universidad simon bolivar decanato de estudios profesionales

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES
“OPTIMIZACIÓN DE MEZCLAS DE CONCRETO PARA PROYECTO LINEA 5 DEL
METRO DE CARACAS”
Por:
Diana Karina Herrera Llanos
INFORME DE PASANTÍA
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
Como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero de Materiales
Sartenejas, Marzo de 2012
UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES
“OPTIMIZACIÓN DE MEZCLAS DE CONCRETO PARA PROYECTO LINEA 5 DEL
METRO DE CARACAS”
Por:
Diana Karina Herrera Llanos
Realizado con la asesoría de:
Tutor Académico: Prof. Thierry Poirier
Tutor Industrial: Ing. Gerardo Caballero
INFORME DE PASANTÍA
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
Como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero de Materiales
Sartenejas, Marzo de 2012
RESUMEN
En el presente proyecto de pasantía se evaluaron distintos tipos de aditivos, plastificantes de
rango medio, alto y retardadores de fraguado principalmente, para la optimización en la
dosificación de mezclas de un mortero de resistencia 400 Kg/cm2deasentamiento 8 1/2 – 9”, con
un factor de seguridad de 50 Kg/cm2, y de un concreto de resistencia 310 Kg/cm2 de asentamiento
8 1/2” utilizadas en las obras de línea 5 del Metro de Caracas. Se realizaron mezclas
experimentales en laboratorio que permitieron el estudio del comportamiento de los aditivos, de
diferentes proveedores, utilizados en las mismas.
Como una primera etapa del proyecto se planteó el remplazo de los actuales aditivos utilizados
en el mortero. Luego de realizadas las mezclas experimentales, se efectuó una prueba semiindustrial para corroborar en planta los resultados obtenidos a nivel de laboratorio. En esta prueba
no se observó un comportamiento de acuerdo a lo esperado, y se apreció poca robustez de los
resultados obtenidos en los ensayos previos.
Posteriormente, en una segunda etapa del proyecto, se evaluó también la posibilidad de realizar
el remplazo de la microsílice, componente del mortero, por nanosílice. Se obtuvieron mezclas
que pueden resultar posibles candidatas para la prueba industrial, bajo una respectiva validación
del comportamiento de las mismas. El mismo caso ocurrió para la evaluación de concreto, donde
se realizaron mezclas de prueba que permitieron dar una idea de posibles sinergias de remplazo
para los aditivos que se encuentran en uso, en pro de optimizar la composición de mezcla actual.
iv
ÍNDICE GENERAL
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………….1
ÍNDICE GENERAL .............................................................................................................. v
Objetivos Generales .................................................................................................................. 3
Objetivos Específicos ................................................................................................................ 3
CAPÍTULO 1MARCO TEORICO ............................................................................................... 1
1.1
Diseños de mezcla ......................................................................................................... 1
1.2
Conceptos básicos y terminología para la dosificación de hormigones ........................ 6
1.2.1 Agregados .................................................................................................................. 6
1.2.2 Granulometría ............................................................................................................ 7
1.2.3 Modulo de finura ..................................................................................................... 10
1.2.4 Material Ultrafino .................................................................................................... 10
1.2.5 Tamaño máximo ...................................................................................................... 11
1.2.6 Combinación de agregados...................................................................................... 11
1.2.7 Peso unitario suelto y compacto de los agregados .................................................. 14
1.2.8 Humedad superficial y absorción de los agregados................................................. 15
1.2.9 Peso especifico ........................................................................................................ 17
1.2.10
Trabajabilidad, plasticidad y fluidez .................................................................... 18
1.2.11
Bombeabilidad ..................................................................................................... 20
1.3
Dosificación de concretos según el comité 211 de la ACI.......................................... 22
1.3.1 Planilla de diseño de mezcla de concreto ................................................................ 26
1.4
Hidratación, tiempo de fraguado y endurecimiento del concreto ............................... 32
1.5
Curado y desarrollo de resistencias ............................................................................. 35
v
1.6
Aditivos para el concreto............................................................................................. 37
1.6.1 Adiciones: microsílice y nanosílice ......................................................................... 41
1.7
Mortero proyectado ..................................................................................................... 43
CAPÍTULO 2 DISENO EXPERIMENTAL ............................................................................... 41
2.1
Materiales y equipos.................................................................................................... 41
2.1.1 Materiales ................................................................................................................ 41
2.1.2 Equipos .................................................................................................................... 46
2.2
Procedimiento para la realización de mezclas experimentales de concreto ................ 47
2.2.1 Realización de planilla digital para la dosificación de mezclas de concreto según el
método ACI 211 ..................................................................................................................... 48
2.2.2 Dosificación de mezclas experimentales de concreto en laboratorio ...................... 50
2.2.3 Procedimiento de mezclado ..................................................................................... 52
2.2.4 Análisis Granulométrico .......................................................................................... 53
2.2.5 Determinación del tiempo de fraguado ................................................................... 53
2.2.6 Toma de cilindros .................................................................................................... 54
CAPÍTULO 3 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................... 57
3.1
Mortero proyectado Rc 450 Kg/cm2 ........................................................................... 57
3.1.1 Evaluación de la sinergia de Vf y S-780 ................................................................. 58
3.1.2 Sinergia Gl- Del ....................................................................................................... 64
3.1.3 Sinergia Gl- P2237 .................................................................................................. 66
3.1.4 Evaluación del mortero proyectado Rc 450Kg/cm2 evaluado con el aditivo Vf .... 66
3.1.5 Sinergia Vf y S-450 ................................................................................................. 67
3.1.6 Pruebas industriales de mortero proyectado Rc 450 Kg/cm2.................................. 69
3.1.7 Segunda evaluación Vf- S450 ................................................................................. 74
3.1.8 Sinergia Vf-S450-S100 ........................................................................................... 75
vi
3.2
Evaluación de mezclas experimentales para el concreto 310Kg/cm2......................... 81
3.2.1 Sinergia Vf- S780 en concreto 310Kg/cm2 ............................................................. 82
3.2.2 Sinergia Vf – S450 .................................................................................................. 86
3.2.3 Sinergia Gl-Del-P2237 ............................................................................................ 88
3.2.4 Sinergia D-12 y W-79 ............................................................................................. 90
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................................... 92
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................................ 94
ANEXOS……………………………………………………………………………………….96
APÉNDICE ................................................................................................................................ 97
vii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1 Limites en la granulometría para agregado fino [7] ....................................................... 8
Tabla 1.2 Limites de granulometría en porcentajes en peso para agregado grueso de tamaño
máximo 1” [7] ................................................................................................................................... 8
Tabla 1.3 Limites granulométricos para distintos tamaños máximos de agregado grueso.
Porcentajes pasantes [6] .................................................................................................................. 13
Tabla 1.4 Valores usuales de las relaciones peso/volumen de los agregados [6] ........................ 18
Tabla 1.5 Volúmenes compactados de agregado grueso por unidad de volumen de concreto
(b/bo) según el tamaño máximo del agregado grueso y el modulo de finura de la arena [4] .......... 24
Tabla 2.1 Propiedades características de los componentes del concreto para mezclas
experimentales. .............................................................................................................................. 45
Tabla 2.2 Características de los aditivos utilizados en el procedimiento experimental ............ 45
Tabla 2.3 Componentes de los diseños de mezcla originales utilizados en las plantas. ............. 51
Tabla 2.4 Requerimientos para los diseños de mezcla evaluados en el proyecto....................... 52
Tabla 3.1 Requerimientos del mortero proyectado Rc 450 Kg/cm2 ........................................... 57
Tabla 3.2 Diseño patrón de Mortero proyectado Rc 450 Kg/cm2 .............................................. 58
Tabla 3.3 Resumen de resultados experimentales obtenidos con la sinergia de Vf y S-780 para
mortero proyectado. ....................................................................................................................... 58
Tabla 3.4 Valores de tiempos de fraguado para mezclas experimentales de obtenidos con la
sinergia de Vf y S-780 ................................................................................................................... 60
Tabla 3.5 Variabilidad de factores de estudio dependiendo de la cantidad de componentes de la
mezcla, para la sinergia Vf-S780 ................................................................................................... 64
Tabla 3.6 Resultados de asentamiento inicial y perdida de trabajabilidad para el mortero
proyectado Rc 450 Kg/cm2 evaluados con la sinergia Gl y Del. ................................................... 65
Tabla 3.7 Resultados obtenidos para la evaluación de mezclas experimentales empleando el
aditivo superplastificante Vf. ......................................................................................................... 66
viii
Tabla 3.8 Resultados para mezclas experimentales de mortero proyectado Rc 450
Kg/cm2evaluados con la sinergia Vf y S-450. ............................................................................... 67
Tabla 3.9 Resultados del ensayo de tiempo de fraguado para mezclas experimentales con 0,8%
de Vf y 0,7% de S-450 para mortero Rc 400Kg/cm2 .................................................................... 68
Tabla 3.10 Resultados de resistencias a compresión a 7 y 28 días para la mezcla experimental
MEX-375 ....................................................................................................................................... 68
Tabla 3.11 Diseños de mezclas experimentales realizadas en la prueba semi- industrial .......... 70
Tabla 3.12 Resultados de pérdida de asentamiento para diseños de mezcla utilizados en las
pruebas industriales. ...................................................................................................................... 71
Tabla 3.13 Resultados de cono de abrams por cada bacheo realizado con el diseño de mezcla 2
en la prueba en planta. ................................................................................................................... 73
Tabla 3.14 Tabla de resultados para sinergia de Vf y S-450 en experimentos posteriores al
