Yasel Rodriguez Paradelo - DSpace@UCLV

Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas
Facultad de Construcciones
Departamento de Ingeniería Civil
TRABAJO DE DIPLOMA
Diseño y producción de hormigón con cemento de
bajo carbono producido en prueba semi-industrial
Autor: Yasel Rodríguez Paradelo
Tutor: Ing. Abdel Pérez Hernández
Santa Clara
2015
PENSAMIENTO
Persevera en tu empeño y hallarás lo que buscas; prosigue tu
fin sin desviarte y hallarás tu empeño; combate con energía y
vencerás.
Buda Gautamá
i
DEDICATORIA
A mis padres: por la felicidad constante que me proporcionan,
las innumerables razones que me dan para vivir, su paciencia,
comprensión y apoyo para el logro de mis anhelos, bendición
divina y fuente de toda inspiración para alcanzar mis metas.
ii
AGRADECIMIENTOS
A mis padres y hermano: por ser lo más importante en mi vida, por su cariño,
por su comprensión, por apoyarme en cualquier circunstancia, y preocuparse
por mí, sin ustedes hubiera sido muy difícil llegar hasta aquí. Les agradezco
infinitamente su amor.
A mi novia por amarme tanto y compartir conmigo todos estos años.
A mi segunda familia, la familia de mi novia, porque he vivido con ellos estos
cinco años de universidad y me han ayudado y apoyado de forma incondicional.
A mi tío Pancho por ayudarme tanto en los momentos más difíciles de la
carrera.
A mi tutor Abdel por las horas de dedicación, por su ayuda y por sus ingeniosas
ideas.
Al profesor Raúl porque a pesar de su escaso tiempo le dedicó horas a este
trabajo.
A mi socio Leonardo que siempre hicimos un equipo durante los cinco años.
Al profesor Martirena por darme la oportunidad de trabajar en su equipo.
A los profesores de la carrera, por los conocimientos y experiencias aportadas
para mi formación.
A todas mis amistades y a todas aquellas personas que han sido testigos de mi
formación y han contribuido a lograr esta meta.
A todos mi infinita gratitud
iii
RESUMEN
En los últimos años se han venido desarrollando nuevos tipos de cementos como
es el caso del cemento de bajo carbono (CBC), el cual es más económico que un
cemento Portland y permite reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera al sustituir
parte del clínquer, uno de los componentes más costosos y principal emisor del
gas contaminante durante su proceso de obtención.
Con el objetivo de conocer el comportamiento físico-mecánico de las nuevas
formulaciones de cementos en el hormigón hidráulico, en el presente trabajo se
llevó a cabo el diseño de mezclas de hormigón aplicando el método Toufar, con el
empleo de cuatro variantes de CBC con sustituciones de 35 y 50 % del clínquer y
relación arcilla calcinada-caliza 1:1 y 2:1 y un cemento Portland P 35 como patrón,
todos los cemento fueron obtenidos a escala semi-industrial. Se usaron áridos
procedentes de las canteras El Purio en Villa Clara y La Victoria en La Habana.
Los hormigones elaborados fueron sometidos en estado fresco al chequeo del
asentamiento utilizando el cono de Abrams obteniéndose como resultado un
asentamiento bajo, entre 2 y 4 cm. En estado endurecido se sometieron los
especímenes elaborados al ensayo de resistencia a la compresión, obteniéndose
resultados iguales o superiores a las mezclas elaboradas con cemento Portland P
35, lo cual demuestra el buen comportamiento de los CBC en las mezclas de
hormigón hidráulico. Se demostró que el uso incorrecto de granulometría de áridos
en el método Toufar influye en la resistencia a la compresión.
iv
ABSTRACT
In the last years, new types of cements have been developed, such as low carbon
cement (LCC) , which is more economic than Portland cement and allows reduce
the CO2 emissions to the atmosphere when substituting part of the clinker, one of
the most expensive and main transmitter of the pollutant gas during the extraction
process.
Aimed at knowing the physical-mechanical behavior of the new formulations of
cements in hydraulic concrete, the design of mortar concrete using the Toufar
method was carried out in this work, using four types of LCC with substitutions of
35 and 50 % of clinker and the relation calcined clay-limestone 1:1 and 2:1 and a
Portland cement P 35 as standard, all cements were obtained
in
semi-
industrial scale. The aggregate used came from squares in El Purio in Villa Clara
and La Victoria in La Habana.
The created concrete was submitted in fresh state to the checking of slump using
a cone of Abrams obtaining as result a low slump, between 2 and 4 cm. In hard
state, the created sample was submitted to the test of compressive strength,
obtaining the same or better results of the created mortars with Portland cement P
35, which shows the well behavior of the LCC in the mortars of hydraulic concrete.
It was showed that the wrong use of aggregate grading in the Toufar method has
influence in the compressive strength.
v
ÍNDICE
PENSAMIENTO ..................................................................................................... i
DEDICATORIA ...................................................................................................... ii
AGRADECIMIENTOS .......................................................................................... iii
RESUMEN............................................................................................................ iv
ABSTRACT ........................................................................................................... v
ÍNDICE ................................................................................................................. vi
INTRODUCCIÓN...................................................................................................1
CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL
DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO .......................................7
1.1.
Hormigón con empleo de cementos ternarios ..........................................7
1.1.1.
1.2.
Características y comportamiento del hormigón ................................8
1.1.1.1.
Fraguado y endurecimiento .........................................................8
1.1.1.2.
Laborabilidad ...............................................................................9
1.1.1.3.
Resistencia ................................................................................10
1.1.1.4.
Durabilidad ................................................................................12
Experiencia cubana en el empleo de cementos con materiales alternativos
13
1.2.1.
Antecedentes ...................................................................................13
1.2.2.
Las tobas zeolíticas .........................................................................14
1.2.3.
Uso de suelos arcillosos ..................................................................15
1.2.4.
El sistema clínquer-metakaolín-carbonato de calcio ........................16
1.2.5.
El sistema clínquer- arcilla calcinada-carbonato de calcio ...............16
1.3.
Diseño de mezclas de hormigón ............................................................17
1.3.1.
1.3.1.1.
Métodos basados en la resistencia a la compresión .................17
1.3.1.2.
Métodos de dosificación basados en el contenido de cemento.20
1.3.2.
1.4.
Métodos de dosificación teóricos-analíticos .....................................17
Métodos de dosificación experimentales .........................................22
Empaquetamiento en las mezclas de hormigón hidráulico.....................23
1.4.1.
Forma de las partículas ...................................................................23
vi
1.4.2.
Contenido mínimo de vacíos ...........................................................24
1.4.3.
Granulometría ..................................................................................25
1.4.3.1.
1.4.4.
1.5.
Granulometría óptima ................................................................27
Método de diseño de mezclas de hormigón “Toufar” .......................28
Conclusiones parciales...........................................................................28
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO ................................................................................................30
2.1.
Generalidades ........................................................................................30
2.2.
Materias primas para el hormigón ..........................................................30
2.2.1.
Cemento ..........................................................................................30
2.2.2.
Árido fino ..........................................................................................33
2.2.3.
Árido grueso: Granito .......................................................................35
2.2.4.
Agua ................................................................................................38
2.2.5.
Aditivo químico.................................................................................38
2.3.
Declaración de variables ........................................................................39
2.3.1.
Variables independientes .................................................................39
2.3.2.
Variables dependientes ...................................................................40
2.4.
Dosificaciones obtenidas ........................................................................40
2.5.
Cantidad de probetas a producir ............................................................41
2.6.
Producción de hormigón.........................................................................42
2.6.1.
Elaboración de hormigón en la ECOT .............................................42
2.6.2.
Elaboración de hormigón en el CIDC...............................................43
2.7.
Proceso de elaboración y análisis de las probetas .................................44
2.7.1.
Chequeo del asentamiento ..............................................................44
2.7.2.
Vertido del hormigón en los moldes .................................................44
2.7.3.
Compactación ..................................................................................45
2.7.4.
Curado de las probetas ....................................................................45
2.7.5.
Resistencia ......................................................................................46
2.8.
Conclusiones parciales...........................................................................46
CAPÍTULO III. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS .....................48
vii
3.1.
Generalidades ........................................................................................48
3.2.
Ensayo realizado al hormigón fresco .....................................................48
3.2.1.
Asentamiento en la ECOT ...............................................................48
3.2.2.
Asentamiento en el CIDC ................................................................49
3.3.
Ensayo realizado al hormigón endurecido..............................................50
3.3.1.
Resistencia obtenida en la ECOT ....................................................50
3.3.2.
Resistencia obtenida en el CIDC .....................................................52
3.4.
Análisis del cemento...............................................................................53
3.5.
Conclusiones parciales...........................................................................54
CONCLUSIONES ................................................................................................55
RECOMENDACIONES .......................................................................................56
BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................57
ANEXOS .............................................................................................................62
viii
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
La sociedad actual demanda de fuertes inversiones en la construcción de
industrias, viviendas y centros turísticos para el desarrollo sustentable de cada
región y país, lo cual está muy vinculado con la producción de cemento y su uso
como principal componente del hormigón, segundo material más utilizado en el
mundo después del agua (Labrada, 2014).
Al igual que la mayoría de los procesos industriales, la fabricación de cemento
produce CO2, generado a partir de tres fuentes diferentes: la descarbonatación
de la caliza en el horno (cerca de 525 Kg de CO2 por tonelada de clínquer), la
quema de combustibles fósiles en la obtención del clínquer (aproximadamente
335 Kg de CO2 por tonelada de cemento) y el uso de la electricidad (50 Kg de CO2
por tonelada de cemento) (Francisco, 2009). Estos datos demuestran por qué la
industria del cemento es la responsable de entre un 5 y un 8 % de las emisiones
globales de CO2. Para el 2050 se espera que la demanda de este aglomerante
supere las 5000 millones de toneladas, lo cual contribuiría a un incremento de más
del 3 % de las emisiones de CO2 con respecto a los valores reportados en 2011
(Hernández, 2003).
Varios estudios se han llevado a cabo en los últimos años para reducir las
emisiones de CO2 asociadas a la producción del cemento. Como resultado de
estas investigaciones surgieron los denominados cementos de adición que
corresponden a mezclas binarias, cementos con sustitución parcial del cemento
Portland (CP) por adiciones minerales inertes (calizas), o adiciones químicamente
activas, tales como puzolanas (humo de sílice, metakaolín, ceniza volante, ceniza
de cascarilla de arroz) o escorias siderúrgicas de alto horno.
A partir de los conceptos expresados anteriormente surgieron los denominados
cementos compuestos, los cuales se basan en la introducción de dos o más
adiciones para obtener mejores propiedades finales. Los efectos sinérgicos de los
componentes en estos cementos permiten que cada uno de ellos compense sus
deficiencias mutuas dando lugar a la producción de hormigones amigables con el
ambiente, contando con los requerimientos del mercado y sin altos costos de
inversión. Dentro de este tipo de cementos se han estudiado cementos con el uso
1
INTRODUCCIÓN
de caliza como adición mineral activa formando parte del sistema clínquer – arcilla
calcinada − carbonato de calcio (Vance and Aguayo, 2013). La aplicación de este
nuevo sistema incide directamente en la reducción de los costos ambientales,
asociados a las emisiones de CO2, sin que ello implique mayores costos de
producción -los cuales pueden ser incluso menores- ni grandes inversiones.
Debido al evidente impacto ecológico de este tipo de aglomerante, a este nuevo
producto se le ha denominado informalmente como “cemento de bajo carbono”
(Andrés, 2014).
El CBC o LC3 como también se le conoce, es una formulación novedosa de
cemento desarrollada por un equipo técnico del Centro de Investigación y
Desarrollo de Estructura y Materiales de la Universidad Central "Marta Abreu" de
las Villas, CIDEM y el Instituto Federal de Tecnología de Lausana, EPFL, que
permite sustituir una buena parte del clínquer -uno de los componentes más
costosos del cemento- por una combinación de arcilla calcinada, conocida como
"Metakaolín", y carbonato de calcio en forma de piedra caliza.
El principal uso del cemento es la elaboración del hormigón, el cual se fabrica con
materiales que por su naturaleza son inestables y cambiantes: grava, arena, agua
y cemento. A esto se suma el hecho de que la combinación de estos elementos
no puede ser matemáticamente igual de una amasada a otra, todo lo cual lleva a
concluir que el hormigón es un material estadísticamente variable (LAFARGE,
2011).
Dosificar una mezcla de hormigón es determinar la combinación más práctica y
económica de los agregados disponibles con el fin de producir una mezcla con el
grado requerido de laborabilidad, que al endurecer a la velocidad apropiada
adquiera las características de resistencia y durabilidad necesarias para el tipo de
construcción en que va a utilizarse (Rivera and Gerardo, 2007).
El diseño de una mezcla es un proceso que consiste en tres pasos
interrelacionados:

Selección de los constituyentes del hormigón.
2
INTRODUCCIÓN

Determinación de sus cantidades relativas para producir, lo más
económicamente posible, un hormigón de las características apropiadas,
tanto en estado fresco como endurecido.

