grandes luces resulten técnica y
económicamente viables.
ANTECEDENTES
Tabla 1. Antecedentes de estudios e investigaciones sobre adiciones en las mezclas de concreto
AUTOR
AÑO
TÍTULO
INSTITUCIÓN
Jeimi Paola Mancipe Castañeda
Laura Milena Pereira Monzón
Diego Gerardo Bermúdez
Carvajal
2007
Diseño de concretos de
altas resistencia a partir de
una puzolana natural
Universidad de La Salle
Harvey Imbachi Huaca
Edwin Gonzalo García Angulo
Juan Fernando Medina Moreno
2007
Implementación de las cales
hidráulicas y aérea para la
realización de morteros de
alta resistencia
Universidad de La Salle
25
Bustamante A.
Weisner Andrés
Alejandro José Duran Bernal
2005
2004
Comparación de un
concreto de alta resistencia
con dos agregados
diferentes
Determinación del
porcentaje optimo de
reemplazo de cemento por
ceniza volante
Diseño de una mezcla base
para concretos
autocompactantes con el
aditivo sika viscocrete
Correlación entre el
esfuerzo máximo de flexión
y la resistencia a la
compresión del concreto
utilizando fibras de
polipropileno en diferentes
dosis
Universidad Nacional
Universidad Nacional
Saucedo Valdés
Andrés Felipe
2001
Pontificia Universidad
Javeriana
Gómez Simancas
Bernardo Ernesto
1999
Teresa Jeannette Bautista
Álvarez
Manuel Santiago Ocampo
Terreros
1998
Concreto aligerado con
desechos de poliestireno
expandido
Pontificia Universidad
Javeriana
José Benjamín García Correal
Belisario Sáenz Saavedra
Jesús Antonio Villamarin Vargas
1982
Substitución del cemento
por cal en los morteros
Universidad Social Católica de
La Salle
Pontificia Universidad
Javeriana
1.4 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Es posible mejorar la resistencia y la dureza del concreto hidráulico
adicionándole el silicato de sodio en forma natural?
1.5 JUSTIFICACIÓN
En la rama de la ingeniería Civil, el concreto es uno de los materiales más
utilizados para la construcción. Este se produce mediante la mezcla de tres
componentes esenciales: el cemento hidráulico, los agregados pétreos y el agua.
Su función es la de resistir esfuerzos a compresión. A estos elementos básicos se
le incorpora un cuarto componente denominado aditivo. Esto con el fin
de
optimizar el nivel de seguridad en las construcciones, contribuir al desarrollo de
26
nuevas alternativas para el mejoramiento del concreto, bajando costos, brindando
manejabilidad y resistencia.
Ciertas situaciones claramente expuestas en proyectos de construcción realizados
en Colombia, piden con urgencia un manejo más apropiado de los recursos para
el bien general y no particular, de ahí nace la necesidad de los centros educativos
y la industria en promover la innovación en todas los campos de la ingeniería, en
función de las necesidades de la comunidad; es necesario implementar nuevos
recursos con fines específicos para el mejoramiento y comodidad de las
construcciones, implementando en el país nuevas tecnologías y materiales que
generen un impacto en el desarrollo económico, tecnológico y social.
La importancia del uso del silicato de sodio en el diseño de morteros radicó en la
necesidad de encontrar alternativas viables para el uso de materiales que
abundan en Colombia, y de fácil elaboración que maximizarán los recursos
presentes en el entorno, de tal manera que se logrará minimizar costos,
aumentando rendimientos e innovando en la implementación de nuevos materiales
de construcción en el campo de la ingeniería civil colombiana. Los buenos
resultados obtenidos en esta investigación dependen del éxito con qué se
manejaron e implementaron los recursos utilizados para llevar a cabo este
proyecto de grado.
27
1.6 OBJETIVOS
1.6.1 Objetivo general
 Determinar la influencia del silicato de sodio en la resistencia del concreto.
1.6.2 Objetivos específicos
Clasificar, seleccionar y determinar las características propias de los agregados
utilizados para la elaboración de una mezcla de concreto hidráulico.
Elaborar el diseño de mezcla correspondiente a un concreto hidráulico de 3000
p.s.i. y 4000 p.s.i.
Determinar la variación en la resistencia a la compresión de cilindros de
concreto hidráulico de 3000 p.s.i. y 4000 p.s.i. al adicionarles Silicato de Sodio.
Establecer cuáles serían los beneficios económicos que tendría la elaboración
del concreto hidráulico al adicionarle el Silicato de Sodio.
Verificar la variación del asentamiento que presentan las mezclas de concreto
hidráulico con la adición del silicato de sodio.
28
2. MARCO REFERENCIAL
2.1 MARCO TEÓRICO - CONCEPTUAL
2.1.1 Generalidades del silicato de sodio. El silicato de sodio es un químico
básico de múltiples usos en la producción de aditivos para el concreto,
detergentes, jabones, adhesivos en la industrial del papel y el cartón, en la
industria textil, en el grouting y la estabilización de suelos, como limpiadores de
metal, agentes a prueba de fuego, en la industria de pinturas, clarificadores de
agua y un sin número de propiedades físicas y químicas que hacen del silicato de
sodio un material ideal para adherir elementos como madera enchapada, tableros,
pavimento y hojas de metal. Otro uso importante del silicato de sodio se presenta
en la manufactura de catalizadores básicos y gel de silicato.
El silicato de sodio como característica fundamental qué permite que sus
componentes, óxido de sodio ( NaO ) y óxido de silicio ( SiO2 ), los cuales pueden
variar para obtener los porcentajes deseados. Los fabricantes encargados en el
proceso de producción del silicato de sodio, no requieren un conocimiento o
habilidad especial. Esto combinado con un costo estable y moderado de materia
prima, hace de la producción del silicato de sodio, una inversión ideal para
cualquier industria dispuesta a obtener ganancias.
29
2.1.2 Producción del silicato de sodio. El silicato de sodio ( N a O
XSiO2 ) es
producido por la fusión de arenas de sílice y carbonato de soda en diferentes
proporciones a temperaturas que superan los 1000 °C. Spin S.A, una empresa
dedicada a la fabricación y comercialización del silicato de sodio líquido y sólido,
ofrece silicatos de sodio líquido en diferentes grados que van desde el silicato
neutro (SN) que tiene una relación 1:3.1 hasta el silicato alcalino (SA) con una
relación 1:1.6, de acuerdo con las necesidades del cliente1.
2.1.2.1 Proceso de fabricación del silicato de sodio. Para la producción del
Silicato de sodio se emplean varias metodologías en cuanto a su proceso de
elaboración, las cuales se enuncian a continuación.
Producción con horno de fundición
Los cristales de Silicato de sodio se pueden producir por la fusión directa de
mezclas muy precisas de arenas de sílice pura ( SiO2 ) y carbonato de soda
( N a O CO3 ) en hornos de combustión de gas, de crudo o eléctricos, con
temperaturas superiores a los 1000 °C.
La reacción que se presenta en estos hornos es la siguiente:
Na 2 CO3
1
XSiO2
Na 2
XSiO2
CO2
SPIN S.A. [en línea]. «http://spinsa.com.co/compania/produccion/». [consultado 10 de Enero de 2009].
30
Figura 1. Producción del Silicato de Sodio Sólido
Figura 2. Silicato de Sodio Sólido
2
3
Producción Hidrotérmica
Las soluciones de silicatos de álcali (silicato de sodio líquido) también pueden ser
producidas empleando un proceso hidrotérmico disolviendo arena de sílice pura
en una solución de soda cáustica.
La reacción que se presenta en este proceso es la siguiente:
2 Na OH
2
3
XSiO2
Na 2
XSiO2
HO 2
Ibíd., «http://spinsa.com.co/compania/produccion/». [consultado 10 de Enero de 2009].
Ibíd., «http://spinsa.com.co/compania/produccion/». [consultado 10 de Enero de 2009].
31
Figura 3. Producción del Silicato de Sodio Liquido
4
2.1.3 Aplicaciones del silicato de sodio. En diferentes industrias los silicatos
solubles han sido utilizados por cientos de años, las propiedades de este producto
lo hacen versátil y sus aplicaciones abarcan la gran industria en general. A
continuación se presentan las principales utilizaciones del Silicato de Sodio:
Uso y aplicación del silicato de sodio en cementos - ligantes
Cuando los silicatos son combinados con ingredientes de cemento, reaccionan
químicamente para formar masas con fuertes propiedades ligantes. Una gran
variedad de cementos se hacen con silicatos, tanto en polvo como en solución.
Los silicatos son ingredientes importantes en las especialidades refractarias
autofraguantes y morteros químicamente resistentes. Las ventajas de los silicatos
solubles como ligantes son5:
4
5
Ibíd., «http://spinsa.com.co/compania/produccion/». [consultado 10 de Enero de 2009].
QUIMINET.COM. [en línea]. «http://www.quiminet.com.mx/». [consultado 20 de Enero de 2009].
32
Resistencia a la temperatura,
Resistencia a los ácidos,
Resistencia a disolventes después de su uso,
Facilidad de manejo,
Seguridad,
Bajo costo.
Usos y aplicaciones del silicato de sodio en el tratamiento del concreto
El silicato de sodio ofrece dos aplicaciones diferentes para aumentar la durabilidad
del concreto. Se puede aplicar una solución de silicato de sodio como agente
curante a la superficie de la capa fresca de concreto después de que el área ha
sido cubierta y mantenida húmeda durante 24 horas. La aplicación de silicato
cierra los poros de la superficie sellándolos mientras están húmedos. Para tratar el
concreto, después de que está completamente seco o endurecido, se aplica el
silicato hasta penetrar el concreto. La cal y otros ingredientes en el concreto fresco
reaccionan lentamente con la solución penetrante de silicato, formando un gel
insoluble en los poros del concreto. Se incrementa la resistencia al uso, agua,
grasa o ácido6.
Otros de sus principales usos en la industria son:
Jabones y detergentes,
6
Ibíd. «http://www.quiminet.com.mx/». [consultado 21 de Enero de 2009].
33
Industria del papel,
Industria textil,
Industria del cartón,
Pinturas, esmaltes y barnices,
Cerámicas.
Tabla 2. Uso del Silicato de Sodio
7
INDUSTRIAS QUE UTILIZAN SILICATOS DE SODIO
FUNCIÓN DEL SILICATO
BENEFICIO PRINCIPAL
CONSTRUCCIÓN
Endurecimiento de concreto
Reacción química, sellado.
A prueba de grasa y polvo,
resistente al ácido
Cementos a prueba de ácido
Ligante
Fácil de usar, económico
Cementos refractarios
Ligante
Capa dura, excelente acción
térmica, resistente al ácido
Aislamiento térmico
Adhesivo, formación de película
Capa a prueba de fuego
Solidificación del suelo
Reacción gel
Ligante económico
CERÁMICA
Cementos refractarios
Ligante
Fraguado de aire
Fundición
Defloculador
Sólidos altos
Diluyente de pasta
Defloculador
Reducción de agua
Refinado de arcilla
Defloculador
Mejora fluidez
PETRÓLEO
Lodo de perforación
Control coloidal
Controla formación geológica
Prevención de corrosión
Reacción química
Eficaz, reduce costo
Rompimiento de emulsión
Reacción química
Rompe emulsión
PAPEL
Tratamiento de agua cruda
Floculación
Mayor claridad en efluente
Aditivo de caja maestra
Floculación
Retiene finos y cargas en la línea
Cubiertas
Formación de película
A prueba de grasa, resistente a la
humedad
Adhesivos para laminación y
Reacción química
Capas fuertes, económico
etiquetado
Blanqueo con peróxido de pasta
Reacción química
Conserva el peróxido, produce
pasta más blanca
Tratamiento de agua pura
Floculación
Incremento de tamaño de floculo,
clarificación mejorada
Destintado
Detergencia
Remoción de tinta
CARTÓN
Tambores de fibra
Adhesión
Agrega rigidez, bajo costo
Tubos espirales
Adhesión
Agrega rigidez, bajo costo
TEXTIL
Blanqueo con peróxido
Reacción química
Conserva
peróxido, aumenta
blancura
Entintado
Amortiguador de ph
Fijación de tinta, menores costos
de proceso
INDUSTRIA
7
Ibíd. [en línea]. «http://www.quiminet.com.mx/». [consultado 20 de Enero de 2009].
34
COMPUESTOS DE LIMPIEZA/DETERGENTES
Ligante, inhibidor de corrosión y Ayuda de proceso en torre de
defloculador
secado
y
aglomeración.
Protección a la corrosión y
detergencia
Jabones líquidos y limpiadores
Defloculador y amortiguador de ph Detergencia y protección e
inhibición a la corrosión
TRATAMIENTO DE AGUA
Tratamiento
de agua cruda y Floculante
Incrementa el tamaño y acelera la
desperdicio.
formación del floculo
Prevención de corrosión en líneas Formación de película
película protectora inhibe la
de agua
corrosión del metal
Control de contenido de plomo y Reacción química
Reduce niveles de metales tóxicos
cobre
Estabilización
de
fierro
y Reacción química
Mejora el sabor, elimina agua roja
manganeso
METALES
Fundición porosa
Impregnación
Sella fugas y llena huecos
Cubiertas de varillas de soldadura
Ligante
Buen binder y acción de flux
Flotación de mineral
Defloculador
Agente de separación y control de
corrosión
Moldes de fundición y ligantes
Ligante
Ajuste rápido
Polvos de fundición
Aglomeración
Elimina
polvo,
mejora
las
condiciones ambientales
Pelletizado
Ligante
Ayuda e incrementa la formación
del pellet
Briqueteado
Ligante
Mejora características de flujo y
propiedades cohesivas
TRATAMIENTO DE DESECHOS
Solidificación y estabilización
Reacción química, ligante.
Reducción de porosidad y tiempo
de fijación
Detergentes en polvo
El tipo de silicato de sodio silicato de Sodio utilizado en la presente investigación
se seleccionó teniendo en cuenta la tabla 2, de acuerdo al beneficio principal que
otorga el silicato de sodio en la industria de la construcción y la función que este
tiene; las especificaciones del silicato de sodio están incluidas en la ficha Técnica
contenida en el Anexo B.
2.1.4 Generalidades del concreto hidráulico
2.1.4.1 Cemento. ASOCRETO, presenta en su manual a el cemento como un
material aglutinante que presenta propiedades de adherencia y cohesión, que
permiten la unión de fragmentos minerales entre sí para formar un todo compacto,
35
con resistencia y durabilidad adecuadas8. Esta definición se hace extensiva
también a una gran variedad de materiales de cementación tales como las cales,
los asfaltos y los alquitranes, no limitándose únicamente a los cementos
hidráulicos propiamente dichos. Para la fabricación del concreto se usa
regularmente el cemento Portland, o cemento a base de Portland, el cual tiene la
propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua, ya que con ella
experimenta una reacción química que se conoce como hidratación. El cemento
Portland es la mezcla de materiales calcáreos y arcillosos u otros materiales que
contienen sílice, alúmina u óxidos de hierro, procesados a altas temperaturas y
mezclados con yeso9.
Básicamente, el cemento Portland se transforma en un agente ligante mediante
los procesos químicos que producen compuestos durante la hidratación. Las
acciones de hidratación son principalmente las del clinker, (comúnmente conocido
como caliza cocida, el cual es la materia prima de donde se obtiene como
resultado el cemento portland), sumándose a estas las que se presentan debidas
al Sulfato de Calcio, del yeso, de las adiciones (si las hay), de los aditivos y
compuestos menores. Las principales reacciones de hidratación del clinker son
debidas a los Silicatos y los Aluminatos Calcio.
8
INSTITUTO DE CONCRETO. Materiales para concreto: curso para técnicos laboratoristas. Tomo 1, 1995.
p. 17.
9
Ibíd., p.17
36
2.1.4.2 Clasificación del cemento Portland. Hoy en día se fabrican diversos
tipos de cemento para satisfacer diferentes necesidades y para cumplir con
propósitos específicos. La Norma NTC 3010 estipula once clases de cemento que
tienen la siguiente nomenclatura:
Tabla 3. Clases de Cemento
11
CLASE
PROPIEDAD
Portland Tipo I
Normal
Portland Tipo I-M
Normal mayores
resistencias
Portland Tipo II
De resistencia
moderada a los
sulfatos
Portland Tipo III
De alta resistencia
inicial
Portland Tipo IV
De bajo calor de
hidratación
Portland Tipo V
De resistencia elevada
a los sulfatos
Portland Blanco
Color blanco,
normalmente tipo 1 o 3.
DESCRIPCIÓN
De uso general. Se destina a obras de concreto que no estén
sujetas al contacto de factores agresivos (por ejemplo el ataque
de sulfatos existentes en el suelo o el agua), o a concretos que
tengan un aumento cuestionable de la temperatura debido al
calor generado durante la hidratación. Entre sus usos están:
pavimentos, pisos, edificios de concreto reforzado, puentes
estructuras para vías férreas, tanques y depósitos, tubería,
mampostería y otros productos de concreto reforzado.
De uso generalizado. No se le exige propiedades especiales,
pero tiene resistencias superiores a las de tipo I.
Usado en obras de concreto expuestas a la acción moderada de
sulfatos, por ejemplo, en estructuras enterradas en zonas donde
las concentraciones de éstos, en las aguas freáticas. Este tipo
de cemento genera moderado calor de hidratación, lo que lo
hace adecuado para estructuras de volumen considerable (pilas
de gran masa, estribos grandes y muros de contención). Su
empleo reduce el aumento de la temperatura, hecho muy
importante al fundir concreto en climas cálidos.
Desarrolla altas resistencias a edades tempranas, normalmente
a una semana o menos. Químicamente y físicamente es
parecido al cemento Portland tipo I, excepto que sus partículas
han sido molidas más finamente. Se emplea cuando las
formaletas deben ser removidas rápidamente o cuando se tenga
que poner la estructura en servicio pronto.
Se recomienda para mantener al mínimo la velocidad y cantidad
del calor de hidratación. Desarrolla resistencia a una velocidad
muy inferior a la de otros tipos de cemento. Se usa para
estructuras de concreto masivo, como presas de gravedad
grandes, donde el aumento de temperatura resultante en el
transcurso del endurecimiento se tenga que conservar en el
menor valor posible.
Ofrece alta resistencia a la acción de los sulfatos y se emplea
exclusivamente en concretos expuestos a acciones severas de
estos, especialmente en suelos o aguas freáticas que tengan
alto contenido de sulfato. Su resistencia es adquirida más
lentamente que el cemento Portland tipo I.
Se obtiene con materiales que le confieren una coloración
blanca, de tal forma que sólo difiere del cemento Portland por su
color. Se produce con materias primas que contienen
cantidades muy pequeñas de óxidos de hierro y manganeso, las
cuales le dan el color gris. Se utiliza principalmente para la
10
Ibíd., p.24 - 29
11
TECNOLOGÍA DEL CONCRETO Y DEL MORTERO. Cemento Portland. 2001. pg. 48-52.
37
Cemento Portland
con incorporadores
de aire
Con material
incorporador de aire
Cementos
adicionados
Cementos a base de
clinker Portland
adicionado
Cemento Portland
de escoria de alto
horno
Pulverización conjunta
de clinker Portland y
escena granulada
Cemento Portland
puzolánico
Pulverización conjunta
de Clinker Portland y
puzolana
Cemento Portland
con adiciones
Pulverización conjunta
de clinker Portland y
deferentes materiales
elaboración de concretos arquitectónicos.
Los cementos Portland tipo 1-A, 2-A y 3-A son adicionados con
un material incorporador de aire durante el proceso de
fabricación, de tal manera que su composición corresponde los
tipos I, II y III, respectivamente. Estos cementos producen
concretos con resistencias mejoradas contra la acción del
congelamiento y del deshielo.
Además de los tipos de cemento antes mencionados, es
frecuente el uso de cementos a base de clinker Portland
adicionado con una proporción de otro material, que aunque no
posea Propiedades aglomerantes por sí mismo, las desarrolla al
mezclarse con éste.
Este tipo de cemento se puede emplear en las construcciones
de concreto en general y de acuerdo con la norma NTC 31 Se
obtiene mediante la pulverización conjunta de clinker Portland y
escena granulada finamente molida, con adición de sulfato de
calcio (yeso). El contenido de escena granulada de alto horno se
encuentra entre 15% y 85%, de la masa total,
Existen tres opciones para producirlo: moliendo la escoria de
alto horno granulada junto con el clinker de cemento Portland
triturando separadamente y luego mezclando con el cemento
Portland, y mediante una combinación de molienda y mezclado.
Se emplea en la construcción de obras específicas en que hay
que considerar aspectos como la durabilidad, estabilidad, calor
de hidratación, plasticidad, etc., y en aquellas en los que los
Cementos Portland ordinarios manifiestan alguna insuficiencia.
Según se indica en la norma NTC 31, se puede obtener
mediante la pulverización conjunta de Clinker Portland y
puzolana, o mediante una mezcla íntima y uniforme de los dos
con adición de sulfato de calcio. El contenido de puzolana debe
estar comprendido entre el 15% y el 50% de la masa total.
De acuerdo a la definición dada por la norma NTC 31, es el
producto que se obtiene de la pulverización conjunta de clinker
Portland y otros materiales arcillosos, calcáreo-sílicoaluminosos, calcinados o no, que poseen propiedades
hidráulicas o puzolánicas.
2.1.4.3 Otros cementos. Otros cementos que tienen alguna importancia por su
utilidad dentro del medio de la construcción son los siguientes:
2.1.4.3.1 Cemento de mampostería. Es el material que se obtiene por la
Pulverización conjunta de clinker Portland y los materiales que carezcan de las
propiedades hidráulicas o puzolánicas, junto con la adición de sulfato de calcio.
38
Normalmente el contenido de materiales adicionales está comprendido entre el
15% y el 50% de la masa total.
2.1.4.3.2
Cemento Aluminoso. Se consigue por la pulverización de clinker
aluminoso, el cual está constituido en su mayor parte por aluminato de calcio,
logrando
la
fusión
de
una
mezcla
convenientemente
proporcionada
y
homogeneizada de materiales seleccionados, siempre y cuando en el clinker
resulte una cantidad de óxido de aluminio superior al 30% y la de óxido de hierro
inferior al 20% de la masa total.
2.1.4.2 Agregados pétreos.
El instituto del Concreto define los agregados
pétreos como: “En el sentido general de la palabra, los agregados, también
llamados áridos, son aquellos materiales inertes, de forma granular, naturales o
artificiales, que aglomerados por el cemento Portland en presencia de agua
conforman un todo compacto (piedra artificial) conocido como concreto u
hormigón”12.
Los agregados constituyen el mayor porcentaje del material de concreto
(generalmente más del 70%) y permiten que éste sea un material económico para
su construcción, al actuar como material de relleno. En la elaboración de concreto
hidráulico de masa normal, usada en la mayoría de construcciones, los agregados
pétreos frecuentemente son conformados por arenas de río y grava.
12
Ibíd., Los Agregados o Áridos. 2001. pg. 65.