ensayo industrial. ........................................................................................................................... 75
Tabla 3.15 Resultados de asentamiento inicial y pérdida de asentamiento evaluados con la
sinergia Vf/S-450 y S-100 a diferentes valores de α y cantidad de arena. .................................... 76
Tabla 3.16 Relación teórica de los aditivos utilizados en la sinergia con las propiedades de la
mezcla ............................................................................................................................................ 78
Tabla 3.17 Resultados de resistencia a compresión de mezclas evaluadas con la sinergia VfS100-S450 ..................................................................................................................................... 79
Tabla 3.18 Diseño original del concreto 310Kg/cm2.................................................................. 82
Tabla 3.19 Requerimientos del concreto bombeable Rc 310 Kg/cm2 ........................................ 82
Tabla 3.20 Resultados de ensayos de cono de abrams para mezclas realizadas con sinergia de
Vf y S-780 para un concreto bombeable de resistencia 310 Kg/cm2 ............................................ 82
Tabla 3.21 Resultados de ensayos a compresión a 7 y 28 días para las mezclas experimentales
utilizando la sinergia, Vf y S-780. ................................................................................................. 84
Tabla 3.22 Resultados de tiempo de fraguado para la mezcla experimental 402 ....................... 85
Tabla 3.23 Resultados obtenidos de la evaluación de concreto 310kg/cm2 con la sinergia VfS450 ............................................................................................................................................... 86
Tabla 3.24 Resultados de ensayo de cono de abrams para mezclas experimentales de concreto
Rc 310kg/cm2 evaluadas con la sinergia Gl-De-P2237 ................................................................. 88
ix
Tabla 3.25 Resultados de resistencia a compresión para mezclas evaluadas con la sinergia GlDe-P2237 ....................................................................................................................................... 89
Tabla 3.26 Resultados obtenidos para la evaluación de mezclas con la sinergia D12-W79 ...... 90
x
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Relación Arena/ Agregado total, β (%) [6] ................................................................. 14
Figura 1.2 Distintas condiciones de humedad de los agregados [6] ............................................ 16
Figura 1.3 Esquema de bombeabilidad del concreto en función del contenido de cemento de la
mezcla y el volumen de vacío. [12] ................................................................................................. 22
Figura 1.4 Planilla de diseño de mezcla requerida según el texto “Método de dosificación de
hormigones” (Juan García Balado, 1960)...................................................................................... 25
Figura 1.5 Grafico de Resistencia la compresión, en función de la relación agua/cemento y la
edad, utilizado para el método de diseño de mezclas ACI 211 [4] ................................................. 27
Figura 1.6 Contenido de agua por m3 de concreto, en función del “b” y el MF de la arena. .... 31
Figura 1.7 Tasa de evolución del calor del cemento portland, con una relación agua/cemento de
0,4. [12] ............................................................................................................................................ 34
Figura 1.8 Valores de resistencia a la compresión en función de edad del ensayo para distintos
métodos de curado. [1] .................................................................................................................... 36
Figura 1.9 Grafica representativa de una mezcla control frente a dos diseños de mezcla con
diferentes tipos de aditivos reductores de agua de ejemplo (1 y 2), muestra la perdida de
asentamiento en función del tiempo. [1] ......................................................................................... 39
Figura 1.10 La microsílice, adicionada al concreto, llenara los vacíos y huecos entre las
partículas de cemento. [15] .............................................................................................................. 42
Figura 1.11 Requerimientos en el desempeño del concreto proyectado, de acuerdo al tipo de
obra y estructura. [15] ...................................................................................................................... 44
Figura 2.1 Esquema del procedimiento para la realización de mezclas experimentales ............ 47
Figura 2.2 Planilla de cálculo para la dosificación de mezclas experimentales según el método
ACI 211 ......................................................................................................................................... 49
Figura 2.3 Muestras para la realización del ensayo de tiempo de fraguado ............................... 53
Figura 2.4 Cilindros para ensayo de resistencia a la compresión. .............................................. 54
Figura 3.1 Mezcladora de la planta de mortero proyectado ....................................................... 70
Figura 3.2 (a) Efecto de rebote de la mezcla patrón en la superficie de proyección. (b) Túnel de
excavación, foso Miranda II Metro de Caracas. ............................................................................ 72
xi
Figura 3.3 Pérdida de asentamiento para las mezclas con mejor desempeño evaluadas con la
sinergia Vf –S450-S100. ............................................................................................................... 81
Figura 3.4 Pérdida de asentamiento en función del tiempo para las mezclas experimentales de
concreto 310kg/cm2 que presentaron mejor desempeño en la evaluación con la sinergia Vf-S780
....................................................................................................................................................... 85
Figura 3.5 Pérdida de asentamiento en función del tiempo para las mezclas experimentales de
concreto 310kg/cm2 que presentaron valores de revenido inicial menos deficientes, evaluadas con
la sinergia Vf-S450 ........................................................................................................................ 87
xii
1
INTRODUCCIÓN
La línea 5 del metro de Caracas, tramo Zona Rental - Miranda II, tiene como objetivos
principales, cumplir con las necesidades de transporte de la población del sureste de Caracas y
descongestionar el tráfico de usuarios del tramo Plaza Venezuela- Miranda. De la misma forma el
sistema Metrocable de Caracas, busca facilitar el transporte de los habitantes de zonas
montañosas a la ciudad. Este sistema está actualmente implementado en el tramo San AgustínParque Central y se encuentra en funcionamiento. Se planea que para el año 2014 se instaure el
sistema Metrocable para el tramo Mariche –Palo Verde.
Estas obras de gran envergadura, son planificadas y llevadas a cabo por la constructora
brasilera Norberto Odebrecht C.A. De modo que de la necesidad de un constante despacho, capaz
de cubrir tales dimensiones con un alto control de calidad, nace la empresa Opeconca C.A. Esta
empresa privada se encarga principalmente de los despachos de concreto para las obras de
ampliación del Metro de Caracas, Cabletren, Metrocable y Metro Los Teques, así como también
de una considerable cantidad de obras particulares en el área metropolitana dentro de las cuales se
encuentra el plan gubernamental para la construcción de viviendas de interés social “Misión
Vivienda”.
Opeconca se encuentra en funcionamiento desde el año 2008 y se ha expandido
significativamente desde entonces, actualmente cuenta con cinco plantas activas: La Yaguara,
Parque Miranda, El Morro (Guarenas), Mariche y Los Teques. Todas ubicadas estratégicamente
para el surtimiento a las obras de la empresa Odebrecht.
Debido a negociaciones con Odebrecht, el control de calidad de Opeconca, es responsabilidad
de la constructora brasilera, pero debido al rápido crecimiento de la productora de concreto, se
presentó la necesidad de un sistema de gestión de calidad propio que permita tener una visión
enfocada hacia la producción más que a la inspección. Actualmente los ensayos al concreto,
como ensayos a compresión, granulometrías, determinación de tiempos de fraguado, entre otros
son realizados por Odebrecht, en laboratorios de sus instalaciones. Uno de los inconvenientes de
mayor peso que presenta Opeconca, se encuentra en los aditivos utilizados, principalmente
superplastificantes y retardadores de fraguado en los diseños de mezcla de concreto y mortero.
2
Estos, aparte de ser sumamente costosos, necesitan ser empleados en grandes cantidades para
lograr las propiedades requeridas por los elementos estructurales. Actualmente se han hecho
evaluaciones realizando cambios en los aditivos por otros de menor costo, pero no se han
obtenido resultados satisfactorios. Por lo tanto, el objetivo del presente proyecto de pasantía, es la
optimización de diseños de mezcla con el apoyo de las empresas de aditivos: SK, GR, y BA para
evaluar un posible cambio en la sinergia actual que ofrezca las mismas propiedades (mínima
perdida de asentamiento en determinado tiempo, tiempos de fraguado específicos, resistencias
determinadas, entre otros) que los utilizados actualmente, a un menor costo.
Para las pruebas a realizarse, es necesario tener en cuenta una gran cantidad de factores que
afectan directamente el comportamiento de los diseños de mezcla, por ejemplo las granulometrías
de los agregados utilizados, el tipo de aditivos empleados, el tipo de mezclado, las condiciones
climáticas del momento de ensayo, entre otras. En este sentido, la utilización de resúmenes que
permitan observar de manera global la evolución de los experimentos a medida que se modifican
las variables de ensayo, será de gran utilidad para la evolución del trabajo experimental.
De igual forma, es importante destacar que una vez que se logre a nivel de laboratorio un diseño
aceptable, que cumpla con las condiciones establecidas, y se realice el debido proceso de
validación estadística, este debe ser llevado a prueba industrialmente, puesto que los cambios de
condiciones de laboratorio con las de planta, modificarán el comportamiento del diseño de
mezcla.
El diseño de mezcla, donde se presenta el inconveniente económico con más énfasis, es el
mortero proyectado en las excavaciones realizadas por la TBM (Tunnel Boring Machine),
comúnmente denominada “topa”. Este tipo de material debe tener propiedades específicas por el
tipo de solicitaciones que se producen en el elemento. De igual forma se evaluará el desempeño
del nuevo aditivo, con las opciones que presentan las diferentes casas SK, GR y BA para un
concreto de resistencia específica, que en caso de obtenerse resultados satisfactorios, serviría
como patrón para realizar cambios en los diseños de mezcla restantes del listado que ofrece
Opeconca.
3
OBJETIVOS
Objetivos Generales
-
Optimizar los diseños de mezcla de concreto y mortero utilizados por la empresa
Opeconca, mediante la realización de ensayos de laboratorio que permitan un remplazo de
los aditivos actuales, para alcanzar mejoras en el aspecto técnico y económico.
-
Realizar un cambio de aditivos, en lo diseños de mezcla de concreto y mortero utilizados,
que permitan desarrollar las mismas propiedades requeridas, a un menor costo del actual.
-
Apoyar la gestión de calidad de la empresa, tomando en cuenta las necesidades de la
misma, mediante una visión enfocada a la producción de concreto.
-
Implementar una gestión para la evaluación de nuevos diseños de mezclas por parte de la
empresa Opeconca, de manera que en futuros proyectos, se disponga de una herramienta
que permita el estudio de nuevas propuestas en pro de una mejora continua, todo esto
como parte del sistema de gestión de calidad de la empresa
Objetivos Específicos
-
Estudiar y Evaluar el comportamiento del mortero proyectado para los túneles de la línea
5 del Metro de Caracas, modificando la marca de aditivos plastificantes de medio y alto
rango y retardadores de fraguado, asi como las dosis de los mismos, con la condición de
mantener las siguientes propiedades del material: Asentamiento inicial de 8 ½”, velocidad
máxima de perdida de asentamiento de 1” por hora, tiempo de fraguado no mayor a 12
horas, porcentaje de aire incluido menor a 4%, resistencias mayores a 450Kg/cm2,
manteniendo una relación a/c entre 0.36 y 0.38.
-
Estudiar y evaluar el comportamiento del diseño de mezcla para un concreto 310 Kg/cm 2,
modificando el tipo y la cantidad de aditivos, manteniendo las siguientes condiciones:
Asentamiento inicial de 8”, velocidad máxima de perdida de asentamiento de 1” por hora,
tiempo de fraguado no mayor a 12 horas, porcentaje de aire incluido menor a 4%,
resistencias mayores a 310Kg/cm2, manteniendo una relación máxima a/c 0,46.
-
Examinar la factibilidad del remplazo de la microsílice del mortero proyectado por
nanosílice.