Ajuste de las cantidades estimadas mediante ensayos con probetas de
prueba.
Aunque muchas de las propiedades de los hormigones son importantes, la
mayoría de los métodos están dirigidos a la obtención de cierta resistencia a la
compresión con una laborabilidad determinada. Si esto se logra con éxito y el
hormigón está bien especificado, las otras propiedades también serán
satisfactorias (Quesada, 2012).
Dentro de este contexto, en la presente investigación se plantea como problema
científico:
¿De qué manera el empleo de cuatro tipos de CBC, a partir de la sustitución del
35 y 50 porciento del clínquer del cemento Portland por adiciones de arcilla
calcinada-caliza producidos a escala semi-industrial, empleados en la fabricación
de mezclas de hormigón hidráulico en Cayo Santa María y el Centro de
Investigación y Desarrollo de la Construcción, contribuye a la mejora del
comportamiento físico-mecánico del hormigón a 2, 7 y 28 días de edad?
Para ello se traza la siguiente hipótesis:
El empleo de sustituciones de clínquer hasta un 50 porciento por arcilla calcinadacaliza en la fabricación de cuatro tipos de cementos de bajo carbono y agregados
en las mezclas de hormigón, aplicando el método Toufar, favorece el correcto
empaquetamiento de las partículas y un similar comportamiento mecánico al
hormigón producido con cemento Portland P-35.
El objetivo general de la investigación es:
Evaluar la influencia del empleo de los cementos de bajo carbono, a partir de la
sustitución del 35 y 50 porciento del clínquer del cemento Portland, por adiciones
de arcilla calcinada-caliza a escala semi-industrial y la aplicación del método de
diseño Toufar en la mejora del empaquetamiento y comportamiento físico
mecánico del hormigón a 2, 7 y 28 días, de forma similar al fabricado con un
cemento Portland.
3
INTRODUCCIÓN
Como objetivos específicos:
1. Fundamentar el papel de los cementos ternarios y los métodos de diseño
de mezclas en el mejoramiento del comportamiento físico, mecánico y
ambiental de los hormigones hidráulicos.
2. Evaluar las principales propiedades físicas de los áridos de las canteras El
Purio y La Victoria para la fabricación de hormigones.
3. Evaluar las propiedades físico-mecánicas de las formulaciones de los
cuatro nuevos cementos de bajo carbono.
4. Producir hormigones con cementos de bajo carbono obtenidos con la
aplicación del método Toufar para el cálculo de los constituyentes.
5. Evaluar el comportamiento físico-mecánico de los hormigones en estado
fresco y endurecido a diferentes edades.
Las tareas científicas a desarrollar son:
1. Análisis crítico de la literatura científica publicada sobre la producción de
cementos ternarios y sobre el diseño de mezclas de hormigón.
2. Caracterización química del cemento.
3. Caracterización química de los aditivos químicos.
4. Caracterización física de los áridos.
5. Diseño óptimo de mezclas de hormigón.
6. Elaboración de hormigones con el diseño de mezcla optimizado.
7. Evaluación de las propiedades de los hormigones en estado fresco.
8. Evaluación de las propiedades de los hormigones en estado endurecido.
La novedad científica de este trabajo radica en la obtención, mediante un diseño
óptimo, de una mezcla de hormigón utilizando CBC.
Los aportes del trabajo son los siguientes:
Teórico: Se presenta una amplia recopilación de la información relacionada con
el CP y los cementos ternarios, así como los diferentes métodos de diseño de
mezclas. Casi el total de la información recopilada es actual ya que está
comprendida en el período de los últimos cinco años y además se consultaron
varios artículos de autores nacionales e internacionales principalmente,
relacionados con el tema.
4
INTRODUCCIÓN
Práctico: Constituye un pilar fundamental para la elaboración futura a escala
industrial de hormigones utilizando CBC mediante un diseño óptimo, lo cual puede
disminuir los costos de producción del hormigón si la mezcla obtenida cumple con
las normativas vigentes.
Metodológico: Se realiza un amplio estudio de los diferentes métodos de diseño
de mezclas de hormigón y se selecciona el más adecuado según los diferentes
criterios de los autores y las características de los materiales a utilizar.
Estructura de la investigación:

Resumen.

Introducción: Estructura del diseño de la investigación.

Capítulo I: Fundamentos sobre los cementos mezclados y el diseño de
mezclas de hormigón hidráulico.
En este capítulo se realiza un análisis de la literatura disponible relacionada
con los cementos mezclados y los diferentes métodos de diseño de mezclas
de hormigón hidráulico.

Capítulo II: Diseño y producción de hormigón con cemento de bajo carbono.
Se analizan todas las materias primas para la producción de hormigón
hidráulico y se realiza el diseño de mezclas aplicando el método Toufar.

Capítulo III: Análisis y discusión de los resultados obtenidos.
Se analizan los resultados obtenidos de los ensayos realizados a los
hormigones en estado fresco y endurecido.

Conclusiones.

Recomendaciones.

Bibliografía.