39
En general, los agregados para concreto hidráulico se clasifican desde el punto de
vista de su tamaño, procedencia y densidad, como se expresa a continuación:
Clasificación según su tamaño. Es la forma más generalizada de
clasificar los agregados. El tamaño varía desde fracciones de milímetro
hasta varios centímetros en sección transversal. Esta distribución de las
dimensiones de las partículas es lo que se conoce con el nombre de
granulometría. Los agregados se clasifican en agregado grueso y agregado
fino, fijando un valor superior a tamiz No. 4 (4.76 mm) para el agregado
grueso, y un valor de tamaño entre tamiz No. 4 (4.76 mm) y tamiz No. 200
(0.074 mm) para el fino o arena. Frecuentemente, la fracción de agregado
grueso es subdividida en dos intervalos, tales como, tamiz No. ¾” (19.1
mm) a tamiz No. 4 (4.76 mm) para la gravilla y de tamiz No. ¾” (19.1 mm) a
tamiz No 2” (50,8 mm) para la grava. La selección del tamaño de agregado
grueso para un concreto reforzado está en función del tipo de estructura y
separación del refuerzo.
Tabla 4. Clasificación de los agregados según el tamaño
TAMAÑO DE LAS
PARTÍCULAS EN MM
(TAMIZ)
Inferior a 0.002
Entre 0.002 – 0.07
(No. 200)
Entre 0.074 – 4.76
(No. 200) – (No. 4)
Entre 4.76 – 19.1
(No. 4) - (3/4”)
Entre 19.1 – 50.8
(3/4”) - (2”)
Entre 50.8 – 152.4
(2”) - (6”)
Superior a 152.4
(6”)
DENOMINACIÓN
CORRIENTE
CLASIFICACIÓN COMO
AGREGADO PARA CONCRETO
CLASIFICACIÓN COMO
AGREGADO PARA
CONCRETO
Fracción muy fina
No recomendable
Arcilla
Limo
Agregado fino
Arena
Gravilla
Grava
Agregado grueso
Piedra
Rajón
Piedra rajón
Fuente: Tecnología del concreto y del mortero; tabla 4.5, pg. 70
40
Material apto para
producir concreto
Clasificación según su procedencia. Los agregados se pueden clasificar
de la siguiente forma de acuerdo con su origen:
- Agregados naturales: Son aquellos que provienen de la explotación de fuentes
naturales como depósitos de arrastres fluviales (arenas y gravas de río) o de
glaciares (cantos rodados) y de canteras de diversas rocas y piedras naturales. Se
pueden
aprovechar
en
su
gradación
natural
(proporcionan
una
mejor
manejabilidad de la mezcla) o triturándolos mecánicamente.
- Agregados artificiales: Estos agregados se obtienen a partir de productos y
procesos industriales tales como: Poliestireno expandido, escorias de alto horno,
clinker, limaduras de hierro y otros. Generalmente estos agregados son más
ligeros o pesados que los ordinarios.
Clasificación según su densidad. Los agregados también se pueden
clasificar de acuerdo a su densidad, la cual depende de la cantidad de
masa por unidad de volumen, y del volumen de los poros, ya se trate de
agregados naturales o artificiales. Esta distribución se hace porque afecta la
densidad del concreto (ligero, normal o pesado) que se desea producir.
Tabla 5. Clasificación del agregado según su densidad
PESO UNITARIO
APROXIMADO DEL
3
CONCRETO (KG/M )
400 – 800
PESO UNITARIO
DEL AGREGADO
3
(KG/M )
60 – 480
950 – 1350
480 – 1040
1450 – 2000
480 – 140
Normal
2000 – 2500
1300 – 1600
Pesado
2500 – 5600
3400 – 7500
TIPO DE
CONCRETO
Ligero
EJEMPLO DE
UTILIZACIÓN
Concreto para aislamientos
Concreto para rellenos y
mampostería no estructural
Concreto estructural
Concreto estructural y no
estructural
Concreto para protección
contra radiación gamma o
X, y contrapesas
Fuente: Tecnología del concreto y del mortero; tabla 4.6, pg. 71
41
EJEMPLO DE
AGREGADO
Piedras pómez
Perlita
Canto rodado
Agregados de río
Piedra barita,
magnetita
2.1.4.2 Agregado fino. Es el agregado fino que se le adiciona a una mezcla de
concreto, sus partículas tienen un diámetro inferior a 4.76 mm y no menor de
0.075 mm. La arena ocupa gran parte del volumen de la mezcla, por lo tanto se
debe tener en cuenta sus características físicas, químicas y mecánicas, teniendo
especial cuidado con el contenido de sustancias que puedan afectar el cemento o
que reaccionen con éste. Otro factor importante es la absorción de agua para
evitar que el agregado tome agua de hidratación destinada a las partículas de
cemento.
La distribución granulométrica de los agregados tiene relación directa con la
manejabilidad de una mezcla de concreto. El agregado que presenta una pobre
gradación, presenta abundancia de vacíos que deben ser llenados por pasta (caso
de la arena) o mortero (caso de la grava), por lo tanto, la forma y tamaño de los
granos de la arena son determinantes en su acomodamiento dentro de la mezcla y
la adherencia que logren con la pasta.
Una mezcla con bajo contenido de arena es difícil de manejar, colocar, y terminar;
adicionalmente, adquiere una tendencia a la segregación y exudación al ser una
mezcla poco cohesiva, y por lo tanto el concreto hidráulico adquiere una
apariencia porosa. Por el contrario, si el porcentaje de arena es alto, se requiere
agregar agua o pasta en exceso para hacer la mezcla manejable, presentando
igualmente tendencia a la exudación o segregación. En este caso la mezcla
presenta una apariencia homogénea.
42
Las arenas no deben ser muy finas o muy gruesas. Si son muy finas se requerirá
una cantidad muy alta de agua y fácilmente se segregarán, si son muy gruesas se
consiguen mezclas poco cohesivas y ásperas. Por lo tanto, para lograr una
adecuada manejabilidad, se aconseja que el módulo de finura de las arenas debe
ser como mínimo 2.2 y de las arenas gruesas un máximo de 3.0.
2.1.4.3 Agregado grueso. Es el agregado grueso que se incorpora a una mezcla
de concreto y cuyas partículas poseen un diámetro que se encuentran en el
intervalo entre 50.8 mm y 19.1 mm.
Igual que con el agregado fino, es importante conocer sus características físicas,
químicas y mecánicas por medio de ensayos de laboratorios, y estar atento a la
presencia de sustancias que afecten el cemento. Los agregados gruesos con
partículas alargadas, aplanadas o con forma cúbica, y textura rugosa, necesitan
mayores cantidades de arena, agua y pasta en una mezcla, para lograr una
manejabilidad comparable a la de los agregados gruesos con partículas
redondeadas y lisas.
El tamaño máximo del agregado tiene una relación estrecha con la resistencia del
concreto, pues la cantidad de cemento que se requiere para producir una
resistencia a la compresión máxima, a una determinada edad, varía según el
tamaño máximo del agregado grueso de la mezcla. En general, al usar mayores
43
tamaños, se reduce el área superficial y los vacíos en el agregado grueso, así se
requiere menos mortero para obtener una determinada manejabilidad.
2.1.5 Conceptualización. Con el fin de entender de una manera más clara y
sencilla el tema tratado en la presente investigación, se realizó un glosario con la
terminología empleada, que corresponde directamente con la terminología usada
en las fuentes de información consultadas. La bibliografía consultada comprende
textos como son las Normas Técnicas Para El Sector De La Construcción y la
NSR - 98, pues éstas abarcan ampliamente la terminología utilizada en el medio
de la ingeniería civil, además de proponer y estandarizar los ensayos requeridos y
aplicados al tema tratado en el presente documento.
Algunos autores proporcionan valiosa información que constituye una base a los
procesos que se llevaron a cabo durante el desarrollo de la investigación. Tal es el
caso de Diego De Sánchez Guzmán y F. Arredondo en sus trabajos Tecnología
Del Concreto y Del Mortero. Para complementar la información anterior se
consultó el texto Tecnología del Concreto de A. M. Neville y J. J. Brooks, el cual
forma un complemento al texto ya nombrado.
La interpretación de los conceptos consultados en la bibliografía anterior permite
que dichos conceptos sean reseñados de manera clara a continuación.
44
Peso Específico Aparente. Peso de la unidad de volumen, lleno pero sin
apisonar. Es natural que varié con la granulometría.
Peso Específico Real. Cuando el volumen ocupado por la materia sólida es
la unidad.
Pasta o Pegante. Mezcla de conglomerante, agua, aire (naturalmente
atrapado o intencionalmente incluido) y aditivos (cuando son añadidos).
Fraguado. Proceso químico. Consiste en la evaporación del exceso de agua
empleado en amasar la pasta, seguido de una sustitución del agua por el
CO2 de la atmósfera, pasando de nuevo del hidróxido del carbonato cálcico,
cerrando de este modo el ciclo. Como el anhídrido carbónico seco no
reaccionaría con el hidróxido cálcico seco, es necesario que exista algo de
humedad presente.
Falso Fraguado. Rigidez prematura y anormal del conglomerante (cemento),
que se presenta dentro de los dos primeros minutos después de haberlo
mezclado con agua.
Plasticidad. Facilidad con que una masa de cal se extiende con la llana.
Estabilidad de Volumen. Cuando la cal presenta una expansión más o
menos grande después de su fraguado. Esta expansión se manifiesta, por lo
general,
varios
meses
después
de
realizada
la
obra.
Se
acusa
frecuentemente este fenómeno por la formación de grietas horizontales del
enlucido coincidentes con las juntas de los ladrillos.
45
Granulometría. Distribución de los tamaños de las partículas que
constituyen una masa de agregados. Se determina mediante el análisis
granulométrico que consiste en dividir una muestra de agregado en
fracciones de igual tamaño. La medida de la cuantía de cada una de estas
fracciones es lo que se conoce como granulometría.
Módulo de Finura. Factor empírico que permite estimar qué tan fino o
grueso es un material. Está definido como la suma de los porcentajes
retenidos acumulados en los tamices de la serie “estándar” que cumplen la
relación 1:2, desde el tamiz de 149 (Nº 100) en adelante, hasta el máximo
tamaño que se encuentre, dividido por 100.
Abultamiento de La Arena. Aumento de volumen para un determinado peso
de arena, causado por la presión del agua entre partícula y partícula de
arena cuando se encuentra húmeda, o sea con agua libre en la superficie.
Manejabilidad. Conocida también como trabajabilidad, se determina por su
capacidad para colocar la mezcla de mortero apropiadamente en las
unidades de mampostería o en revestimientos.
Consistencia. Estado de fluidez del mortero, es decir, que tan dura (seca) o
blanda (fluida) es una mezcla de mortero cuando se encuentra en estado
plástico.
Relación Agua – Cemento. Cantidad de agua utilizada por cantidad unitaria
de cemento, para un conjunto dado de materiales y de condiciones. Esta
dada en peso.
46
Durabilidad. resistencia a los agentes externos tales como las bajas
temperaturas, la penetración de agua, desgaste por abrasión, retracción al
secado, eflorescencias, agentes corrosivos, o choques térmicos, entre otros,
sin deterioro de sus condiciones físico – químicas con el tiempo.
Retracción. Se debe principalmente a las reacciones químicas de
hidratación de la pasta, sobretodo en pastas puras con una alta relación
agua-cemento.
Adherencia. Capacidad que tiene el mortero de absorber tensiones
normales y tangenciales a la superficie que une el mortero con la estructura.
Es de gran importancia, ya que a ella se debe el hecho de que un mortero
pueda resistir pandeo, cargas transversales y excéntricas, dándole
resistencia a la estructura.
Resistencia. Una vez aplicado en obra, el mortero debe actuar como unión
resistente. Se requiere una alta resistencia a la compresión cuando el
mortero deba soportar cargas altas y sucesivas. Siendo ésta un indicio de las
resistencias a tensiones de corte y a tensiones de tracción.
Apariencia. Es de gran importancia especialmente en mampostería de
ladrillo a la vista. En este caso, la plasticidad de la mezcla, la selección y
dosificación adecuada de sus componentes, son de vital importancia en la
colocación y el acabado de las superficies.
Implementación. Acción de poner en funcionamiento, aplicar métodos,
medidas, etc., para llevar algo a cabo.
47
Compacidad. Porcentajes de volúmenes llenos existentes en el mortero, es
decir, la suma de volúmenes de los granos de aglomerante, contenidos en la
unidad de volumen de mortero y la suma de volúmenes de los granos de
arena.
Porosidad. Propiedad que tiene un cuerpo de presentar poros o huecos que
pueden estar llenos de un líquido o un gas.
Permeabilidad. Propiedad de dejarse atravesar por un fluido por filtración.
Varianza. Constituye una de las medidas de dispersión en estadística y
corresponde al promedio del cuadrado de las distancias entre la media
aritmética de cada observación y la media aritmética del conjunto de
observaciones, usualmente se denomina con la letra S.
Población y muestra. Corresponde a los datos de los cuales se ocupa el
estudio estadístico, el cual está compuesto por subconjuntos representativos
de la población a los cuales se les denomina muestra.
Coeficiente de determinación. Es el porcentaje de la variación que se
presenta entre las variables relacionadas debido a la asociación existente
entre sí.
Desviación estándar. Es una medida de que tanto tienden a alejarse el
conjunto de datos estudiados con respecto al valor promedio de los mismos,
es decir que tan lejos se encuentran de la media de la muestra o la
población.
48
2.2 MARCO NORMATIVO
Para asegurar el desarrollo en condiciones estándar de todos los ensayos de
laboratorio, es necesario regir dichos ensayos por una normatividad establecida.
Debido a que no se encuentra una normatividad para el silicato de sodio en
Colombia, se optó por utilizar las normas de ensayos del concreto hidráulico,
publicadas en las Normas Técnicas Colombianas para el sector de la
construcción, publicada por el ICONTEC.
A continuación se hace referencia de las normas utilizadas para el desarrollo de
esta investigación.
Tabla 6. Normas de los ensayos a realizar
NORMA
NOMBRE ENSAYO
(NTC) 237
Método para determinar el peso
especifico y la absorción de
agregados finos
(NTC) 176
Método para determinar la densidad
y la absorción de agregados gruesos
(NTC) 92
Método para determinar la masa
unitaria de los agregados
DESCRIPCIÓN
La muestra obtenida por cuarteo se sumerge
totalmente en un recipiente con agua durante 24
horas; se extiende la muestra sobre una superficie no
absorbente, se expone una corriente suave de aire
caliente y se agita con frecuencia para conseguir un
secado uniforme. Se coloca la muestra en el molde
cónico, se deja caer libremente el pisón sobre la
superficie de ésta desde una altura aprox. de 1 cm
durante 25 veces, se alisa la superficie de la muestra
y se alza el molde verticalmente sin girarlo, se repite
el mismo procedimiento hasta que el cono formado
con el molde se derrumbe parcialmente.
Se lava el material para eliminar las impurezas y se
sumerge en agua durante 24 horas. Luego se saca el
material del agua y con una toalla se seca el material
procurando que las partículas grandes queden
también secas pero evitando la evaporación.
Después de medir la muestra, esta se coloca en
estado de saturación interna y seca superficialmente
en la canasta de alambre y se determina el peso
sumergido. Se introduce la muestra en el horno por
24 horas y se toma su peso nuevamente.
Este ensayo presenta la forma de hallar la masa
unitaria suelta, la masa unitaria apisonada y la masa
unitaria vibrada tanto para agregados fino como para
agregados gruesos.
49
(NTC) 32
Granulometría de los agregados
(NTC) 98
Determinación de la resistencia al
desgaste de los tamaños menores de
agregados gruesos, utilizando la
máquina de Los Ángeles
(NTC) 1776
Agregados para hormigón.
Determinación del contenido de
humedad total.
(NTC) 221
Método de ensayo para determinar el
peso especifico del cemento
hidráulico
(NTC) 226
Método de ensayo para determinar la
finura del cemento hidráulico sobre
los tamices ICONTEC 74 y 149
(NTC) 110
Método para determinar la
consistencia normal del cemento.
50
Se selecciona una muestra representativa del
material (fino y grueso) alrededor de 5000gr; se lava
el material para darle el mejor aspecto posible, una
vez secado el material en el horno por 24 horas se
selecciona la cantidad necesaria para determinar la
granulometría y la cual pasara por el siguiente orden
de tamices, para agregado grueso son 3", 2", 1½", 1",
¾", ½",?”,# 4 y para agregado fino son # 4, # 8, # 16,
# 30, # 50, # 100, # 200 y por último se toma el
material retenido en cada tamiz y se pesa para
determinar tanto el porcentaje de material que pasa
como el retenido por cada tamiz .
El método para hallar el desgaste de los agregados
se realizó colocando 500 gr de agregado dentro de
un tambor cilíndrico de acero que está montado
horizontalmente. Se añadió una carga de bolas de
acero y se aplico un número determinado de
revoluciones. El choque entre el agregado y las bolas
da por resultado la abrasión y los efectos se miden
por la diferencia entre la masa inicial de la muestra
seca y la masa del material desgastado
expresándolo como porcentaje inicial. La carga
abrasiva consiste en esferas de fundición o de acero
de unos 48 mm de diámetro y entre 390 y 445
gramos de masa, cuya cantidad depende del material
y de su respectiva granulometría.
Se toman 2000 gr de material el cual se peso y se
metió en el horno durante 24 horas, después de
trascurrido este tiempo se saco del horno y se tomo
el peso final al material y se calculo él % de
humedad.
Se llena el frasco con kerosene hasta un punto
situado entre O y 1 mI, se seca el interior del frasco
por encima del nivel del liquido, se agrega
aproximadamente 64 g de cemento o cal en
pequeñas cantidades evitando que las paredes del
frasco se adhiera cal o cemento, se hacen salir las
burbujas de aire, se deja reposar y se toma la lectura
final.
Se debe colocar una muestra de 50 g de cemento en
el tamiz que se utiliza limpio y seco, con el fondo
colocado. La operación de tamizado debe hacerse
con un movimiento suave de muñeca hasta que la
mayoría del material lino haya pasado y el residuo
tenga una apariencia limpia (3 a 4 minutos). Cuando
el residuo este limpio, debe colocarse la tapa y
retirarse el fondo. Debe desocuparse el fondo y
limpiarse cuidadosamente con una tela antes de
colocar nuevamente el tamiz y colocarse la tapa. Se
continúa el tamizado (5 a 10 minutos) según las
condiciones del cemento.
Sobre una superficie pulida y no absorbente se
coloca una muestra de 500 g en forma de cono y se
hace un hoyo en el centro. Se vierte en el hoyo una
cantidad medida de agua destilada y luego, con
ayuda del palustre, se pasa al hoyo el cemento seco
que la rodea exteriormente, empleando en esta
operación 30 s. Durante los siguientes 30 s, mientras
se permite la absorción del agua, el centro que aún
(NTC) 109
Cementos. Método para determinar
los tiempos de fraguado del cemento
hidráulico por medio de las agujas de
Guillmore
(NTC) 118
Método para determinar el tiempo de
fraguado del cemento hidráulico.
(NTC) 119
Método para determinar la resistencia
a la tensión de morteros de cemento
hidráulico
(NTC) 220
Determinación de la resistencia de
morteros de cemento hidráulico
usando cubos de 50 mm de lado
(NTC) 111
Método para determinar la fluidez de
morteros de cemento
51
permanece seco en el exterior del cono debe
mezclarse suavemente mediante el palustre con la
pasta húmeda para reducir las pérdidas por
evaporación y facilitar la completa absorción. Luego
se termina la operación mezclando y amasando con
las manos, continúa y vigorosamente durante 90 s.
En este último paso y en el llenado de moldes se
debe usar guantes de caucho. La pasta se moldea
con las manos dándole forma esférica y se lanza 6
veces de una mano a otra a una distancia de unos 15
cm. y se procede al llenado de moldes.
Se extiende la pasta sobre una placa de vidrio; luego
con ayuda del palustre, se lleva la pasta desde la
periferia hacia el centro hasta formar un tronco de
cono de bases paralelas, de unos 76 mm de
diámetro en la base mayor y unos 13 mm de altura.
Inmediatamente después se alisa la superficie con el
palustre. La placa de vidrio debe ser cuadrada, de
unos 100 mm de lado, limpia y plana.
Luego de preparada la pasta y de realizarse el
mismo procedimiento del método para determinar la
consistencia normal, debe colocarse la muestra en el
cuarto o cámara húmeda, de donde debe sacarse
únicamente para las determinaciones de tiempo de
fraguado. La muestra debe permanecer en el molde,
soportada por la placa de vidrio, durante todo el
periodo de ensayo.
Se pesan los materiales, se colocan sobre una placa
lisa y no absorbente, se mezclan secos
cuidadosamente, se realiza el mismo procedimiento
del ensayo de consistencia normal, antes del llenado
los moldes deben cubrirse con una capa delgada de
aceite mineral y colocarse sobre una placa de vidrio
o metálica sin aceitar y se procede al llenado de los
moldes, el mortero debe apisonarse con los pulgares
durante 12 veces en puntos distribuidos sobre la
totalidad de la superficie de la muestra, luego se
vierte más mortero sobre la superficie de la muestra
y se enrasa y alisa con ayuda del palustre. Luego se
coloca en la parte superior del molde una placa de
vidrio o metal, cubierta con una capa delgada de
aceite mineral se hace girar y se deja descansar
sobre la placa aceitada.
Para realizar el ensayo de compresión de morteros
de cemento hidráulico se mide la fluidez del mortero
para que se encuentre en condiciones normales; se
realizan 6 cubos. Ya teniendo la mezcla engrasamos
los moldes con el fin de que al retirar el molde no se
peguen a la muestra. Se agrega el mortero en dos
capas compactándose con 16 golpes cada una. Con
el fin de que la mezcla quede bien distribuida y no
queden vacíos dentro, seguidamente se deja en
cámara húmeda la mezcla por 24 horas, de donde
luego se ponen en agua hasta su día de falla.
Se limpia y se seca la plataforma de la mesa de flujo,
colocando en seguida el molde en su centro. Se
vierte en el molde una capa del mortero cuya fluidez
se quiere determinar, de unos 25 mm y se apisona
con 20 golpes del compactador uniformemente
(NTC) 396
Método de ensayo para determinar el
asentamiento del hormigón
(NTC) 673
Ensayo de resistencia y compresión
de cilindros normales de hormigón.
52
distribuidos. Con una segunda capa de mortero se
llena totalmente el molde y se apisona como la
primera capa. La presión del compactador debe ser
tal que asegure el llenado total del molde. Se retira el
exceso de mortero de la capa superior del molde con
ayuda de un palustre y se alisa la superficie por
medio de un movimiento vertical de vaivén de dicho
palustre, el cual se coloca casi perpendicularmente
sobre la superficie de la muestra.
Se humedece el molde y se coloca en una superficie
plana y rígida, se sujeta firmemente con los pies y se
llena con la muestra de hormigón en tres capas
iguales chuzando cada una 25 veces con la varilla y
en la capa del fondo es necesario inclinar
ligeramente la varilla para compactar uniformemente
toda la capa, al compactar la segunda y la tercera, la
varilla debe penetrar ligeramente en la capa inferior,
se debe agregar un poco más para que siempre haya
hormigón en la superficie y se deja a ras;
inmediatamente después se retira el molde alzándolo
cuidadosamente en dirección vertical y se mide el
asentamiento de acuerdo a la diferencia de alturas.