CAPÍTULO 1
MARCO TEORICO
1.1
Diseños de mezcla
El concreto u hormigón, es un material que está compuesto por una serie de elementos
fundamentales que le confieren propiedades específicas. Básicamente, el concreto es una mezcla
de agregados (arena y piedra por lo general) y una pasta compuesta por cemento Portland y agua,
cuya función principal es unir a los agregados. [1]
Sin embargo, es necesario destacar que cada uno de estos componentes tiene ventajas y
desventajas en cualquiera de los estados del concreto: el estado fresco, donde el concreto tiene
una consistencia plástica que permite su manejo y colocación, y el estado endurecido, que se
alcanza mediante la reacción del cemento con el agua en un proceso de endurecimiento
progresivo denominado fraguado y es el estado donde el material ofrece propiamente sus
características mecánicas mediante el desarrollo de la resistencia requerida.
Para la óptima dosificación de los ingredientes del concreto, se deben tener en cuenta tres
factores primordiales: calidad, trabajabilidad y economía del material.
[2]
La trabajabilidad la
proporciona principalmente la pasta de cemento y agua, y puede verse afectada por los
agregados. En el aspecto económico debe tomarse en cuenta que el elemento más costoso de la
composición del concreto es el cemento, y en cuanto a la calidad del material, esta dependerá de
la utilización correcta de todos los componentes en conjunto.
En estos términos, el diseño de mezcla se puede definir como la determinación de la
proporción de los componentes necesarios en la mezcla de concreto, que buscan cumplir con los
requisitos que se le solicitan al material en cualquiera de sus estados.
Generalmente se fijan ciertos parámetros que se toman como base para desarrollar una
dosificación específica:
5
-
Resistencia exigida por la estructura,
-
La relación o proporción de agua en base a la cantidad de cemento (denominada
comúnmente relación agua/cemento o α)
-
El asentamiento, valor que proporciona una medida de trabajabilidad de acuerdo a los
requerimientos de la obra. [3]
Hay varios procedimientos para la selección de la proporción de los componentes del concreto,
es decir el diseño de mezclas, siendo una de las más comunes la recomendada por el comité 211
del American Concrete Institute (ACI 211).
Se debe tener en cuenta como factor primordial, que a largo plazo el concreto debe alcanzar el
máximo de durabilidad y resistencia, dependiendo del tipo de estructura. Y para esto, la
combinación y proporción de cada uno de los elementos representa un factor crucial. Además de
que es necesario tomar en cuenta la naturaleza, el procesamiento, composición química de los
componentes, también debe prestarse atención a los factores ambientales y los requerimientos
específicos del comportamiento del material que solicite la obra.
El control de los procesos de fabricación, es un aspecto clave en la calidad del concreto que se
produzca. En este aspecto, el control de calidad es el responsable de que una vez establecidos los
lineamientos de producción, los mismos se cumplan a cabalidad, previendo y tomando parte en
los cambios que puedan presentarse en el proceso, así como la implementación de mecanismos
de prevención y corrección en cada una de las etapas de la producción.
En base a esto podría inferirse que lograr un nivel de reproducibilidad para las mezclas de
concreto puede llegar a ser un cometido lo suficientemente complicado. Sin embargo, reportes
emitidos por el comité 211 de la ACI afirman que es posible producir concretos de trabajabilidad
comparable, si el material se produce con agregados de tamaño, forma y granulometría similares,
utilizando el mismo volumen de agregado grueso, por unidad de volumen de concreto y
suponiendo que las granulometrías de los agregados se encuentren dentro de los limites
convencionales,
[2]
que para el caso de Venezuela corresponden a la norma COVENIN 277,
“Concreto. Agregados. Requisitos”.
6
1.2
Conceptos básicos y terminología para la dosificación de hormigones
Para la aplicación del método de dosificación de hormigones a estudiar (ACI 211), es necesaria
la definición de la terminología conveniente adoptada.
1.2.1
Agregados
Se definen como agregados, al material inerte, de forma granular, natural o artificial que
aglomerados por la pasta de cemento, forman un todo compacto.
La arena, o agregado fino, es la porción del agregado que pasa por el tamiz # 4 (4,8mm de
abertura) y el agregado grueso se define como la porción retenida en este mismo tamiz. Según su
forma, sin adoptar una clasificación muy estricta, los agregados pueden ser angulares (piedra
picada) o redondeados (grava, canto rodado). [4]
En cuanto a las propiedades químicas de los agregados, la mayoría de estos son inertes, lo cual
quiere decir que no reaccionan químicamente con los demás componentes del concreto, sin
embargo pueden ocurrir reacciones, generalmente con la pasta de cemento que resultan dañinas
para el material en estado endurecido. La reacción agregado- álcali: este tipo de reacción genera
expansiones dentro de la masa endurecida de concreto que a su vez inducen esfuerzos de tensión,
generando así riesgos de falla en la estructura afectada. [5]
De igual forma, existe un factor importante, que depende de la limpieza de los agregados. En
ocasiones, puede existir la presencia de material orgánico en el agregado que posteriormente
incide de manera negativa en las características del concreto.
Existen procedimientos que permiten calcular cualitativamente la cantidad de material orgánico
en el agregado y en Venezuela están descritos en la norma Covenin 256, “Método de ensayo para
la determinación cualitativa de impurezas orgánicas en arenas para concreto. Ensayo
colorimétrico”. Este ensayo se basa principalmente en la reacción química que se produce entre la
materia orgánica y los álcalis, permitiendo coloraciones de intensidades varias según la
proporción de impurezas en el agregado. La importancia de este ensayo radica en que las
consecuencias de la presencia de impurezas en el agregado influyen directamente en el
7
comportamiento del concreto en cualquiera de sus estados, algunos de los efectos de la presencia
de orgánicos son: [6]
-
Alteraciones de fraguado
-
Alteración del endurecimiento del concreto
-
Reacción con los aditivos químicos
1.2.2
Granulometría
Se define como la distribución de los tamaños de las partículas que constituyen una masa de
agregados. Esta característica es primordial en la calidad del agregado para su utilización como
componente del concreto. [5,6].
El análisis granulométrico es el método de separación de una masa de agregado en fracciones,
y consiste en hacer pasar la misma a través de una serie de tamices que tienen aberturas
estandarizadas y cuyas propiedades deben ajustarse a la norma COVENIN 254 (“Cedazos de
Ensayos”). Los tamices deben ser colocados en un arreglo vertical (cascada), con el tamiz de
mayor abertura arriba hasta progresivamente colocar el de menor abertura abajo. Al realizarse
agitación, ya sea mecánica o manual, los granos de material se distribuirán según sus tamaños, a
través de los respectivos tamices. Este procedimiento se encuentra documentado en la norma
COVENIN 255, “Agregados, determinación de la composición granulométrica”. [6]
La granulometría de los agregados puede ser expresada según los retenidos por cedazo,
retenidos acumulados o pasantes, en peso o porcentaje. Generalmente se expresa el pasante total
por cada cedazo en porcentaje en peso.
Los límites granulométricos para agregado tanto fino (Tabla 1.1) como grueso (Tabla 1.2)
están fijados en las normas y especificaciones. En el caso de Venezuela en la norma COVENIN
277, “Concreto. Agregados. Requisitos”
8
Tabla 1.1 Limites en la granulometría para agregado fino [7]
Cedazos
COVENIN
Porcentaje
pasante
9.51 mm (3/8")
100
4.76 mm ( # 4)
85- 100
2.38 mm ( # 8)
60 -95
1.19 mm ( #16)
40-80
595 μm (# 30)
20-60
297 μm (# 50)
8 – 30
149 μm (# 100)
2 – 10
75 μm (#200)
0–5
Tabla 1.2Limites de granulometría en porcentajes en peso para agregado grueso de tamaño
máximo 1” [7]
Cedazos COVENIN, mm (pulgadas)
50.8
mm
(2")
-
38.1
mm
(1 1/2")
100
25.4
19.0
mm
mm
(1")
(3/4")
100 a 90
90 a 50
12.7
mm
(1/2")
45 a
15
9.51
mm
(3/8")
20 a 0
6.35
mm
(1/4")
7a0
4.76
mm
( # 4)
-
1.19
mm
2.38
mm
(# 8)
(#16)
-
-
595
μm
(#30)
-
El análisis granulométrico, permite el estudio de varios factores que resultan importantes en el
comportamiento de la mezcla tanto en estado fresco como endurecido, por ejemplo, la
granulometría de los agregados finos determina en gran parte la cantidad de agua que requerirá la
mezcla, y por lo tanto los valores de las resistencias que alcanzará el concreto. Mientras el
agregado sea mas fino, la mezcla requerirá más agua y por lo tanto se presentará una disminución
en las resistencias.
9
Para esto, es importante la introducción de un factor denominado beta “β” que representa la
cantidad de agregado fino con respecto al total del agregado en la mezcla. Matemáticamente se
expresa como el cociente entre el peso de la arena y el peso del agregado total, que es la suma del
fino y grueso (Ecuación 3.1). Puede expresarse también como porcentaje.
Ecuación 3.1
Donde A y G son los pesos de la arena y del agregado grueso respectivamente. [6]
Retomando el concepto de la importancia de la cantidad de arena (o el β) en el comportamiento
de los diversos estados del concreto, es necesario acotar que el valor del factor β debe mantenerse
a un nivel prudencial que permita una trabajabilidad aceptable y al mismo tiempo cumpla con los
requisitos de resistencia solicitados. [3]
Con respecto al agregado grueso, tanto su dureza, resistencia y hasta contaminación (con
arcilla por ejemplo) determinan en gran parte las resistencias del concreto. Si hay un exceso de
agregado grueso (β muy bajos) se producirán mezclas con tendencia a la segregación, lo cual no
es más que la separación de granos con tamaños notablemente diferentes, este efecto generará
una baja calidad en el concreto.
En cuanto a la relación del agregado con el factor α, al contrario del agregado fino, a mayor
cantidad de agregado grueso, menor será la necesidad de agua en la mezcla, y con respecto a la
forma y rugosidad del agregado grueso, las partículas angulosas requieren más agua que las
redondeadas, pero permitirán obtener resistencias mas altas, esto se debe a que los agregados de
superficie lisa son favorables al mecanismo de lubricación, pero desfavorables en cuanto a
resistencia puesto que tienden a fracturar. [3,6]
10
1.2.3 Modulo de finura
El modulo de finura (MF) es un factor que se deriva del análisis granulométrico y permite
estimar una medida de finura del material, se define como la suma de los porcentajes retenidos
acumulados en cada uno de los cedazos de una serie especifica, dividida entre 100. Los cedazos
utilizados son los mismos que los mencionados en el ensayo granulométrico, pero a partir del #4
van en proporción 2 a 1, es decir: #100, #50, #30, #16, #8, #4 y 3/8”, ¾”, 1”, 1½” etc. En la
medida que el modulo de finura disminuye indica un agregado fino, y en la medida que aumenta
su valor indica que el agregado es mas grueso.