Anexos
5
INTRODUCCIÓN
Diagrama metodológico de la investigación:
Problema científico
Recopilación de bibliografía
Formación de base teórica
Planteamiento de hipótesis
Definición de objetivos
Definición de tareas científicas
Estudio bibliográfico y estado
Diseño y desarrollo
del arte de la temática
de la investigación
Análisis de los resultados
Conclusiones y recomendaciones
6
CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL
DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
1.1. Hormigón con empleo de cementos ternarios
Sobre la base del aporte y las limitaciones de la incorporación de materiales
cementicios suplementarios en la formulación de cementos mezclados binarios,
se han llevado a cabo investigaciones que combinan ventajas y desventajas de
algunas adiciones, dando lugar a nuevas generaciones de cementos ternarios,
incluso cuaternarios (Andrés, 2014).
Los cementos mezclados pueden conformar sistemas binarios al combinar el CP
o el clínquer con un material cementicio suplementario (MCS) como arcilla
calcinada, zeolita, cenizas volantes, etc., pero también puede ser un material sin
propiedades cementicias como la caliza, aunque a veces, debido a la composición
del clínquer, puede tenerla. En la actualidad, el estudio e incorporación de nuevas
adiciones ha devenido en el surgimiento de formulaciones más complejas como
son los sistemas ternarios. Los cementos mezclados con sistema ternario son los
productos de la mezcla de dos componentes reactivos con el clínquer,
reaccionando estos componentes con el proceso de hidratación del cemento
formando productos de hidratación que brindan resistencia y por ende posibilitan
la sustitución de una parte del clínquer (Mederos, 2013).
Un beneficio del uso de adiciones en el cemento se deriva del hecho de incorporar
partículas muy finas en el hormigón, ayudando a mejorar la laborabilidad de la
mezcla, e incluso a reducir la demanda de agua para una consistencia
determinada, la reducción de la segregación, evita la exudación, reduce la
porosidad, hace que el hormigón sea más estable frente a la fisuración, la
retracción tanto hidráulica como térmica y a la expansión por cal libre, sulfatos y
por la reacción álcali - agregado, y en cuanto a la durabilidad hace que los
hormigones tengan un mejor comportamiento frente a ataques de las agua puras,
acidas, de mar, y a suelos sulfatados, entre otras.
En estos sistemas reaccionan las fases con altos contenidos de alúmina de la
arcilla calcinada con la portlandita que se libera durante la hidratación del clínquer,
los carbonatos contenidos en la roca caliza y los sulfatos contenidos en el yeso
7
CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
adicionado a la mezcla, para formar fases del tipo Afm (hemicarbo y
monocarboaluminatos) debido a la presencia de caliza, aunque la arcilla también
puede formar otros productos (Rojas, 2013).
El hormigón armado preparado con arena o agregados conteniendo sílice amorfa
o agregados silíceos puede deteriorarse por la formación de geles alcalinos
expansivos de silicato. El método óptimo para minimizar el potencial de expansión
debido a la reacción sílice - alcalino en hormigón armado es reemplazar una
porción del clínquer con un MCS. Las cenizas volantes, la escoria de alto horno,
el humo de sílice, el metakaolín y las puzolanas, en cantidades apropiadas, son
un antídoto para la reacción sílice - alcalino. Las mezclas de dos materiales
cementicios suplementarios con clínquer (mezclas ternarias) son muy efectivas en
impedir el deterioro debido a la reacción sílice – alcalino (Khan and Siddique,
2011).
1.1.1. Características y comportamiento del hormigón
1.1.1.1. Fraguado y endurecimiento
La pasta del hormigón se forma mezclando cemento artificial y agua debiendo
embeber totalmente a los áridos. La principal cualidad de esta pasta es que fragua
y endurece progresivamente, tanto al aire como bajo el agua.
El proceso de fraguado y endurecimiento es el resultado de reacciones químicas
de hidratación entre los componentes del cemento. La fase inicial de hidratación
se llama fraguado y se caracteriza por el paso de la pasta del estado fluido al
estado sólido. Esto se observa de forma sencilla por simple presión con un dedo
sobre la superficie del hormigón. Posteriormente continúan las reacciones de
hidratación alcanzando a todos los constituyentes del cemento que provocan el
endurecimiento de la masa y que se caracteriza por un progresivo desarrollo de
resistencias mecánicas.
El fraguado y endurecimiento no son más que dos estados separados
convencionalmente; en realidad solo hay un único proceso de hidratación
continuo.
8
CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
En el cemento portland, el más frecuente empleado en los hormigones, el primer
componente en reaccionar es el aluminato tricálcico con una duración rápida y
corta (hasta 7-28 días). Después el silicato tricálcico, con una aportación inicial
importante y continua durante bastante tiempo. A continuación el silicato bicálcico
con una aportación inicial débil y muy importante a partir de los 28 días (Carrasco,
2009).
El fenómeno físico de endurecimiento no tiene fases definidas. El cemento está
en polvo y sus partículas o granos se hidratan progresivamente, inicialmente por
contacto del agua con la superficie de los granos, formándose algunos
compuestos cristalinos y una gran parte de compuestos microcristalinos similares
a coloides que forman una película en la superficie del grano. A partir de entonces
el endurecimiento continúa dominado por estas estructuras coloidales que
envuelven los granos del cemento y a través de las cuales progresa la hidratación
hasta el núcleo del grano.
El hecho de que pueda regularse la velocidad con que el cemento amasado pierde
su fluidez y se endurece, lo hace un producto muy útil en construcción. Una
reacción rápida de hidratación y endurecimiento dificultaría su transporte y una
cómoda puesta en obra rellenando todos los huecos en los encofrados. Una
reacción lenta aplazaría de forma importante el desarrollo de resistencias
mecánicas. En las fábricas de cemento se consigue controlando la cantidad de
yeso que se añade al clínquer de cemento (Müller, 2013).
En condiciones normales un hormigón Portland comienza a fraguar entre 30 y 45
minutos después de que ha quedado en reposo en los moldes y termina el
fraguado trascurridas las 10 o 12 horas. Después comienza el endurecimiento que
lleva un ritmo rápido en los primeros días hasta llegar al primer mes, para después
aumentar más lentamente hasta llegar al año donde prácticamente se estabiliza.
1.1.1.2. Laborabilidad
La laborabilidad de las mezclas, es una característica importante que se manifiesta
en su estado fresco y que determina en gran medida las propiedades a corto,
mediano y largo plazo del producto terminado y puede ser medida en pastas,
morteros u hormigón según la naturaleza de la aplicación.
9
CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
La elevada superficie específica de la mayoría de las adiciones que se emplean
como sustituto parcial del clínquer, como consecuencia de las características de
la molienda, afectan considerablemente la laborabilidad de los hormigones y la
durabilidad de estos porque demandan más agua para lograr una adecuada
laborabilidad, lo que hace que aumente la relación a/c y con esto, al aumentar la
porosidad, disminuye la resistencia y afecta la durabilidad. Un control inadecuado
en la molienda para cementos con sustitución del clínquer superior al 15% provoca
un aumento en la finura y la superficie específica del cemento obtenido (Mederos,
2013).
Varios autores están de acuerdo con que el uso de metakaolín promueve una
disminución en la laborabilidad debido a su finura y elevada superficie específica.
Este efecto requiere un aumento de la cantidad de agua en la mezcla o el uso de
aditivos reductores de agua que provoquen el aumento de la fluidez en el sistema.
El aumento de la cantidad de agua necesaria para lograr una determinada
laborabilidad, podría provocar una disminución considerable de la resistencia por
lo que el uso de aditivos reductores de agua o fluidificantes es la mejor opción para
la utilización de estos cementos. Cuando estos son utilizados, la dispersión de
aglomerados de metakaolín es más eficaz y refleja mejores propiedades del
hormigón en estado fresco como en estado endurecido.
Los cementos a base de clínquer-arcilla calcinada-carbonato de calcio muestran
una reducción de la laborabilidad de los hormigones producidos con estos, siendo
necesaria mayor cantidad de agua y/o aditivo superplastificantes para lograr la
consistencia requerida en comparación con los hormigones producidos con
cemento P-35 (Francisco, 2009).
1.1.1.3. Resistencia
El empleo de adiciones minerales para la producción de cementos mezclados no
solo trae beneficios ecológicos, sino que contribuye a la mejora de determinadas
propiedades en los hormigones, tales como menor calor de hidratación,
resistencias
mecánicas
superiores,
alta
resistencia
ante
sulfatos,
baja
permeabilidad, así como baja reactividad álcali-agregado.
10
CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
El período de hidratación de la pasta de cemento en el hormigón va acompañado
de cambios en la estructura que conllevan al endurecimiento del hormigón. La
propiedad más importante una vez que el hormigón ha endurecido, es alcanzar la
resistencia con la que se ha proyectado que garantice que no sufra daños ni
desperfectos en su vida útil. La parte sólida de la pasta de cemento, especialmente
los hidrosilicatos de calcio y las fases cristalinas formadas, son los responsables
de la resistencia en el hormigón (Labrada, 2014).
Estudios realizados han demostrado un excelente potencial en las arcillas
calcinadas, para que, mezcladas con el CP en sustituciones de hasta un 30 %,
mejoren significativamente la resistencia y la durabilidad del hormigón. La
reactividad de las arcillas calcinadas depende en gran medida del contenido de
caolinita y por tanto su empleo como puzolana artificial en la producción de
morteros y hormigones, ya que se reconoce su importante contribución en las
resistencias mecánicas, reducción de la permeabilidad y durabilidad (Lara, 2010).
Una investigación sobre la influencia del metakaolín en el mortero muestra varias
ventajas en las propiedades de resistencia mecánica y durabilidad y una
disminución de la retracción debido al aumento de densidad del material. El
refinamiento de los poros y densificación de la interface justifican las mejoras en
la resistencia mecánica, reducción de absorción de agua capilar, mejora en la
resistencia química y aumento de la durabilidad (Khan and Siddique, 2011).
Con una sustitución del contenido del clínquer por un 30% de metakaolín y el uso
de aditivo se logra una baja porosidad y un aumento considerable de resistencia
mecánica. Los resultados de la investigación de H. Paiva establecen que al
realizar reemplazos de metakaolín por cemento con porcentajes del 10 %, se
logran los máximos valores de resistencias a compresión. Valores superiores al
10 % no muestran aumentos significativos. Al realizar reemplazos de cemento por
metakaolín, con porcentajes entre el 30 % y 40 %, se logra remover
completamente el hidróxido de calcio, sin embargo, la resistencia a la compresión
en estas mezclas con reemplazos por encima del 20 % disminuyen drásticamente
(Mederos, 2013).
11
CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
El Carbonato de Calcio (CaCO3) se clasifica como una adición del tipo I
(Aproximadamente Inerte) por ser un filler calizo cuya función principal es suplir la
carencia de los finos aportados por los áridos, lo que puede provocar una mayor
laborabilidad, compacidad y retención de agua en la mezcla y además pueden
reducir la demanda de cemento en la mezcla sin afectar sus propiedades y las
prestaciones del hormigón endurecido. Esta adición tiene un doble papel durante
los procesos de hidratación, una parte reacciona sinérgicamente con las fases
alumínicas de las arcillas calcinadas, dando lugar a la obtención de fases que
estabilizan la fase etringita, propiciando con ello un incremento del volumen total
de productos de reacción, el decrecimiento de la porosidad y por tanto el aumento
de la resistencia. La otra parte de la caliza actúa como filler inerte, proporcionando
superficie específica adicional para la precipitación de los productos de reacción,
favoreciendo con ello las resistencias iniciales (Rojas, 2013).
1.1.1.4. Durabilidad
El término durabilidad puede resultar amplio y ambiguo, debido a su naturaleza
multifactorial. Para los propósitos de este trabajo, la definición brindada por la ACI
y la ASTM la describen de un manera más concisa, en ese orden, como la
capacidad de resistir la acción de los agentes atmosféricos, ataques químicos,
abrasión o cualquier proceso de deterioro y el funcionamiento seguro de una
estructura o parte de ella durante la vida prevista en el proyecto (Labrada, 2014).
Es válido aclarar que la presencia de hidróxido de calcio (CH) en la matriz de la
mezcla a base de CP es perjudicial por los efectos de carbonatación y la lixiviación
de este producto. La carbonatación podría llegar a consumir la protección pasiva
que cubre el refuerzo (en el caso de hormigones armados), permitiendo la reacción
de éste, con los agentes agresivos. La lixiviación que se produce cuando es
disuelto o lavado el CH presente en la matriz y es retirado de la misma, puede
romper el equilibrio entre los productos de reacción y causar la destrucción parcial
o total de los silicatos y aluminatos hidratados. La fuerza del ataque depende de
la presencia de CH y la solubilidad de los productos de reacción (Hernández,
2003). Estos criterios tienen su base en una interpretación parcializada de los
mecanismos de ataque físico y químico al hormigón. Se ha demostrado que el CH
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CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
utilizada en ciertas proporciones puede ayudar significativamente a mejorar la
durabilidad del hormigón (Dopico and Hernández, 2008).
Por ser los hormigones y morteros materiales porosos, su durabilidad está
asociada a la entrada y salida de líquidos desde y hacia la matriz, que resulta débil
en este sentido. Ante el ataque de sustancias químicas agresivas, el agua que
entra al sistema de poros puede convertirse en el electrólito, en el que reaccionan
los iones sulfato, cloruro o dióxido de carbono. Por ello, la forma óptima de mejorar
la resistencia de un hormigón ante el ataque de agentes externos es aumentar su
impermeabilidad, para evitar que se produzca el transporte de líquidos a través del
sistema de poros (Lara, 2010). Teniendo en cuenta el tamaño y continuidad de los
poros se puede hacer que un material sea más o menos resistente ante la entrada
de agua y por tanto tenga mayor durabilidad. Con la adición de un alto porcentaje
de finos y una alta densidad de la pasta de cemento se logra una alta
impermeabilidad, que protege a hormigón de la carbonatación. El Dr. Ing. José F.
Martirena ha demostrado que en breve espacio de tiempo gran parte del CH
añadido habrá reaccionado con las puzolanas, y quedará sólo un mínimo para
mantener el equilibro entre los productos de reacción. De esta forma, el porcentaje
de productos hidratados es superior a cuando se emplean adiciones minerales
finas, y por ende la estabilidad de los productos de reacción y la impermeabilidad
de la matriz son mayores (Talero, 2005).
1.2. Experiencia cubana en el empleo de cementos con materiales
alternativos
1.2.1. Antecedentes
La utilización de puzolanas como extensores del clínquer de CP en Cuba data
desde principios de los años 1980-1990. En el país existe un gran potencial de