Aceitar el molde y la base con una capa delgada de
aceite mineral, colocar el molde sobre una superficie
plana, firme y bien ni velada, llenar el molde en tres
capas iguales chuzando cada una 25 veces con la
varilla y en la primera capa, la varilla no debe tocar la
base del cilindro; al compactar la segunda y la
tercera, la varilla debe penetrar ligeramente en la
capa inferior; si después de dar los golpes requeridos
la superficie presenta huecos, éstos deben cerrarse
golpeando suavemente con la varilla las paredes del
molde. Si durante la compactación de la última capa
el concreto baja, se debe agregar un poco más para
que siempre haya concreto por encima del borde del
molde, con el palustre se empareja la superficie y se
almacenan los moldes sobre una superficie
horizontal, evitando golpearlos o someterlos a
vibraciones y cubriéndolos con madera, gante o
plástico para evitar la evaporación de la cara
superior. Entre 16 y 24 horas después, se procede a
retirar los cilindros de los moldes y se colocan en un
tanque con agua saturada de cal, en tal forma que
estén totalmente cubiertos por el agua o en una
cámara con humedad relativa del 100%, o bien bajo
arena saturada de agua permanentemente, durante
el tiempo establecido para efectuar el ensayo de
resistencia (7 a 28 días).
3. DISEÑO METODOLÓGICO
La metodología de investigación utilizada fue de tipo experimental, debido a que
se conocen todas las variables que interfieren en el proceso de experimentación.
La metodología aplicable en el desarrollo del proyecto según “MUÑOZ (2000):
197-198)”, “ El método dinámico de la investigación es lo que se analiza e
investiga aceptando y adaptando las variaciones que se presentan sobre el
fenómeno observado siempre que con ello se pretende llegar a satisfacer el propio
objetivo del proyecto”.
3.1 FASES DE LA INVESTIGACIÓN
Fase I: Recopilación de información
Buscar antecedentes del uso del silicato de sodio como material de
construcción.
Realizar
la
búsqueda
de
documentación
necesaria
referente
a
la
normatividad de los ensayos necesarios.
Identificar las posibles industrias que fabrican el silicato de sodio que se va a
utilizar en los diseños de concreto hidráulico.
53
Fase II: Fase de ejecución.
Ensayos a los agregados pétreos:
Ensayo de peso específico y absorción de agregados finos
(NTC 237)
Ensayo de peso específico y absorción de agregados
gruesos (NTC 176)
Método para Determinar la Masa Unitaria de los
Agregados (NTC 92)
Granulometría de los agregados (NTC 32)
Determinación de la resistencia al desgate de los
agregados gruesos, utilizando la máquina de los
ángeles (NTC 98)
Agregados para hormigón. Determinación del contenido
de humedad total (NTC 1776)
Ensayos al cemento Portland Tipo I:
Método de ensayo para determinar el peso especifico
del cemento hidráulico (NTC 221)
Método de ensayo para determinar la finura del
cemento hidráulico sobre los Tamices ICONTEC 74 149 (NTC 226)
54
Método para determinar la consistencia normal del cemento
(NTC 110)
Método para determinar los tiempos de fraguado del cemento
hidráulico por medio de las agujas de Guillmore (NTC 109)
Método para determinar el tiempo de fraguado del cemento
hidráulico (NTC 118)
Ensayos de mortero:
Método para determinar la resistencia a la tensión de
morteros de cemento hidráulico (NTC119)
Método para determinar la fluidez de morteros de cemento
(NTC111)
Cemento. Determinación de la resistencia de morteros de
cemento hidráulico usando cubos de 50 mm de lado (NTC
220)
Ensayos de Hormigón:
Ensayo de resistencia y compresión de cilindros normales de
hormigón (NTC 673)
Método de ensayo para determinar el asentamiento del
hormigón (NTC 396)
55
Los ensayos del concreto con adición de silicato de sodio tendrán los siguientes
porcentajes:
Tabla 7. Porcentajes de Silicato de sodio a utilizar en los ensayos
0%
6%
9%
12 %
PORCENTAJES DE
SILICATO DE SODIO
Tabla 8. Cantidad de ensayos de concreto a realizar para 3000 y 4000 PSI
CANTIDAD DE ENSAYOS PARA 3000 PSI
PORCENTAJE
DE SILICATO
DE SODIO
0%
6%
9%
12 %
SUMA
PORCENTAJE
DE SILICATO
DE SODIO
0%
6%
9%
12 %
SUMA
7 DIAS
14 DIAS
28 DIAS
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
12
12
12
CANTIDAD DE ENSAYOS PARA 4000 PSI
7 DIAS
14 DIAS
28 DIAS
3
3
3
3
12
3
3
3
3
12
3
3
3
3
12
total de cilindros
36
total de cilindros
36
Por cada porcentaje de silicato de sodio se hicieron tres (3) cilindros, los cuales se
fallaron a los 7, 14 y 28 días.
Para una buena organización y entendimiento del desarrollo de esta investigación,
se adopto una codificación para identificar los diferentes diseños, como se
describe a continuación:
56
Para los diseños en los cuales se adicionará el silicato de sodio, la codificación
consta de dos números. El primer número hace referencia a la resistencia del
diseño testigo del cual proviene en p.s.i, de tal manera que para el diseño de 280
Kg/cm2 (4000 p.s.i.) será cuatro (4) y para el diseño de 210 Kg/cm2 (3000 p.s.i.)
será tres (3); y el segundo hace referencia al porcentaje de silicato de sodio que
se la va a adicionar, ya sea 0, 6, 9 y 12 respectivamente.
Tabla 9. Codificación de diseños
No.
No.
Diseño
Testigo
Porcentaje
adicionado
Tabla 10. Descripción de la codificación para los diseños
DISEÑO TESTIGO
METODO DE
INCORPORACION
2
ADICIÓN
2
ADICIÓN
280 KG/CM
210 KG/CM
PORCENTAJE
ADICIONADO
0
6
9
12
0
6
9
12
CÓDIGO
4–0
4–6
4–9
4 – 12
3–0
3–6
3–9
3 – 12
Analizar los resultados obtenidos en cada uno de los ensayos realizados.
Fase III: Selección del diseño que cumplan con los objetivos planteados
inicialmente en el proyecto.
57
3.2 INSTRUMENTOS
Durante el desarrollo de la investigación se utilizaron tablas para registrar los
datos de entrada de los respectivos laboratorios, así como también para consignar
los resultados, también se utilizó todo el material correspondiente para la
realización de los ensayos.
3.3 VARIABLES
Tabla 11. Identificación de Variables
CATEGORIA DE ANALÌSIS
Propiedades del concreto
VARIABLES
INDICADORES
Concreto
Cemento
Optimización
Agregado grueso
Agregado fino
Concreto modificado con
silicato de sodio
Diseño (3000) p.s.i (4000) p.s.i
Resistencia a la compresión
Resistencia a la tensión
Manejabilidad (slump)
Peso especifico
Tiempos de fraguado
Consistencia normal
Tiempos de fraguado por VICATT y GILMORE
Fluidez
Granulometría, Densidad y absorción
Masa unitaria, Contenido de humedad total.
Peso especifico
Absorción de la arena
Masa unitaria
Contenido de humedad
Optimización de los diseños
Resistencia a la compresión
Manejabilidad
Deformación
3.4 HIPÓTESIS
La escogencia óptima de los materiales necesarios para realizar un concreto
hidráulico de alta resistencia y su adecuada combinación con adiciones de Silicato
de Sodio, como material experimental, dan resultados que fomentan la
implementación de nuevos materiales para el sector de la construcción.
3.5 COSTOS
Los costos de la presente investigación fueron $ 982.535,40, Anexo A.
58
4. DESARROLLO INGENIERIL
4.1 NORMATIVIDAD DE LOS ENSAYOS NECESARIOS
La normatividad adoptada para la realización y desarrollo del proyecto, fue la
implementada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación
(ICONTEC).
4.2 UBICACIÓN DE LAS FUENTES DE MATERIAL
Para la obtención de los materiales utilizados en el desarrollo del proyecto, se
realizó una serie de clasificaciones de posibles fuentes de explotación y se buscó
proveedores que distribuyeran productos de alta calidad.
Los agregados finos y gruesos que se utilizaron fueron seleccionados teniendo en
cuenta que son materiales que se utilizan por su calidad, en proyectos de gran
magnitud y que por referencias de la misma fuente de explotación cumplen con un
mínimo de características para efectos de resistencia y manejabilidad. La fuente
de explotación de los materiales para la investigación fue la planta de agregados
pétreos de río de CEMEX Colombia, ubicada en la Autopista al llano No 72- 04
sur. Km 14 vía Usme.
Las fábricas de producción del silicato de sodio son las empresas: Manufacturas
Silicias
LTDA,
ubicada
en
Mosquera
59
-
Cundinamarca
–
Colombia,
Producción y comercialización de silicatos de sodio sólido y líquido ubicada en el
Km 17 Vía Soacha-Sibate - Cundinamarca – Colombia, y JADESI LTDA que a su
vez tiene como centro de acopio y distribución a QUÍMICOS CAMPOTA Y CIA.
LTDA. ubicado en la Calle 12 No 30-92 en Bogotá, de donde se obtuvo el Silicato
de Sodio requerido en la investigación.
El cemento utilizado en el desarrollo de la investigación fue cemento DIAMANTE
tipo I, y fue seleccionado como un producto de fácil adquisición, ya que la marca
seleccionada se puede conseguir en gran parte del territorio nacional y presenta
altos estándares de calidad ya que recibió la certificación de “Aseguramiento a la
Calidad ISO 9001-00 en su proceso de producción en la planta de Caracolito,
departamento de Tolima”, y el certificado con los sellos de calidad ICONTEC de
conformidad con las normas técnicas NTC 121 y NTC 321.
4.3 DESARROLLO DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
4.3.1 Ensayo a los agregados pétreos
4.3.1.1 Método para determinar el peso específico y la absorción de
agregados finos. Para la realización de este ensayo se remitió a las NORMAS
TÉCNICAS COLOMBIANAS PARA EL SECTOR DE LA CONSTRUCCIÓN la cual
comprende la NORMA ICONTEC 237: método para determinar el peso específico
y la absorción de agregados finos. La muestra obtenida por cuarteo se sumerge
60
totalmente en un recipiente con agua durante 24 horas, se extiende la muestra
sobre una superficie no absorbente, se expone a una corriente suave de aire
caliente y se agita con frecuencia para conseguir un secado uniforme, esta
operación se da por terminada cuando estén sueltos los agregados finos. Se
coloca la muestra en el molde cónico, y se deja caer libremente el pisón sobre la
superficie de ésta desde una altura de 1 cm durante 25 veces. Se alisa la
superficie de la muestra y se alza el molde verticalmente sin girarlo. Si existe
humedad libre el cono conserva su forma. Se repite el ensayo a intervalos
frecuentes hasta que el cono formado por la muestra se derrumbe parcialmente al
separar el molde. Esto indica que se ha alcanzado una condición de saturado y
superficialmente seco.
Se introducen 500 g de la muestra en la probeta y se llena con agua a una
temperatura de 200C hasta los 500 cm3, luego se gira la probeta hasta eliminar las
burbujas de aire. Se coloca la probeta en baño María a 200C y se mantiene en él
aproximadamente 1 hora, luego se llena con agua a la misma temperatura hasta
500 cm3, se pesa el conjunto (probeta, arena y agua) y se determina por diferencia
el peso del agua añadida, con aproximación de 0.19 cm3. La cantidad de agua
para llenar la probeta se puede determinar volumétricamente por medio de una
bureta que permita apreciar hasta 0.1 cm3.
Se retira la muestra de la probeta y se seca entre 100 y 110°C hasta que su peso
sea constante, se enfría a temperatura ambiente con un secador y se pesa.
61
Datos de entrada:
Peso probeta = 180 g.
Peso arena = 500 g.
Peso probeta + agua + arena de rio = 975.5 g.
Peso arena seca = 483 g.
Volumen de agua añadida a la muestra para completar el volumen de la
probeta (cm3) = 975.5 cm3 – 180 cm3– 500 cm3 = 295.5 cm3.
Figura 4. Muestra de Agregados finos
Peso específico
Pe
(V
G
Ga ) (500
G)
Ecuación 1
G = Peso de la arena seca.
Ga = Volumen de agua añadida a la muestra para completar el volumen de la
Probeta (g. o cm3), según el caso,
62
V
= Volumen probeta (cm3).
Pe
(500cm
3
483g
295.5cm 3 ) (500cm 3
3
483cm )
2.58 g / cm 3
Peso unitario seco
Pm
Pm
G
(V Ga )
Ecuación 2
483 g
(500 cm
295.5 cm 3 )
3
2.36 g./cm 3
Peso unitario saturado y de superficie seca
Ps
Pm
500 g
(V Ga )
Ecuación 3
500 g
(500 cm
295.5 cm 3 )
3
2.44 g./cm 3
Absorción
% Absorción
G
(500g G )
* 100%
G
Ecuación 4
= Peso de la arena seca
% Absorción
(500 g 483 g )
* 100
483 g
Intervalos óptimos para Agregados finos:
Densidad real: Entre 2.50 y 2.60 g
cm 3
63
3.52 %
Densidad aparente: Entre 2.40 y 2.50 g
cm 3
Densidad aparente S.S.S: Entre 2.40 y 2.50 g
cm 3
Porcentaje de absorción: Entre 2.0% y 8.0%
4.3.1.2 Método para determinar el peso específico y la absorción de
agregados gruesos. Para la realización de este ensayo se remitió a las NORMAS
TÉCNICAS COLOMBIANAS PARA EL SECTOR DE LA CONSTRUCCIÓN la cual
comprende la NORMA ICONTEC 176: el material se escogió de igual manera que
la arena, por cuarteo estadístico; luego se tomó 5000 g para lavarlo por el tamiz
No. 4 y No. 12 y se procedió a dejarlo en agua por 24 horas, después de las
cuales se seca con una toalla hasta obtener un color mate.
Luego se pesa y se obtiene el peso saturado superficialmente seco;
inmediatamente se sumergió el material con una canasta de dimensiones (20 cm
de alto por 20 cm de ancho y la abertura de la malla es de 2.4 mm) y con esto se
obtiene el peso sumergido, y por último se llevó la muestra al horno para obtener
el peso seco.
Datos de entrada:
Peso inicial W = 5000 g.
Peso seco superficialmente saturado Wsss = 5320 g.
64
Peso seco Ws : 3208 g.
Peso especifico
Pe
W
(W Ws )
Pe
5000g
5000cm 3 3208cm 3
Ecuación 5
2.79 g. / cm 3
Figura 5. Muestra de Agregados Gruesos
Peso unitario seco
Pm
W
(Wsss - Ws )
Pm
5000 g
(5320 cm 3 3208 cm 3 )
Ecuación 6
Peso unitario saturado y de superficie seca
65
2.36 g./cm 3
Ps
Wsss
(Wsss - Ws )
Pm
5320 g
(5320 cm 3 3208 cm 3 )
Ecuación 7
2.49 g./cm 3
Absorción
% Absorción
(Wsss W )
* 100%
W
% Absorción
Ecuación 8
(5320 g 5000 g )
* 100
5000 g
6.4 %
Intervalos óptimos para Agregados gruesos:
Densidad real: Entre 2.40 y 2.50 g
cm 3
Densidad aparente: Entre 2.35 y 2.45 g
cm 3
Densidad aparente S.S.S: Entre 2.30 y 2.45 g
cm 3
Porcentaje de absorción: Entre 4.0% y 1.20%
4.3.1.3 Método para determinar la masa unitaria de los agregados. Para la
realización de este ensayo se remite a las NORMAS TÉCNICAS COLOMBIANAS
PARA EL SECTOR DE LA CONSTRUCCIÓN la cual comprende la NORMA
ICONTEC 92:
Masa Unitaria del Agregado Compactado
66
Método Apisonado: para agregados de tamaño nominal menor o igual a 38
mm. El agregado debe colocarse en el recipiente, en tres capas de igual
volumen aproximadamente, hasta colmarlo. Cada una de las capas se
empareja con la mano y se apisona con 25 golpes de varilla distribuidos
uniformemente en cada capa, utilizando el extremo semiesférico de la varilla.
Al apisonar la primera debe evitarse que la varilla golpeé el fondo del
recipiente; al apisonar las capas superiores se aplica la fuerza necesaria
para que la varilla solamente atraviese la respectiva capa. Una vez colmado
el recipiente se enrasa la superficie con la varilla usándola como regla y se
determina la masa del recipiente lleno, en Kg.
Método de Vibrado: para agregados de tamaño nominal comprendido entre
38 y 100 mm. Las dimensiones de los recipientes deben cumplir con la
siguiente tabla:
Tabla 12. Dimensiones para los recipientes
Volumen
3
dm
3
10
15
30
Diámetro interior
Mm
pulg
Altura interior
mm
155
205
255
355
6”
8”
10”
14”
160 +/- 2
305 +/- 2
295 +/- 2
305 +/- 2
Calibre mm
Tamaño máximo
de las partículas
mm
Fondo
Pared
12.56
25
40
100
5.0
5.0
5.0
5.0
3.0
3.0
3.0
3.0
Fuente: Norma ICONTEC No. 92
El agregado debe colocarse en el recipiente, en tres capas de igual volumen
aproximadamente, hasta colmarlo.
67
Cada una de las capas se compacta del siguiente modo: se coloca el recipiente
sobre una base firme y se inclina hasta que el borde opuesto al punto de apoyo
diste unos 5 cm de la base. Luego se suelta, con lo que se produce un golpe seco
y se repite la operación inclinando el recipiente por el borde opuesto.
Esto golpes alternados se ejecutan 25 veces de cada lado, de modo que el
número total sean 50 para cada capa y 150 para todo el conjunto.
Una vez compactada la última capa se enrasa la superficie del agregado con una
regla o con la mano, de modo que las partes salientes se compensen con las
depresiones con relación al plano de enrase y se determina la masa en Kg. del
recipiente lleno.
Masa Unitaria del agregado suelto
Para agregados de tamaño nominal hasta de 100 mm. Se llena el recipiente por
medio de una pala o cuchara de modo que el agregado se descargue de una
altura no mayor de 50 mm por encima del borde, hasta colmarlo. Se debe tener
cuidado de que no se segreguen las partículas de las cuales se compone la
muestra. Se enrasa la superficie del agregado con una regla o con la mano, de
modo que las partes salientes se compensen con las depresiones con relación al
plano de enrase y se determina la masa en Kg. del recipiente lleno.
CÁLCULO
PESO UNITARIO ARENAS
68
Datos de entrada:
Vasija = 4516 g
Diámetro = 15,5 cm
Altura = 16 cm
Arenas sueltas
Masa unitaria del agregado:
4713 g
4798.6 g
4685.9 g
Peso
Volumenconocida
pesoU Pesovasija
volumenconocida
4750.6 g
2831.68cm 3
1.66 g / cm 3
4798.6 g
2831.68cm 3
1.69 g / cm 3
4685.9 g
2831.68cm 3
1.65g / cm 3
Masa unitaria promedio del agregado = 1.66 g / cm 3
Figura 6. Recipiente para el ensayo de arena
69
Ecuación 9
Arenas Apisonadas
Masa apisonada del agregado:
5220.5 g.
5065.5 g.
5070 g.
5220.5 g
2831.68cm 3
1.84 g / cm 3
5065.5 g
2831.68cm 3
1.79 g / cm 3
5070g
2831.68cm 3
1.79 g / cm 3
Masa apisonada promedio del agregado = 1.81 g / cm 3
Arenas método vibrado
Método vibrado del agregado:
5116.15 g.
5168.5 g.
5111.5 g.
70
5116.15g
2831.68cm 3
1.81g / cm 3
5168.5 g
2831.68cm 3
1.83g / cm 3
5111.5 g
2831.68cm 3
1.81g / cm 3
Método vibrado promedio del agregado = 1.82 g / cm 3
PESO UNITARIO GRAVAS
Datos de entrada:
Volumen del molde = 0.5 pie3 = 0,01415 m3 = 14.15 cm3
Peso molde = 11.231 Kg.
Figura 7. Recipiente para el ensayo de grava
Grava Suelta:
22.269Kg 11.231Kg
14.15cm 3
780.00Kg / cm 3
21.247Kg 11.231Kg
14.15cm 3
707.78Kg / cm 3
21.205Kg 11.231Kg
14.15cm 3
704.87 Kg / cm 3
71
Densidad suelta promedio de la grava = 730.88 Kg / cm 3
Grava Apisonada:
22.137Kg 11.231Kg
14.15cm 3
770.742Kg / cm 3
22.120Kg 11.231Kg
14.15cm 3
760.540Kg / cm 3
22.411Kg 11.231Kg
14.15cm 3
790.106Kg / cm 3
Densidad apisonada promedio de la grava = 773.796 Kg / cm 3
4.3.1.4 Granulometría de los agregados. Para la realización de este ensayo se
remite a las NORMAS TÉCNICAS COLOMBIANAS PARA EL SECTOR DE LA
CONSTRUCCIÓN la cual comprende la NORMA ICONTEC 32:
Tabla 13. Serie Americana de los tamices
CLASIFICACION DE LOS
AGREGADOS
TAMIZ #
4
3”
2½
2”
1¾”
1½”
1”
¾
⅝
½
⅜
¼
4
5
6
7
8
10
12
15
16
18
20
25
30
Cantos rodados piedra
Gravas gruesas
Grava media
Grava fina arena gruesa
Arena media
72
ABERTURA
(mm)
100
75
62.5
50
44.45
38.1
25.4
19.05
15.9
12.5
9.52
6.35
4.75
4.00
3.35
2.80
2.36
2.00
1.68
1.41
1.18
1.00
0.85
0.71
0.6
35
40
45
50
60
70
80
100
120
140
170
200
230
270
325
400
Arena fina
Finos
0.5
0.425
0.355
0.300
0.250
0.212
0.180
0.150
0.125
0.106
0.090
0.075
0.063
0.053
0.045
0.038
Fuente: Norma ICONTEC No. 32
PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO DE GRANULOMETRIA
Seleccionamos una cantidad de material por cuarteo estadístico, lavamos bien el
material y lo llevamos al horno durante 24 horas. Se obtuvo la siguiente
información:
Figura 8. Selección del material por cuarteo estadístico
GRAVAS:
Peso material inicial:
5303.00 g.
73
Peso seco
5218.00 g.