[5,8]
Los módulos de finura de arena oscilan entre
2.2 (arena fina) y 3.5 (arena gruesa). [3]
El modulo de finura puede utilizarse para detectar los cambios que presente una determinada
arena debido a su procesamiento y/o manejo y también se utiliza para definir cuando las
variaciones de la granulometría en un agregado fino sean propensas a inducir cambios en el
comportamiento de la mezcla (fluidez). Sin embargo hay que tener cuidado con este concepto
cuando se utiliza para comparar arenas pues puede conducir a errores puesto que dos muestras de
arena pueden tener el mismo modulo de finura pero granulometrías diferentes. [6]
1.2.4 Material Ultrafino
Son las partículas de agregado menor al cedazo #200 (74 micras). Para este tamaño de material
no se suele utilizar el tamizado directo del material seco ya que aumenta la probabilidad de
obtener valores erróneos. En lugar de esto se utiliza el tamizado con agua (NORMA COVENIN
258, “Método de ensayo para la determinación por lavado del contenido de materiales mas finos
que el cedazo COVENIN 74 micras en agregados minerales finos”). Para los ultrafinos, además
del tamaño es importante tener en cuenta su composición mineralógica, lo que se puede hacer
relacionando el tamaño de la partícula a ciertos tipos de compuesto que se presentan por lo
general como limo, arcilla y coloides. [6]
11
En cuanto a la acción de los ultrafinos en la mezcla de concreto, estos tienen la desventaja de
que actúan como el cemento en cuanto al requerimiento de agua pero, a su vez, también pueden
colaborar con el mecanismo de lubricación mejorando las características del concreto en estado
fresco.
Sin embargo, para concretos de alta resistencia es necesario limitar los ultrafinos incluso por
debajo de los señalados en las normas (COVENIN 258) que, para concretos de altas resistencias
establece un límite de hasta 0,5% de material menor al tamiz #200. El exceso de ultrafinos en la
mezcla favorece la retracción, que es la contracción del concreto por secamiento y principal causa
de formación de grietas en el material. [3,6]
1.2.5 Tamaño máximo
Es otro factor derivado del análisis granulométrico y se define como la abertura del tamiz de
menor numero de la serie que permite 95 -100% de paso del material. Básicamente el tamaño
máximo del agregado grueso es el tamaño de la partícula mas grande que se encuentra en una
masa de agregados, y este factor se fija de acuerdo a las secciones de la estructura y el material
disponible. Por razones económicas es conveniente elegirlo del mayor tamaño posible, con el
objetivo de usar la menor cantidad de cemento, hecho que también influye en la calidad del
material puesto que se requerirá menos contenido de agua, reduciendo la contracción y
aumentando las resistencias. [4,5]
1.2.6 Combinación de agregados
En el texto de Porrero, J. et al “Manual del concreto Estructural” 3ra edición, 2009. Se utiliza
un procedimiento para la combinación de agregados basado en la granulometría apropiada (que
cumpla los requerimientos de las normas) tanto del agregado fino como del agregado grueso,
combinación que es la que en realidad actuara en la mezcla de concreto. El objetivo del estudio
de granulometrías combinadas adecuadas es obtener mezclas trabajables y de optima compacidad
(pocos espacios entre los granos) principalmente para el requerimiento de poca pasta. Sin
embargo, la presencia de un término implica la ausencia del otro puesto que si una mezcla
12
estuviera perfectamente ordenada (alta compacidad) la retracción seria mínima, pero la
trabajabilidad también.
Existen diversos métodos para determinar la proporción entre agregados finos y gruesos,
donde se toma la combinación de los mismos como un “todo” que actuara directamente en el
material, por lo que, para el diseño de mezcla, es conveniente tomar una granulometría de cierta
forma combinada entre la arena y la piedra. Existen ciertos límites determinados por la práctica
que permiten establecer parámetros base para la elección de un factor β adecuado. (Tabla 3.3)
En el texto “Manual del Concreto Estructural” se presenta un método grafico que resulta de
gran utilidad en la práctica para el cálculo de un β apropiado según las granulometrías del
agregado a disposición.
Básicamente se trata de elaborar un grafico, como ejemplo, la Fig. 3.1, que permita relacionar
la granulometría del agregado fino con la del agregado grueso mediante la proyección de rectas
que interconectan los porcentajes pasantes de un mismo tamiz para los dos tipos de agregados. Se
deben tomar en cuenta los límites definidos para cada tamiz de acuerdo al tamaño máximo del
agregado, que se encuentran en la Tabla 1.3. De manera que los cedazos con límites más críticos
son los que condicionaran la selección del correspondiente factor β. Es importante destacar, que
este es un método empírico recomendado por el autor que dependerá directamente de la
gradación de los agregados, no se establece mediante reglas o formulas exactas pero proporciona
una medida aceptable para la elaboración de concretos que cumplan los requisitos de calidad
estándar. [6]
Las ventajas del estudio de una granulometría combinada para el diseño de mezcla, son el
control de la trabajabilidad, bombeabilidad y retracción del concreto con el objetivo de alcanzar
un mejoramiento de la calidad del material. Si se mantiene constante el contenido de cemento y
la consistencia del concreto fresco, existe una combinación de agregados que producirá la
relación agua/cemento y la resistencia más eficiente posible. [1]
13
Tabla 1.3 Limites granulométricos para distintos tamaños máximos de agregado grueso.
Porcentajes pasantes [6]
Cedazo
Tamaños máximos (pulgadas)
Abertura
1½
1
¾
1½
100 – 90
-
-
1
84 -70
100 -90
-
¾
77 – 61
90 - 70
100 –
90
½
70 – 49
75 - 55
85 –
65
3/8
65 – 43
68 - 45
75 –
55
¼
60 – 35
60 - 35
65 –
45
#4
55 -30
55 - 30
60 –
38
#8
45 – 20
45 - 20
45 –
20
# 16
35 – 15
35 - 15
35 -15
# 30
25 – 10
25 - 10
25 -10
# 50
16 – 7
16 - 5
16 – 5
# 100
8–2
8-1
8–1
En la Figura 1.1, las líneas representan los porcentajes posibles de la mezcla de agregados que
pasaran uno de los cedazos, los límites están demarcados en los ejes derecho e izquierdo y todos
los valores intermedios son posibles. Los valores 62.5% y 41.5% corresponden a los valores
extremos para la relación β, que se encuentran enmarcados con líneas mas gruesas, esta
representación grafica corresponde a la granulometría especifica del ejemplo expuesto.
14
Figura 1.1Relación Arena/ Agregado total, β (%) [6]
1.2.7
Peso unitario suelto y compacto de los agregados
El peso unitario se define como la relación entre el peso de una muestra de agregado,
conformada por varias partículas, y el volumen que ocupan estas partículas en un recipiente de
volumen determinado. El peso unitario del agregado es un indicador de la calidad del mismo
puesto que provee una idea de su utilización en el concreto. Existen dos tipos de pesos unitarios,
el suelto, que se determina llenando un recipiente de volumen
conocido y dejando caer
libremente el agregado desde cierta altura, para después establecer la relación peso/ volumen,
según la norma COVENIN 263 “Método de ensayo para determinar el peso unitario del
agregado”. La importancia de este dato radica en que permite realizar la conversión pesovolumen para los agregados. La regularidad del peso unitario, también indica posibles cambios
en la granulometría o forma del agregado.
15
De la misma forma, existe el peso unitario compacto para los agregados, y este se define como
el peso unitario cuando las partículas han sido sometidas a algún grado de acomodamiento, este
valor será mayor que el del peso unitario suelto. Se realiza mediante la misma norma y con un
procedimiento similar, solo que el agregado será compactado dentro del molde. Con este factor,
se determinan los volúmenes absolutos de los agregados en el diseño de mezcla ya que las
partículas de los mismos quedaran confinadas en la masa de concreto. Este valor de peso unitario
es el utilizado para el método de diseño de mezcla del comité 211 de la ACI. [5,6]
1.2.8
Humedad superficial y absorción de los agregados
Los agregados, están conformados por partículas que tienen una estructura interna constituida
por materia sólida y huecos que pueden o no contener agua. Generalmente retienen cantidades de
agua en forma de humedad y este término se considera como la diferencia en peso entre el
material húmedo, y el mismo secado al horno y se expresa como porcentaje en referencia al
material seco. [1,6] La humedad puede presentarse de distintas maneras en el agregado (Fig. 3.2),
puede estar de manera externa adherida a la superficie del grano (en un película de grosor
variable) o de manera interna, en los poros y microporos de las partículas. El estado “ideal” de
una partícula de agregado se conoce como “saturado con superficie seca (SSS)” y es una
condición que rara vez logra ser natural y se refiere al estado de un agregado donde todos los
poros se sus partículas están completamente llenos de agua pero con sus superficies libres de
humedad (Figura 1.2). Las relaciones agua/cemento en los diseños de mezcla, se refieren a
concretos cuyos agregados estén en esta condición de equilibrio.
[4,6]
Cuando los granos tienen
agua interna en sus poros, esta no pasa al concreto como agua de mezclado, en cambio, el agua
externa, adherida a la superficie del grano si pasa a formar parte de la mezcla, alterando sus
proporciones. También se presenta el caso en el que los granos de agregados se encuentran muy
secos tienden a absorber parte del agua de mezclado, igualmente modificando las proporciones. [6]
En obra, generalmente todos los agregados contienen humedad en mayor o menor grado, y la
misma conformara una masa de agua que forma parte de la mezcla, de manera que debe ser
determinada para realizar las correcciones propicias evitando modificar las propiedades del
material tanto en estado fresco como endurecido.
16
Se define como absorción de las partículas de agregado, a la capacidad de las mismas de retener
agua en su interior, término que está estrechamente relacionado con la porosidad de los granos.
La capacidad de absorción de los agregados generalmente se determina entre el peso saturado con
superficie seca y el peso seco, expresado como un porcentaje con respecto al peso seco (Ecuación
3.2).
[5]
Ecuación 1.2
Donde Psss es el peso de la muestra saturada y superficialmente seca y Ps es el peso seco de la
muestra. [5,9]
Figura 1.2 Distintas condiciones de humedad de los agregados [6]
Para la determinación de la humedad (Ecuación 3.3) y de la absorción (Ecuación 3.2) para los
agregados finos y gruesos, se utilizan las normas COVENIN 268, “Agregado fino.
Determinación de la densidad y la absorción”, COVENIN 269, “Agregado grueso.