puzolanas naturales con numerosos yacimientos de rocas zeolitizadas y de vidrio
volcánico diseminado prácticamente por todo el territorio nacional, las cuales
generalmente muestran una elevada actividad puzolánica. Estas fueron utilizadas
como adiciones en fábrica para producir otras variedades de CP, conocidas como
PP-350, PP-250 y CA-160 (Labrada, 2014).
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CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
La crisis que comenzó con el colapso del Socialismo en el este de Europa trajo, a
partir de 1989, una seria reducción de la capacidad de producción de cemento en
Cuba, la cual llegó a tener valores similares a los de los años 1970-80. La falta de
portadores energéticos, y la escasez de divisas convertibles, unido a la necesidad
de mantener intocables los programas sociales de la Revolución, hicieron que el
país se orientara hacia alternativas más económicas que la producción de
cemento en grandes plantas.
De esta forma surge el llamado popularmente “Cemento Romano”, con la puesta
en marcha de la primera planta en “El Brujo”, Santiago de Cuba, a mediados de
1987; la misma contaba con instalaciones de trituración, remolienda y
clasificación, que culminaban con la molienda fina conjunta de la cal y la puzolana
denominada "toba Manganeso", proveniente del yacimiento de Palmarito de
Cauto, que había sido ya explotada para la fábrica de cemento “José Mercerón
Allen” de Santiago de Cuba. A este desarrollo siguieron otros en las provincias
orientales, algunos continúan hoy en explotación. Aunque no se desarrolló con
todo el éxito que se esperaba y requería; por lo que su producción ha sido
abandonada casi de forma completa desde finales de los 1990 (Toraya, 2001).
En los últimos años los estudios sobre materiales cementicios suplementarios han
estado concentradas en las tobas zeolíticas, debido a sus extensas reservas y
facilidad en cuanto a su procesamiento. También se cuenta con experiencias en
la utilización de sílica fume, material de gran reactividad que ha sido importado
para la fabricación de hormigones sometidos a ambientes agresivos. Otro material
ampliamente usado por la industria del cemento en Cuba es el carbonato de calcio
en forma de piedra caliza sin calcinar, que se añade habitualmente en bajas
proporciones como material inerte (Rojas, 2013).
1.2.2. Las tobas zeolíticas
Contrario a las tendencias internacionales, la producción de CP en Cuba
representa el 75 % de las producciones totales de manera sostenida durante los
últimos años, mientras que los cementos mezclados significan aproximadamente
el 23 %. Aunque el empleo de materiales cementicios suplementarios como
extensores de clínquer también es una alternativa empleada en la isla, esta ha
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CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
estado centrada solamente en el uso de tobas zeolíticas (llamadas en el argot
popular como “zeolitas”) debido a su probada reactividad puzolánica y la gran
disponibilidad de reservas, que se estiman en el orden de los 360 MMt de recursos
identificados y hasta 500 MMt inferidos de acuerdo a los yacimientos estudiados.
Las tobas zeolíticas son adicionadas al clínquer de CP en cantidades del 10 - 35
% para la producción de cementos PP-25, PP-35 y Pz-25, según establece la
norma cubana NC 96: 2001; cantidades superiores pueden provocar el detrimento
de las propiedades mecánicas (Andrés, 2014).
1.2.3. Uso de suelos arcillosos
Una investigación realizada por Dayrán Rocha en el 2009 analizó el uso de
adiciones minerales activas como materiales cementicios suplementarios al CP,
usando sustituciones de un 20, un 30 y un 40 % de su peso. Fueron utilizados
suelos arcillosos de la localidad de Manicaragua. Estos se calcinaron a 900 °C
durante 60 minutos en una mufla y se molieron durante 120 minutos en un molino
de bolas MB-600. El trabajo estuvo encaminado en evaluar a escala de laboratorio
las propiedades mecánicas en microhormigones (mortero estructural, el cual se
realiza con áridos de diferente granulometría, fino, grueso y medio a una escala
reducida, donde el tamaño del árido no excede los 10 o 12 mm, según el material
para el cual va a ser utilizado), con porcientos de sustitución de CP por arcillas
calcinadas de la localidad de Manicaragua, de manera que se demostró su
eficiencia como adiciones puzolánicas capaces de mantener o mejorar las
características mecánicas del hormigón con una reducción de cemento en la
mezcla, lo que contribuye a la preservación medioambiental. Las resistencias a la
compresión y a la flexión de microhormigones sustituyendo los porcientos
anteriormente mencionados de cemento por las puzolanas analizadas fueron, al
día, menores que las de la muestra patrón con un 100 % de CP, debido a que las
puzolanas no reaccionan a edades tempranas. Ya a los 7 días estos valores
tienden a igualarse, y a los 28 días los microhormigones con adiciones activas
para determinados porcientos de sustitución lograron resistencias superiores al
patrón. Especial atención merece el hecho de que estos microhormigones
alcanzaron resistencias a la compresión tales que los ubica dentro del grupo de
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CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
hormigones de altas resistencias, utilizando menor cantidad de cemento en la
mezcla.
1.2.4. El sistema clínquer-metakaolín-carbonato de calcio
En el año 2011 se desarrolló un trabajo por Escalona en el que se demostró la
obtención de cementos mezclados del tipo aluminoso a través de la sustitución de
hasta un 60 % de clínquer de CP por adiciones minerales activas. El material
puzolánico empleado se obtuvo mediante la calcinación de un suelo arcilloso del
tipo caolinítico de la región de Pontezuela, en Camagüey, logrando de esta
manera un producto con características similares a un metakaolín. Para la
evaluación y caracterización de la adición y de los aglomerantes formulados se
realizaron estudios en pastas para determinar y analizar las propiedades físicas y
químicas a edades tempranas, además de la influencia de las temperaturas de
calcinación en la actividad puzolánica del material, por lo que se realizaron
ensayos de calorimetría isotérmica, conductimetría y contracción química, como
medida de la reactividad puzolánica, y ensayos de fluidez por el cono de Marsh
para el análisis de la demanda de agua y la acción de un aditivo reductor de agua.
1.2.5. El sistema clínquer- arcilla calcinada-carbonato de calcio
Mediante el empleo de adiciones de arcilla calcinada combinada con carbonato de
calcio en proporción 2:1, se puede sustituir hasta un 45 % de los contenidos de
clínquer de CP. Bajo este principio, en una investigación llevada a cabo en el 2013
por Katy Mena se produjeron dos tipos de cementos bajo la denominación B-15 y
B-45 los cuales consideraron un 15 y 45 % de sustitución de los contenidos de
clínquer, respectivamente. Se evaluó el comportamiento físico-mecánico de
hormigones fabricados con ambos aglomerantes de acuerdo a la normativa
vigente demostrando que ambos cementos presentaron un desempeño elevado a
edades tempranas, debido principalmente a la alta finura que los caracteriza y que
hace más evidente el efecto filler, que según lo reportado en la literatura tiene una
influencia más marcada en las primeras edades. La influencia de la adición activa
fue medida a partir de la comparación con varias referencias, que incluyen el uso
de un filler de cuarzo y la fabricación de hormigones empleando cementos sin
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CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
adición. Se llevó a cabo una valoración de las propiedades reológicas en función
de la adición y los niveles de sustitución. El empleo de arcilla calcinada con
carbonato de calcio demostró tener un efecto activo y positivo en la resistencia a
la compresión, la finura del aglomerante resultó ser el factor más influyente, siendo
además determinante para las propiedades en estado fresco.
La aplicación
potencial del B-45 en bloques huecos de hormigón fue evaluada además mediante
una prueba piloto en una fábrica de producción industrial.
1.3. Diseño de mezclas de hormigón
El estudio de los métodos de dosificación más significativos es un primer paso de
cara a dominar el diseño de mezclas de hormigón. En este sentido, el análisis en
detalle de las metodologías más representativas proporciona las nociones
esenciales en el arte de dosificar, por lo que a continuación se describen algunos
procedimientos que se consideran básicos (Cánovas, 2013). Considerando que
las metodologías de dosificación pueden dividirse, fundamentalmente, en dos
grupos: uno formado por los métodos que tienen como dato principal de partida la
dosificación de cemento y otro formado por los hormigones definidos por sus
resistencias mecánicas, especialmente la de compresión. En ambos casos se
deben aportar otros datos como pueden ser la consistencia, tamaño máximo del
árido a emplear, tipos de áridos, etc. (Proaño, 2009).
Existen varios procedimientos para determinar la mezcla óptima cuando se conoce
la cantidad de cemento por metro cúbico de hormigón, no obstante se destacan
dos de ellos, que son el método de Füller y el método de Bolomey. En el caso de
conocer la resistencia del hormigón que se va a fabricar hay que centrarse, de
entre los muchísimos métodos que tienen esta finalidad, en el del American
Concrete Institute (ACI) y en el De La Peña.
1.3.1. Métodos de dosificación teóricos-analíticos
1.3.1.1. Métodos basados en la resistencia a la compresión
 Método ACI
El sistema del ACI es, sin lugar a dudas, el método de dosificación más utilizado
en todo el mundo, siendo adecuado para cualquier obra realizada con hormigón.
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CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
En las siguientes líneas se resumen los pasos que se deben seguir para dosificar
hormigones por este método.
Respecto al tamaño máximo del árido a emplear, el método ACI propone que sea
el mayor posible (por razones de economía, de cemento y de agua), siempre y
cuando este tamaño máximo no sea mayor que 1/5 de la dimensión menor de la
pieza a hormigonar, ni mayor que 3/4 de la separación mínima entre armaduras,
ni de 1/3 del espesor en el caso de unas losa. Para la elección de la consistencia
adecuada, se usara el asentamiento más reducido posible compatible con la
colocación adecuada del hormigón en obra. Los valores que se recomiendan de
asentamiento son los obtenidos en el cono de Abrams.
A partir de la consistencia hallada, del tamaño máximo del árido elegido, de su
forma y granulometría y de la cantidad de aire incorporado se puede hallar, con la
ayuda de tablas, la cantidad de agua necesaria por metro cúbico de hormigón,
siendo ésta independiente de la cantidad de cemento empleada. A diferencia del
procedimiento habitual seguido por otros métodos, en el método ACI se debe fijar
la relación a/c. Ésta se determina según predominen razones de durabilidad o de
resistencia, ambas dato del problema. Se puede hallar la relación a/c máxima, a
través de tablas, en función del tipo de estructura que se quiera construir y de las
condiciones de servicio a las que va a estar sometida.
Conocida la relación a/c y la cantidad de agua, una sencilla operación permite
determinar la cantidad de cemento que se ha de utilizar por metro cúbico de
hormigón.
El siguiente paso es determinar las cantidades de árido grueso y de árido fino que
intervienen en la mezcla. Hay que aclarar que en el método ACI no se hace uso
de curvas de referencia como en los casos de Füller y Bolomey. En lo que
respecta al árido grueso, es interesante que se utilice en la mayor cantidad posible,
compatible con la docilidad, a fin de conseguir la máxima resistencia, la mínima
cantidad de agua de amasado y la menor retracción.
Esta cantidad se determina mediante ensayos de laboratorio, sin embargo, si no
se dispone de tales datos, puede obtenerse una indicación aceptable con la ayuda
de tablas; éstas proporcionan el volumen de árido grueso por unidad de volumen
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CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
de hormigón en función del diámetro máximo del árido, de la docilidad y del módulo
de finura de la arena. El peso de grava por metro cúbico de hormigón se calcula
multiplicando el valor obtenido por mil y por la densidad de conjunto de la grava,
que es dato del problema.
El contenido de árido fino puede obtenerse por el método de los volúmenes
absolutos o por el de los pesos. En el primero, el volumen de arena se halla
restando a 1.025 el volumen de árido grueso, cemento, agua y aire. En el segundo,
el peso del árido fino se determina como la diferencia entre el peso del hormigón
fresco y la suma de los pesos de los otros componentes. Este sistema se basa en
que, por experiencia, se conoce el peso del metro cúbico de hormigón fresco,
aunque si esto no fuese así, pueden emplearse valores dados en tablas
(Buchman, 2012).
 Método De la Peña
La aplicación más idónea del método De La Peña es en hormigones estructurales
de edificios, pavimentos, canales, depósitos de agua, puentes y, en general,
hormigones en los que las condiciones de ejecución puedan estimarse como
buenas.
La metodología seguida para determinar el tamaño máximo del árido y la
consistencia es la misma que se utiliza en los métodos de Füller y Bolomey, la cual
se explica más adelante.
Respecto a la cantidad de agua necesaria por metro cúbico de hormigón, se
seguirán las indicaciones que el método realiza a través de tablas donde el agua
es función de la consistencia, del tipo de árido (natural o machacado) y del tamaño
máximo de la grava.
El siguiente paso será determinar la concentración o relación c/a, en peso. Para
establecer una dosificación inicial puede utilizarse la siguiente fórmula:
𝑍 = 𝐾 ∗ 𝑓𝑐𝑚 + 0.5 en la que “Z” es la concentración (o relación c/a, en peso) que
se quiere hallar, “fcm” es la resistencia media del hormigón a 28 días medida en
probeta cilíndrica y “K” es un parámetro cuyo valor, que depende del tipo de
conglomerante y árido utilizado en el hormigón, se puede consultar en tablas.
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CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
El valor de la resistencia media del hormigón, “fcm”, se determina a partir de los
datos del problema, pues hay que recordar que el método De La Peña se basa en
la resistencia a compresión para dosificar el hormigón.
Una vez conocida la relación a/c, en peso, y el volumen de agua en litros por metro
cúbico de hormigón, tan solo hará falta multiplicar estos dos valores para obtener
el peso de cemento, en kilogramos, para dicho volumen.
El último paso consiste en determinar la proporción en que se deben mezclar los
áridos. En el método De La Peña, del mismo modo que en el ACI, no se utiliza una
curva de referencia para este propósito. En este caso se emplea un gráfico con el
que se podrá establecer el porcentaje de arena, referido al volumen real del total
del árido, en función del módulo granulométrico de la arena y del tamaño máximo
del árido.
Finalmente, de los 1.025 litros que se utilizan para conseguir un metro cúbico de
hormigón se resta el volumen de pasta de cemento (volumen de agua más
volumen de cemento), de manera que se obtiene el volumen real que hay que
repartir entre los distintos áridos con arreglo a los tantos porciento ya calculados
(Cánovas, 2013).
1.3.1.2. Métodos de dosificación basados en el contenido de cemento
 Método de Füller
Los datos que se deben proporcionar son, evidentemente, la cantidad de cemento