% de finos
1.6%
Llevamos estos 5218 g. de material al juego de tamices ordenados de la siguiente
manera: 1 ½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8” y #4, e iniciamos el tamizado a mano, manteniendo
los tamices en movimiento permanente hasta finalizar la operación. Se registraron
los siguientes datos:
Figura 9. Serie de tamices utilizados
CÁLCULOS
Tabla 14. Cálculos de Granulometría para agregados gruesos
( Pm )PESO DE LA MUESTRA (g)
5218
(%Pp) % DE PERDIDAS
TAMIZ
11/2"
1"
(Pr) PESO
DIAMETRO
(mm)
RETENIDO (g)
38,10
25,40
0
177
%
RETENID
O
0,00
3,32
74
% RETENIDO
ACUMULADO
GRAVAS
0,00
3,32
1,16
% QUE
PASA
GRAVAS
100,00
96,68
NORMA
ASTM C- 33 e
ICONTEC 174
100
95 -100
3/4"
1/2"
3/8"
#4
FONDO
Sumatoria
19,05
12,70
9,53
4,75
987,8
1483
1503,6
985
21
5.157
18,54
27,84
28,23
18,49
0,39
21,86
49,70
77,93
96,42
78,14
50,30
22,07
3,58
25 - 60
0 - 10
Pérdida de material
(%Pt) =porcentaje de pérdidas totales de material
% Pp
% Pt
Pm Pr
* 100
Pm
Fondo
*100
Pm
Ecuación 10
% Pp
Ecuación 11
Figura 10. Curva granulométrica de agregados gruesos NORMA ICONTEC 174 y ASTM C33
75
Figura 11. Curva granulométrica de agregados gruesos
Parámetros de la grafica
D10: 6.2 mm
D30: 12.8 mm
D60: 15.3 mm
Coeficiente de uniformidad
76
Cu
D60
D10
Ecuación 12
Cu
15.3mm
6.2mm
2.47
2.5
Según el rango:
Cu < 5; El material es mal gradado o muy uniforme.
Cu (5,15) Medianamente gradado.
Cu > 15; El material es no uniforme y muy bien gradado.
Coeficiente de curvatura
Cc
D30 2
D60 xD10
Cc
Ecuación 13
12.8mm 2
1.7
(15.3mm)(6.2mm)
El coeficiente de curvatura debe ser igual a uno, esto indica que hay balance entre
finos y gruesos. Cuando Cc < 1 significa que la grafica tiene más concavidad hacia
abajo, lo que representa que se trata de material más grueso en proporción con
los finos y un Cc > 1 la grafica presenta más concavidad hacia arriba.
Tamaño máximo real
TMR = 1 1/2”
77
Tamaño máximo nominal
TMN = 1”
ARENA DE RIO:
Peso material inicial:
1824.00 g.
Peso seco
1786.00 g.
% de finos
2.08 %
Llevamos estos 1786 g, de material al juego de tamices ordenados de la siguiente
manera: 3/8”, #4, #8, #16, #30, #50, #100 y #200, e iniciamos el tamizado a mano,
manteniendo los tamices en movimiento permanente hasta finalizar la operación.
Se tomaron los datos correspondientes (peso en gramos retenido en cada tamiz),
los cuales se muestran en los cálculos.
CÁLCULOS
Tabla 15. Cálculos de Granulometría para agregados finos
(Pm) PESO DE LA MUESTRA (g)
1786
(%Pp) % DE PERDIDAS
1,71
TAMIZ
DIAMETRO
(mm)
3/8"
#4
#8
#16
#30
9,53
4,75
2,36
2,00
0,85
(Pr) PESO
RETENIDO
(g)
0
69,3
265,1
516,4
359,54
%
RETENIDO
% RETENIDO
ACUMULADO
% QUE
PASA
NORMA ASTM C33 e ICONTEC
174
0,00
3,95
15,10
29,42
20,48
0,00
3,95
19,05
48,47
68,95
100,00
96,05
80,95
51,53
31,05
100,00
95,00
80
50
25
78
100,00
100,00
100
85
60
#50
#100
#200
FONDO
Sumatoria
0,43
0,18
0,08
358,5
68,5
79,5
38,5
1.755,34
20,42
3,90
4,53
2,19
89,38
93,28
97,81
10,62
6,72
2,19
10
2
2
30
10
10
Pérdida de material
Al igual que en los agregados gruesos el porcentaje de pérdidas de material se
calculo siguiendo las ecuaciones 10 y 11 respectivamente.
% Pt
38.5 g
*100
1786g
1.71 3.86
Figura 12. Curva granulométrica de agregados finos NORMA ICONTEC 174 y ASTM C33
Módulo de finura
79
MF
%.Re tenidos. Acumulados: .3 / 8", #100
100
MF
0
3.95 19.05
Ecuación 14
48.47 68.95 89.38 93.28
100
3.23%
El valor que identifica a una arena es su modulo de finura que es el tamaño
promedio de las partículas de arena. Este es el parámetro que valora la arena, y
sus intervalos son los siguientes:
Los valores óptimos del modulo de finura para utilizar la arena en el concreto
hidráulico, están entre (2.15% – 3.38%).
Arena > 2.5; arena gruesa.
Arena = 2.5; arena media.
Arena < 2.5; arena fina.
4.3.1.5 Determinación de la resistencia al desgaste de los tamaños menores
de agregados gruesos, utilizando la máquina de los ángeles. Para la
realización de este ensayo se remitió a las NORMAS TÉCNICAS COLOMBIANAS
PARA EL SECTOR DE LA CONSTRUCCIÓN la cual comprende la NORMA
ICONTEC 98: para el ensayo se utiliza un tambor cilíndrico hueco de acero, de
500 mm de longitud y 700 mm de diámetro aproximadamente, con su eje
horizontal fijado a un dispositivo exterior que puede transmitirle un movimiento de
80
rotación alrededor del eje. El tambor tiene una abertura para la introducción del
material de ensayo y de la carga abrasiva.
La compuerta tiene las siguientes funciones:
Asegurar un cierre hermético que impida la pérdida del material y del polvo.
Tener la forma de la pared interna del tambor, excepto en el caso de que por
la disposición de la pestaña de la cual se hablara más adelante, se tenga
más seguridad de que el material no puede tener contacto con la tapa
durante el ensayo.
Tener un dispositivo de sujeción que asegura al mismo tiempo la fijación rígida
de la tapa al tambor y su remoción fácil remoción.
El tambor tiene fijada interiormente y a lo largo de una generatriz, una pestaña o
saliente de acero que se proyecta radialmente, con un largo de 90 mm
aproximadamente. Esta pestaña debe estar montada mediante pernos u otros
medios que aseguren su firmeza y rigidez. La posición de la pestaña debe ser tal
que la distancia de la misma hasta la abertura, medida sobre la pared del cilindro
en la dirección de la rotación, no sea menor de 1250 mm. La pestaña puede
reemplazarse con un perfil de hierro en ángulo fijado interiormente a la tapa de la
boca de entrada, en cuyo caso el sentido de la rotación debe ser tal que la carga
sea arrastrada por la cara exterior del ángulo.
81
Figura 13. Máquina de los ángeles
Se aplica una carga abrasiva que consiste en esferas de fundición de acero de
unos 48 mm de diámetro, y una masa entre 390 g y 445 g, la cantidad de carga
abrasiva depende del material que se ensaya, tal como se indica en la siguiente
tabla:
Tabla 16. Cantidades de esferas y masa de cada una de ellas de acuerdo a gradación
Tipo
A
B
C
D
No. De Esferas
12
11
8
6
Masa de las esferas (g)
5000 25
4584 25
3300 25
2500 15
Fuente: Norma ICONTEC No. 98
Figura 14. Esferas utilizadas en la maquinas de los ángeles
Para seleccionar el tamaño de agregados que se utilizaron en el ensayo se tomó
en cuenta la gradación B, ya que es la más acorde con la granulometría.
82
Tabla 17. Clases de Gradación
Cantidad de muestra en gramos
Gradación
C
B
Tamiz Icontec
Pasa
38.1 mm
25.4 mm
19.0 mm
12.7 mm
9.51 mm
8.35 mm
4.76 mm
TOTAL
Retenido
25.4 mm
19.0 mm
12.7 mm
9.51 mm
6.35 mm
4.76 mm
2.38 mm
5000 10
A
1250
1250
1250
1250
---5000
25
25
10
10
10
--2500 10
2500 10
---5000 10
----2500 10
2500 10
-5000 10
D
------5000 10
5000 10
Fuente: Norma ICONTEC No. 98
PROCEDIMIENTO
Se miden unos 5000 g de muestra seca, con una aproximación de 1 g y se
colocan junto con la carga abrasiva dentro del cilindro; se hace girar éste con una
velocidad entre 30 y 33 rpm, hasta completar 500 vueltas. La velocidad angular
debe ser constante.
Se retira el material del cilindro y se hace pasar por el tamiz ICONTEC 1,68 mm,
según lo establecido en la norma ICONTEC 77.
El material retenido en el tamiz ICONTEC 1,68 mm debe ser lavado, secado en la
estufa a una temperatura comprendida entre 105º y 110ºC y su masa medida con
una aproximación de 1 g.
CÁLCULOS
Pa = 5000 g
Pb = 4120 g
83
% Desgaste
Pa Pb
100%
Pa
% Desgaste
Ecuación 15
5000 g 4120 g
100 % 17 .6%
5000 g
Con el propósito de obtener un dato confiable sobre la uniformidad del material
ensayado, conviene determinar el desgaste a las 100 vueltas, con otra muestra del
mismo material. Para material de dureza uniforme, la relación entre el desgaste a
las 100 vueltas y el desgaste a las 500 vueltas no debe exceder de 20 %.
4.3.1.6 Determinación del contenido de humedad total. Para la realización de
este ensayo se remitió a las NORMAS TÉCNICAS COLOMBIANAS PARA EL
SECTOR DE LA CONSTRUCCIÓN la cual comprende la NORMA ICONTEC
1776. Se tomaron 2000 g. de material, el cual se pesó y se procedió a meterlo en
el horno durante 24 horas, después de trascurrido este tiempo se saco del horno y
se le tono el peso final al material.
CÁLCULOS
Se toma una muestra representativa de 2000 g. para pesarla y secarla.
84
Figura 15. Material para el ensayo de humedad
Platón No. M 17 = Arena de Río
Platón No. M 16 = Grava
ARENA DE RÍO
P = Peso muestra + platón M 17 = 2183 g.
Peso del platón = 183 g.
D = Peso muestra seca + platón = 2174 g.
%W
%W
(P
D)
Ecuación 16
D
(2183 g 2174 g )
* 100 % 0.41 %
2174 g
GRAVA
P = Peso muestra + platón M 16 = 2197 g.
Peso del platón = 197 g.
D = Peso muestra seca + platón = 2186 g.
Para hallar el porcentaje de humedad en la grava se utilizo la Ecuación 16.
85
%W
(2197 g 2186 g )
* 100 %
2186 g
0.50 %
4.3.2 ENSAYO AL CEMENTO PORTLAND TIPO I
4.3.2.1 Método de ensayo para determinar la finura del cemento hidráulico
sobre los tamices Icontec 74
- 149. Para la realización de este ensayo se
remitió a las NORMAS TÉCNICAS COLOMBIANAS PARA EL SECTOR DE LA
CONSTRUCCIÓN la cual comprende la NORMA ICONTEC 226: para determinar
la finura del cemento existen dos métodos los directos y los indirectos.
MÉTODOS DIRECTOS
Este procedimiento se puede realizar tamizando el material por el tamiz # 200 este
método es muy cualitativo, brinda información de partículas finas (0.075 mm), o
tamizando el material por el tamiz # 325 (0.045 mm).
MÉTODOS INDIRECTOS
Estos métodos determinan la finura y son:
El método de Blaine: que consiste en medir la permeabilidad y la facilidad al
paso de aire.
El método de Wagner (turbidímetro): consiste en que las partículas que
pasan primero son la de mayor volumen y obviamente que las pesadas son
las que pasan de ultimo.
86
PROCEDIMIENTO
Se tomaron 100 g. de cemento y se pasaron por el tamiz N° 200. El peso retenido
en este tamiz fue de 3.93 g. seguidamente se realizaron los cálculos
correspondientes.
Figura 16. Muestra del cemento Portland Tipo I
CÁLCULOS
% Re tenido
Pesoretenido
* 100 %
Pesoquepasa
% Re tenido
3.93 g
* 100 %
96 .07 g
Ecuación 17
2.4
Una vez calculado el porcentaje retenido se hallo el porcentaje de finura del
cemento mediante la siguiente ecuación:
%Finura 100 % Re tenido
%Finura 100 2.4
%Finura 97.6
87
Ecuación 18
4.3.2.2 Método de ensayo para determinar el peso específico del cemento
hidráulico. Para la realización de este ensayo se remitió a las NORMAS
TÉCNICAS COLOMBIANAS PARA EL SECTOR DE LA CONSTRUCCIÓN la cual
comprende la NORMA ICONTEC 221:
PROCEDIMIENTO
Debe determinarse el peso específico del cemento tal como se recibe, a menos
que se especifique otra cosa. Si la determinación del peso específico se requiere
sobre una muestra sometida previamente al ensayo de la pérdida al fuego, debe
ponérsela primero en ignición.
Debe llenarse el frasco con cualquiera de los líquidos especificados en la lista de
aparatos hasta un punto situado entre las marcas 0 y 1 ml. Se debe secar el
interior del frasco por encima del nivel del líquido, si es necesario, después de
verterlo. Debe anotarse la primera lectura después de sumergir el frasco en el
baño de agua.
Se agrega el cemento Portland, aproximadamente 64g. en pequeñas cantidades,
a la misma temperatura que el líquido, procurando evitar salpicaduras y
observando que el cemento no se adhiera a las paredes del frasco por encima del
líquido. Puede usarse un vibrador para acelerar la adición del cemento dentro del
frasco y evitar que éste se tranque en el cuello.
88
Después de agregar todo el cemento, debe colocarse el tapón en el frasco y
hacerse girar en posición inclinada o en círculo horizontal para sacarle el aire,
poco a poco, hasta que no asciendan burbujas a la superficie del líquido.
Si se ha añadido una cantidad apropiada de cemento, el nivel del líquido debe
estar en su posición final en cualquier punto de la serie superior de graduaciones.
Una vez que el frasco se sumergió en el baño de agua de acuerdo con el siguiente
procedimiento. Debe sumergirse el frasco en un baño de agua a temperatura
ambiente durante un tiempo suficiente, antes de hacerse cualquiera de las
lecturas, para evitar variaciones mayores de 0.2 ºC en la temperatura del líquido
dentro del frasco. Todas las lecturas se deben comprobar hasta obtener un valor
constante para asegurarse de que los contenidos del frasco han alcanzado la
temperatura del baño de agua.
CÁLCULOS
La diferencia entre las lecturas inicial y final representa el volumen del líquido
desplazado por el peso de cemento usado en el ensayo.
Lectura inicial = 2.81 cm³
Lectura final = 23.2 cm³
El peso específico ( ) se calculo mediante la siguiente ecuación:
89
Pesodeceme nto( g )
VolumenDes plazado(cm 3 )
64 g
(23 .2cm
2.81cm 3 )
3
Ecuación 19
3.14 g / cm 3
3.14 g / cm 3
Las determinaciones por duplicado del peso específico determinado por este
método, deben coincidir con una aproximación de 0.01.
Figura 17. Peso especifico del cemento Portland Tipo I
4.3.2.3 Método para determinar la consistencia normal del cemento. Para la
realización de este ensayo se remitió a las NORMAS TÉCNICAS COLOMBIANAS
PARA EL SECTOR DE LA CONSTRUCCIÓN la cual comprende la NORMA
ICONTEC 110:
90
PROCEDIMIENTO
PREPARACIÓN DE LA PASTA DE CEMENTO
Sobre una superficie pulida y no absorbente se coloca una muestra de 500 g en
forma de cono y se le hace un hoyo en el centro en forma de cráter. Se vierte en el
hoyo una cantidad media de agua y luego con la ayuda del palustre se pasa al
hoyo el cemento seco que rodea este cráter, se realiza de esta manera la mezcla
durante 30 segundos. Durante los siguientes 30 segundos mientras se permite la
absorción del agua, el centro que aún permanece seco en el exterior del cono
debe mezclarse suavemente con el palustre la pasta húmeda para reducir las
pérdidas por evaporación y facilitar la completa absorción. Luego se termina la
operación mezclando y amasando con las manos vigorosamente durante 90
segundos. En este último paso el operador debe usar guantes de caucho bien
ajustados.
LLENADO DE LOS MOLDES
La pasta de cemento preparada como se describe anteriormente, se moldea con
las manos dándole forma esférica y se lanza 6 veces de una mano a otra a través
de una distancia de unos 15 cm. Seguidamente se llena el molde completamente
con la muestra su base mayor, y se quita el exceso con la palma de la mano en
una sola pasada. Se coloca la placa de vidrio sobre la mayor, se voltea el conjunto
y con la ayuda de un palustre se quita el exceso en la base menor. Finalmente el
conjunto se sacude suavemente, durante estas operaciones se debe tener
cuidado de no comprimir la muestra.
91
DETERMINACIÓN DE LA CONSISTENCIA NORMAL
Conjunto constituido por la placa la pasta y el molde, se lleva el aparato y se
centra bajo el vástago se hace descender el mismo hasta que el extremo de la
sonda haga contacto con la superficie de la pasta y se fija en esta posición por
medio del tornillo, se lee la posición inicial del índice en la escala o se desplaza el
índice hasta que coincida con el 0 superior, treinta segundos después de
terminada la mezcla se suelta el vástago cuidando de que el aparato no esté
sometido a ninguna vibración durante el ensayo. Se dice que la pasta tiene
consistencia normal cuando la sonda penetra 10 +/- 1 mm 30 segundos después
de haber sido soltada. Si no se obtiene la consistencia en el primer ensayo, debe
repetirse toda la operación, variando la cantidad de agua, hasta obtenerla. Cada
vez hay que emplear cemento nuevo.
Tabla 18. Especificaciones del aparato de Vicat
Peso de la sonda
Diámetro de la sonda
Diámetro de la aguja
Diámetro interior de la base mayor
Diámetro interior de la base menor del molde
Altura del molde
Fuente: Norma ICONTEC No.110
CÁLCULOS
Peso inicial de la muestra = 500 g
92
300 ± 0.5 g
10 ± 0.05 mm
1 ± 0.05 mm
70 ± 3 mm
60 ± 3 mm
40 ± 1 mm
Sobre una superficie no absorbente (mesa de trabajo) colocamos los 500 g, de
cemento tipo I marca Diamante y formamos un cráter. En una probeta graduada,
se tomó cierta cantidad de agua para una relación agua cemento del 25%:
A
C
0.25g / cm 3
X
500 g
0.25 g / cm 3
X
125 cm 3 de agua
Colocamos éstos 125 cm3 de agua en la probeta y la vertimos en el cemento.
Mezclamos como se menciono anteriormente en el marco teórico, sin perder nada
de agua.
Se Llena el cono con la mezcla y se enrasa. Se coloca el cono en el aparato de
Vicat y hacemos el ensayo mencionado anteriormente.
Al cabo de 30 segundos la aguja penetró 14 mm, lo que indica que la mezcla tiene
exceso de agua.
Se intenta con una relación agua cemento del 23%:
A
C
0.23g / cm 3
X
500 g
0.23 g / cm 3
X
115 cm 3 deagua
Al cabo de 30 s la aguja penetro 7 mm, lo que indica que a ésta relación agua
cemento, le hace falta agua.
Se intenta finalmente con una relación agua cemento del 24%:
93
A
C
0.24 g / cm 3
X
500 g
0.24 g / cm 3
X
120 cm 3 deagua
Al cabo de 30 segundos la aguja penetro 10 mm, lo que indica que ésta relación
agua cemento, está correcta.
4.3.2.4 Tiempos de fraguado por medio del aparato de Vicat. Para la
realización de este ensayo se remitió a las NORMAS TÉCNICAS COLOMBIANAS
PARA EL SECTOR DE LA CONSTRUCCIÓN la cual comprende la NORMA
ICONTEC 118:
Figura 18. Aparato de Vicat
CÁLCULOS
% Agua = 24 %
94
Tabla 19. Tiempo de Fraguado en el Aparato de Vicat
Hora (hh:mm)
9:56
10:30
11:00
11:15
11:30
11:45
12:00
12:15
12:30
12:45
13:00
13:15
13:30
13:45
Tiempo (mm)
00:08
42
72
87
102
117
132
147
162
177
192
207
222
237
Lectura (mm)
40
40
38
35,05
34
32
31
30
28,5
27
25
20
14
9
Fraguado inicial para Vicat
10 mm +/- 1 mm = 237 min
4.3.2.5 Método para determinar los tiempos de fraguado del cemento
hidráulico por medio de las agujas de Guillmore. Para la realización de este
ensayo se remitió a las NORMAS TÉCNICAS COLOMBIANAS PARA EL SECTOR
DE LA CONSTRUCCIÓN la cual comprende la NORMA ICONTEC 109:
PROCEDIMIENTO
PREPARACION DE LA PASTA
Deben mezclarse 500 g de cemento con el porcentaje de agua de amasado
requerido para la consistencia normal.
95
PREPARACION DE LA MUESTRA
Se extiende la pasta sobre una placa de vidrio: luego con ayuda del palustre, se
lleva la pasta desde la periferia hacia el centro, hasta formar un tronco de cono de
bases paralelas, de unos.76 mm de diámetro en la base mayor y unos 13 mm de
altura. Inmediatamente después se alisa la superficie con el palustre. La placa de
vidrio debe ser cuadrada, de unos 100 mm de lado, limpia y plana.
DETERMINACION DE LOS TIEMPOS DE FRAGUADO
El conjunto constituido por la muestra y la placa, se introduce en la cámara
húmeda. El método que se sigue para las penetraciones es el siguiente: la
muestra se coloca debajo de los dispositivos de penetración, bajándose
suavemente hasta que descansen sobre ella. Se prosigue el ensayo hasta que las
agujas de los dispositivos de penetración no dejen huella sobre la muestra. Los
extremos de las agujas deben ser planos y perpendiculares a su eje. Entre cada
determinación y la siguiente, la muestra de ensayo debe permanecer en la cámara
húmeda.
Figura 19. Aparato de Guillmore
96
RESULTADOS DE LOS TIEMPOS DE FRAGUADO POR GUILLMORE
Hora de inicio de la práctica: 9:40 am.
Tiempo de fraguado inicial: 1:00 pm. (2 horas 20 minutos)
Tiempo de fraguado final: 6:00 pm. (7 horas 20 minutos)
4.3.3 Ensayo de morteros
4.3.3.1 Método para determinar la resistencia a la tensión de morteros de
cemento hidráulico. Para la realización de este ensayo se siguió la NORMA
ICONTEC 119: contenida en las NORMAS TÉCNICAS COLOMBIANAS PARA EL
SECTOR DE LA CONSTRUCCIÓN.
Figura 20. Dimensiones de la Briqueta
Fuente: Norma ICONTEC No.119
PROCEDIMIENTO
Para la realización de la práctica de briquetas tenemos que haber analizado
previamente el % de finura, tiempo de fraguado del cemento.
97
Seguidamente realizamos la mezcla (cemento, arena, silicato de sodio en
diferentes proporciones y agua), dejamos la mezcla en agua durante 1 min. Luego
mezclamos durante 1 hora y 30 minutos, ya teniendo la mezcla la depositamos en
los 9 moldes. La compactación de las briquetas se debe realizar aplicando 12
golpes de compresión de 7 ergios de energía cada uno, y se deja fraguar por 24
horas en cámara húmeda.