Determinación de la densidad y la absorción” y COVENIN 272, “Método de ensayo para
determinar la humedad superficial en el agregado fino”. [6] Con la aplicación de estos métodos se
obtiene la absorción del agregado, para determinar por diferencia la humedad superficial o libre
17
que formará parte del agua de mezcla. Las correcciones en las mezclas por humedad, solo deben
hacerse en el agua libre o superficial, y en el caso de utilizar agregados secos, deberá tomarse en
cuenta el valor de la absorción, valor que deberá agregarse a la cantidad de agua teórica
necesaria. [4]
Ecuación 1.3
Donde, Phumedo se refiere al peso de la muestra húmeda y Pseco al peso de la muestra luego
de ser colocado en la estufa por un tiempo prudencial, hasta que se le haya removido toda la
humedad aparente.
En obra, la mayor parte de los agregados están humedecidos, y este porcentaje de humedad se
calcula mediante la Ecuación 1.3. Este valor, generalmente es mayor que el de absorción, en el
caso del agregado fino, por lo tanto la cantidad libre o superficial se obtiene restando la absorción
al valor total de humedad. Para el caso del agregado grueso, generalmente la humedad se toma
como nula, ya que debido a las condiciones climáticas de la mayoría de las zonas en Venezuela,
la piedra no suele estar húmeda a menos que haya estado a la intemperie bajo precipitaciones. Por
lo tanto, para el agregado grueso, en la mayoría de los casos, para las correcciones del agua del
diseño de mezcla, solo se tomará en cuenta el valor de la absorción.
1.2.9
Peso específico
Los materiales granulados tienen dos pesos específicos: el aparente, que se define como el peso
de un conjunto de granos dividido entre su volumen, y el absoluto que es el peso de un grano
dividido entre su volumen. [3]
En la dosificación de hormigones, el peso especifico de un agregado se define como la relación
entre el peso de material, en el aire, con el peso del volumen de agua desplazado por el mismo,
incluyendo sus vacíos impermeables. El peso en el aire puede utilizarse como los granos en la
condición se saturado con superficie seca, o seca (en estufa, a peso constante), pero se debe
especificar bajo cual de esas condiciones fue calculado. [4]
18
Generalmente para el método de dosificación de concretos de la ACI se aplica el peso
específico con los agregados en condición saturada con superficie seca, proceso especificado en
la norma COVENIN 268.
En resumen, existe un rango de valores comunes para las relaciones peso/volumen según el
tipo de agregado (Tabla 1.4) que proporciona una idea general para el calculo de ciertas
propiedades útiles en el diseño de mezcla de concreto.
Tabla 1.4 Valores usuales de las relaciones peso/volumen de los agregados [6]
Propiedad
Gruesos
Finos
Peso unitario suelto (kg/litro)
1,4 a 1,5
1,5 a 1,6
Peso unitario compacto
(kg/litro)
1,5 a 1,7
1,6 a 1,9
Peso especifico (g/ml)
2,5 a 2,5
2,5 a 2,7
1.2.10 Trabajabilidad, plasticidad y fluidez
La trabajabilidad es una de las características más críticas del concreto, se define como la
propiedad mediante la cual se determina la capacidad del material para ser colocado y
consolidado de manera apropiada, sin segregación alguna. La medida de trabajabilidad,
generalmente es asociada con el término de asentamiento, pero, esta propiedad incluye otros
aspectos como movilidad, fluidez, bombeabilidad, compactibilidad y de manera negativa,
segregación y sangrado.
[5,10].
Este ultimo término, sangrado del concreto, se refiere a la
formación de una lamina de agua en la superficie del concreto recién colocado. Es causado por el
proceso de sedimentación entre las partículas sólidas, y simultáneamente la migración del agua a
la superficie. En caso de que el sangrado sea excesivo, se producirá un aumento de la relación
agua/cemento en la superficie, dando lugar a una capa superficial frágil y de baja durabilidad. [1]
El valor de asentamiento, es medido con el Cono de Abrams, según la norma COVENIN 339
“Concreto. Método para la medición de asentamiento con el Cono de Abrams”, este ensayo
19
representa un practico índice de la medida de trabajabilidad del concreto, pero no mide todas las
propiedades plásticas de la mezcla ni toma el grado de influencia que las mismas tienen sobre el
concreto. El ensayo de asentamiento no es capaz de distinguir entre mezclas con características
distintas, por ejemplo una mezcla gruesa y áspera, comparada con otra que tenga grandes
proporciones de arena, puede que tengan el mismo valor de asentamiento, pero no se puede
considerar que la consistencia o fluidez, es la misma. De manera que cuando los agregados y el
contenido de cemento permanecen constantes, el ensayo de asentamiento resulta una medida
apropiada para evaluar cambios en la fluidez de la mezcla, que en este caso pueden ser causados
por diferencias en la granulometría de los agregados o por alguna alteración en el contenido de
agua o aire. [2,6]
La plasticidad, es un término que se define como una consistencia a la que el concreto pueda
ser fácilmente moldeado, a su vez, permitiéndole al material fluir lentamente. Ni las mezclas muy
secas, ni las muy fluidas, pueden considerarse como plásticas. Dos mezclas con la misma
consistencia no son igualmente manejables, para que esto sea así, deben tener el mismo grado de
plasticidad. El termino fluidez, también se utiliza para la caracterización del nivel de plasticidad
de una mezcla, también se conoce como consistencia y es una característica que da una medida
de que tan seca o fluida es la mezcla de concreto cuando se encuentra en estado plástico. Puede
también definirse como el grado de humedad de la mezcla. [2,5]
Son diversos los factores que influyen en la trabajabilidad de una mezcla de concreto en
estado plástico, el principal es el contenido de agua de la mezcla, o la relación α. El agua de
mezclado tiene dos funciones: una porción se encarga de hidratar el cemento (agua de
hidratación) y otra porción lubricara los agregados por medio de la pasta (agua libre), esta última
confiere fluidez a la mezcla otorgándole la movilidad en estado plástico. La ausencia o exceso de
agua influirá directamente en el comportamiento de la mezcla, es decir una pasta con poca agua y
mucho cemento, no tendrá suficiente agua libre para lubricar los agregados, de manera que será
incapaz de conferirle manejabilidad a la mezcla. Por el contrario, una pasta con mucha agua y
poco cemento tendrá un exceso de fluidez debido a la presencia del agua libre, lo que induce a la
segregación de los agregados. [5]
20
Otro factor a tomar en cuenta, que influye en la trabajabilidad del concreto, es el contenido de
aire presente en el mismo. Puede considerarse que las burbujas de aire forman parte de la pasta en
el mismo sentido que lo hacen las partículas más finas de agregado, de manera que pueden influir
en su plasticidad, produciendo un efecto que mejora la trabajabilidad de la mezcla ya que las
pequeñas burbujas llegan a producir un efecto similar al de unas “ruedas” entre los agregados,
permitiendo una mejor movilidad. En la practica, durante los procesos de dosificación y
mezclado del concreto, una cantidad variable de aire es introducida, termino generalmente
denominado como “aire atrapado” el cual posteriormente es liberado mediante los procesos de
compactación para evitar el aligeramiento de la pasta endurecida, y por lo tanto los descensos en
los valores de las resistencias, de este hecho deriva que generalmente el limite máximo de aire
atrapado en una mezcla de concreto sea 4%. La cantidad de aire en una mezcla de concreto se
mide según la norma venezolana COVENIN 496 “Cemento Portland. Determinación del
contenido de aire en morteros”. [2,5]
La trabajabilidad de una mezcla también tiene una estrecha relación con la gradación de los
agregados, puesto que un exceso de vacíos debido a una mala gradación, requerirá más cantidad
de pasta para proporcionarle a la mezcla una mejor trabajabilidad y menor porosidad. De la
misma forma, se debe evitar la utilización de arenas muy finas ya que aumentan el requerimiento
de agua aumentando el riesgo de segregación, y las arenas muy gruesas producirán mezclas
ásperas y poco cohesivas. Además de la granulometría, la forma y textura de los agregados, juega
un papel primordial en la trabajabilidad de la mezcla: los agregados gruesos con granos
aplanados y alargados de textura rugosa, exigen una mayor cantidad de pasta y arena para
mantener valores de trabajabilidad aceptables, de modo que desde este punto de vista, son mas
recomendables los agregados naturales de superficie lisa y redondeada, como canto rodado y
arena de rio.
1.2.11 Bombeabilidad
La consistencia del concreto, algunas veces, permite que el mismo pueda ser fluidificado con
aire y ser bombeado por tuberías de la misma manera que lo logra un fluido. Cuando el concreto
requiere necesidades especiales, como el método de transporte por bombeo por ejemplo, la
21
trabajabilidad del material representa un factor crucial para el uso del material. Las características
de este tipo de mezclas deben tener un mayor nivel de plasticidad, independientemente del uso de
aditivos, es decir debe tener la capacidad de deformarse sin causar segregación.
Para lograr esto, por ejemplo, puede incrementarse la cantidad de material fino con el
aumento del valor del factor β y tener en cuenta que mientras menor sea el modulo de finura de la
arena, menores serán las características de bombeo de la mezcla. Los concretos bombeables,
además de tener contenidos de arena ligeramente mayores, tienen relaciones agua/cemento entre
0,5 y 0,6 y generalmente se utilizan aditivos de alto rango que permitan reducir en una
proporción considerable la cantidad de agua de la mezcla sin reducir su resistencia, este tipo de
aditivos se denominan plastificantes o superplastificantes, y posteriormente en este trabajo se
tratará el tema con mas detalle. [6,11]
Según el siguiente esquema (Figura 1.3), la bombeabilidad correcta se alcanza cuando el
porcentaje de contenido de cemento por volumen se asemeja al volumen de vacíos en la mezcla.
[12]
22
Figura 1.3 Esquema de bombeabilidad del concreto en función del contenido de cemento de la
mezcla y el volumen de vacío. [12]
1.3
Dosificación de concretos según el comité 211 de la ACI
Este método de dosificación se basa principalmente en la relación α de la mezcla, además se
toman como base cuatro suposiciones: la primera declara que la trabajabilidad y la consistencia
de la mezcla permanecerá constante, según los contenidos de cemento portland y con un
agregado dado, si el agua y el agregado grueso por unidad de volumen de concreto, se mantienen
también constantes. Es decir que para un juego especifico de agregados, que se suponen con la
gradación adecuada para una trabajabilidad requerida, las cantidades de agua y agregado grueso
son constantes, independientemente de la relación agua/cemento.
La segunda suposición trata de que si se tienen varias mezclas con diferentes tipos de agregado
grueso del mismo tamaño máximo, y a su vez también tienen el mismo volumen compactado de
23
agregado grueso, tendrán el mismo grado de plasticidad y trabajabilidad. Es decir,
independientemente del α, para una determinada arena, definida por su modulo de finura, se
obtendrá la misma trabajabilidad sea cual sea el agregado grueso, siempre que mantenga el
mismo tamaño máximo, y manteniéndose constante el volumen compactado de agregado grueso.