por metro cúbico de hormigón, la consistencia (que depende del sistema que se
vaya a utilizar para compactar el hormigón) y la granulometría y densidad relativa
de los áridos.
A partir de aquí, el primer objetivo será determinar el tamaño máximo del árido que
se utilizará en el hormigón. A continuación, mediante el uso de tablas, se puede
encontrar la cantidad de agua por metro cúbico de hormigón en función del tipo de
árido utilizado, de su tamaño máximo y de la consistencia que deba tener. Una
vez conocidas las cantidades de agua y cemento que se van a utilizar, el siguiente
paso es determinar la proporción en que se deben mezclar los distintos gránulos
para que el árido compuesto presente la máxima compacidad.
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CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
Con este fin, en el método de Füller se utiliza una curva de referencia cuya
granulometría se consideró, según su autor, “ideal” a la hora de obtener un
esqueleto granular compacto, requisito imprescindible en el intento de obtener un
buen hormigón. La curva que en este método se toma como modelo para
𝑑
componer los áridos viene definida por la siguiente ecuación: 𝑦 = 100√𝐷 donde
“y” es el tanto porciento en volumen elemental que pasa por cada tamiz de
abertura “d”, el tamaño máximo del árido (en mm) es “D” y la abertura de cada uno
de los tamices de la serie utilizada (en mm), “d”. De esta manera, el objetivo es
realizar el ajuste granulométrico de la mezcla de los distintos áridos (es decir, de
la curva de composición), a la curva de Füller, o parábola de Gessner; para ello,
puede emplearse un sistema de tanteos o bien uno basado en los módulos
granulométricos.
La primera de estas resoluciones es gráfica y, en el propósito de conseguir que el
árido resultante se adapte lo más posible a la curva teórica, han de realizarse
tanteos hasta que las áreas por encima y por debajo de la curva de referencia
queden compensadas. Este procedimiento resulta bastante cómodo, rápido y, con
un poco de práctica, suelen hacer falta pocos tanteos para lograr que la curva de
composición se ciña lo mejor posible a la curva de referencia.
Una vez obtenida la proporción en que se han de mezclar las distintas fracciones
de los áridos, ya se puede determinar la dosificación por metro cúbico, partiendo
de la base que la suma de los volúmenes relativos de los componentes será igual
al volumen del hormigón obtenido (Portugal, 2009).
 Método de Bolomey
Los datos para dosificar el hormigón por el método de Bolomey suelen ser los
mismos que por el de Füller, esto es, la cantidad de cemento a emplear, la
consistencia de la mezcla (en función del sistema de compactación que se va a
usar), la granulometría y densidad relativa de los áridos disponibles e,
imprescindible en este método, el tipo de árido.
El desarrollo del método de Bolomey es exactamente igual que el del método de
Füller solamente cambia en determinar en qué proporción han de mezclarse las
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CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
distintas fracciones de árido, y aquí es donde se aportan buenas modificaciones
respecto al anterior. Bolomey utiliza una curva de referencia de granulometría
variable en función de la consistencia deseada en el hormigón y forma de los
áridos (y lógicamente tiene en cuenta el tamaño máximo de árido, como en Füller).
𝑑
Ésta viene definida por: 𝑦 = 𝑎 + (100 − 𝑎)√𝐷 en la que “y”, “d” y “D” tienen el
mismo significado que en el método de Füller, y “a” es un parámetro que toma
distintos valores en función del tipo de árido y de la consistencia del hormigón
(Ponce, 2010).
1.3.2. Métodos de dosificación experimentales
 Método de O’Reilly
El procedimiento propuesto por O’Reilly se utiliza en Cuba y en otros países de
África y América. Una de las principales ventajas de este método es el ahorro de
cemento que proporciona. En efecto, comparado con otros métodos como el ACI,
el método O’Reilly puede llegar a reducir en un 15% o más el consumo de cemento
por metro cúbico de hormigón. Esto tiene una repercusión económica muy
importante en la industria de la construcción.
En el objetivo de lograr el máximo ahorro de cemento con las condiciones
tecnológicas
existentes,
sin
requerir
nuevas
inversiones
o
eventuales
importaciones de aditivos químicos para las mezclas de hormigón, O’Reilly
propone un método de dosificación a partir de la determinación de las
características de los áridos a emplear, y en función de ellas se diseña la mezcla,
pues según demuestra existe una influencia cuantitativa de la forma de los áridos
en el consumo de cemento.
El método consiste en determinar experimentalmente la combinación porcentual
de áridos gruesos y arena que ofrezca el máximo peso volumétrico (mínimo
contenido de vacíos), obteniendo el volumen de la pasta a través del cálculo de
los vacíos, y finalmente el contenido de cemento y de agua se determina mediante
factores que dependen de la relación a/c y de la consistencia deseada de la mezcla
(CUJAE, 2007).
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CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
1.4. Empaquetamiento en las mezclas de hormigón hidráulico
La optimización en el diseño de mezclas implica la adaptación de los recursos
disponibles a los diferentes criterios de diseño y a las necesidades económicas.
Estas necesidades económicas incluyen a su vez materiales, transporte y
colocación, todo en el menor tiempo posible para garantizar un mínimo costo. La
optimización es frecuentemente tomada en cuenta durante la construcción de
ciertas obras al añadir más cemento, árido o algún aditivo para que el hormigón
quede con la calidad requerida. Cuando las mezclas son optimizadas
cuantitativamente mediante un estudio previo aumenta el avance físico de las
obras y la durabilidad de los elementos, reduciendo considerablemente el uso de
materiales y por tanto los costos de construcción (Shilstone, 1990).
1.4.1. Forma de las partículas
La influencia de la forma de las partículas es de especial interés en el análisis de
las mezclas, ya que tiene una marcada influencia en las propiedades del hormigón,
tanto en su estado fresco como endurecido. En este factor es necesario realizar
una diferenciación entre el árido fino y el grueso, debido a que su efecto sobre la
consistencia difiere. De forma general, los áridos de partículas redondeadas
brindan hormigones más dóciles que los fabricados con partículas angulosas
procedentes de la trituración de las rocas (Shakhmenko and Birsh, 1998). Sin
embargo, tan importante como la forma es su esfericidad, pues ello determina la
superficie específica para un mismo grado de finura. Los áridos con un buen
coeficiente de esfericidad son generalmente dóciles, y además exigen menor
contenido de agua a igualdad de otras condiciones (Benezet and Benhassaine,
1999).
No obstante, en cuanto a la forma, tiene mayor importancia su consideración en
el caso de los áridos gruesos. Ello se debe a que las partículas planas y alargadas
dificultan la movilidad de las mezclas, teniendo tendencia además a la formación
de puentes que son potencialmente lugares de debilidad estructural en la masa
del material (Stark and Mueller, 2013).
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CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
Una marcada influencia tiene la forma de las partículas en el fenómeno conocido
como exudación. Este tiene lugar durante la colocación y compactación de la
mezcla de hormigón dentro de los encofrados, las partículas componentes del
material se van reacomodando gracias a la lubricación de la pasta del mortero de
cemento y a la energía que se le aplica. De esta manera, ya asentadas las
partículas más gruesas, una parte del agua que queda en exceso es forzada a
ascender dentro del volumen del material, logrando parte de ella salir a la
superficie y formar una película de agua visible, en los elementos recién
hormigonados. Otra parte del agua migra dentro de la masa de hormigón, pero al
ser obstaculizado su movimiento queda atrapada bajo las partículas de los áridos,
mayormente bajo las partículas planas y alargada y las barras de refuerzo en el
caso de hormigón armado (Chang, 2008).
1.4.2. Contenido mínimo de vacíos
La estructura de los materiales de construcción puede variar en un amplio
espectro, pero si se analiza en detalle a una escala desde macro hasta mico, se
puede observar que generalmente la parte sólida de la mayoría de los materiales
de construcción comunes posee espacios vacíos en forma de poros, fisuras,
espacios intercristalinos o intergranulares, etc. Estos espacios de distinto tipo
pueden estar llenos de aire, de agua en distinto estado o de aire y una determinada
proporción de agua. Desde el punto de vista de la práctica ingenieril, la manera
que en un material se encuentren dichos poros es muy importante, pues
generalmente ello tiene una gran incidencia en las propiedades físicas y
mecánicas (Díaz et al., 2013). En general el volumen de poros es superior al de
sólidos, y esta es la principal causa de los problemas de su durabilidad
(Hernández, 2003).
El agua en exceso forma vacíos en la mezcla, los cuales tienen el mismo efecto
nocivo en la resistencia del hormigón que los vacíos ocupados por el aire. Es
necesario señalar también que el cemento raras veces se hidrata totalmente por
lo que aún, añadiendo agua en un 25% del peso del cemento, se formarían vacíos
(Ingala, 2006).
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CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
De manera general los poros presentes en el hormigón pueden clasificarse en los
siguientes tipos:
 Poros del árido
 Poros debidos a deficiente compactación
 Vacíos intergranulares sin pasta
 Poros capilares
 Poros de aire atrapado
 Poros debidos a la exudación (también capilares)
 Poros del gel
 Poros de aire ocluido (si se usan aditivos inclusores de aire)
Los últimos cinco tipos de poros señalados anteriormente se presentan en la pasta
de cemento endurecida. Puede entonces simplificarse, y decir entonces que los
poros en el hormigón son la suma de los poros del árido y los poros de la pasta de
cemento endurecida (Rodríguez, 2014).
Debido al fenómeno de exudación aumenta la presencia de poros capilares,
principalmente aquellos conectados con el exterior, además que se incrementa el
volumen de agua ocluida en la masa de hormigón convirtiéndose más tarde en
grandes poros internos del material. Esta alta porosidad, además de comprometer
las propiedades físicas y mecánicas del hormigón, influye en su impermeabilidad
y por ende en su protección ante las acciones del medio externo, lo que provoca
un detrimento de su durabilidad. Mientras más permeable sea el hormigón, con
mayor facilidad penetrarán sustancias químicas agresivas, como son los iones
cloruro y los sulfatos (Lara, 2010).
1.4.3. Granulometría
La composición granulométrica es una característica particular de los materiales a
granel, como las arenas, gravas, piedra triturada en general y otros materiales
granulados. En esencia, la granulometría es la distribución por tamaño de las
partículas o granos componentes del material. Esta característica tiene una gran
importancia práctica en estudio y trabajo general con los áridos, pues ella influye
decididamente en el grado de acomodo de las partículas y por tanto en el grado
25
CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
de compacidad que se logra en el volumen ocupado por él, o lo que es equivalente,
en el volumen de los espacios intergranulares.
La influencia de la granulometría en las propiedades del hormigón ha sido
investigada por diversos autores, y ciertamente no existe uniformidad de criterios
en cuanto al peso relativo de la misma. No obstante, sí existe unidad de criterio en
el hecho de que la granulometría del árido fino tiene una mayor influencia que la
del árido grueso, contrario a lo que se manifiesta en la forma de las partículas, que
resulta más importante en el árido grueso. Un primer aspecto en donde influye
decisivamente la granulometría de la mezcla de áridos es en la compacidad del
conjunto, en el caso del hormigón con la consideración adicional de la presencia
del aglomerante con el agua. Muchas propiedades del hormigón, tanto fresco
como endurecido, se ven modificadas por el grado de acomodo que se tenga en
las partículas componentes del material. La resistencia mecánica, absorción,
permeabilidad, durabilidad, etc., para una dosis de cemento dada, depende en
gran medida del porciento de vacío logrado entre la arena y los áridos gruesos
(Holland, 2011).
Cuando en un árido existen fracciones de todos los tamaños comprendidos entre
el más pequeño y el mayor del mismo, se dice que el árido posee una
"granulometría continua". Si, por el contrario, la continuidad de tamaños
desaparece, faltando algunas fracciones, se dice que el árido posee
"granulometría
discontinua". En
la representación gráfica de
la
curva
granulométrica, la discontinuidad aparecerá como una línea horizontal que cubre
el tamaño inexistente.
26
CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
Figura 1.1 Granulometrías continua y discontinua
1.4.3.1. Granulometría óptima
Se denomina granulometría óptima a la que, para una misma consistencia y
relación a/c, le corresponde un consumo mínimo de cemento, dando, además, el
mínimo de segregación. Esta última exigencia no debe ser menospreciada puesto
que, mezclas dóciles y que pueden producir hormigones resistentes y económicos
pueden dar origen a que estos sean débiles, coquerosos y poco durables si se
produce la segregación de los áridos (Rodríguez, 2012).
En principio, parece que las granulometrías optimas deberían ser las que dejaran
menos vacíos, o sea, las que diesen la máxima compacidad. Feret, demostró que
el mínimo de huecos corresponde a las granulometrías discontinuas, es decir, con
falta de tamaños medios. Füller demostró también que las granulometrías
continuas proporcionaban hormigones más laborables, con lo cual corrigió las
teorías de Feret e hizo que se pasase al empleo de las granulometrías continuas,
Bolomey y Otto Graf, llegan más lejos haciendo intervenir, por primera vez, al
cemento como si fuese un árido fino y viendo la relación a/c que daba lugar a la
granulometría óptima. En definitiva, las granulometrías continuas dan lugar a
hormigones más dóciles que las discontinuas requiriendo menos energía de
compactación que éstas.
La compacidad de un árido es la relación entre el volumen del mismo y su volumen
de conjunto. A mayor compacidad menor volumen de huecos y cantidad de pasta
de cemento para rellenarlos. Las granulometrías de compacidad elevada se
consiguen con mezclas relativamente pobres en fracciones finas de la arena y
muchos gruesos, y que estas requieren poca agua de amasado. Sin embargo,
estas granulometrías de elevada compacidad dan masas poco dóciles, que se
disgregan con facilidad salvo que se disponga de medios enérgicos adecuados de
puesta en obra, consiguiéndose, en estos casos, hormigones muy durables y con
poca retracción (Brown, 2005).
27
CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
1.4.4. Método de diseño de mezclas de hormigón “Toufar”
El Método Toufar es un método de diseño de mezcla canadiense que se basa en
la disminución del contenido de cemento mediante el cálculo de la proporción de
áridos que garantice el menor volumen de vacíos. Está centrado en lograr el factor
de empaque máximo para la mezcla que se quiera diseñar, teniendo la posibilidad
de trabajar en el diseño con tres fracciones de áridos y con varios materiales
cementicios suplementarios. Para facilitar los cálculos en este método se emplea
una hoja de cálculo en Excel donde solamente hay que introducir los siguientes
datos:

% pasado de cada árido durante el tamizado

Peso específico y volumétrico de los áridos

Humedad

% de absorción

% de MCS en caso de emplearse

Densidad de los MCS

Densidad del cemento

% de aire

Relación a/c
Luego de introducir al programa esta serie de pasos se obtiene como resultado
una dosificación de todos los materiales, arrojando las cantidades exactas y
logrando en su distribución el factor de empaque máximo. El Método de Toufar es
de fácil aplicación y muy práctico, recomendable para cualquier tipo de diseño de
mezclas de hormigón que utilice hasta tres tamaños de áridos diferentes (Day,
2011).
1.5. Conclusiones parciales
1. Los cementos ternarios resultan ser muy efectivos debido a que se puede
sustituir gran parte del clínquer del cemento o el propio cemento por MCS
lográndose un producto más laborable y con mayor resistencia que un CP
gracias a la incorporación de partículas más finas a la mezcla.
28
CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS SOBRE LOS CEMENTOS MEZCLADOS Y EL DISEÑO
DE MEZCLAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO
2. El empleo de MCS para la producción de cementos mezclados con altos
volúmenes de sustitución de CP o clínquer ha sido demostrado en varias
investigaciones nacionales, lo cual constituye una alternativa para el
incremento de los volúmenes de producción de cemento necesarios para suplir
la creciente demanda nacional y el impacto ambiental de la industria de
cemento cubana.
3. Aunque son varios los métodos que existen para dosificar una mezcla de
hormigón, ninguno es exacto, pues todos consideran que las partículas son
redondeadas y de forma esférica.
4. Para llevar a cabo un diseño de mezcla optimizado es necesario realizar con
antelación un estudio y caracterización de todos los agregados para poder
utilizar áridos con granulometría contínua y óptima, lo cual influye de manera
considerable en la disminución de los vacíos en la mezcla debido al reacomodo
de las partículas.
29
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
2.1. Generalidades
La resistencia es una de las principales propiedades del hormigón en estado
endurecido. Para su análisis es necesario realizar ensayos de rotura a la
compresión de probetas cilíndricas normalizadas realizados a los 7 y 28 días de
edad.
Con el propósito de analizar el comportamiento mecánico, específicamente la
resistencia a la compresión, de hormigones elaborados con CBC; en el presente
capítulo se pretende realizar el diseño de mezclas de hormigón aplicando el
método Toufar con el empleo de áridos de diferentes canteras. Se realizaron
probetas cilíndricas para su posterior ensayo en dos ciclos de producción,
primeramente en la Empresa Constructora de Obras para e Turismo (ECOT)
ubicada en Cayo Santa María en Villa Clara y posteriormente en el Centro de
Investigaciones para el Desarrollo de la Construcción (CIDC) ubicado en La
Habana.
2.2. Materias primas para el hormigón
Las materias primas para la elaboración de hormigones son: CBC y P 35 obtenidos
a escala semi-industrial, áridos procedentes de las canteras El Purio con los
cuales se trabaja en la ECOT y La Victoria con los que se trabaja en el CIDC,
aditivo superplastificante GENIOTEC SF/20 y agua.
2.2.1. Cemento
Los cementos empleados para la elaboración de los hormigones fueron los
obtenidos en la planta de molienda del CIDC, cuatro variantes de CBC con
diferentes porcientos de sustitución de clínquer y relación arcilla calcinada-caliza
y un P 35 como cemento patrón. Las propiedades físico-mecánicas y químicas de
estos cinco cementos se muestran en las tablas siguientes.

LC3 con 50 % de clínquer, relación arcilla calcinada-caliza 2:1
30
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO

LC3 con 50 % de clínquer, relación arcilla calcinada-caliza 1:1 (con caliza
extra)

LC3 con 65 % de clínquer, relación arcilla calcinada-caliza 2:1

LC3 con 65 % de clínquer, relación arcilla calcinada-caliza 1:1

Cemento Portland P 35
Tabla 2.1 Propiedades físicas de los cementos
LC3-50 2:1
Densidad
(g/cm3)
3
Superficie
especifica (cm2/g)
8267.52
Minicono
(cm)
7.16
% pasado
90 µm
94.5
LC3-50 1:1
2.98
7118.61
7.03
97.5
LC3-35 2:1
2.98
4416.23
8.82
94.5
LC3-35 1:1
3
4925.64
8.75
94.6
P 35
3.22
3852.16
9.49
98
Serie
Gráfico 2.1 Resultados del minicono
31
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
Tabla 2.2 Propiedades mecánicas. Resistencia a la compresión (MPa)
Serie
2d
7d
28d
LC3-50 2:1
12.50
22.50
42.08
LC3-50 1:1
9.22
20.73
30.63
LC3-35 2:1
15.75
30.83
47.53
LC3-35 1:1
16.30
34.81
46.82
P 35
14.50
29.88
43.07
Gráfico 2.2 Resultados de resistencia a la compresión
Tabla 2.3 Composición química de los cementos
Serie
SIO2
Fe2O3
Al2O3
CaO
MgO
SO3
RI
PPI
CaO Libre
LC3-50 2:1
29.12
2.43
4.9
44.64
2.84
2.15
28.63
8.94
1.68
LC3-50 1:1
24.31
3.92
5.43
48.35
2.57
2.15
18.83
14.04
2.12
LC3-35 2:1
27.69
2.2
4.82
48.71
2.96
2.12
19.31
5.22
2.01
LC3-35 1:1
24.89
3.25
5.27
51.81
1.97
2.4
14.27
7.14
1.79
32
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
P 35
19.72
2.18
5.78
60.43
3.12
1.54
6.04
1.26
1.55
2.2.2. Árido fino
El árido fino empleado presenta las siguientes propiedades físicas y
granulométricas.
Tabla 2.4 Caracterización de la arena. El Purio
Ensayo
Unidad
Resultado
Especificaciones
≤ 3 para hormigones
Material más fino
%
2.01*
sometidos a la abrasión.
≤ 5 todos los demás
que el T 200
hormigones
Tamaño
mm
5-0.15
Peso específico
g/cm3
2.58*
≥ 2.50
Absorción
%
1.9*
≤3
Masa volumétrica
kg/m3
1327
-
kg/m3
1538
-
corriente
suelta
Masa volumétrica
compactada
Análisis granulométrico
Tamices (mm)
% Pasado
Especificaciones
9.52
100*
100
4.76
100*
90-100
2.38
80*
70-100
1.19
51*
45-80
0.59
28*
25-60
0.297
13*
10-30
0.149
4*
2-10
Incertidumbre: ± 1.55
* Conforme, ** No conforme
33
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
El árido en caso de la granulometría es no conforme si al menos en un
tamiz el porciento pasado no satisface las especificaciones
Curva Granulométrica
100
% Pasado
80
60
Pasado
40
Mínimo
20
Máximo
0
0,149 0,297 0,59 1,19 2,38 4,76 9,52
Abertura Tamiz (mm)
Gráfico 2.3 Curva granulométrica de la arena. El Purio
La arena de la cantera El Purio cumple satisfactoriamente con los requerimientos
establecidos en la “NC 251-2005 Áridos para hormigones hidráulicos. Requisitos”
Tabla 2.5 Caracterización de la arena. La Victoria
Ensayo
Unidad
Resultado
Especificaciones
Tamaño
mm
5-0.15
Peso específico
g/cm3
2.59*
≥ 2.50
Absorción
%
1.12*
≤3
Masa volumétrica
kg/m3
1471
-
kg/m3
1586
-
corriente
suelta
Masa volumétrica
compactada
Análisis granulométrico
Tamices (mm)
% Pasado
Especificaciones
9.52
100*
100
4.76
98*
90-100
34
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
2.38
83*
70-100
1.19
69*
45-80
0.59
56*
25-60
0.297
36**
10-30
0.149
14**
2-10
Incertidumbre: ± 1.55
* Conforme, ** No conforme
El árido en caso de la granulometría es no conforme si al menos
en un tamiz el porciento pasado no satisface las especificaciones
Curva Granulométrica
100
% Pasado
80
60
Pasado
40
Mínimo
20
Máximo
0
0,149 0,297 0,59 1,19 2,38 4,76 9,52
Abertura Tamiz (mm)
Gráfico 2.4 Curva granulométrica de la arena. La Victoria
La arena de la cantera La Victoria no cumple con los requerimientos establecidos
en la “NC 251-2005 Áridos para hormigones hidráulicos. Requisitos”
2.2.3. Árido grueso: Granito
El granito empleado presenta las siguientes propiedades físicas y granulométricas.
Tabla 2.6 Caracterización del granito. El Purio
Ensayo
Unidad
Resultado
Tamaño
mm
10-5
Especificaciones
35
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
g/cm3
2.52*
≥ 2.50
Absorción
%
2.7*
≤3
Masa volumétrica
kg/m3
1418
-
kg/m3
1573
-
Peso específico
corriente
suelta
Masa volumétrica
compactada
Análisis granulométrico
Tamices (mm)
% Pasado
Especificaciones
12.5
100*
100
9.52
98*
85-100
4.76
35*
15-35
2.38
6*
0-10
1.19
2*
0-5
Incertidumbre: ± 1.55
* Conforme, ** No conforme
El árido en caso de la granulometría es no conforme si al menos
en un tamiz el porciento pasado no satisface las
especificaciones
Curva Granulométrica
100
% Pasado
80
60
Pasado
40
Mínimo
20
Máximo
0
1,19
2,38
4,76
9,52
Abertura Tamiz (mm)
12,5
36
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
Gráfico 2.5. Curva granulométrica del granito. El Purio
El granito de la cantera El Purio cumple con los requerimientos establecidos en la
“NC 251-2005 Áridos para hormigones hidráulicos. Requisitos”
Tabla 2.7 Caracterización del granito. La Victoria
Ensayo
Unidad
Resultado
Especificaciones
Tamaño
mm
13-5
Peso específico
g/cm3
2.59*
≥ 2.50
Absorción
%
0.67*
≤3
Masa volumétrica
kg/m3
1357
-
kg/m3
1454
-
corriente
suelta
Masa volumétrica
compactada
Análisis granulométrico
Tamices (mm)
% Pasado
Especificaciones
19.1
100*
100
12.5
99*
90-100
9.52
66*
40-70
4.76
1*
0-15
2.38
0*
0-5
Incertidumbre: ± 1.55
* Conforme, ** No conforme
El árido en caso de la granulometría es no conforme si al menos
en un tamiz el porciento pasado no satisface las
especificaciones
37
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
Curva Granulométrica
100
% Pasado
80
60
Pasado
40
Mínimo
20
Máximo
0
2,38
4,76
9,52
12,5
Abertura Tamiz (mm)
19,1
Gráfico 2.6 Curva granulométrica del granito. La Victoria
El granito de la cantera La Victoria cumple satisfactoriamente con los
requerimientos establecidos en la “NC 251-2005 Áridos para hormigones
hidráulicos. Requisitos”
2.2.4. Agua
El agua empleada es la que se utiliza en la ECOT Cayo Santa María y en el CIDC
para la elaboración de hormigones y otros trabajos de laboratorio, la cual se
considera adecuada según lo especificado en la “NC 353-2004 Aguas para el
amasado y curado del hormigón y los morteros. Especificaciones".
2.2.5. Aditivo químico
Se decidió usar aditivo GENIOTEC SF/20 de fabricación nacional ya que es un
aditivo superplastificante tipo F según la norma ASTM C494 y permite la reducción
de agua de la mezcla en más de un 12 %, para obtener una determinada
consistencia del hormigón (Rivera and Gerardo, 2007).
Además estudios previos han demostrado resultados satisfactorios a partir del
empleo de alrededor de un 1 % de este aditivo puesto que es mucho más
significativo el incremento del diámetro del minicono en cementos ternarios que
en un cemento P 35; por lo que se plantea que a partir del 1% de aditivo SF 20 los
cementos ternarios presentan una correcta demanda de agua (Pérez, 2014).
38
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
Las propiedades del aditivo GENIOTEC SF/20 se presentan en la tabla siguiente.
Tabla 2.8 Caracterización del aditivo SF/20
Estado físico
Líquido
Color
Carmelita oscuro
Olor
Característico
Contenido de sustancia
seca (%)
Densidad (g/cm3)
Valor pH
40±1
1.2±0.02
10±1
Solubilidad en agua
destilada (% de sólido
0.99
insoluble)
Solubilidad en agua de cal
(% de sólido insoluble)
Contenido de cloruros (%)
2
0.01-0.03
Tensión superficial
(dinas/cm a 260C
Espectro de infrarrojo
42.9
Característico
2.3. Declaración de variables
Según Sampieri una variable en una propiedad que puede fluctuar y cuya variación
es susceptible de medirse u observarse.
2.3.1. Variables independientes

Contenido de cemento
Se realizaron un total de cinco mezclasen cada lugar de trabajo, cada una con un
tipo de cemento diferente. La cantidad de cemento empleada en cada amasada
se obtuvo mediante el método de diseño de mezclas y no sufrió variaciones.