Después de haber desencofrado las 36 briquetas de los moldes los sumergimos
en agua hasta ser fallados a los 7, 14 y 28 días correspondientemente.
Figura 21. Preparación y llenado de moldes para el ensayo
Figura 22. Briquetas de mortero con las diferentes adiciones de silicato de sodio
98
RESULTADOS DE CARGA
Tabla 20. Briquetas de mortero falladas a los 7 días con adiciones de Silicato de Sodio
No. de
Briquetas
Briqueta 1
Briqueta 2
Briqueta 3
Promedio
0% de Silicato de
Sodio
115 Kg
6% de Silicato de
Sodio
120 Kg
9% de Silicato de
Sodio
128 Kg
12% de Silicato de
Sodio
139 Kg
110 Kg
112 Kg
112 Kg
119 Kg
117 Kg
118 Kg
130 Kg
127 Kg
128 Kg
138 Kg
136 Kg
137 Kg
Tabla 21. Briquetas de mortero falladas a los 14 días con adiciones de Silicato de Sodio
No. de
Briquetas
Briqueta 1
Briqueta 2
Briqueta 3
Promedio
0% de Silicato de
Sodio
133 Kg
131 Kg
133 Kg
132 Kg
6% de Silicato de
Sodio
139 Kg
141 Kg
142 Kg
141 Kg
9% de Silicato de
Sodio
149 Kg
147 Kg
148 Kg
148 Kg
12% de Silicato de
Sodio
154 Kg
157 Kg
156 Kg
156Kg
Tabla 22. Briquetas de mortero falladas a los 28 días con adiciones de Silicato de Sodio
No. de
Briquetas
Briqueta 1
Briqueta 2
Briqueta 3
Promedio
0% de Silicato de
Sodio
150 Kg
150 Kg
148 Kg
149 Kg
6% de Silicato de
Sodio
161 Kg
158 Kg
159 Kg
159 Kg
9% de Silicato de
Sodio
165 Kg
166 Kg
168 Kg
166 Kg
12% de Silicato de
Sodio
172 Kg
173 Kg
175 Kg
173 Kg
CÁLCULOS
Para determinar la resistencia a la tensión en las briquetas a los 7, 14 y 28 días se
utilizo la siguiente ecuación:
C m / Ab
Ecuación 20
En donde
= resistencia a la tensión en briquetas; (Kg/cm2)
C = carga máxima aplicada de la briqueta; (Kg)
m
A = área de la briqueta; (2.54 cm2)
b
99
Los resultados derivados de la ecuación 20 en el cálculo en la resistencia a la
tensión en briquetas con o sin adición de silicato de sodio fueron los siguientes:
Tabla 23. Resistencia alcanzada por las briquetas de mortero a los 7, 14 y 28 días con sus
respectivos porcentajes de adición de silicato de sodio
0% de Silicato de
Sodio
2
44.09 Kg/cm
2
52.10 Kg/cm
2
58.66 Kg/cm
DIAS
7 DIAS
14 DIAS
28 DIAS
6% de Silicato de
Sodio
2
46.45 Kg/cm
2
55.38 Kg/cm
2
62.89 Kg/cm
9% de Silicato de
Sodio
2
50.39 Kg/cm
2
58.27 Kg/cm
2
65.35 Kg/cm
12% de Silicato de
Sodio
2
53.59 Kg/cm
2
61.29 Kg/cm
2
68.11 Kg/cm
Figura 23. Briquetas sometidas a la prueba de tensión en la máquina UNIVERSAL
Figura 24. Gráfico de resistencia a la tracción en briquetas falladas a los 7, 14 y 28 días
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN EN BRIQUETAS
ESFUERZO EN (kg/cm2)
70
65
60
0%
55
6%
50
6%
45
12%
40
5
10
15
20
DIAS
100
25
30
4.3.3.2 Método para determinar la fluidez del mortero de cemento. Para la
realización de este ensayo se remitió a la NORMA ICONTEC 111 contenida en
las
NORMAS
TÉCNICAS
COLOMBIANAS
PARA
EL
SECTOR
DE
LA
CONSTRUCCIÓN. Esta norma tiene por objeto establecer la fluidez de morteros
de cemento hidráulico utilizando la mesa de flujo.
Teniendo los aparatos listos y el concreto preparado se procedió a colocar el
molde en el centro de la mesa de flujo en el cual se vertió la mezcla en dos capas
apisonando cada uno con 20 golpes de compactador uniformemente distribuidos,
después de llenado el molde se limpió y se secó la plataforma de la mesa,
teniendo cuidado de secar el agua que está en la base del molde, después de un
minuto se quito el molde por medio de un movimiento vertical y se dejo caer la
plataforma desde una altura de 25 mm, 25 veces en aproximadamente 15
segundo. Luego se midió el diámetro de la base de la muestra a lo largo de 4
diámetros uniformemente distribuidos y se calculo el diámetro promedio, este
procedimiento se repitió variando la cantidad de agua hasta que se obtuvo un
porcentaje de fluidez de 110 % calculando mediante la siguiente fórmula.
% fluidez
diametropormedio 101 .6mm
* 100
101 .6mm
% fluidez 109.15
101
Ecuación 21
Figura 25. Mesa de Flujo
Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 24. Porcentaje de Fluidez
Prueba No. 1
Prueba No. 2
Prueba No. 3
Prueba No. 4
Prueba No. 5
Prueba No. 6
Prueba No. 7
Prueba No. 8
Diámetro promedio en
(mm)
161,6
178,4
183,2
192,5
199,3
200,2
208,1
212,5
% de fluidez
59,06
75,59
80,31
89,47
96,16
97,05
104,82
109,15
Figura 26. Toma de Diámetros sobre la mesa de flujo
102
4.3.3.3 Determinación de la resistencia de morteros de cemento hidráulico
usando cubos de 50mm de lado. El ensayo se realizó siguiendo la NORMA
ICONTEC 220: CONTENIDA EN LAS NORMAS TÉCNICAS COLOMBIANAS
PARA EL SECTOR DE LA CONSTRUCCIÓN:
PROCEDIMIENTO
Para realizar el ensayo de compresión de los cubos de morteros, inicialmente se
midió la fluidez del mortero para que se encontrara en condiciones normales. La
mezcla fue preparada como se explico anteriormente en el ensayo de porcentaje
de fluidez con una relación de 1: 2.75, lo cual indica que se tomaron 2035 g de
arena y 740 g de cemento esto para la realización de 9 cubos. Ya teniendo la
mezcla se engrasaron los moldes con el fin de que al retirar el molde no se
peguen a la muestra. Se agregó el mortero en dos capas compactándose con 16
golpes cada una, con el fin de que la mezcla quede bien distribuida y no queden
vacíos dentro de ella, se dejó en cámara húmeda por 24 horas, luego se ponen en
agua hasta su día de falla y posteriormente se fallaron a compresión.
Figura 27. Preparación y llenado de moldes para el ensayo de cubos
103
Figura 28. Cubos de mortero con las diferentes adiciones de silicato de sodio
RESULTADOS DE CARGA
Tabla 25. Cubos de mortero fallados a los 7 días, con o sin adiciones de Silicato de Sodio
No. de Cubos
Cubo 1
Cubo 2
Cubo 3
Promedio
0% de Silicato de
Sodio
3002.78 Kg
2769.18 Kg
3034.53 Kg
2935 Kg
6% de Silicato de
Sodio
3519,45 Kg
3218,26 Kg
3387,59 Kg
3375 Kg
9% de Silicato de
Sodio
3987,57 Kg
4020,37 Kg
3945,26 Kg
3984 Kg
12% de Silicato de
Sodio
4759,96 Kg
4589,35 Kg
4628,46 Kg
4659 Kg
Tabla 26. Cubos de mortero fallados a los 14 días, con o sin adiciones de Silicato de Sodio
No. de Cubos
Cubo 1
Cubo 2
Cubo 3
Promedio
0% de Silicato de
Sodio
4389,54 Kg
4159,73 Kg
4238,19 Kg
4262 Kg
6% de Silicato de
Sodio
4968,57 Kg
4998,28 Kg
4863,91 Kg
4944 Kg
9% de Silicato de
Sodio
5516,34 Kg
5487,51 Kg
5541,94 Kg
5515 Kg
12% de Silicato de
Sodio
6145,23 Kg
6097,61 Kg
6085,49 Kg
6109 Kg
Tabla 27. Cubos de mortero fallados a los 28 días, con o sin adiciones de Silicato de Sodio
No. de Cubos
Cubo 1
Cubo 2
Cubo 3
Promedio
0% de Silicato de
Sodio
5225,38 Kg
5376,11 Kg
5118,79 Kg
5240 Kg
6% de Silicato de
Sodio
5726,75 Kg
5849,29 Kg
5918,27 Kg
5831 Kg
9% de Silicato de
Sodio
6354,68 Kg
6415,87 Kg
6972,48 Kg
6581,01 Kg
12% de Silicato de
Sodio
6915,37 Kg
6989,21 Kg
6873.18 Kg
6926 Kg
CÁLCULOS
Para determinar la resistencia a la compresión en cubos a los 7, 14 y 28 días se
utilizó la siguiente ecuación:
104
C m / Ac
Ecuación 22
En donde:
= resistencia a la compresión en cubos; (Kg/cm2)
C = carga máxima aplicada a los cubos; (Kg)
m
Ac = área del cubo; (25.8 cm2)
Los resultados derivados de la ecuación 22 en el cálculo en la resistencia a la
tensión en briquetas con o sin adición de silicato de sodio fueron los siguientes:
Tabla 28. Resistencia alcanzada por los cubos de mortero a los 7, 14 y 28 días con sus respectivos
porcentajes de adición de silicato de sodio
DIAS
7 DIAS
14 DIAS
28 DIAS
0% de Silicato de
Sodio
6% de Silicato de
Sodio
9% de Silicato de
Sodio
12% de Silicato de
Sodio
113,78Kg/cm2
165,21 Kg/cm2
203,10 Kg/cm2
130,82 Kg/cm2
191,61 Kg/cm2
226,02 Kg/cm2
154,43Kg/cm2
213,77 Kg/cm2
255,08 Kg/cm2
180,59 Kg/cm2
236,80 Kg/cm2
268,44 Kg/cm2
Figura 29. Cubos de mortero sometidos a la prueba de compresión
VERSATESTER no registra datos tan pequeños
105
en la maquina
Figura 30. Gráfico de resistencia a la compresión en cubos fallados a los 7, 14 y 28 días
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CUBOS
ESFUERZO EN (kg/cm2)
290-00
240-00
190-00
0%
140-00
6%
6%
90-00
12%
40-00
5
10
15
20
25
30
DIAS
4.3.4 Ensayos de Hormigón
4.3.4.1 Ensayo de resistencia y compresión de cilindros normales de
hormigón. Para la realización de este ensayo se remitió a las NORMAS
TÉCNICAS COLOMBIANAS PARA EL SECTOR DE LA CONSTRUCCIÓN la cual
comprende la NORMA ICONTEC 673:
PROCEDIMIENTO
Para el diseño de mezclas de hormigón se consideraron los resultados de los
ensayos obtenidos, de los materiales que se emplean en la elaboración de una
mezcla; el control de la mezcla se midió con el ensayo de asentamiento; para la
arena el modulo de finura, el peso especifico aparente, el peso unitario suelto, el
peso unitario apisonado; para la grava fue necesario conocer el tamaño máximo
del agregado, el peso unitario suelto, el peso especifico aparente y el peso unitario
106
apisonado; para el cemento fue necesario conocer el porcentaje de finura y el
peso especifico. Y finalmente la mezcla se realizó con agua potable y libre de
sales tal y como se presenta en el diseño. La mezcla se diseño para alcanzar
resistencias de 3000 p.s.i y 4000 p.s.i.
Primero se determinó la cantidad de grava a utilizar en la mezcla por medio del
volumen de agregado grueso, seco y apisonado por metro cúbico de hormigón,
que fue determinado teniendo en cuenta el asentamiento expresado en las tablas
correspondientes al método de diseño de la A.C.I 211. Otro factor tenido en cuenta
fue el del volumen aparente de las partículas de agregado grueso por metro
cúbico de hormigón.
Para determinar el porcentaje de agua en la mezcla se siguieron las tablas
correspondientes al método de diseño de la A.C.I 211, teniendo en cuenta las
tolerancias máximas de concentraciones de impurezas en el agua de mezclado
de concretos o morteros, sabiendo que el agua ideal para el diseño es agua
potable y libre de sales.
De la misma manera encontramos la cantidad de cemento en base a las tablas
correspondientes en el método de diseño de la A.C.I 211 y se procedió a realizar
los respectivos cálculos para hallar las cantidades necesarias de material para la
mezcla. Por último conocido el volumen o cantidades de cemento de agregado
grueso y el volumen de agua, se suman estas tres cantidades y se le restan a un
107
metro cúbico para obtener el volumen de la arena a emplear en la mezcla. Estos
porcentajes fueron diseñados para un metro cúbico los cuales se llevaron al
volumen total de los cilindros a realizar.
Teniendo las cantidades de cemento, agua, grava y arena, se mezclaron de forma
manual y continua con una pala cuidando que la mezcla quedara homogénea; con
la mezcla lista se llenan los moldes cilíndricos respectivamente en tres capas, en
donde se compacto 25 veces con una varilla de 5/8” de diámetro, finalmente se
enrasó y se cubrió para evitar la evaporación.
Los cilindros se colocaron durante las primeras 16 horas, sobre una superficie
horizontal, rígida y libre de vibración. Posteriormente se desencofraron los
cilindros y se colocaron en el cuarto de curado en una tina llena de agua hasta el
momento de fallarlos a compresión, la cual se hizo a los 7, 14 y 28 días después
de su fabricación; una vez se fallaron los cilindros se determinó la resistencia del
concreto, se dividió la carga máxima entre su área transversal.
4.3.4.1.1 Diseño de la mezcla de concreto hidráulico
4.3.4.1.1.1 Método de la A.C.I.211 para diseñar una mezcla de concreto
hidráulico para 3000 p.s.i de resistencia. El presente diseño corresponde a una
mezcla
fc
de concreto
que requiere como especificación estructural un
210 Kg / cm 2 (3000 p.s.i )
108
Los materiales a utilizar tienen las siguientes características:
AGUA
De reconocida calidad, según las características físicas químicas y mecánicas
exigidas por el Método A.C.I. – 211 y que se expresa en la siguiente tabla:
Tabla 29. Tolerancias de concentraciones de impurezas en el agua de mezcla
IMPUREZAS
Carbonatos de sodio y potasio
Cloruro de sodio
Cloruro, como CL (concreto preesforzado)
Cloruro, como CL (concreto húmedo o con elementos de
aluminio, metales, similares o galvanizados)
Sulfato de sodio
Sulfato, como SO₄
Carbonatos de calcio y de magnesio, como ion bicarbonato
Cloruro de magnesio
Sulfato de magnesio
Cloruro de calcio (por peso de cemento en el concreto)
Sales de hierro
Yodato, fosfato, arsenato y borato de sodio
Sulfito de sodio
Acido sulfúrico y acido clorhídrico
pH
Hidróxido de sodio (por peso de cemento en el concreto)
Hidróxido de potasio (por peso de cemento en el concreto)
Azúcar
Partículas de suspensión
Aceite mineral (por peso de cemento en el concreto)
Agua con algas
Materia orgánica
Agua de mar (concentración total de sales para concreto no
reforzado)
Agua de mar para concreto reforzado o pre esforzado)
MÁXIMA CONCENTRACIÓN TOLERADA
1000 ppm
20000 ppm
500 ppm
1000 ppm
1000 ppm
3000 ppm
400 ppm
40000 ppm
25000 ppm
2%
40000 ppm
500 ppm
100 ppm
10000 ppm
6,0 a 8,0
0,50%
1,20%
500 ppm
2000 ppm
2%
0
20 ppm
35000 ppm
No recomendable
Fuente: Tecnología del concreto y del mortero; tabla 3,1 págs. 63 y 64
GRAVA
Los datos correspondientes a los cálculos y resultados de la granulometría de
agregados gruesos se expresan en la tabla 14.
Masa unitaria suelta: 738,88 Kg/m3
Masa unitaria compacta: 773,79 Kg/m3
109
Densidad aparente seca: 2,49 gr/cm3
Absorción: 6.4 %
Humedad: 5,0 %
Forma: redondeada (grava de rio)
Tamaño máximo nominal: 25.4 mm.
Tamaño máximo: 38.1 mm
ARENA
Los datos correspondientes a los cálculos y resultados de la granulometría de
agregados finos se expresan en la tabla 15.
Masa unitaria suelta: 1.577 Kg/m3
Masa unitaria compacta: 1.701 Kg/m3
Densidad aparente seca: 2,44 g/cm3
Absorción: 3.52 %
Humedad: 4.1 %
Forma: redondeada (arena de rio)
CEMENTO
Porcentaje de finura: 95,6 %
Peso especifico: 3.14 g/cm3
Agua para consistencia normal: 24 %
Fraguado inicial: 2 horas 20 minutos
Fraguado final: 7 horas 20 minutos
Fluidez: 109.15 %
110
PROCESO DE DISEÑO
SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO
El asentamiento se determino de acuerdo a la tabla 30 en la cual se expresa la
relación que hay entre la consistencia de la mezcla y el asentamiento, además del
sistema a emplear tanto en la colocación como en la compactación para los
diferentes tipos de construcción y en base a los resultados obtenidos en las
propiedades del cemento se selecciono un asentamiento entre 5 y 10 cm de la
cual se tomo el promedio que fue aproximadamente de 7.5 cm para una
colocación manual lo cual se ajusta a nuestro método de trabajo.
Tabla 30. Asentamientos recomendados para diversos tipos de construcción y sistemas de
colocación y compactación
CONSISTENCIA
ASENTAMIENTO EJEMPLO DE TIPO
(MM)
DE CONSTRUCCIÓN
SISTEMA DE
COLOCACIÓN
Con vibradores de
formaleta,
concretos de
proyección
neumática
(lanzado)
Pavimentadoras
con terminadora
vibratoria
Colocación con
maquinas
operadas
manualmente
Muy seca
0-20
Prefabricados de alta
resistencia,
revestimiento de
pantallas de
cimentación
Seca
20-35
Pavimentos
Semi-seca
35-50
Pavimentos,
fundaciones en
concreto simple
Media
50-100
Pavimentos
compactados a mano,
losas muros, vigas
Colocación
manual
Húmeda
100-150
Elementos
estructurales esbeltos
Bombeo
150 o más
Elementos muy
esbeltos, pilotes
fundidos "in situ"
Tubo-embudo
Tremie
Muy húmeda
Fuente: Tecnología del concreto y del mortero; tabla 11,3 pg. 228
111
SISTEMA DE
COMPACTACIÓN
Secciones sujetas
a vibración
extrema, puede
requerirse presión
Secciones sujetas
a vibraciones
intensa
Secciones
simplemente
reforzadas, con
vibración
Secciones
medianamente
reforzadas, sin
vibración
Secciones
bastante
reforzadas, sin
vibración
Secciones
altamente
reforzadas, sin
vibración.
(Normalmente no
adecuados para
vibrarse)
SELECCIÓN DEL TAMAÑO MAXIMO DEL AGREGADO
El agregado que se dispone es apropiado pues tiene un tamaño máximo nominal
de 25.4 mm y un tamaño máximo de 38.1 mm lo que dio resultado de las
granulometrías de los agregados finos y gruesos.
ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AIRE
Como no hubo exposición severa de la mezcla al aire, ya que se trabajó en
condiciones ambientales controladas en el laboratorio, el diseño tiene en cuenta
este parámetro y con la tabla 31, se trabajó para un concreto sin aire incluido.
De acuerdo al tamaño máximo nominal (25.4 mm) y a la tabla 31, se calculó el
porcentaje en volumen del contenido de aire naturalmente atrapado, el cual fue de
1.5 %, pero para efectos prácticos se asumió este valor como 0%.
Tabla 31. Cantidad aproximada de aire esperado en concreto sin aire incluido y niveles de aire
incluido para diferentes tamaños máximos de agregado
TAMAÑO MAXIMO
NOMINAL DEL
AGREGADO
mm
pulg.
9.51
12.7
19
25.4
38.1
50.8
76.1
152
3/8
1/2
3/4
1
1½
2
3
6
CONTENIDO DE AIRE EN PORCENTAJE ( POR VOLUMEN)
Naturalmente
atrapado
3,0
2.5
2,0
1.5
1,0
0.5
0.3
0.2
Exposición
ligera
4.5
4,0
3.5
3,0
2.5
2,0
1.5
1,0
Exposición moderada
Fuente: Tecnología del concreto y del mortero; tabla 11,5 pg. 232
112
6,0
5.5
5,0
4.5
4.5
4,0
3.5
3,0
Exposición
severa
7.5
7,0
6,0
6,0
5.5
5,0
4.5
4,0
ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AGUA DE MEZCLADO
Como tenemos agregados de forma redondeada y textura lisa por ser de río,
además el concreto no tiene aire incluido y el tamaño máximo del agregado
grueso es de (38.1 mm) con un asentamiento de 7.5 cm nos remitimos a la tabla
32 y obtuvimos que el contenido de agua para esta mezcla por metro cubico de
concreto es de 160 Kg/m3.
Tabla 32. Requerimiento aproximado de agua de mezclado para diferentes asentamientos y
tamaños máximos de agregado, con partículas de forma redondeada y textura lisa, en concreto
sin aire incluido
ASENTAMIENTO
mm
0
25
50
75
100
125
150
175
200
10 - 3/8"
pulg.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
213
218
222
226
229
231
233
237
244
TAMAÑO MÁXIMO DEL AGREGADO, EN MM (PULG.)
12.5 38.1 63.5 19 - 3/4" 25 - 1"
50 - 2"
1/2"
11/2"
21/2"
Agua de mezclado, en Kg / m3 de concreto
185
171
154
144
136
129
192
177
161
150
142
134
197
183
167
155
146
138
202
187
172
160
150
141
205
191
176
164
154
144
208
194
179
168
156
146
212
195
182
172
159
150
216
200
187
176
165
156
222
206
195
182
171
162
75 - 3"
123
128
132
136
139
141
143
148
154
Fuente: Tecnología del concreto y del mortero; tabla 11,6 pg. 233
ESTIMACIÓN DE LA RESISTENCIA DE DISEÑO
Como no se realizaron registro de pruebas de resistencia, la resistencia de diseño
de la mezcla
f c en Kg/cm2 se determino de acuerdo con la tabla 33.