En tercer lugar, se supone que el volumen o rendimiento de cualquier concreto, es igual a la
suma de los volúmenes absolutos de todos los componentes del mismo: cemento, agua y
agregados. Por ultimo, se hace la suposición para las mezclas con diferentes clases de agregado
grueso y una consistencia constante, los contenidos de agua son función del volumen absoluto del
agregado grueso por unidad de volumen de concreto. [4]
Este ACI 211 se fundamenta básicamente en la expresión “b/bo” que indica el volumen
compactado de agregado grueso por unidad de volumen de concreto, en esta relación los términos
involucrados poseen el siguiente significado:
b = volumen absoluto de agregado grueso por unidad de volumen de concreto.
bo= volumen absoluto de agregado grueso por unidad de volumen compactada del mismo.
b/bo= volumen compactado de agregado grueso por unidad de volumen de concreto.
La expresión de volumen compactado de agregado grueso por unidad de volumen se
considera una medida de trabajabilidad del concreto, y que por no depender de la clase de
agregado grueso, simplifica considerablemente la situación, puesto que determinando un valor
para un tipo de agregado grueso, será valido para todos los demás. El valor de b/bo es función del
tamaño máximo del agregado y del modulo de finura de la arena y no depende del α ni de la
consistencia de la mezcla. [4,5]
Según información empírica obtenida sobre la trabajabilidad y análisis de ensayos, se
determinaron ciertos valores de “b/bo” que permiten obtener una óptima trabajabilidad
maximizando la economía para cualquier tipo de obra en general. La Tabla 1.5 presenta los
valores de b/bo según el tamaño máximo de agregado y el modulo de finura de la arena.
24
Tabla 1.5 Volúmenes compactados de agregado grueso por unidad de volumen de concreto
(b/bo) según el tamaño máximo del agregado grueso y el modulo de finura de la arena [4]
Modulo de finura de la arena
Tamano maximo
del agregado
grueso
2,00
3/8"
1/2"
3/4"
1"
1 1/2"
2"
3"
6"
0.54
0.61
0.68
0.72
0.76
0.79
0.82
0.87
2,20
2,40
2,60
2,75
2,90
3,10
3,30
0.42
0.51
0.60
0.65
0.70
0.73
0.77
0.83
0.39
0.48
0.58
0.63
0.68
0.71
0.76
0.82
0.35
0.45
0.55
0.60
0.66
0.70
0.75
0.81
Valores de b/bo
0.52
0.59
0.67
0.70
0.75
0.78
0.81
0.87
0.50
0.57
0.65
0.69
0.73
0.76
0.80
0.86
0.47
0.55
0.63
0.67
0.72
0.75
0.79
0.85
0.45
0.53
0.62
0.66
0.71
0.74
0.78
0.84
En base a este concepto, se puede introducir el procedimiento de dosificación de mezclas
según el comité 211 de la ACI. Para esto es necesario definir ciertos ítems, que mediante un
proceso sistemático permiten calcular los valores requeridos para la dosificación. El texto
“Método para la dosificación de hormigones” (Juan García Balado, 1960) recomienda la
utilización de una planilla, esquema que se define detalladamente a continuación, (Figura 1.4)
que permite diseñar una mezcla en base a varios parámetros, y que es la utilizada por la empresa
Odebrecht de Venezuela para los diseños de mezcla base del presente trabajo experimental.
25
Figura 1.4 Planilla de diseño de mezcla requerida según el texto “Método de dosificación de
hormigones” (Juan García Balado, 1960)
26
1.3.1 Planilla de diseño de mezcla de concreto
A continuación, se detallan cada uno de los ítems de la planilla de diseño de mezcla, mostrada
en la Figura 1.4.
En primer lugar es necesario llenar las casillas de la fecha de realización del diseño de mezcla
junto con el número del mismo, con la idea de mantener el orden en la serie de resultados cuando
se disponga a realizar varios diseños de mezcla y posteriormente a ser comparados.
El primer ítem (1) indica la resistencia proyectada del concreto a los 28 días de fraguado
(termino posteriormente definido en la sección 3.2), este factor depende de la estructura y es
calculado por el ingeniero proyectista. La resistencia a la compresión que alcance el diseño de
mezcla a los 28 días, debe ser mayor a la requerida por la obra, actuando en este caso, un factor
de seguridad. La diferencia entre el valor de diseño y el valor que debe alcanzar la mezcla de
concreto dependerá del error de las medidas promedio (desviación) que se obtenga según los
ensayos realizados.
[6]
La resistencia a la compresión es un factor que debe discutirse
detalladamente, ya que involucra numerosos aspectos relevantes en el estudio del concreto, en el
presente trabajo será detallado mas adelante.
En el segundo ítem (2) se calculará la relación agua cemento (α) necesaria para lograr los
valores de resistencia proyectados. Este valor puede obtenerse mediante curvas, como la
mostrada en la imagen (Figura 1.5) pero en el caso de obras de gran magnitud, conviene realizar
la selección agua/cemento mediante el método de ensayo y error. Para seleccionar un valor
adecuado de asentamiento, es recomendable el uso del menor valor que satisfaga las necesidades
del concreto en obra. Y de la misma forma el valor del tamaño máximo de agregado debe
seleccionarse de acuerdo a la estructura.
27
Figura 1.5 Grafico de Resistencia la compresión, en función de la relación agua/cemento y la
edad, utilizado para el método de diseño de mezclas ACI 211 [4]
Los ítems tres (3), cuatro (4) y cinco (5) se refieren a la identificación del cemento y los
agregados a utilizarse en el diseño de mezcla, esto permitirá un efectivo control de calidad, ya
que la dependencia de la naturaleza de estos factores en el concreto influye directamente en el
comportamiento del mismo. En el caso de presentarse inconvenientes en cuanto a la calidad de la
mezcla, una ubicación de los componentes de la misma que facilite la localización de resultados
28
de ensayos de calidad, resulta una herramienta sumamente útil. El sexto ítem (6) corresponde al
valor del modulo de finura, discutido en el enunciado1.2.3 del presente informe.
En los ítems siete (7), ocho (8) y nueve (9) se específica el valor del peso especifico del
agregado fino, del agregado grueso y del cemento, punto tratado en el enunciado1.2.1, con ciertos
rangos comunes para los agregados mostrados en la Tabla 1.4. Tomando en cuenta, que el peso
específico es el peso de un cuerpo dividido entre su volumen y que los materiales granulados
tienen dos pesos específicos: el aparente y el absoluto, y que el valor generalmente utilizado para
el método de dosificación de la ACI 211 es el del peso especifico absoluto, el cemento Portland
tipo 1 (de uso común) por lo general tiene un valor de peso especifico absoluto de 3,15 g/ml.
[3]
Este valor será utilizado para todos los cálculos necesarios que lo involucren en el presente
método de dosificación.
En el punto diez (10) debe especificarse el valor del peso seco y compactado de la piedra.
Este valor corresponde al peso unitario compacto discutido en el enunciado1.2.8y debe estar
expresado en unidades de kilogramos por metro cúbico [Kg/m3]. En el punto once (11) debe
reportarse el valor de la absorción del agregado grueso (ver enunciado1.2.9) en porcentaje (%).
En el ítem numero doce (12) de la planilla de diseño de mezcla según la ACI 211, se calcula
el valor del volumen absoluto de agregado grueso por metro cúbico del mismo (bo) en la unidad
de volumen, metro cúbico (m3). Para dicho cálculo se utilizan varios valores calculados
previamente en la planilla (Ec 3.4)
[
]
Ecuación 3.4
Donde bo es el volumen absoluto de agregado grueso por m3 del mismo, P.Uc es el peso
unitario compacto del agregado grueso, Abs es la absorción del agregado grueso y Pe es el peso
específico del agregado grueso.
29
Es importante tomar en cuenta que el resultado obtenido para el valor de bo, será en unidades de
litros (Lts), ya que los valores requeridos y calculados en etapas anteriores de la planilla están
dados en determinadas unidades que conducen a este resultado, por lo tanto es necesario realizar
el cambio a metros cúbicos como se indica en la planilla.
En el decimotercer ítem (13) se calcula el valor de el volumen compactado de agregado
grueso por metro cúbico de concreto (b/bo) según la Tabla 1.5, para esto hay que tomar en cuenta
el valor del tamaño máximo del agregado y el modulo de finura de la arena, valores previamente
calculados anteriormente según la planilla de diseño de mezcla. En el caso de que el modulo de
finura no este tabulado, será necesario realizar una extrapolación para el calculo del valor de b/b o.
De manera que con los últimos dos valores calculados en los ítems (12) y (13), se puede obtener
un valor de “b” que se define como el volumen absoluto de agregado grueso por metro cúbico de
concreto, este valor, indica el volumen final de la piedra como componente integrado en la masa
de concreto, es decir, con el agregado fino y demás componentes. En el ítem catorce (14) se
realiza este cálculo (Ecuación 3.5), que debe expresarse en metros cúbicos:
Ecuación 3.5
Donde bo es el volumen absoluto de agregado grueso compactado por metro cúbico del
mismo, calculado anteriormente en el ítem (12).
Posteriormente, en el ítem quince (15) en base al grafico de contenido de agua por metro
cúbico de concreto (Figura 1.6) se calculan los litros por metro cúbico que requerirá la mezcla
diseñada para alcanzar los requerimientos planteados. Para calcular la cantidad de cemento en
kilogramos por metro cúbico de concreto [Kg/m3], en el ítem dieciséis [16] utilizara la relación
agua/cemento de la mezcla y la cantidad de agua requerida (Ecuación 3.6), ambos datos
calculados anteriormente en la planilla.
Ecuación 3.6
30
Con esta cantidad, y el peso específico del cemento, en el ítem (17) se calcula el volumen que
ocupara dicha cantidad de cemento en la mezcla total de concreto, este cálculo debe ser reportado
en metros cúbicos (m3).
Ecuación 3.7
Donde c, es la cantidad de cemento requerida, en kilogramos, calculada en el ítem anterior, y
Pec, es el peso especifico del cemento.
Posteriormente en el ítem dieciocho (18) se realiza la conversión de la cantidad de agua
necesaria en litros, calculada en el ítem (15) a metros cúbicos para calcular el volumen que
ocupara el agua en la mezcla de concreto. En el ítem diecinueve (19), con la suma del volumen
del cemento mas el volumen de agua, se calcula el volumen de pasta de la mezcla total. Al restar
dicho volumen de pasta a la cantidad 1m3 (o 1000lts) se obtiene el volumen de agregados en la
mezcla de concreto, este calculo se realiza en el ítem veinte (20).