Relación a/c
39
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
Se fijó una relación a/c para cada una de las cinco mezclas de 0.4 a 0.5 según
se estimó conveniente a la hora de realizar el hormigón.
2.3.2. Variables dependientes

Asentamiento
Durante la elaboración de las mezclas se midió el asentamiento mediante el cono
de Abrams y se trató de obtener una mezcla fluida con un asentamiento entre 10
y 15 cm.

Cantidad de aditivo
El empleo de aditivo estuvo en dependencia del asentamiento obtenido en el cono
de Abrams. Si no se obtenía una mezcla fluida se añadía aditivo GENIOTEC
SF/20.

Resistencia
La resistencia del hormigón es un resultado que depende de todo el proceso,
materiales, método empleado y variables, y fue analizada a los 2, 7 y 28 días.
2.4. Dosificaciones obtenidas
Se obtuvieron cinco dosificaciones de hormigón con áridos de la cantera El Purio
en Cayo Santa María empleando una serie de cemento en cada dosificación. En
el caso de los áridos de la cantera La Victoria en el CIDC se utilizó la misma
dosificación para las cinco series de cemento, empleada el pasado año durante la
producción de hormigón con cemento remolido SIG-B45. En el anexo 5 se
muestran las hojas de cálculo del método de diseño de mezclas.
Los resultados del diseño para todas las dosificaciones se muestran en las tablas
siguientes.
Tabla 2.9 Dosificaciones obtenidas con áridos de El Purio en la ECOT (kg/m3)
LC3-50 2:1
LC3-50 1:1
LC3-35 2:1
LC3-35 1:1
P 35
Granito
1014
1014
1014
1014
1014
Arena
779
779
779
779
779
Cemento
357
357
358
360
370
40
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
Agua
161
161
161
162
167
Aditivo(L)
8.9
8.9
8.9
8.9
4.7
a/c
0.45
0.45
0.45
0.45
0.45
Tabla 2.10 Dosificaciones obtenidas con áridos de La Victoria en el CIDC (kg/m3)
LC3-50 2:1
LC3-50 1:1
LC3-35 2:1
LC3-35 1:1
P 35
Granito
1004
1004
1004
1004
1004
Arena
775
775
775
775
775
Cemento
404
404
404
404
417
Agua
170
170
170
170
175
Aditivo(L)
10.1
10.1
10.1
10.1
5.34
a/c
0.42
0.42
0.42
0.42
0.42
2.5. Cantidad de probetas a producir
Con el hormigón elaborado se realizaron probetas cilíndricas de 100x200 mm y
150x300 mm para ser sometidas a diferentes estudios. En la tabla siguiente se
muestra un resumen de la cantidad de probetas para cada ensayo.
Tabla 2.11 Cantidad de probetas para cada estudio
Resistencia a la
compresión
10 x 20 cm
Serie
LC -50 2:1
LC3-50 2:1
LC3-50 2:1
LC3-50 2:1
LC3-50 2:1
3
Total x Serie (10x20 cm)
Total x Serie (15x30 cm)
12
12
12
12
12
60
0d
1
1
1
1
1
5
Cloruros
10x20 cm
3d
28d
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
5
5
Profundidad de
carbonatación
10x20 cm
0d
3d
28d
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
10
10
10
Permeabilidad al
aire
15x30 cm
0d
3d
28d
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
5
5
5
21
3
41
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
En este trabajo solamente se analizó la resistencia a la compresión a 2, 7 y 28
días de edad.
2.6. Producción de hormigón
La elaboración del hormigón se llevó a cabo en dos lugares diferentes, primero se
trabajó en la ECOT Cayo Santa María y posteriormente se realizó hormigón en el
CIDC en La Habana.
2.6.1. Elaboración de hormigón en la ECOT
Las mezclas producidas en Cayo Santa María se realizaron en una hormigonera
de tambor basculante con una capacidad de producción de 30 litros. Durante la
producción se tuvieron que realizar dos amasadas de cada serie ya que el volumen
de hormigón a realizar, el cual era de 50 litros, porque no se incluyó el análisis a
dos días, es superior a la capacidad de la hormigonera.
Figura 2.1 Hormigonera utilizada en la ECOT
Como que las dosificaciones por el método Toufar son obtenidas para 1 m3 lo cual
es equivalente a 1000 litros, fue necesario realizar los ajustes para lograr
amasadas de 30 litros. Las cantidades necesarias para una capacidad de 30 litros
se muestran en la tabla siguiente.
Tabla 2.12 Cantidades necesarias para amasadas de 30 litros (kg)
LC3-50 2:1
LC3-50 1:1
LC3-35 2:1
LC3-35 1:1
P 35
Granito
30.42
30.42
30.42
30.42
30.42
Arena
23.37
23.37
23.37
23.37
23.37
42
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
Cemento
10.71
10.71
10.74
10.8
11.1
Agua
4.83
4.83
4.83
4.86
5.01
Aditivo (ml)
104.7
104.7
104.7
104.7
104.7
a/c
0.45
0.45
0.45
0.45
0.45
2.6.2. Elaboración de hormigón en el CIDC
Las mezclas producidas en el CIDC se realizaron en una hormigonera de tambor
basculante con una capacidad de producción de 80 litros. Durante la producción
se realizaron dos amasadas de 45 litros ya que solamente existían 6 moldes de
100x200 mm y además se realizó el análisis de resistencia a dos días. Esto implicó
que el volumen a producir fuese de aproximadamente 90 litros.
Figura 2.2 Hormigonera utilizada en el CIDC
Al igual que en la producción en Cayo Santa María fue necesario realizar los
ajustes para lograr amasadas de 45 litros. Las cantidades necesarias para
amasadas de 45 litros se muestran en la tabla siguiente.
Tabla 2.13 Cantidades necesarias para amasadas de 45 litros (kg)
LC3-50 2:1
LC3-50 1:1
LC3-35 2:1
LC3-35 1:1
P 35
Granito
46.04
46.04
46.04
46.04
46.04
Arena
34.02
34.02
34.02
34.02
34.02
Cemento
18.18
18.18
18.18
18.18
18.18
7.8
7.8
7.8
7.8
7.8
218.16
218.16
218.16
218.16
218.16
Agua
Aditivo (ml)
43
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
a/c
0.42
0.42
0.42
0.42
0.42
2.7. Proceso de elaboración y análisis de las probetas
Para la confección de las probetas de hormigón y su posterior análisis se
realizaron varios procesos como chequeo del asentamiento, vertido de la mezcla
en los moldes, compactación y curado de manera muy cuidadosa según está
especificado en las normas pertinentes.
2.7.1. Chequeo del asentamiento
Se realizó la medición del asentamiento por el método del cono de Abrams a cada
una de las amasadas. Para ello se procedió a llenar el cono en tres capas
compactadas cada una con varilla mediante 25 golpes según establece la norma
“NC 174-2002 Hormigón fresco. Medición del asentamiento por el cono”.
Figura 2.3 Medición del asentamiento en el cono de Abrams
2.7.2. Vertido del hormigón en los moldes
La colocación del hormigón en los moldes se realizó de forma manual.
Primeramente se vació la hormigonera hacia un vagón y después se vertió hacia
los moldes mediante cucharas según establece la norma “NC 412-2005 Guía para
la preparación, mezclado, transporte y vertido del hormigón”.
44
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
Figura 2.4 Hormigonado de los moldes
2.7.3. Compactación
El proceso de compactación fue diferente en cada lugar de producción. En la
ECOT se llevó a cabo mediante tres capas de hormigón en cada probeta de
150x300 mm y dos capas en cada probeta de 100x200 mm, cada una con 25
golpes de varilla y martillo de goma respectivamente. Este proceso se explica más
detalladamente en la “NC 221-2002 Hormigón. Elaboración de probetas para
ensayos”. En el CIDC se realizó la compactación de las probetas en una mesa
vibratoria.
a
b
Figura 2.5. Proceso de compactación. a) ECOT, b) CIDC
2.7.4. Curado de las probetas
El curado de las probetas fue diferente en cada lugar de producción. En la ECOT
se curaron las probetas en un tanque con agua en el fondo para simular un cuarto
45
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
de curado. En el CIDC se curaron las probetas en un cuarto de curado con
temperatura y humedad controladas.
a
b
Figura 2.6 Área de curado. a) ECOT, b) CIDC
2.7.5. Resistencia
Para los ensayos de resistencia a compresión a 7 y 28 días en la ECOT se
seleccionaron tres probetas de 100x200 mm de cada serie para un total de 15
probetas. Igualmente en el CIDC se realizaron los ensayos de resistencia pero
aquí se incluyó análisis a dos días por lo que se analizaron 18 probetas por cada
serie.
Figura 2.7 Ensayo de resistencia a la compresión
2.8. Conclusiones parciales
1. El árido fino de la cantera La Victoria contiene dos fracciones, 0.297 y 0.149mm
que no cumplen con las especificaciones establecidas en la “NC 251-2005
46
CAPÍTULO II. DISEÑO Y PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN CON CEMENTO DE
BAJO CARBONO
Áridos para hormigones hidráulicos. Requisitos”, el árido fino de la cantera El
Purio si cumple con los parámetros establecidos en dicha norma aunque la
granulometría usada no fue la real.
2. El árido grueso de ambas canteras cumple con las especificaciones
establecidas en la “NC 251-2005 Áridos para hormigones hidráulicos.
Requisitos”, aunque la granulometría usada del granito de la cantera El Purio
no es la real que existía en la planta.
3. La compactación y el curado de las probetas se realizó de forma más eficiente
en el Centro de Investigaciones para el Desarrollo de la Construcción.
47
CAPÍTULO III. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
CAPÍTULO III. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
3.1. Generalidades
En el presente capítulo se exponen los resultados obtenidos de los ensayos de
asentamiento y resistencia a la compresión, realizados a los hormigones
elaborados con los cementos obtenidos a escala semi-industrial. La elaboración
del hormigón y su posterior análisis se llevó a cabo en la Empresa Constructora
de Obras para el Turismo (ECOT) Cayo Santa María y en el Centro de
Investigaciones para el Desarrollo de la Construcción (CIDC).
3.2. Ensayo realizado al hormigón fresco
3.2.1. Asentamiento en la ECOT
Durante la elaboración del hormigón se llevó a cabo el chequeo del asentamiento
mediante la medición por el cono de Abrams según establece la “NC 174-2002
Hormigón fresco. Medición del asentamiento por el cono”.
Debido a que este ensayo daba resultados muy bajos, se procedió a añadir aditivo
para obtener un mejor resultado, este proceso se llevó a cabo varias veces por lo
que no se puede afirmar que la dosis final de aditivo añadida a las mezclas es de
un 1 %, este resultado pudo haber variado al igual que la relación a/c. En la tabla
siguiente se muestran los resultados de asentamiento
Tabla 3.1 Asentamiento obtenido en la ECOT
Serie
LC3-50 2:1
a/c
0.45
LC3-50 1:1
0.45
LC3-35
2:1
0.45
LC3-35
1:1
0.45
P 35
0.45
Asentamiento
% Aditivo
(cm)
1
8
1
15
1
5
1
9
1
5.4
En el gráfico siguiente se muestran los resultados de los ensayos de asentamiento
al hormigón en estado fresco.
48
CAPÍTULO III. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
Gráfico 3.1 Asentamiento de las mezcla
Como se puede observar la mezcla elaborada con la serie LC3-50 1:1 mostró
mejores resultados que las demás. El hormigón producido con la serie P 35 fue
uno de las peores mostrando un resultado inferior a las mezclas que contienen
cemento con sustitución de clínquer por arcilla calcinada y caliza. Por decisión de
los investigadores del CIDEM, estos resultados no serán considerados a la hora