Tabla 33. Resistencia requerida de diseño cuando no hay datos que permitan determinar la
desviación estándar
RESISTENCIA ESPECIFICADA
fc
(KG/CM2)
RESISTENCIA DE DISEÑO DE LA MEZCLA F´CR
(KG/CM2)
Menos de 210 (Kg/cm2)
f c + 70 (Kg/cm2)
de 210(Kg/cm2) a 350 (Kg/cm2)
f c + 85 (Kg/cm2)
Más de 350 (Kg/cm2)
f c + 100 (Kg/cm2)
Fuente: Tecnología del concreto y del mortero; tabla 11.12 pg. 237
113
DATOS DE ENTRADA
fc
210 Kg / cm 2
f ´c fc 85 Kg / cm 2
f ´c 210 Kg / cm 2
Ecuación 23
85 Kg / cm 2
295 Kg / cm 2
SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA CEMENTO
En base a los resultado obtenidos en la ensayos de clasificación para el cemento
asumimos que se trata de un cemento que está ubicado dentro del promedio de
los cementos colombianos es por esto que la resistencia de diseño
f ´c 295 Kg / cm 2 obtenida, y por tratarse de concreto sin aire incluido, se remite a
la tabla 34, en donde por interpolación lineal se obtiene una relación A / C 0.463
Tabla 34. Correspondencia entre la resistencia a la compresión a los 28 días de edad y la
relación agua-cemento para los cementos colombianos, portland tipo I, en concretos sin aire
incluido
RESISTENCIA A LA
COMPRESIÓN (KG/CM2)
140
175
210
245
280
315
350
RELACIÓN AGUA-CEMENTO EN PESO
Límite superior
0.7
0.64
0.59
0.54
0.49
Limite medio
0.72
0.65
0.58
0.53
0.48
0.44
0.40
Límite inferior
0.65
0.58
0.53
0.49
0.45
0.42
0.38
Fuente: Tecnología del concreto y del mortero; tabla 11.13 pg. 238
De acuerdo con la ecuación para interpolación lineal, se obtiene que:
Y2 Y 1
(Y3 Y 1)
x( X 2 X 1 )
( X 3 X 1)
114
Ecuación 24
A / C2
A / C2
0.48
A / C1
( A / C3 A / C1 )
* ( F´c2
( F´c3 F´c1 )
F´c1 )
(0.44 0.48 )
* (295 Kg / cm 2 280 Kg / cm 2 ) 0.463
2
2
(315 Kg / cm 280 Kg / cm )
A / C2
0.463
CÁLCULO DEL CONTENIDO DE CEMENTO
Se encontró que el contenido de cemento ( C ) requerido en (Kg/cm3) es:
C
A
A / C2
Ecuación 25
En donde:
3
A = Requerimiento de agua de mezclado; (Kg/cm )
A / C = Relación agua-cemento, por peso
2
C
160
0.463
345.6 Kg / m 3
ESTIMACIÓN DE LAS PROPORCIONES DE LOS AGREGADOS
Teniendo en cuenta que los agregados cumplen con las especificadores de la
NORMA ICONTEC 174, las proporciones de los agregados se determinaron bajo
este método de la siguiente forma. Primero se determino el volumen seco y
compactado del agregado grueso por volumen unitario de concreto (b/bo) de la
tabal 35.
115
Tabla 35. Volumen de agregado grueso por volumen unitario de concreto
Volumen de agregado grueso, seco y compactado con varilla (a), por volumen unitario de concreto para
diferentes módulos de finura de la arena (b).
TAMAÑO MÁXIMO DEL
MÓDULO DE FINURA DE LA ARENA
AGREGADO
Mm
pulg.
2,4
2,6
2,8
3,0
9.51
3/8
0,50
0,48
0,46
0,44
12.7
½
0,59
0,57
0,55
0,53
19
¾
0,66
0,64
0,62
0,60
25.4
0,71
0,69
0,67
1
0,65
38.1
1½
0,75
0,73
0,71
0,69
50.8
2
0,78
0,76
0,74
0,72
76.1
3
0,82
0,80
0,78
0,76
152
6
0,87
0,85
0,83
0,81
Fuente: Tecnología del concreto y del mortero; tabla 11,15 pg. 241
Se puede observar en la tabla 35 que para determinar este valor es necesario
saber el modulo de finura de la arena, el cual fue de 3.23 y el tamaño máximo
nominal del agregado grueso es de 25.4 mm. Con lo anterior se tiene que b / bo de
agregado grueso por metro cubico de concreto es de 0.65. Lo que significa que el
peso seco del agregado grueso ( Pg ) será:
Pg
(b / bo ) * ( M .U .C )
Ecuación 26
En donde:
3
P = peso seco del agregado grueso; (Kg/m )
g
b / b = volumen de agregado grueso por volumen unitario de concreto, tabla 35
o
M .U .C = masa unitaria compactada; (Kg/m3)
Pg 0.65 * (773 .79 Kg / m 3 ) 502 .96 Kg / m 3
116
En donde su volumen absoluto ( V
Vg
g
) será,
Pg
Ecuación 27
Da
En donde:
V
g
= volumen absoluto (l/m3)
3
P = peso seco del agregado grueso; (Kg/m )
g
Da = densidad aparente seca; (g/cm3)
Vg
502.96Kg / m 3
2.49 gr / cm 3
200.38l / m 3
Como ya se tiene la cantidad de agua de mezclado el contenido de cemento y el
contenido de agregado grueso, los materiales restantes para completar un metro
cubico de concreto consistirán en arena y los porcentajes de silicato de sodio que
se van a adicionar a la mezcla. La cantidad de arena requerida se determino con
base en el peso o el volumen absoluto de los ingredientes conocidos.
Tabla 36. Peso seco y volumen absoluto de los ingredientes por metro cubico de concreto para un
concreto hidráulico de 3000 p.s.i
INGREDIENTE
Cemento
Agua
Contenido de aire
Agregado grueso
Agregado fino
Total
PESO SECO Kg/m
345,6
160
0
502.96
1330
2338.86
3
PESO ESPECIFICO
3
gr/cm
314
1.00
0
251
2.44
VOLUMEN
3
ABSOLUTO L/m
110
160
0
200
530
1000
Como parte de los ajustes propios que se le hicieron a la mezcla se siguió el
procedimiento grafico de combinación de agregados, donde se elaboró la figura
31 teniendo en cuenta que el tamaño máximo del agregado grueso de 38mm y en
117
donde se marcaron los limites porcentuales de la tabla 37 correspondientes para
este máximo de agregado grueso.
Tabla 37. Límites de gradación recomendados para granulometrías continuas en porcentaje que
pasa para distintos tamaños máximos de agregado
TAMIZ
PORCENTAJE QUE PASA EL TAMAÑO MAXIMO INDICADO EN MM (PULG.)
Mm
pulg.
76,1mm
(3")
50,8mm
(2")
38,1mm
(1½")
25,4mm
(1")
19,1mm
(¾")
12,5mm
(½")
9,51mm
(⅜")
76.1
50.8
38.1
25.4
19.1
12.7
9.51
4.76
2.38
1.19
0.595
0.297
0.149
3
2
1½
1
¾
½
⅜
4
8
16
30
50
100
100,0
80-87
68-79
55-68
47-62
37-53
32-48
22-38
15-30
10-23
7-18
5-14
3-11
100,0
85-90
68-78
58-71
46-61
40-56
27-44
19-34
13-27
9-21
6-16
4-13
100,0
80-87
68-79
55-68
47-62
32-48
22-38
15-30
10-23
7-18
5-14
100,0
85-90
68-78
58-71
40-56
27-44
19-34
13-27
9-21
6-16
100
80-87
68-79
47-62
32-48
22-38
15-30
10-23
7-18
100
85-90
58-71
40-56
27-44
19-34
13-27
9-21
100
68-79
47-62
32-48
22-38
15-30
10-23
Fuente: Tecnología del concreto y del mortero; tabla 11,17 pg. 244
Figura 31. Procedimiento grafico para encontrar las proporciones en que deben mezclarse los
agregados
118
En la figura 31 se observa que la mezcla óptima de los materiales es la línea
gruesa vertical que indica una combinación adecuada de: 42 % de agregado fino
con 58 % de agregado grueso, por lo que se tiene que el volumen absoluto de
agregados V es:
r
Vr
1000 (Vc Va
A)
Ecuación 28
En donde:
V = volumen absoluto del agregado; en (L)
r
V = volumen absoluto del cemento; en (l/m3)
c
V a = volumen absoluto del agua; en (l/m3)
A = volumen absoluto del contenido de aire; en (l/m3)
Vr
1000 l
(110 l / m 3
160 l / m 3
0)
Vr 730l
La densidad aparente ( Ga ) de la mezcla de los agregados es:
Ga
(Gag Gaf )
Ecuación 29
(Gag n Gaf m)
En donde:
G = peso especifico aparente de la mezcla de los agregados
a
G ag , G af =
peso
especifico
aparente
de
respectivamente, en (g/ m3)
119
los
agregados
grueso
y
fino
n = proporción de agregado fino en la mezcla de agregados expresado en tanto
por uno.
m = proporción de agregado grueso en la mezcla de agregados expresado en
tanto por uno.
(2.49g / cm 3
2.44g / cm 3 )
(2.49g / cm 3 * 0.42 2.44g / cm 3 * 0.58)
Ga
2.48g / cm 3
Donde el peso seco de los agregados combinado ( Pr ) es:
Pr
Vr G a
Ecuación 30
En donde:
Pr = peso seco de los agregados; en (Kg/ m3)
G = peso especifico aparente de la mezcla de los agregados pétreos
a
V r = volumen absoluto de los agregados
Pr
0.73 m 3 * 2.48 g / cm 3
1810 .4 Kg / m 3
Con lo que los pesos secos del agregado grueso ( Pag ) y el agregado fino ( Paf )
serán:
Pag
Pr * m
Ecuación 31
En donde:
Pag , Paf = peso seco de los agregados grueso y fino; en (Kg/ m3)
120
m = proporción de agregado grueso en la mezcla de agregados expresada en
tanto por uno
Pag 1810.4 Kg / m3 * 0.58 1050 Kg / m3
Para determinar el peso seco de los agregados finos
Paf
Pr * n
Ecuación 32
En donde:
n = proporción de agregado fino en la mezcla de agregados expresada en tanto
por uno
Paf
1810.4Kg / m3 * 0.42 760Kg / m3
Y el volumen de los agregados gruesos y finos es:
Vag
Vag
Vaf
Vaf
Pag / Gag
Ecuación 33
1050Kg / m 3
2.49 g / cm
3
Paf / Gaf
418.32l / m 3
Ecuación 34
760Kg / m 3
2.44 g / cm 3
121
311.47l / m 3
Los resultados de las proporciones obtenidas se ilustran en la siguiente tabla:
Tabla 38. Peso seco y volumen absoluto de los ingredientes por metro cubico de concreto
ajustado para un concreto hidráulico de 3000 p.s.i
INGREDIENTE
Cemento
Agua
Contenido de aire
Agregado grueso
Agregado fino
Total
PESO SECO
3
Kg/m
345,6
160
0
1050
760
2315.6
PESO ESPECIFICO g/cm
3
314
1.00
0
2.51
2.44
VOLUMEN
3
ABSOLUTO L/m
110
160
0
418
312
1000
4.3.4.1.1.2 Método de la A.C.I.211 para diseñar una mezcla de concreto para
4000 PSI de resistencia. El presente diseño corresponde a una mezcla
de
concreto
un
fc
que
requiere
como
especificación
estructural
280 kg / cm 2 (4000 p.s.i ) .
Los materiales a utilizar tienen las siguientes características:
AGUA
De reconocida calidad, según las características físicas químicas y mecánicas
exigidas por el Método A.C.I. – 211 y que se expresan en la tabla 29.
GRAVA
Los datos correspondientes a los cálculos y resultados de la granulometría de
agregados gruesos se expresan en la tabla 14.
Masa unitaria suelta: 738,88 Kg/m3
Masa unitaria compacta: 773,79 Kg/m3
Densidad aparente seca: 2,49 g/cm3
122
Absorción: 6.4 %
Humedad: 5,0 %
Forma: redondeada (grava de río)
Tamaño máximo nominal: 25.4 mm.
Tamaño máximo: 38.1 mm
ARENA
Los datos correspondientes a los cálculos y resultados de la granulometría de
agregados finos se expresan en la tabla 15.
Masa unitaria suelta: 1.577 Kg/m3
Masa unitaria compacta: 1.701 Kg/m3
Densidad aparente seca: 2,44 g/cm3
Absorción: 3.52 %
Humedad: 4.1 %
Forma: redondeada (arena de río)
CEMENTO
Porcentaje de finura: 95,6 %
Peso especifico: 3.14 g/cm3
Agua para consistencia normal: 24%
123
Fraguado inicial: 2 horas 20 minutos
Fraguado final: 7 horas 20 minutos
Fluidez: 109.15 %
PROCESO DE DISEÑO
SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO
El asentamiento se determinó de acuerdo a la Tabla 30, en la cual se expresa la
relación que hay entre la consistencia de la mezcla y el asentamiento, además del
sistema a emplear tanto en la colocación como en la compactación para los
diferentes tipos de construcción, y con base a los resultados obtenidos para las
propiedades del cemento, se seleccionó un asentamiento entre 5 y 10 cm, de la
cual se tomó el promedio que fue aproximadamente de 7.5 cm para una
colocación manual, lo cual se ajusta a nuestro método de trabajo.
SELECCIÓN DEL TAMAÑO MAXIMO DEL AGREGADO
El agregado que se dispone es apropiado pues tiene un tamaño máximo nominal
de 25.4 mm y un tamaño máximo de 38.1 mm; de acuerdo con los resultados
obtenidos de las granulometrías de los agregados finos y gruesos.
ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AIRE
Como no hubo exposición severa de la mezcla al aire, ya que se trabajó en
condiciones ambientales controladas en el laboratorio, el diseño tiene en cuenta
este parámetro y con la tabla 31, se trabajó para un concreto sin aire incluido.
124
De acuerdo al tamaño máximo nominal (25.4 mm) y a la tabla 31, se calculó el
porcentaje en volumen de contenido de aire naturalmente atrapado que fue de
1.5%, pero para efectos prácticos se asumió este valor como 0%.
ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AGUA DE MEZCLADO
Como se tienen agregados de forma redondeada y textura lisa por ser de río,
además el concreto no tiene aire incluido y el tamaño máximo del agregado
grueso es de (38.1 mm) con un asentamiento de 7.5 cm nos remitimos a la tabla
32 y se obtuvo que el contenido de agua para esta mezcla, por metro cubico de
concreto, es de 160 Kg/m3.
ESTIMACIÓN DE LA RESISTENCIA DE DISEÑO
Como no se realizó registro de pruebas de resistencia, la resistencia de diseño de
la mezcla f c en Kg/cm2 se determino de acuerdo con la tabla 33.
fc
280 Kg / cm 2
Para el cálculo de la resistencia de diseño
fc
para un
fc
280 Kg / cm 2 se utilizó la
ecuación 23.
f ´c 280 85 Kg / cm 2
365 Kg / cm 2
SELECCIÓN DE LA RELACIÓN AGUA CEMENTO
Con base a los resultados obtenidos en los ensayos de clasificación para el
cemento, se asumió que se trata de un cemento que está ubicado dentro del
125
promedio de los cementos colombianos, es por esto que la resistencia de diseño
fc
365 kg / cm 2 obtenida, y por tratarse de concreto sin aire incluido, se remitió a
la tabla 34 para determinar la relación agua cemento que es de A / C
0.40
CÁLCULO DEL CONTENIDO DE CEMENTO
Se encontró que el contenido de cemento requerido es:
C
160 Kg / m 3
0.40
400 Kg / m 3
ESTIMACIÓN DE LAS PROPORCIONES DE LOS AGREGADOS
Teniendo en cuenta que los agregados cumplen con las especificadores de la
NORMA ICONTEC 174, las proporciones de los agregados se determinaron bajo
este método de la siguiente forma. Primero se determino el volumen seco y
compactado del agregado grueso por volumen unitario de concreto (b/bo) de la
tabal 35.
Se puede observar en la tabla que para determinar este valor es necesario saber
el módulo de finura de la arena, el cual fue de 3.23, y el tamaño máximo nominal
del agregado grueso que es de 25.4 mm. Con lo anterior se tiene que b / b0 de
agregado grueso por metro cubico de concreto es de 0.65. Lo que significa que el
peso seco del agregado grueso ( Pg ) será, según ecuación 26:
Pg
0.65 * (773 .79 Kg / m 3 ) 502 .96 Kg / m 3
126
En donde su volumen absoluto (Vg) será, según ecuación 27:
Vg
502.96Kg / m 3
2.49 g / cm 3
200.38l / m 3
Como ya se tiene la cantidad de agua de mezclado el contenido de cemento, y el
contenido de agregado grueso, los materiales restantes para completar un metro
cubico de concreto consistirán en arena y los porcentajes de silicato de sodio que
se van a adicionar a la mezcla. La cantidad de arena requerida se determinó con
base en el peso o el volumen absoluto de los ingredientes conocidos.
Tabla 39. Peso seco y volumen absoluto de los ingredientes por metro cúbico de concreto para un
concreto hidráulico de 4000 PSI
INGREDIENTE
Cemento
Agua
Contenido de aire
Agregado grueso
Agregado fino
Total
PESO SECO Kg/m
3
400
160
0
502.96
1251.72
2314.68
PESO ESPECIFICO
3
gr/cm
VOLUMEN
3
ABSOLUTO L/m
314
1.00
0
251
2.44
127
160
0
200
513
1000
Como parte de los ajustes propios que se le hicieron a la mezcla, se siguió el
procedimiento gráfico de combinación de agregados, donde se elaboro la figura 31
teniendo en cuenta que el tamaño máximo del agregado grueso fue de 38 mm y
en donde se marcaron los límites porcentuales de la tabla 37 correspondientes
para este máximo de agregado grueso.
De la figura 31 se observo que la mezcla óptima de los materiales es la línea
gruesa vertical que indica una combinación adecuada de 42 % de agregado fino
127
con 58 % de agregado grueso, por lo que se tiene que el volumen absoluto de
agregados Vr es, según ecuación 28:
1000 l / m 3
Vr
(127 l / m 3
Vr
160 l / m 3
0)
713 l / m 3
La densidad aparente se ( Ga ) de la mezcla de los agregados es, según ecuación
29:
Ga
(2.49g / cm 3 x2.44g / cm 3 )
(2.49g / cm 3 * 0.42 2.44g / cm 3 * 0.58)
2.48g / cm 3
Donde el peso seco de los agregados combinado ( Pr ) es, según ecuación 30:
Pr
713 l / m 3 * 2.48 g / cm 3 1768 .2 Kg / m 3
Con lo que el peso seco del agregado grueso ( Pag ), se calculó según ecuación
31:
Pag 1768,2Kg / m3 * 0.58 1026Kg / m3
Y donde el peso seco para el agregado fino ( Paf ), se calculo según ecuación 32:
Paf
1768,2Kg / m3 * 0.42 743Kg / m3
Y el volumen de los agregados gruesos y finos es, según ecuación 33 y 34:
3
Vag 1026Kg / m
2.49 g / cm 3
128
408.8l / m 3
Vaf
743Kg / m 3
2.44 g / cm
3
304.5l / m 3
Los resultados de las proporciones obtenidas se ilustran en la siguiente tabla:
Tabla 40. Peso seco y volumen absoluto de los ingredientes por metro cubico de concreto ajustado
para un concreto hidráulico de 4000 p.s.i
INGREDIENTE
Cemento
Agua
Contenido de aire
Agregado grueso
Agregado fino
Total
PESO SECO
3
Kg/m
400
160
0
1026
743
2329
PESO ESPECIFICO
3
g/cm
314
1.00
0
2.51
2.44
VOLUMEN
3
ABSOLUTO l/m
127
160
0
409
304
1000
4.3.4.2 Método de ensayo para determinar el asentamiento del hormigón.
Para la realización de este ensayo se remitió a las NORMAS TÉCNICAS
COLOMBIANAS PARA
EL
SECTOR DE
LA
CONSTRUCCIÓN la
cual
corresponde a la NORMA ICONTEC 396:
PROCEDIMIENTO
Una vez determinado el diseño de mezcla, se procedió a su elaboración y
colocación en el molde húmedo sobre una superficie horizontal rígida, plana,
húmeda y no absorbente; posteriormente se sujeta el molde firmemente con los
pies y se llena con la muestra de hormigón en tres capas, con una altura de un
tercio del volumen del molde aproximadamente. Cada capa debe compactarse 25
veces con una varilla de punta roma, y sus golpes deben ser distribuidos
uniformemente por toda la superficie de cada capa; al llenar la capa superior se
coloca suficiente hormigón con el fin de que el molde quede completamente lleno
129
y se enrasa; inmediatamente se enrase la superficie se retira el molde, alzándolo
cuidadosamente en dirección vertical y en un tiempo no mayor a 10 segundos y se
procede a medir la altura de la muestra luego de retirado el molde, al igual que la
altura del molde y esa diferencia de alturas es el asentamiento del concreto.
Figura 32. Molde de Abraham para realizar el ensayo de asentamiento o Slump
Altura del molde = H i = 30.1 cm
Altura de la mezcla = H m = 22.8 cm
Asentamiento (S )
S Hi
Hm
Ecuación 35
S 30.1cm 22.8cm 7.3cm
130
4.3.4.1.2 Diseño de mezcla de 9 cilindros de concreto para 3000 y 4000 psi.
Se asumió para el cálculo de las cantidades de agregados en peso un 10 %
adicional, del total de la mezcla para considerar el desperdicio.
Tabla 41.Cantidades de agregado por bachada para la elaboración de concreto hidráulico de 3000
p.s.i y 4000 psi
CANTIDAD DE AGREGADO PARA UN
CONCRETO DE 3000 PSI
A/C
CANTIDAD DE AGREGADO PARA UN
CONCRETO DE 4000 PSI
0,463
A/C
BACHADA = 9 CILINDROS
Material
Peso (kg)
para 1 m³
Cemento
Agua
AG
AF
TOTAL
345,6
160
1050
760
2316
V cilindro
V total (9
Cilindros)
0,0053 m³
0,0525 m³
0,4
BACHADA = 9 CILINDROS
Peso (kg)
por
bachada
18,13
8,40
55,09
39,88
121,50
Porcentaje
por
bachada
Material
Peso (kg)
para 1 m³
15%
7%
45%
33%
100%
Cemento
Agua
AG
AF
TOTAL
400
160
1026
743
2329
V cilindro
V total (9
Cilindros)
0,0053 m³
Peso (kg)
por
bachada
20,99
8,40
53,83
38,99
122,20
Porcentaje
por
bachada
17%
7%
44%
32%
100%
0,0525 m³
Una vez determinadas las cantidades de agregados necesarias para cada
bachada, se fabricaron los cilindros de hormigón siguiendo la relación A/C de la
tabla 34 que corresponde a la cantidad de bachadas a realizar por cada
resistencia requerida con la adición del silicato de sodio en las proporciones
indicadas en el capítulo 3, y con la granulometría correspondiente para cada
mezcla relacionadas con la norma ICONTEC 174.
131
Tabla 42.Cantidad de agregado y silicato de sodio en peso por bachada, para un porcentaje de
adición del 0%, en las mezclas de hormigón de 3000 p.s.i y 4000 p.s.i.