31
Figura 1.6 Contenido de agua por m3 de concreto, en función del “b” y el MF de la arena.
32
Con estos valores, los cuales deben ser reportados en metros cúbicos, es posible calcular los
volúmenes que ocuparán todos los componentes del concreto en un metro cúbico de mezcla. El
volumen restante por calcular, es del de arena, procedimiento realizado en el ítem veintiuno (21)
restando el volumen absoluto de los agregados, menos el volumen del agregado grueso en la
mezcla (b), calculado en el paso (14) de la planilla. De igual forma se puede calcular el
porcentaje total de arena en la mezcla, dividiendo el volumen de la arena, entre el volumen
absoluto de los agregados, este cálculo se realiza en el ítem veintidós y permite calcular el valor β
de la mezcla de concreto.
Los últimos tres ítems de la planilla de diseño de mezcla, resumen en kilogramos (litros para el
caso del agua) la cantidad de los componentes del concreto a diseñar para un metro cúbico de
mezcla, procedimiento realizado en el paso veintitrés (23). Para obtener el peso total por metro
cúbico de los componentes del diseño de mezcla realizado, deben sumarse los valores obtenidos
en el ítem anterior (tomando en cuenta que en el caso del agua, puede realizarse la conversión
directa de litros a kilogramos, puesto que la densidad de la misma es 1000kg/m 3), este valor es
reportado en el ítem veinticuatro (24).
Finalmente, en el ítem veinticinco (25), se calculan los componentes de la mezcla de concreto,
en el caso de realizar un terceo, que es la división del volumen total, en este caso 1m3. Es decir, si
se desea realizar el diseño de mezcla para una cantidad de 50 litros, hay que dividir esta cantidad
entre 1000 litros y multiplicar este factor por cada uno de los componentes del concreto para un
metro cúbico calculados en el punto (23). Este procedimiento es de suma importancia para la
realización de mezclas experimentales, puesto que la mayoría de las veces se realizan en trompos
mezcladores con capacidades menores a un metro cúbico.
1.4
Hidratación, tiempo de fraguado y endurecimiento del concreto
Al proceso de hidratación, mediante el cual un aglomerante hidráulico adquiere una mayor
consistencia, o cambia de estado plástico a solido, se le denomina fraguado. Este proceso de
hidratación del cemento depende de varios factores: la composición de las fases del cemento, la
finura del mismo, el α, la temperatura de hidratación, la presencia de aditivos o adiciones
químicas. [3,12]
33
La calidad de adhesión de la pasta de cemento se debe a las reacciones químicas entre el
cemento y el agua. El cemento portland es un material de composición compleja integrado por
varios compuestos. Las cuatro fases principales del cemento portland, que totalizan mas de 90%
del peso del mismo se denominan:
-
Silicato dicálcico (C2S)
-
Silicato tricálcico (C3S)
-
Aluminato tricálcico (C3A)
-
Ferroaluminato tetracálcico (C4AF)
Además de estas fases principales, se encuentran presentes otros compuestos que influyen en
el proceso de hidratación. Cada tipo de cemento portland posee las mismas cuatro fases, pero
estas difieren en sus proporciones. Los silicatos de calcio constituyen el 75% del peso del
cemento portland, y estas fases reaccionan con el agua para formar hidróxido de calcio e hidrato
de silicato de calcio, este último componente es crucial en el comportamiento del concreto, ya
que las propiedades ingenieriles del mismo (fraguado, endurecimiento, resistencia, estabilidad
volumétrica) dependen del hidrato de silicato de calcio. [1]
El proceso de hidratación del cemento es una reacción exotérmica, de manera que es posible
obtener mediciones de las etapas del proceso si se toma en cuenta el desprendimiento de calor de
las mismas. Existe una etapa clave en el desarrollo de la hidratación (Figura 1.7), se trata de una
disminución del calor de reacción debido a un periodo “durmiente” donde el concreto reduce su
tasa de calor expedido, por ende de endurecimiento, y esta etapa es utilizada para el transporte y
la colocación del material en obra. Es un periodo clave en la utilización del material. [12]
34
Evolución del calor J/s.Kg
Figura 1.7 Tasa de evolución del calor del cemento portland, con una relación agua/cemento de
0,4. [12]
En la Figura 1.7 se observan tres etapas principales, en las primeras etapas ocurre la
formación de fases hidratadas del cemento (geles), luego se observa una caída en el calor de
reacción perteneciente al “periodo durmiente” para luego iniciarse el fraguado inicial (se observa
el incremento de la tasa de evolución de calor de hidratación). En la segunda etapa se da el inicio
del fraguado final para posteriormente en la tercera etapa efectuarse el término del proceso de
hidratación. [12]
En el proceso de endurecimiento del concreto, el volumen del material permanece
prácticamente inalterado, pero al endurecerse se encuentran presentes contenidos de poros llenos
de agua y aire, los cuales no contribuyen a la resistencia del material, puesto que ésta
característica se encuentra en las partes sólidas de la pasta. Por tanto, mientras menos poroso sea
el material, mayor resistencia presentará, de aquí radica la importancia de no utilizar más agua en
la mezcla de la necesaria. Sin embargo, la hidratación completa del concreto es difícilmente
alcanzada en obra, debido a la falta de humedad que generalmente se presenta y a que una
hidratación total requiere décadas de desarrollo. [1]
35
1.5
Curado y desarrollo de resistencias
El aumento de la resistencia con la edad, es un proceso continuo y puede depender de varios
factores: que partículas de cemento no hidratadas aun estén presentes,
de que el concreto
permanezca en estado húmedo, de que la humedad relativa del aire sea mayor a 80%, que el
concreto permanezca a una temperatura favorable y que haya suficiente espacio para la formación
de los geles producto de hidratación. [1]
Generalmente las propiedades mecánicas del concreto endurecido, parecen no depender solo
de la composición química del cemento hidratado sino, de la estructura física de los productos de
hidratación. Una vez que la pasta de cemento ha fraguado su volumen aparente permanece
aproximadamente constante, la pasta endurecida está compuesta por geles producto de la
hidratación del cemento, y otros componentes en menor proporción, como cemento no hidratado
y residuos de los espacios llenos de agua en la pasta fresca. Estos residuos se denominan poros
capilares, no obstante dentro del gel también existen huecos intersticiales denominados poros de
gel. Por lo tanto, en una pasta deshidratada hay dos clases distintas de poros. [13]
La mayoría de los geles de hidratación son coloides, es decir sistemas compuestos por una
fase continua (generalmente líquida) y una fase dispersa (generalmente sólida), durante la
hidratación, la fase superficial de la fase sólida aumenta a gran escala gracias al agua libre que es
absorbida por esta superficie. Por lo tanto, debe permitirse el movimiento de agua desde y hacia
la pasta de cemento, de lo contrario las reacciones de hidratación consumirán la misma hasta que
esta no será suficiente para saturar la superficie sólida, lo que disminuye la humedad relativa
dentro de la pasta. Este proceso se conoce como “autodesecación”. Debido a que los geles de
hidratación, que le confieren la dureza al concreto, solo se pueden formar en espacios llenos de
agua, la autodesecación causa una hidratación menor, de aquí radica la importancia de proveer
suficiente cantidad de agua para el endurecimiento del material, este proceso se denomina curado.
[12,13]
En la Figura 1.8, se aprecia la diferencia, en cuanto a resistencia, entre concretos ensayados a
diferentes días mediante distintos métodos de curado húmedo. Se observa que las muestras que
no fueron curadas (en ambiente de laboratorio todo el tiempo) alcanzaron valores de resistencia
36
considerablemente menores que las muestras que fueron sometidas a curado húmedo todo el
tiempo.
Figura 1.8 Valores de resistencia a la compresión en función de edad del ensayo para distintos
métodos de curado. [1]
En obra, una vez colocado y compactado el concreto, debe ser curado, especialmente en
edades tempranas. Con esta operación se protege el desarrollo de las reacciones de hidratación
del cemento evitando la perdida parcial de agua de reacción a causa de la evaporación de la
misma. [6] Según sea el caso, se tenen cilindros para ensayos a compresión, estos deben someterse
al proceso de curado en piscinas o envases destinados para tal propósito, de ser posible hasta el
día del ensayo. Si se trata de concreto vaciado en estructuras se realiza el proceso de curado por
métodos de riego superficial.
37
1.6
Aditivos para el concreto
Los aditivos son materiales distintos del agua, el cemento y los agregados que se adicionan a
la mezcla antes o durante el mezclado, con el objetivo de modificar las características de la
misma en cualquiera de sus estados. [1,5]
Según la norma venezolana, Covenin 356, “Aditivos químicos utilizados en el concreto.
Especificaciones”, los aditivos químicos están clasificados en los siguientes tipos [14]:
- Tipo A: reductores de agua
- Tipo B: retardadores
- Tipo C: aceleradores
- Tipo D: reductores de agua y retardadores
- Tipo E: reductores de agua y aceleradores
- Tipo F: reductores de agua de alto rango
- Tipo G: reductores de agua de alto rango y retardadores
- Tipo H: reductores de agua de alto rango y aceleradores
En esta norma, los aditivos son clasificados según los efectos que tienen sobre la mezcla de
concreto. Esta clasificación representa una limitación con respecto a los aditivos que efectúan
varios efectos simultáneos sobre la mezcla por ejemplo, los mejoradores de la tixotropía
(superplastificantes) los impermeabilizantes, los incorporadores de aire, los modificadores del
tiempo de fraguado, entre otros. [6]
Para efectos del presente informe, solo se definirán algunos tipos de aditivos necesarios en
los diseños de mezcla utilizados en el procedimiento experimental posteriormente expuesto.