de tomar decisiones.
3.2.2. Asentamiento en el CIDC
La producción de hormigón en el CIDC se llevó a cabo de forma más controlada y
si se puede afirmar que la cantidad de aditivo añadido a las mezclas si es la que
se muestra en los resultados al igual que la relación a/c.
Tabla 3.2 Asentamiento obtenido en el CIDC
Serie
LC3-50 2:1
a/c
0.42
LC3-50
1:1
0.42
LC3-35
2:1
0.42
LC3-35 1:1
0.42
P 35
0.42
Asentamiento
% Aditivo
(cm)
1.7
2
1.7
4
1.7
4
1.7
1
2
14
49
CAPÍTULO III. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
En el gráfico siguiente se muestran los resultados obtenidos de los hormigones en
estado fresco.
Gráfico 3.2 Asentamiento de las mezcla
Como se puede observar el hormigón con mejor resultado de asentamiento es el
elaborado con un cemento P 35. Las demás mezclas dieron una consistencia seca
en el caso de las mezclas LC3-50 2:1 y LC3-35 1:1 y consistencia plástica en el
caso de las mezclas LC3-50 1:1 y LC3-35 2:1. El bajo asentamiento que tienen los
LC3 se corresponde con la elevada superficie específica que tienen estos
cementos, ya que a mayor superficie específica mayor demanda de agua y la
cantidad de agua no se aumentó en ninguno de los casos ni se aumentó la
cantidad de aditivo para lograr mayor laborabilidad.
3.3. Ensayo realizado al hormigón endurecido
3.3.1. Resistencia obtenida en la ECOT
Los ensayos de resistencia en la ECOT solamente se realizaron a 7 y 28 días de
edad. En el caso de las series LC3-50 1:1 y LC3-35 1:1 no se registraron los valores
obtenidos a 7 días.
50
CAPÍTULO III. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
Tabla 3.3 Resistencia obtenida en la ECOT
Serie
LC3-50 2:1
a/c
0.45
Cemento
(kg)
357
LC3-50 1:1
0.45
357
LC3-35 2:1
0.45
358
LC3-35 1:1
0.45
360
P 35
0.45
370
Resistencia
(MPa)
7d
28d
11.3
23.5
23.5
11.1
19.9
18.2
11.4
19.1
En el gráfico siguiente se muestran los resultados obtenidos de los hormigones en
estado endurecido.
Gráfico 3.3 Resistencia a la compresión
Se puede observar claramente que en todos los casos se obtuvieron resistencias
inferiores a los 25 MPa. Como la resistencia esperada era de 30 MPa se puede
afirmar que los resultados obtenidos del ensayo de resistencia a la compresión en
la ECOT son inconformes.
En la figura siguiente se puede observar la mala calidad de los especímenes de
hormigón producidos en la ECOT.
51
CAPÍTULO III. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
Figura 3.1 Probeta de hormigón producida en la ECOT
La mala calidad de los especímenes está asociada al bajo contenido de cemento
que se obtuvo durante el diseño de mezclas por Toufar, ya que la cantidad de
cemento calculada no fue suficiente para lograr el correcto empaquetamiento de
los áridos con la pasta de cemento. Esto a su vez obedeció a la granulometría de
áridos que se utilizó durante el diseño de mezclas, la cual no era la real que existía
en la planta.
Debido a los malos resultados obtenidos durante el trabajo realizado en la ECOT,
el equipo
de
investigación
del CIDEM consideró que
los resultados
correspondientes a esta empresa no serán considerados a la hora de tomar
decisiones.
3.3.2. Resistencia obtenida en el CIDC
Los ensayos de resistencia en el CIDC se realizaron a los 2, 7 y 28 días de edad.
Tabla 3.4 Resistencia obtenida en el CIDC
404
Resistencia (MPa)
2d
7d
28d
7.8
20.4
33.1
0.42
404
5.3
14.6
22.4
LC3-35 2:1
0.42
404
8.6
24
36.1
LC3-35 1:1
0.42
404
8.4
26.2
36.8
Serie
LC3-50 2:1
a/c
0.42
LC3-50 1:1
Cemento
(kg)
52
CAPÍTULO III. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
P 35
0.42
417
9.3
23.6
33.2
En el gráfico siguiente se muestran los resultados obtenidos de los hormigones en
estado endurecido.
Gráfico 3.4 Resistencia a la compresión
En los resultados mostrados se puede observar que solamente la serie LC3-50 1:1
alcanzó valores inferiores a los 30 MPa. Con el resto de las series se logaron
valores de resistencia superior a la esperada, incluso las series LC3-35 2:1 y LC335 1:1 mostraron valores superiores a los 35 MPa.
3.4. Análisis del cemento
Los resultados obtenidos de las pruebas de resistencia a la compresión han
demostrado que la serie LC3-50 1:1 no es efectiva en la producción de hormigón
debido a que menos cantidad de arcilla que caliza con sustitución del clínquer del
50 % disminuye considerablemente la resistencia a la compresión. La serie LC350 2:1 resulto ser efectiva en las mezclas de hormigón al superar la resistencia
esperada (30 MPa), lo cual quiere decir que empleando esta serie de cemento se
53
CAPÍTULO III. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
pueden mantener las mismas propiedades mecánicas que con un cemento P 35
y se puede disminuir la contaminación ambiental y los costos de producción. Las
series de cemento con un 30 % de sustitución del clínquer superaron la resistencia
esperada, esto significa que se pueden utilizar igual que un cemento P 35 pero
desde el punto de vista económico la serie LC3-35 1:1 es mejor ya que contiene
menos contenido de arcilla.
3.5. Conclusiones parciales
1. La incorrecta granulometría de áridos usada como dato en el diseño de las
mezclas de hormigón, hicieron posible que la resistencia a la compresión en la
Empresa Constructora de Obras para el Turismo no alcanzara los resultados
esperados (30 MPa).
2. Debido a los malos resultados obtenidos en la Empresa Constructora de Obras
para el Turismo, los investigadores del Centro de Investigaciones para el
Desarrollo de las Estructuras y los Materiales consideraron que no serán
analizados a la hora de tomar decisiones.
3. Las series de cemento LC3-50 2:1, LC3-35 2:1 y LC3-35 1:1 demostraron ser
efectivas en la producción de hormigón.
54
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
1. Se realizó una búsqueda exhaustiva en la bibliografía existente acerca de los
cementos ternarios y los diferentes métodos de diseño de mezclas que más se
utilizan en el hormigón hidráulico.
2. El uso de una granulometría de áridos para el cálculo de los constituyentes por
el método Toufar que no se corresponda con la real, conlleva a un mal diseño
del hormigón, lo cual afecta sus propiedades tanto en estado fresco como en
estado endurecido.
3. El árido fino de la cantera La Victoria no cumple con los parámetros
establecidos en la “NC 251-2005 Áridos para hormigones hidráulicos.
Requisitos” al tener dos fracciones, 0.297 y 0.149 mm que no están en el rango
permisible; el árido grueso de esta cantera si cumple con la norma.
4. Las nuevas formulaciones de cemento de bajo carbono demostraron ser
efectivas en la producción de hormigón, al tener un comportamiento mecánico
igual (serie LC3-50 2:1) o superior (series LC3-35 2:1 y LC3-35 1:1) al hormigón
producido con la serie patrón P 35.
55
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
RECOMENDACIONES
1. Realizar los ensayos de resistencia a la compresión de las probetas a 90 días
ya que por cuestiones de tiempo no se pudieron realizar.
2. Estudiar el comportamiento de los especímenes elaborados ante la
penetración de cloruros, la permeabilidad y la durabilidad.
56
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61
ANEXOS
ANEXOS
Anexo 1. Arena utilizada a) Arena El Purio. b) Arena La Victoria.
a
b
62
ANEXOS
Anexo 2. Granito utilizado a) Granito El Purio. b) Granito La Victoria
a
b
63
ANEXOS
Anexo 3. CBC producido en la planta de molienda del CIDC a) Obtención. b)
Producto terminado
a
b
64
ANEXOS
Anexo 4. Aditivo GENIOTEC SF/20 usado en las mezclas.
65
ANEXOS
OvenDryDensity_kg/m^3
Bulk Density_kg/m^3
Absorption_%
MoistureContent_%
2520
1573
2.70
4.9
2580
1538
1.90
8.0
Characteristic Diameter Calculation
slope
2.559
1.306
intercept
-4.772
-0.626
R^2
0.981
0.990
d_char
6.455
1.615
Phi
0.624
0.596
Agg1
Agg2
dchar_c
dchar_f
Phi_c
Phi_f
Y_c
Y_f
phi
Mf_c
Mf_f
slope
intercept
Power = 0.45
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
80.0
51.0
28.0
13.0
4.0
0.0
Final
% Retained
Individual
Bin 2
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
98.0
35.0
6.0
2.0
0.0
0.0
0.0
0.0
Combined
Gradation
Bin 1
112.0
80.0
56.0
40.0
25.0
20.0
14.0
10.0
5.0
2.5
1.250
0.630
0.315
0.160
0.080
Bin1 1 + Bin 2
CSA
Sieve Size (mm)
4.5"
3"
2.25"
1.5"
1"
3/4"
1/2"
3/8"
#4
#8
#16
#30
#50
#100
#200
Bin 3
ASTM
Equivalent
Anexo 5. Hojas de cálculo del método de diseño de mezclas. a) ECOT, b) CIDC
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
98.88
63.46
38.40
23.45
12.26
5.69
1.75
0.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
98.88
63.46
38.40
23.45
12.26
5.69
1.75
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
1.12
35.42
25.06
14.94
11.19
6.57
3.94
1.75
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
73.20
53.59
39.23
28.72
21.10
15.44
11.39
Bin1_
Bin2_
6.455
1.615
0.624
0.596
0.568
0.432
0.690
0.562
0.438
1.222
-1.629
Combo1
Bin3_
6.455
1.615
0.624
0.596
0.500
0.432
0.690
0.562
0.438
1.222
-1.629
%SCM
rho_SCM
rho_Cem
Air%
w/cm
Overfill%
rho_cm
0
0
3220
2.0
0.45
2.0
3220
Final Agg. Solid Vol
Final Volume cm + water
0.670
0.310
VolProp
0.568
0.432
Design Proportions per m^3
kg
Coarse
1014
Fine
779
Intermediate
0
m_cement
370
m_SCM
0
m_water
167
a
66
OvenDryDensity_kg/m^3
Bulk Density_kg/m^3
Absorption_%
MoistureContent_%
2590
1454
1.50
0.3
2630
1586
2.00
0.3
Power = 0.45
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
98.0
83.0
69.0
56.0
36.0
14.0
0.0
Final
% Retained
Individual
Bin 2
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
99.0
66.0
1.0
100.0
100.0
0.0
0.0
0.0
0.0
Combined
Gradation
Bin 1
112.0
80.0
56.0
40.0
25.0
20.0
14.0
10.0
5.0
2.5
1.250
0.630
0.315
0.160
0.080
Bin1 1 + Bin 2
CSA
Sieve Size (mm)
4.5"
3"
2.25"
1.5"
1"
3/4"
1/2"
3/8"
#4
#8
#16
#30
#50
#100
#200
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
99.44
80.82
43.27
92.59
86.49
24.40
15.69
6.10
0.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
99.44
80.82
43.27
92.59
86.49
24.40
15.69
6.10
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.56
18.62
37.55
-49.32
6.10
62.09
8.72
9.59
6.10
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
85.17
73.20
53.59
39.23
28.72
21.10
15.44
11.39
Bin1_
Bin2_
10.468
1.039
0.561
0.603
0.568
0.432
0.703
0.564
0.436
0.798
-0.745
Combo1
Bin3_
10.468
1.039
0.561
0.603
0.500
0.432
0.703
0.564
0.436
0.798
-0.745
Bin 3
ASTM
Equivalent
ANEXOS
Characteristic Diameter Calculation
slope
6.070
0.861
intercept
-14.254 -0.033
R^2
0.991
0.966
d_char
10.468
1.039
Phi
0.561
0.603
Agg1
Agg2
dchar_c
dchar_f
Phi_c
Phi_f
Y_c
Y_f
phi
Mf_c
Mf_f
slope
intercept
%SCM
rho_SCM
rho_Cem
Air%
w/cm
Overfill%
rho_cm
0
0
2930
1.0
0.42
2.0
2930
Final Agg. Solid Vol
Final Volume cm + water
0.683
0.307
VolProp
0.568
0.432
Design Proportions per m^3
kg
Coarse
1003
Fine
775
Intermediate
0
m_cement
404
m_SCM
0
m_water
170
b
67