DISEÑO PARA 3000 PSI
DISEÑO PARA 4000 PSI
0% DE SILICATO DE SODIO
0% DE SILICATO DE SODIO
RELACIÓN A/C 0,463
RELACIÓN A/C 0,400
Pesos
[g]
%
Agregados
94971
78%
agua
8395
cemento
Silicato
Total
Pesos
[g]
%
Agregados
92819
76%
7%
agua
8395
7%
18134
15%
cemento
20988
17%
0
0%
Silicato
0
0%
121500
100%
122203
100%
Total
AGREGADOS
Tamiz
AGREGADOS
% pasa % retenido
Peso [g]
Tamiz
% pasa % retenido
Peso [g]
11/2"
100%
0%
0
11/2"
100%
0%
0
1"
97%
3%
2469
1"
97%
3%
2413
3/4"
83%
14%
13486
3/4"
83%
14%
13180
1/2"
62%
22%
20419
1/2"
62%
22%
19956
3/8"
40%
22%
20609
3/8"
40%
22%
20142
#4
28%
12%
11681
#4
28%
12%
11417
#8
21%
7%
6743
#8
21%
7%
6590
#16
13%
8%
7123
#16
13%
8%
6961
#30
8%
5%
4938
#30
8%
5%
4827
#50
3%
5%
4938
#50
3%
5%
4827
#100
2%
1%
950
#100
2%
1%
928
FONDO
0%
2%
1615
FONDO
0%
2%
1578
100%
94971
100%
92819
Ok
132
Ok
Tabla 43.Cantidad de agregados y silicato de sodio en peso por bachada, para un porcentaje de
adición del 6%, en las mezclas de hormigón de 3000 p.s.i y 4000 p.s.i.
DISEÑO PARA 3000 PSI
DISEÑO PARA 4000 PSI
6% DE SILICATO DE SODIO
6% DE SILICATO DE SODIO
RELACIÓN A/C 0,463
RELACIÓN A/C 0,400
Pesos
[g]
%
Agregados
89272
73%
agua
7891
cemento
Silicato
Total
Pesos
[g]
%
Agregados
87250
71%
6%
agua
7891
6%
17046
14%
cemento
19729
16%
7290
6%
Silicato
7332
6%
121500
100%
122203
100%
Total
AGREGADOS
Tamiz
AGREGADOS
% pasa % retenido
Peso [g]
Tamiz
% pasa % retenido
Peso [g]
11/2"
100%
0%
0
11/2"
100%
0%
0
1"
97%
3%
2321
1"
97%
3%
2269
3/4"
83%
14%
12677
3/4"
83%
14%
12390
1/2"
62%
22%
19194
1/2"
62%
22%
18759
3/8"
40%
22%
19372
3/8"
40%
22%
18933
#4
28%
12%
10981
#4
28%
12%
10732
#8
21%
7%
6338
#8
21%
7%
6195
#16
13%
8%
6695
#16
13%
8%
6544
#30
8%
5%
4642
#30
8%
5%
4537
#50
3%
5%
4642
#50
3%
5%
4537
#100
2%
1%
893
#100
2%
1%
873
FONDO
0%
2%
1518
FONDO
0%
2%
1483
100%
89272
100%
87250
Ok
133
Ok
Tabla 44.Cantidad de agregados y silicato de sodio en peso por bachada, para un porcentaje de
adición del 9%, en las mezclas de hormigón de 3000 p.s.i y 4000 p.s.i.
DISEÑO PARA 3000 PSI
DISEÑO PARA 4000 PSI
9% DE SILICATO DE SODIO
9% DE SILICATO DE SODIO
RELACIÓN A/C 0,463
RELACIÓN A/C 0,400
Pesos
[g]
%
Agregados
86423
71%
agua
7640
cemento
Pesos
[g]
%
Agregados
84466
69%
6%
agua
7640
6%
16502
14%
cemento
19099
16%
Silicato
10935
9%
Silicato
10998
9%
Total
121500
100%
Total
122203
100%
AGREGADOS
Tamiz
AGREGADOS
% pasa % retenido
Peso [g]
Tamiz
% pasa % retenido
Peso [g]
11/2"
100%
0%
0
11/2"
100%
0%
0
1"
97%
3%
2247
1"
97%
3%
2196
3/4"
83%
14%
12272
3/4"
83%
14%
11994
1/2"
62%
22%
18581
1/2"
62%
22%
18160
3/8"
40%
22%
18754
3/8"
40%
22%
18329
#4
28%
12%
10630
#4
28%
12%
10389
#8
21%
7%
6136
#8
21%
7%
5997
#16
13%
8%
6482
#16
13%
8%
6335
#30
8%
5%
4494
#30
8%
5%
4392
#50
3%
5%
4494
#50
3%
5%
4392
#100
2%
1%
864
#100
2%
1%
845
FONDO
0%
2%
1469
FONDO
0%
2%
1436
100%
86423
100%
84466
Ok
134
Ok
Tabla 45.Cantidad de agregados y silicato de sodio en peso por bachada, para un porcentaje de
adición del 12%, en las mezclas de hormigón de 3000 p.s.i y 4000 p.s.i.
DISEÑO PARA 3000 PSI
DISEÑO PARA 4000 PSI
12% DE SILICATO DE SODIO
12% DE SILICATO DE SODIO
RELACIÓN A/C 0,463
RELACIÓN A/C 0,400
Pesos
[g]
%
Agregados
83574
69%
agua
7388
cemento
Pesos
[g]
%
Agregados
81681
67%
6%
agua
7388
6%
15958
13%
cemento
18469
15%
Silicato
14580
12%
Silicato
14664
12%
Total
121500
100%
Total
122203
100%
AGREGADOS
Tamiz
AGREGADOS
% pasa % retenido
Peso [g]
Tamiz
% pasa % retenido
Peso [g]
11/2"
100%
0%
0
11/2"
100%
0%
0
1"
97%
3%
2173
1"
97%
3%
2124
3/4"
83%
14%
11868
3/4"
83%
14%
11599
1/2"
62%
22%
17968
1/2"
62%
22%
17561
3/8"
40%
22%
18136
3/8"
40%
22%
17725
#4
28%
12%
10280
#4
28%
12%
10047
#8
21%
7%
5934
#8
21%
7%
5799
#16
13%
8%
6268
#16
13%
8%
6126
#30
8%
5%
4346
#30
8%
5%
4247
#50
3%
5%
4346
#50
3%
5%
4247
#100
2%
1%
836
#100
2%
1%
817
FONDO
0%
2%
1421
FONDO
0%
2%
1389
100%
83574
100%
81681
Ok
Ok
Con la cantidad de materiales en peso ya calculadas para cada bachada se
realizaron 8 bachadas correspondientes a cada adición de silicato como lo
describe la tabla 42, siguiendo los procedimientos mencionado en las normas para
mezclado, llenado y curado de cilindros.
135
CONSTRUCCIÓN DE LOS CILINDROS DE HORMIGÓN
Se separó por bachadas la cantidad de material requerida para cada mezcla con
su respectiva cantidad de silicato de sodio, como se muestra en la figura 33.
Figura 33. Selección de material por número de tamiz
Figura 34. Silicato de sodio utilizado en las mezclas marca Químicos Campota
Figura 35. Separación de materiales por bachada
136
Una vez con los materiales separados por bachada, se limpiaron los moldes para
remover las impurezas y evitar cualquier vacio generado por estas dentro del
proceso de llenado, como se muestra en la figura 36.
Figura 36. Limpieza de los moldes que contendrán los cilindros de concreto del ensayo
Los moldes se engrasaron en su parte interna una vez limpios, para evitar que la
mezcla de concreto se pegue a las paredes en el momento de desencofrar los
cilindros de concreto y, se generen desprendimientos. Este proceso se ilustra en la
figura 37.
Figura 37. Engrasado de los moldes que contendrán los cilindros de concreto del ensayo
Con los moldes y material listo, se realizó la mezcla de los agregados de forma
manual como se ilustra en la figura 38, con un tiempo máximo de 15 minutos
138
siguiendo con el llenado y enrasado de los moldes figura 39, como lo indica la
norma para la elaboración de cilindros de concretos.
Figura 38. Mezcla de los materiales manual para llenar los moldes que contendrán los cilindros de
concreto del ensayo
Figura 39. Llenado de los moldes que contendrán los cilindros de concreto del ensayo
Al término del llenado de los moldes, se colocaron por 24 horas sobre una
superficie horizontal, rígida y libre de vibración, cubriendo la capa superior con un
plástico para evitar la evaporación de la humedad, como se muestra en la figura
40.
139
Se rotularon con el código de cada mezcla:
Figura 40. Almacenamiento de los cilindros de concreto en sus primeras 24 horas
Después de las 24 horas de almacenamiento en la que estuvieron los cilindros de
concreto, se desencofraron cuidadosamente y se pusieron en la cámara de curado
hasta el momento del ensayo a compresión a los 7, 14 y 28 días.
Los cilindros se fallaron en la prensa digital para falla de cilindros de concreto,
como se ilustra en la figura 41, teniendo en cuenta la norma ICONTEC 673, en
donde se aplicó la carga proporcionada por la prensa en forma continua evitando
impactos hasta la falla, la cual es determinada automáticamente por la prensa
como se ilustra en la figura 42.
Figura 41. Prensa Digital para Falla de Cilindros de Concreto
140
Figura 42. Falla de los cilindros de concreto en la prensa digital
Al fallar el cilindro de concreto se anota el valor dado por la prensa digital, el cual
está dado en KN; los valores de falla de los cilindros de concreto a los 7, 14 y 28
días se presentan en la siguiente tabla.
Tabla 46. Resultados de la carga máxima aplicada a los cilindros de concretos, a los 7, 14 y 28
días
DIAS
7
14
28
0% SILICATO
3000 p.s.i
210,75
211,82
209,78
245,91
247,25
244,63
325,37
329,48
328,84
4000 p.s.i
278,35
279,48
279,26
311,98
310,59
309,91
486,15
482,18
485,79
CARGA MAXIMA EN (KN)
6% SILICATO
9% SILICATO
3000 p.s.i
232,45
232,96
230,49
254,18
251,64
253,19
356,49
359,18
357,48
4000 p.s.i
295,42
296,31
295,91
318,49
322,48
320,78
501,82
498,45
505,79
141
3000 p.s.i
253,48
251,52
253,49
272,68
270,13
271,43
391,82
397,28
399,29
4000 p.s.i
317,89
318,15
320,09
354,89
351,89
358,67
549,15
547,16
551,26
12% SILICATO
3000 p.s.i
281,78
285,69
283,58
300,29
298,45
301,79
428,73
426,05
426,96
4000 p.s.i
351,69
349,19
352,46
384,78
384,19
382,59
572,19
579,45
575,27
CÁLCULOS
Para determinar el área transversal Atc de un cilindro de concreto, se midió su
diámetro (Ø) de la sección transversal y su altura (H).
14.8cm
H
5.83 pu lg .
28.9cm 11.38 pu lg .
En donde:
2
Atc
Ecuación 36
2
Atc
26 .29 pu lg 2
La resistencia a la compresión de los cilindros de concreto se determinó con
aproximación de 1 Kg/cm2 dividiendo la carga máxima por el área transversal;
como la carga máxima está dada en Kilo Newton (KN) se realizo la conversión
correspondiente para tener los datos en Lbs., lo que correspondió a 1KN = 224.82
Lb y de esa manera con el área en pulg2, se calculo la resistencia a la compresión
de todas las muestras como se expresa en la tabla 44.
Ejemplo de cálculo:
Q = carga máxima aplicada (KN) = (Lb)
fc
Q
Ecuación 37
Atc
142
Datos (3000 p.s.i, 0% de Silicato, 7 días)
Q = 210.75 KN = 47381 Lbs.
fc
47381Lb
26.29 pu lg 2
1802.24 Lbs
pu lg 2
Tabla 47. Resistencia a la compresión alcanzada por los cilindros de concretos a los 7, 14 y 28
días, calculada en p.s.i, para las mezclas de concreto hidráulico de 3000 p.s.i
RESISTENCIA DE
DISEÑO DE 3000 PSI
7 días
0% de
silicato
14 días
28 días
7 días
6% de
silicato
14 días
28 días
7 días
9% de
silicato
14 días
28 días
7 días
12% de
silicato
14 días
28 días
CARGA MÁXIMA
KN
LB - F
210,75
47381
211,82
47621
209,78
47163
245,91
55286
247,25
55587
244,63
54998
325,37
73150
329,48
74074
328,84
73930
232,45
52259
232,96
52374
230,49
51819
254,18
57145
251,64
56574
253,19
56922
356,49
80146
359,18
80751
357,48
80369
253,48
56987
251,52
56547
253,49
56990
272,68
61304
270,13
60731
271,43
61023
391,82
88089
397,28
89317
399,29
89768
281,78
63350
285,69
64229
283,58
63754
300,29
67511
298,45
67098
301,79
67848
428,73
96387
426,05
95785
426,96
95989
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN f c
AREA (in2)
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
143
PSI
1802,24
1811,39
1793,94
2102,91
2114,37
2091,96
2782,42
2817,56
2812,09
1987,81
1992,17
1971,05
2173,63
2151,91
2165,17
3048,54
3071,54
3057,01
2167,65
2150,88
2167,73
2331,84
2310,03
2321,15
3350,67
3397,36
3414,55
2409,65
2443,09
2425,05
2567,94
2552,21
2580,77
3666,30
3643,39
3651,17
PROMEDIO (PSI)
1802,52
2103,08
2804,02
1983,67
2163,57
3059,03
2162,09
2321,00
3387,52
2425,93
2566,97
3653,62
Tabla 48. Resistencia a la compresión alcanzada por los cilindros de concretos a los 7, 14 y 28
días, calculada en p.s.i, para las mezclas de concreto hidráulico de 4000 p.s.i
RESISTENCIA DE
DISEÑO DE 4000 PSI
7 días
0% de
silicato
14 días
28 días
7 días
6% de
silicato
14 días
28 días
7 días
9% de
silicato
14 días
28 días
7 días
12% de
silicato
14 días
28 días
CARGA MÁXIMA
KN
LB - F
278,35
62579
279,48
62833
279,26
62783
311,98
70139
310,59
69827
309,91
69674
486,15
109296
482,18
108404
485,79
109215
295,42
66416
296,31
66616
295,91
66527
318,49
71603
322,48
72500
320,78
72118
501,82
112819
498,45
112062
505,79
113712
317,89
71468
318,15
71527
320,09
71963
354,89
79786
351,89
79112
358,67
80636
549,15
123460
547,16
123013
551,26
123934
351,69
79067
349,19
78505
352,46
79240
384,78
86506
384,19
86374
382,59
86014
572,19
128640
579,45
130272
575,27
129332
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN f c
AREA (in2)
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
26,29
PSI
2380,32
2389,99
2388,10
2667,91
2656,02
2650,21
4157,33
4123,38
4154,26
2526,30
2533,91
2530,49
2723,58
2757,70
2743,16
4291,34
4262,52
4325,29
2718,45
2720,67
2737,26
3034,86
3009,20
3067,18
4696,08
4679,06
4714,13
3007,49
2986,11
3014,08
3290,46
3285,42
3271,74
4893,11
4955,19
4919,45
PROMEDIO (PSI)
2386,14
2658,05
4144,99
2530,23
2741,48
4293.05
2725,46
3037,08
4696,42
3002,56
3282,54
4922,58
El porcentaje de error tanto en el diseño de la mezcla como en la resistencia
alcanzada por los cilindros de concreto, se calculó de los resultados obtenidos en
las muestras falladas a los 28 días, de igual manera se calculó la calidad del
hormigón a la compresión de la siguiente forma:
144
CONCRETO DE 3000 p.s.i
R28 = Resistencia a la compresión a los 28 días en p.s.i.
fc
= Resistencia de diseño = 3000 psi
%error
fc
R28
* 100%
fc
Ecuación 38
0% Silicato
%error
3000 p.s.i 2804.02 p.s.i
* 100% 6.53%
3000 p.s.i
Calidad del hormigón a la compresión (CH)
CH
100 %
CH
%error
100
Ecuación 39
6.53
93,46 %
6% Silicato
%error
3000 p.s.i 3059.03 p.s.i
* 100%
3000 p.s.i
CH
100
( 1.96 )
1.96%
101,96 %
9% Silicato
%error
3000 p.s.i 3387.52 p.s.i
* 100%
3000 p.s.i
CH
100
( 12 .91)
12.91%
112,91 %
12% Silicato
%error
3000 p.s.i 3653.62 p.s.i
* 100%
3000 p.s.i
CH
100
( 21 .78 )
145
121,78 %
21.78%
CONCRETO DE 4000 p.s.i
R28 = Resistencia a la compresión a los 28 días en p.s.i.
fc
= Resistencia de diseño= 4000 p.s.i
Para el cálculo del porcentaje de error se sigue la ecuación 38:
0% Silicato
%error
4000 p.s.i 4144.99 p.s.i
* 100%
4000 p.s.i
3.62%
Y, para el cálculo de la calidad del hormigón a la compresión (CH), se siguió la
ecuación 39:
CH
100
( 3.62 )
103,62 %
6% Silicato
%error
4000 p.s.i 4293.05 p.s.i
* 100%
4000 p.s.i
CH
100
( 7.32 )
7.32%
107,32 %
9% Silicato
%error
CH
4000 p.s.i 4696.42 p.s.i
* 100%
4000 p.s.i
100 %
%error
100
( 17 .41)
17.41%
117,41 %
12% Silicato
%error
4000 p.s.i 4922.58 p.s.i
* 100%
4000 p.s.i
CH
100
( 23 .06 )
146
123,06 %
23.06%
La relación presente entre el incremento de la resistencia a la compresión de los
cilindros de concreto, con o sin adición de silicato de sodio, a medida que pasa el
tiempo, se ve expresada en las figuras 43 y 44.
Figura 43. Tendencia que presentan los cilindros de concreto hidráulico de 3000 p.s.i a los 7, 14 y
28 días, con o sin adición de Silicato de sodio; en su resistencia a la compresión
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE
CILINDROS PARA 3000 PSI
4040-0
RESISTENCIA EN (PSI)
3540-0
3040-0
0%
6%
2540-0
9%
12%
2040-0
1540-0
5
10
15
20
DIAS
147
25
30
Figura 44. Tendencia que presentan los cilindros de concreto hidráulico de 4000 p.s.i a los 7, 14 y
28 días, con o sin adición de Silicato de sodio; en su resistencia a la compresión
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE
CILINDROS PARA 4000 PSI
5540-0
5040-0
RESISTENCIA EN (PSI)
4540-0
4040-0
0%
3540-0
6%
3040-0
9%
12%
2540-0
2040-0
1540-0
5
10
15
20
25
30
DIAS
De igual manera las figuras 45 y 46 muestran, el incremento en porcentaje que
presentaron los cilindros de concreto hidráulico en su resistencia a la compresión,
dependiendo a su vez del porcentaje de silicato de sodio adicionado en cada
mezcla.
148
INCREMENTO DE LA RESISTENCIA EN EL
CONCRETO EN PORCENTAJE %
Figura 45. Incremento porcentual en la resistencia del concreto hidráulico de 3000 p.s.i, con
adición de Silicato de Sodio
MEZCLA DE CONCRETO HIDRÁULICO DE
3000 PSI
35
30
25
VARIACION
DE LA
RESISTENCIA
20
15
10
5
0
0
2
4
6
8
10
12
14
PORCENTAJE DE SILICATO EN LA MEZCLA DE CONCRETO ADICIONADO(%)
Figura 46. Incremento porcentual en la resistencia del concreto hidráulico de 4000 p.s.i, con
adición de Silicato de Sodio
INCREMENTO DE LA RESISTENCIA EN EL
CONCRETO EN PORCENTAJE %
MEZCLA DE CONCRETO HIDRÁULICO DE
4000 PSI
20
18
16
14
VARIACION
DE LA
RESISTENCIA
12
10
8
6
4
2
0
0
2
4
6
8
10
12
14
PORCENTAJE DE SILICATO EN LA MEZCLA DE CONCRETO ADICIONADO (%)
149
Se realizó de igual manera el cálculo del asentamiento para las bachadas
correspondientes a 3000 y 4000 psi, con o sin adición en porcentaje en peso de
silicato de sodio, siguiendo la norma ICONTEC 396 anteriormente referenciada
para apreciar la variación de este y la influencia que tiene la presencia de silicato
de sodio en la mezcla.
Para el cálculo del asentamiento con o sin adición de Silicato de Sodio en las
diferentes bachadas, se siguió la ecuación 35:
MEZCLA DE 3000 p.s.i
0% Silicato
Altura del molde (inicial) = Hi = 30.1 cm
Altura de la mezcla = Hm = 22.8 cm
Asentamiento (S)
S 30.1cm 22.8cm 7.3cm
6% Silicato
Altura del molde (inicial) = Hi = 30.1 cm
Altura de la mezcla = Hm = 23.0 cm
Asentamiento (S)
S 30.1cm 23.0cm 7.1cm
150
9% Silicato
Altura del molde (inicial) = Hi = 30.1 cm
Altura de la mezcla = Hm = 23.8 cm
Asentamiento (S)
S 30.1cm 23.8cm 6.3cm
12% Silicato
Altura del molde (inicial) = Hi = 30.1 cm
Altura de la mezcla = Hm = 24.5cm
Asentamiento (S)
S 30.1cm 24.5cm 5.6cm
Figura 47. Variación del Slump a medida que se incrementa el porcentaje adicionado de Silicato
de Sodio en la mezcla, para el concreto hidráulico de 3000 p.s.i
ASENTAMIENTO PARA EL CONCRETO
DE 3000 PSI
7-5
SLUMP (cm)
7
6-5
6
5-5
5
0%
2%
4%
6%
8%
10%
PORCENTAJE ADICIONADO DE SILICATO DE SODIO
151
12%
14%
MEZCLA DE 4000 p.s.i
0% Silicato
Altura del molde (inicial) = Hi = 30.1 cm
Altura de la mezcla = Hm = 22.7 cm
Asentamiento (S)
S
30.1cm 22.7cm 7.4cm
6% Silicato
Altura del molde (inicial) = Hi = 30.1 cm
Altura de la mezcla = Hm = 23.2 cm
Asentamiento (S)
S 30.1cm 23.2cm 6.9cm
9% Silicato
Altura del molde (inicial) = Hi = 30.1 cm
Altura de la mezcla = Hm = 23.6 cm
Asentamiento (S)
S 30.1cm 23.6cm 6.5cm
12% Silicato
Altura del molde (inicial) = Hi = 30.1 cm
Altura de la mezcla = Hm = 24.3 cm
Asentamiento (S)
S 30.1cm 24.3cm 5.8cm
152
Figura 48. Variación del asentamiento a medida que se incrementa el porcentaje adicionado de
Silicato de Sodio en la mezcla, para el concreto hidráulico de 4000 p.s.i
ASENTAMIENTO PARA EL CONCRETO
DE 4000 PSI
8
SLUMP (cm)
7-5
7
6-5
6
5-5
5
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
PORCENTAJE ADICIONADO DE SILICATO DE SODIO
14%
4.4 ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
De los ensayos de laboratorio realizados durante el transcurso de la investigación,
y como parte esencial del desarrollo óptimo de este, se obtuvieron resultados que
permitieron hacer un análisis e interpretación de las características propias de
cada uno de los elementos involucrados en las mezclas de concreto hidráulico de
3000 p.s.i y 4000 p.s.i.
Dichos análisis e interpretación de resultados se expresan a continuación:
Para obtener una mezcla de concreto que cumpla la resistencia esperada,
es importante determinar que el peso específico (Pe) y la absorción (%A) de
153
agregados finos y gruesos cumplan con los intervalos estipulados en las
NORMAS ICONTEC 237 y 176 respectivamente. El peso especifico es uno
de los parámetros de mayor importancia en el diseño de la mezcla de
concreto hidráulico, porque en función de este se determina la cantidad en
peso del agregado, y del cual depende la cantidad de poros que se obtengan
en la mezcla. Por otro lado, la absorción resulta también importante ya que si
se tiene un porcentaje elevado o fuera del intervalo permitido por la norma, el
material resulta siendo muy poroso, afectando directamente la dosificación
de agua, haciendo que disminuya la resistencia del concreto. El agregado
fino presentó un peso especifico un 2.44 g/cm3 y un porcentaje de absorción
de 3.52, lo cual de acuerdo con la norma, es adecuado por encontrarse el
peso especifico entre 2.40 - 2.50 g/cm3 y la absorción entre 2.0 - 8.0 %. El
agregado grueso presentó un peso especifico de 2.49 g/cm3 y un porcentaje
de absorción de 6.4, los cuales, de acuerdo a la norma, son aptos para la
elaboración de concreto hidráulico por encontrarse entre 2.40 - 2.50 g/cm3 y
4.0 - 12.0%, para el peso especifico y la absorción respectivamente.
El valor de la masa unitaria compactada o apisonada se utiliza para
determinar el volumen absoluto de agregado grueso en las mezclas de
concreto, en donde el peso unitario suelto tiene que ser menor que el peso
unitario compactado ya que el material en estado suelto ocupa un volumen
mayor. Para obtener un diseño de mezcla optimo, es necesario tener la
masa unitaria de los agregados, suelta y apisonada, ya que estos valores
indican la calidad de los agregados; el peso unitario suelto fue de 1.66
154
g/cm3 y 0.730 g/cm3 para el agregado fino y grueso respectivamente, y el
peso unitario apisonado fue de 1.81 gr/cm 3 y 0.773 gr/cm3 para el agregado
fino y grueso respectivamente, se encuentra que cumplen con lo
especificado por la Norma ICONTEC 92 presentando un intervalo entre (1.1
g/cm3 – 1.7 g/cm3).
Se encontró que el modulo de finura determinado para las arenas en el
ensayo de granulometría, el cual fue de 3.23, se encuentra aceptable
dentro del intervalo especificado por la Norma ICONTEC 32, la cual
determina como buen grado de finura los valores comprendidos entre 2.15
– 3.38, concluyéndose que dicho agregado es ideal para fabricar mezclas
de concreto de alta resistencia; en el caso del agregado grueso la
granulometría indicó un coeficiente de uniformidad de 2.5, el cual, de
acuerdo con la Norma ICONTEC 32 indica que es un material de gradación
uniforme ideal para el diseño de concretos de alta resistencia, mientras que
el coeficiente de concavidad fue de 1.7, el cual, indica la presencia en
mayor porcentaje de material fino.
El ensayo de desgaste en la máquina de los ángeles es un indicador de
calidad de los agregados. De acuerdo con la norma ASTM C33-97, el
agregado ensayado puede ser utilizado para pisos y pavimentos, ya que su
desgaste fue del 17.6%, el cual es menor al 40% especificado por la norma.
Cuando la humedad natural es cercana a 0%, se dice que el agregado está
aportando agua a la mezcla de concreto hidráulico en mínimas cantidades,
155
pero si esta cercana a 100% o superior al 50%, se dice que el agregado
está aportando mayor cantidad de agua a la mezcla, de la requerida para el
diseño; es importante saber esta propiedad; el ensayo de humedad
realizado indicó para agregados finos una humedad de 0.41% y para
agregados gruesos un 0.50%, la humedad total de los agregados pétreos
es relativamente baja, esto quiere decir que los poros del agregado están
parcialmente secos y aporta una mínima cantidad de agua a la mezcla
según Norma ICONTEC 1776.
El cemento utilizado es un cemento óptimo para la producción de morteros,
ya que su porcentaje de finura fue del 97.6 %, y se encuentra dentro del
intervalo optimo comprendido entre el 96 % y 98 % establecido por la
Norma ICONTEC 226. Cuanto más fino sea el cemento, mayor será la
cantidad que se hidrate debido a que la superficie total que está expuesta al
agua será mucho mayor.
El peso específico del cemento, utilizado fue de 3.14 g/cm3, lo cual, de
acuerdo con la Norma ICONTEC 221, puede ser concreto de alta
resistencia, ya que, se encuentra entre 3.10 a 3.15 g/cm 3 .
Para una pasta del 24% se obtuvo una penetración en el aparato de Vicat
de 10 mm, la cual está dentro del intervalo especificado para pasta normal
según la Norma ICONTEC 110. Este ensayo es muy importante, ya que la
calidad de la pasta influye en la calidad del hormigón.
156
Para el ensayo de Vicat el tiempo de fraguado inicial se obtuvo a las 3
horas 57 minutos, que según lo establecido para los cementos
colombianos, el tiempo de fraguado inicial no debe ser menor a una hora.
Considerando el resultado obtenido, se concluye que la muestra de la pasta
de cemento presenta un correcto comportamiento de fraguado inicial.
El tiempo de fraguado inicial por el método de Guillmore resulto en 2 horas
y 20 minutos, sabiendo que para los cementos colombianos, el fraguado
inicial por este método debe ser mayor o igual a 45 minutos, se tiene que la
pasta de cemento utilizada, presenta un comportamiento de fraguado inicial
dentro de los parámetros establecidos, por lo tanto se concluye que es
normal. El tiempo de fraguado final fue de 7 horas y 20 minutos, lo cual,
indicó que es una pasta de cemento normal ya que el tiempo de fraguado
final en los cementos colombianos no debe ser mayor a las 10 horas.
La resistencia a la tracción obtenida en briquetas con adición de silicato de
sodio incrementaba, a medida que se incrementaba el porcentaje de silicato
de sodio. Con estos resultados se observa un aumento en la resistencia a
los 28 días respecto a las briquetas sin silicato de sodio; este ensayo indicó
que la adición de silicato de sodio a un mortero de pega cumple para el uso
de obras de mampostería.
La resistencia a la compresión en cubos obtenida con adición de silicato
de sodio, aumentó a medida que se incrementaba el porcentaje de silicato.
Con estos resultados se observa un aumento de la resistencia a los 28 días
157
respecto a los cubos sin silicato de sodio; este ensayo indicó que la adición
de silicato de sodio a un mortero de pega cumple para el uso en obras de
mampostería.
El porcentaje de fluidez obtenido del cemento, se encuentra en el intervalo
establecido por la Norma ICONTEC 11, el cual debe estar entre 100% y
115%, ya que se obtuvo un valor de 109.15 %, lo que indica que el mortero
minimizó circunstancialmente el porcentaje de
error; con base a los
resultados se obtuvo un mortero ideal, que cumple con el rango de fluidez,
y que puede ser utilizado en estructuras como pórticos, muros y refacciones
de columnas, donde la fluidez permite una mayor manejabilidad y mayor
resistencia.
En el diseño de mezclas de concreto hidráulico es necesario conocer el
asentamiento. Este se determinó en el laboratorio
mediante la Norma
ICONTEC 396 y cuyos valores fueron de 7.3 cm para 3000 p.s.i y de 7.6 cm
para 4000 p.s.i. Esto no generó cambios en los diseños de las mezclas, ya
que se asumió para estos un valor de asentamiento de 7.5 cm, el cual se
encuentra entre el intervalo estipulado en la tabla 30, la cual expresa este
intervalo en función del sistema de colocación, el sistema de compactación,
el tipo de construcción, y la consistencia normal del cemento, ya que este
intervalo se manifiesta entre 50-100 mm según la tabla; ya que el sistema
de compactación utilizado para hacer los cilindros fue manual y la
consistencia de la pasta es media. Este ensayo se aplicó de igual manera
para las diferentes mezclas que contienen 0%, 6% 9% y 12% de silicato de
158
sodio y para las diferentes resistencias respectivamente, donde se obtuvo
para el concreto de 3000 p.s.i, valores de asentamiento de 7.3, 7.1, 6.3 y
5.6 cm, y para el concreto hidráulico de 4000 p.s.i, valores de asentamiento
de 7.4, 6.9, 6.5 y 5.8 cm, con lo que se realizaron las graficas 45 y 46,
correspondientes a la variación del asentamiento vs el porcentaje de silicato
adicionado; dando como resultado una disminución considerable en el
asentamiento, lo que expresa una mejor calidad en el concreto hidráulico
diseñado.
El ensayo de laboratorio con el que se midió la resistencia a la compresión
de cilindros normales de hormigón, se realizó de acuerdo a la Norma
ICONTEC 673; se hizo primero el diseño de la mezcla de concreto para
3000 p.s.i y 4000 p.s.i, por el método de la A.C.I 211 en donde se utilizaron
los datos correspondientes de los materiales que integran la mezcla de
concreto hidráulico; se calcularon las cantidades requeridas de material, se
adicionó porcentajes de silicato al 0%, 6%, 9% y 12% en peso para cada
una de las resistencias antes diseñadas; el ensayo de laboratorio describió
una tendencia marcada a ganar resistencia con la utilización del Silicato ya
que tanto a los 7, 14 y 28 días el dato promediado de los cilindros, es
considerablemente mayor en resistencia a las muestras realizadas sin
adición de este; en el caso del diseño de 3000 p.s.i sin adición de Silicato
de sodio, se observa que no alcanzó la resistencia requerida a los 28 días,
y fue necesario la adición del Silicato para alcanzar y mejorar su
resistencia, en el caso de 4000 p.s.i, se alcanzó la resistencia deseada sin
159
la adición de Silicato de Sodio; las graficas 43 y 44 expresan una variación
positiva para el concreto hidráulico de 3000 p.s.i y 4000 p.s.i en términos de
resistencia vs días. La calidad del concreto hidráulico a la compresión se
determinó de igual manera obteniendo resultados superiores al 100% en
muestras con presencia de Silicato de Sodio, lo que representa un beneficio
en términos de resistencia a los concretos; el concreto hidráulico de 3000
p.s.i sin adición de silicato presentó un valor del 93.46%, que no por ser
inferior al 100% representa que el diseño este erróneo, al contrario presenta
un valor de calidad ajustado con los rangos admitidos; el porcentaje de
error encontrado en los resultados es mínimo y en otros casos es negativo,
lo que indica que tanto el método de diseño y el proceso de elaboración
fueron los apropiados; la utilización del Silicato de Sodio como adición
natural al concreto hidráulico reduce los costos por metro cubico de
hormigón brindando mayores beneficios al ser requerido.
160
Tabla 49. Variación de precios para el concreto de 3000 p.s.i con adición de silicato de sodio
MATERIAL
CEMETO
AGUA
GRUESO
FINO
SILICATO
TOTAL
$
$
$
$
$
0%
96.768,00
1.920,00
70.350,00
37.240,00
$ 206.278,00
PORCENTAJE DE SILCAITO DE SODIO
6%
9%
$
90.961,92
$
88.058,88
$
1.804,80
$
1.747,20
$
66.129,00
$
64.018,50
$
35.005,60
$
33.888,40
$
6.317,25
$
9.474,05
$ 193.964,49
$ 187.807,72
$
$
$
$
$
12%
85.155,84
1.689,60
61.908,00
32.771,20
12.638,13
$ 181.651,02
Tabla 50. Variación de precios para el concreto de 4000 p.s.i con adición de silicato de sodio
MATERIAL
CEMETO
AGUA
GRUESO
FINO
SILICATO
TOTAL
0%
112.000,00
1.920,00
68.742,00
36.407,00
219.069
$
$
$
$
$
$
PORCENTAJE DE SILCAITO DE SODIO
6%
9%
$
105.280,00
$
101.920,00
$
1.804,80
$
1.747,20
$
64.617,48
$
62.555,22
$
34.222,58
$
33.130,37
$
6.317,25
$
9.474,05
$
205.988
$
208.827
$
$
$
$
$
$
12%
98.560,00
1.689,60
60.492,96
32.038,16
12.638,13
205.419
Figura 49. Relación de precios para la elaboración de un metro cubico de hormigón con o sin
adición de silicato de sodio, para un concreto hidráulico de 3000 p.s.i
COSTOS PARA EL DISEÑO DE 3000 PSI/m3
SILICATO
$-
$ 12.638-13
$ 9.474-05
$ 6.317-25
$ 32.771-20
$ 33.888-40
$ 35.005-60
$ 37.240-00
MATERIAL
FINO
$ 61.908-00
$ 64.018-50
$ 66.129-00
$ 70.350-00
GRUESO
12%
9%
6%
$ 1.689-60
$ 1.747-20
$ 1.804-80
$ 1.920-00
AGUA
0%
$ 85.155-84
$ 88.058-88
$ 90.961-92
$ 96.768-00
CEMETO
$-
$ 20.000-00
$ 40.000-00
$ 60.000-00
PRECIO/m3
161
$ 80.000-00
$ 100.000-00
$ 120.000-00
Figura 50. Relación de precios para la elaboración de un metro cubico de hormigón con o sin
adición de silicato de sodio, para un concreto hidráulico de 4000 p.s.i
COSTOS PARA EL DISEÑO DE 4000 PSI/m3
$ 12.638-13
$ 9.474-05
$ 6.317-25
SILICATO
$-
$ 32.038-16
$ 33.130-37
$ 34.222-58
$ 36.407-00
MATERIAL
FINO
$ 60.492-96
$ 62.555-22
$ 64.617-48
$ 68.742-00
GRUESO
12%
9%
6%
$ 1.689-60
$ 1.747-20
$ 1.804-80
$ 1.920-00
AGUA
0%
$ 98.560-00
$ 101.920-00
$ 105.280-00
$ 112.000-00
CEMETO
$-
$ 20.000-00
$ 40.000-00
$ 60.000-00
PRECIO/m3
162
$ 80.000-00
$ 100.000-00
$ 120.000-00
5. CONCLUSIONES
El presente trabajo investigativo complemento los conocimientos educativos
teórico-prácticos, adquiridos durante el
proceso de formación en el claustró
universitario, con un enfoque investigativo desde el punto de vista de la ingeniería
civil.
Los ensayos de laboratorio realizados a los materiales que componen el concreto
hidráulico, como son los agregados pétreos y el cemento, permitieron clasificar y
determinar
las propiedades físicas de estos, indicando que son materiales
óptimos para la elaboración de concretos de alta resistencia ya que los resultados
obtenidos cumplen con los rangos requeridos por la Norma NTC, lo que garantizo
la correcta elaboración de las mezclas de concreto, las cuales fueron diseñadas
para alcanzar 3000 p.s.i y 4000 p.s.i de resistencia.
El diseño de la mezcla se hizo siguiendo el método ACI 211.1, ya que este se
aplica para materiales bien gradados y controlados, salvo que los materiales
colombianos no siempre cumplen con estas especificaciones a menos que se
realicen controles de calidad y se encuentren dentro de los rangos exigidos por
las Normas Técnicas Colombianas, sin embargo este método es el más usado en
las cementeras de nuestro país como es el caso de Cemex, Argos y Holcim, entre
otros, encargadas de la fabricación de concretos de alta y mediana resistencia, por
163
ser un método general en donde se pueden diseñar diferentes concreto hidráulicos
de acuerdo a las especificaciones de los materiales, las condiciones ambientales y
el tipo de construcción u obra en el que se vaya a emplear.
La resistencia a la compresión de los cilindros de concreto hidráulico fallados a los
7, 14 y 28 días de 3000 p.s.i. y 4000 p.s.i., presentaron una mejoría debido a la
adición de Silicato de Sodio en diversas proporciones, trayendo consigo mismo un
beneficio económico, ya que el Silicato de Sodio es un aditivo natural fácil de
conseguir y su abundante uso en diferentes industrias, lo hace un material
competitivo frente a otro tipo de aditivos utilizados para mejorar la resistencia del
concreto hidráulico más costosos, de compleja utilización y manipulación; pero
quedan las expectativas de incrementar el tiempo de falla de las muestras, para
obtener datos de resistencia a largo plazo, y así ver cómo se comportan las
estructuras construidas con este concreto modificado.
Los cilindros de concreto hidráulico que tienen la adición de silicato de sodio, son
muestras que presentan una disminución en su manejabilidad, ya que este se
comporta como un acelerante, por lo que es necesario tener cuidado en el proceso
de mezclado, evitando el rápido fraguado de la mezcla.
El asentamiento obtenido en los cilindros de concreto hidráulico de 3000 p.s.i y
4000 p.s.i, con adición de silicato de sodio, presentaron una disminución
considerable, lo que indica que el silicato es un agente endurecedor, el cual actúa
164
como ligante en todos los componentes de la mezcla, otorgando una mayor
resistencia, garantizando el éxito en las construcciones u obras civiles que tienen
como material principal de fabricación el concreto y que tienen en el asentamiento
uno de sus puntos más críticos y de mayor consideración.
165
BIBLIOGRAFÍA
CALDERON CALDERON, Efraín. BK Variación de resultados de resistencias a
compresión en concretos por vaporación del laboratorio, 2000.
CARVAJAL CELEITA, José Aníbal. BK Investigación y diseño de concreto de
ultra-resistencia, reforzado con fibras de acero, 1998.
GALLEGO ESTEVEZ, José Manuel. Hormigón de Alta Resistencia, estado actual
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Data
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«www.glassven.com/pdf/msds/msds_glassil_karbosil.pdf»[Consultado el 20 de
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INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Tesis y
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INSTITUTO COLOMBIANO DE PRODUCTORES DE CONCRETO-SOLINGRAL.
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166
INSTITUTO COLOMBIANO PARA PRODUCTORES DE CEMENTO. Notas
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NORMAS
TECNICAS
COLOMBIANANAS
PARA
EL
SECTOR
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LA
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QUIMINET. Usos y aplicaciones del silicato de sodio líquido y sólido, [en línea]
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RUIZ SARAY. Rosa Amparo. Estructura para la presentación escrita de los
informes del Proyecto Integrador. En: ASESORIA METODOLOGICA, 1ª: 2003:
Bogotá memorias de la primera asesoría metodología para la presentación de
informes del Proyecto Integrador, 15pgs. Bogotá U.S.B, 2003.
SANCHEZ DE GUZMAN, Diego. Tecnología del Concreto y el Mortero, 341pgs.
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SPIN
S.A.
Producción
Del
Silicato
De
Sodio,
[en
línea]
«www.spinsa.com.co/compania/produccion/» [Consultado el 16 de enero de 2009].
167
ANEXO A
COSTOS TOTALES DE LA INVESTIGACIÓN
RECURSOS MATERIALES
Los recursos materiales necesarios para
la ejecución del presente proyecto de
investigación serán los presentados en la siguiente tabla:
Tabla No. 1. Recursos materiales
CONCEPTO
UN
CANTIDAD
Resma de papel Bond Tamaño carta
Una
5,00
Discos Compactos (CD)
Una
5,00
Silicato de Sodio Liquido
Galón
8.00
Cemento
Bulto 50 Kg
6.00
Grava 3/4
Bulto 50 Kg
4.00
Arena
Bulto 50 Kg
4.0
Fotocopias
Una
100.00
Cartucho de impresora
Una
1,00
Impresiones
Una
450.00
TOTAL PRESUPUESTO RECURSOS MATERIALES
$
$
$
$
$
$
$
$
$
VR. UNIT
10.000.00
1.000.00
10.000.00
17.500.00
7.000.00
7.000.00
100.00
95.000.00
300.00
$
$
$
$
$
$
$
$
$
VR. TOTAL
50.000.00
5.000.00
80.000.00
105.000.00
28.000.00
28.000.00
10.000.00
95.000.00
13.500.00
$ 414.500,00
RECURSOS INSTITUCIONALES
Los recursos institucionales que serán necesarios para el desarrollo de la presente
investigación son:
Universidad de la Salle
-
Biblioteca
-
Laboratorio de Hormigón (Programa de Ingeniería Civil)
Norma ICONTEC
Normas de la ASSTHO
Instituto colombiano de productores de cemento.
168
RECURSOS TECNOLÓGICOS
Los recursos tecnológicos necesarios para el desarrollo del presente proyecto serán los
presentados en la siguiente tabla:
Tabla No. 2. Recursos tecnológicos
CONCEPTO
UN
HORAS VR. UNIT. POR HORA
Computador portátil
Una
150
$
1000.00
Impresora
Una
16
$
2.000.00
Scanner
Una
16
$
700.00
Cámara digital Fotográfica
Una
48
$
900.00
Internet banda ancha
Una
18
$
1.200.00
TOTAL PRESUPUESTO RECURSOS TECNOLOGICOS
$
$
$
$
$
VR. TOTAL
150.000.00
32.000.00
11.200.00
43.200.00
21.600.00
$ 258.000,00
RECURSOS HUMANOS
Los recursos humanos que forman parte para el desarrollo de la presente
investigación son:
Tabla No. 3. Recursos humanos
CARGO
Investigadores Principales
Co-investigadores
ENCARGADOS
Estudiantes de Proyecto
de Grado
Director temático
Asesor metodológico
TOTAL PRESUPUESTO RECURSOS HUMANOS
No HORAS
VR. TOTAL
80
---------
20
5
$
$
138.000.00
148.148.00
$ 263.248,00
RECURSOS FINANCIEROS
La totalidad de recursos financieros a utilizar para el desarrollo de la presente
investigación son:
Valor asumido por la Universidad de la Salle, según acuerdo 157 de diciembre de 2008.
Valor asumido por la Universidad de la Salle, según contrato laboral.
169
Tabla No. 4. Recursos financieros
RUBROS
Materiales
Tecnológicos
Humanos
Subtotal
Imprevistos (5%)
FUENTES DE FINANCIACIÓN
UNIVERSIDAD DE LA
SALLE
INVESTIGADORES
FACULTAD DE
INGENIERIA CIVIL
$ 414.500,00
$ 258.000,00
$ 263.248,00
COSTO TOTAL DE LA INVESTIGACIÓN
170
TOTAL ( $ )
$ 414.500,00
$ 258.000,00
$ 263.248,00
$ 935.748,00
$ 46.787,40
$ 982.535,40
ANEXO B
FICHA TÉCNICA DEL SILICATO DE SODIO
171
ANEXO C
REGISTRO FOTOGRÁFICO
Selección de materiales por cada bachada incluyendo el silicato de sodio para realizar las
mezclas de concreto hidráulico
Adición del porcentaje en peso de silicato de sodio a la mezcla de concreto
172
Proceso de llenado, compactado y enrazado de los moldes con la mezcla de concreto
Muestra de cilindros listos para después de 24H desencofrar y colocarlos en la cámara de
curado
173
Marcación de los cilindros de acuerdo a la codificación dependiendo del porcentaje
de silicato adicionado para evitar posibles errores a la hora de fallar, ya que este
proceso se hará a los 7, 14 y 28 días.
Cilindros de concreto hidráulico listos para desencofrar y ser colocado en la
cámara de curado.
174