38
Los aditivos reductores de agua son aquellos que se utilizan tanto para disminuir la cantidad de
agua de mezcla necesaria para la producción de un concreto con un asentamiento específico,
como para reducir la relación agua/cemento, disminuir el contenido de cemento y aumentar el
asentamiento. Según la norma venezolana Covenin 356 este tipo de aditivos pertenece a la
clasificación A y F. En cuanto a composición química, generalmente, los aditivos reductores de
agua tipo A están compuestos por lignosulfonatos, ácidos e hidróxidos carboxílicos y
carbohidratos.[1,6] Por otra parte, los aditivos superplastificantes o reductores de agua de alto
rango (Tipo F) son químicamente diferentes a los reductores de agua normales, y están
generalmente constituidos por polímeros orgánicos, ya sea de melanina sulfonatada, condensados
de formaldehido de naftalina sulfonatada o lignosulfonatos modificados, los cuales, además, no
contienen cloruros adicionales que implican un factor de riesgo para el acero en el concreto
armado.[5]
Los aditivos tipo A, son aquellos que reducen al menos un 5% de la cantidad de agua de
mezclado requerida para producir un concreto de la misma consistencia de una mezcla patrón,
incrementando su resistencia. Y los aditivos tipo F, también son llamados superplastificantes y
son aquellos que cumplen la misma función que los aditivos tipo A, pero reducen al menos un
15% de la cantidad de agua. [14]
En base a la función de los aditivos reductores de agua, se puede afirmar que los mismos
ejercen sobre la mezcla de concreto, ciertas acciones que modifican su comportamiento, por
ejemplo, la acción plastificante de este tipo de aditivos se manifiesta cuando al añadir una dosis
del mismo a la mezcla, se obtiene un incremento, de magnitud variable, en el asentamiento. Este
efecto, se logra sin haber modificado la dosis de cemento o el α de la mezcla y se denomina
efecto plastificante. Sin embargo, en este sentido es importante tomar en cuenta el factor “perdida
de asentamiento” puesto que el incremento de la tasa del mismo, resulta en reducción de
trabajabilidad y en menos tiempo para la colocación del concreto. Los aditivos reductores de
agua pueden ejercer un efecto perjudicial para la mezcla de concreto ya que influyen en el
incremento de la velocidad de perdida de asentamiento. [1,6]
En el esquema de la Figura 1.9, se observa el efecto de dos tipos convencionales de aditivos (de
ejemplo) reductores de agua en la tasa de perdida de asentamiento. El aditivo reductor de agua
39
tipo “1” permite alcanzar mayores valores de asentamiento inicial pero tiene perdidas de
asentamiento mas pronunciadas que el aditivo reductor de agua tipo “2”. A su vez este ultimo
tiene menores (aunque no significativamente) valores de asentamiento inicial, pero su velocidad
de perdida es menor que la de la mezcla con el aditivo tipo “1”. Esto se traduce en que la mezcla
de concreto donde se emplea el aditivo tipo “2” será más trabajable que la mezcla con aditivo
reductor de agua tipo “1”. Por otra parte, puede decirse que una caída de asentamiento como la
que presenta el aditivo tipo 1 implica que debe realizarse un proceso de mezclado en obra en
lugar de realizarse en la planta proveedora de concreto.
Figura 1.9 Grafica representativa de una mezcla control frente a dos diseños de mezcla con
diferentes tipos de aditivos reductores de agua de ejemplo (1 y 2), muestra la perdida de
asentamiento en función del tiempo. [1]
Cuando el objetivo requerido, es el ahorro de cemento, los aditivos reductores de agua se
encargan de reducir las dosis de cemento y agua sin reducir la relación agua/cemento original, y
sin perder la fluidez de la mezcla. De igual forma, los aditivos reductores de agua, permiten,
manteniendo constante la dosis de cemento y la fluidez, disminuir la relación α, con lo que
consecuentemente se obtiene un aumento de la resistencia y una disminución de la porosidad, lo
que implica mayor durabilidad en el concreto endurecido.[1,6]
40
Los aditivos retardadores, según la norma Covenin se encuentran en la clasificación Tipo B, y
se encargan de la modificación del tiempo de fraguado de la mezcla de concreto, en este caso,
retardando el mismo. Se emplean generalmente cuando el tiempo requerido para el transporte y
colocación del concreto es mayor que el tiempo estimado para el fraguado inicial de la mezcla,
por lo que resulta necesario retardar dicha reacción. La formulación química de este tipo de
aditivos generalmente consiste en azucares o productos de composición similar, como
hidrocarboxilicos. Es importante destacar que las altas temperaturas, disminuyen el efecto de los
aditivos retardadores de fraguado. [6]
Los aditivos retardadores, además de utilizarse para extender el tiempo de fraguado del
concreto, se usan para disminuir la perdida de asentamiento y extender la trabajabilidad. [1]
Los aditivos tipo C, se denominan aceleradores, estos se usan para precipitar la tasa de
hidratación y el desarrollo de resistencias del concreto a edades tempranas. El cloruro de calcio
(CaCl2) es el compuesto generalmente utilizado para la fabricación de este tipo de aditivos. Se
pueden dividir en dos grupos: los de alta y moderada velocidad de reacción. En el primer caso el
fraguado se produce a pocos segundos de su aplicación (aditivo utilizado junto con el mortero
proyectado para las excavaciones de los túneles de sistemas de transporte subterráneos para evitar
el desprendimiento del material de la superficie). Químicamente suele basarse en una alcalinidad
alta con lo que logran la aceleración de resistencias tempranas, pero deterioran las de mayor edad.
[1,6]
Existen aditivos, que ejercen varias funciones que desempeñan varias funciones
simultáneamente, para el interés del presente informe, se mencionaran solo los aditivos tipo D y
G. Los aditivos tipo D, según la norma venezolana, se denominan reductores de agua y
aceleradores, son aquellos que reducen al menos un 5% de la cantidad de agua de mezclado
requerida, a su vez retardando el fraguado y aumentando la resistencia del concreto. Los aditivos
tipo G, se denominan reductores de agua de alto rango y retardadores y desempeñan una función
similar a la de los aditivos tipo D, pero reducen al menos un 15% del agua necesaria para el
mezclado.
41
1.6.1 Adiciones: microsílice y nanosílice
Existen otros tipos de productos que se añaden al cemento, mortero o concreto con la
finalidad de obtener ventajas mecánicas en el material, generalmente suelen ser finos polvos
inorgánicos que se denominan adiciones. Las puzolanas según la Norma ASTM C129 se definen
como “materiales silíceos o aluminosos que en si mismos poseen poco o ningún valor
cementante, pero que, en forma finamente dividida y en presencia de humedad, reaccionan
químicamente con el hidróxido de calcio, bajo temperaturas ordinarias, para formar diversos
compuestos que poseen propiedades cementantes. [5,6]
Las reacciones de hidratación del cemento que tienen como productos los geles que le confieren
la resistencia mecánica al mismo, generalmente ocurren de la siguiente manera:
Donde el C3S es una de las fases del cemento, que al hidratarse formará un gel denominado
tobermorita, C3S2H3 e hidróxido de calcio, CH. Cuando la sílice reacciona con el hidróxido de
calcio, se forma CSH o tobermorita secundaria, compuesto que le confiere resistencia adicional al
material. Es necesario destacar que al aumentar la finura de la sílice, mayor será el efecto de
aumento de la resistencia mecánica.
En este orden, la microsílice o humo de sílice (silica fume) es un subproducto, resultado de la
reducción del cuarzo de alta pureza, con carbón en hornos eléctricos durante la producción de
silicio, utilizado como puzolana. La microsílice es mas de 85% dióxido de silicio de estructura
amorfa. Es un material muy fino con partículas de menos de 1mm de diámetro y con diámetro
promedio de 0,1μm, aproximadamente 100 veces menor que el diámetro de las partículas de
cemento. Las esferas ultrafinas de microsílice, llenan los espacios entre los granos de cemento,
disminuyendo los vacíos en el concreto fresco y por lo tanto por lo tanto haciéndolo mas
cohesivo. Un esquema del mecanismo mediante el cual actúa la microsílice en las propiedades de
concreto, se puede observar en la Figura 1.10. [1,15]
42
Figura 1.10La microsílice, adicionada al concreto, llenará los vacíos y huecos entre las
partículas de cemento. [15]
En cuanto al comportamiento de la mezcla, esta presentaría variaciones debido a la presencia
de adiciones en su composición, dependiendo de cuales sean las mismas, pero generalmente, con
respecto a la microsílice, cuanto mayor es la cantidad de este material, mayor es la cohesión del
mismo y por lo tanto mayor es la demanda de agua de la mezcla, de manera que es necesaria la
utilización de aditivos plastificantes o superplastificantes para mantener la trabajabilidad. En las
mezclas donde se emplea menos de 5% de microsílice generalmente no ocurre un aumento de la
demanda de agua.
La microsílice es una adición muy efectiva en la reducción del sangrado y la segregación del
concreto, y como resultado pueden utilizarse concretos con mayores valores de asentamiento. [1]
Generalmente, el uso de materiales cementantes suplementarios ayuda a la bombeabilidad del
concreto, especialmente la microsílice, sin embargo grandes cantidades de esta adición pueden
producir concretos de muy alta cohesión, baja segregación y bajo sangrado. De manera que como
no hay agua de sangrado presente para la evaporación en la superficie del concreto, se puede
desarrollar la figuración. En cuanto a las resistencias del material, la microsílice contribuye al
desarrollo de las mismas, debido a que las finas partículas de microsílice reaccionen con el
hidróxido de calcio débil Ca (OH)2 presente en el cemento hidratado para formar compuestos más
estables que contribuyen a la resistencia como silicatos de calcio hidratados. Sin embargo los
materiales cementantes suplementarios generalmente producen un desarrollo lento de las
resistencias tempranas. Básicamente, las adiciones se emplean para la producción de concretos de
alta resistencia (hasta 1000kg/cm2). [1,15]
43
La nanosílice, es un nano aditivo en estado líquido basado en sílice coloidal. Se trata de nano
partículas esféricas que se ubican en los intersticios del cemento produciendo una mejor
dispersión y trabajabilidad del concreto. Generalmente, se utiliza para controlar la estabilidad, la
segregación y la pérdida de agua en el concreto, haciendo el mismo más cohesivo. Algunas de
sus ventajas son, el incremento de resistencia a edades tempranas, mejores resistencias finales,
disminución del rebote en concretos proyectados, entre otras. Además, en comparación con la
microsílice, la nanosílice representa una alternativa más amigable con el medio ambiente y con
los trabajadores. [16,17]
1.7
Mortero proyectado
El mortero puede definirse como la mezcla de un material cementante, un material de relleno
(agregado fino o arena) agua, y eventualmente aditivos, que al endurecerse presenta propiedades
físicas, químicas y mecánicas similares a las del concreto. [5]
Existen mezclas secas, en este caso morteros, que pueden ser “proyectados” a una estructura
determinada por algún medio, a través de una manguera, a alta velocidad, contra una superficie.
Este tipo de mezclas son empleadas comúnmente en recubrimientos de túneles, taludes y la
reparación de ciertas estructuras, ya que difieren del concreto convencional en que su colocación
y compactación se efectúan simultáneamente, esto debido a que la fuerza del chorro que hace
impacto en la superficie, compacta el material de modo que se puede autosoportar, sin resbalar o
caerse aun en una cara vertical o un techo. [3,5]
Generalmente el diseño de mezclas del mortero proyectado se rige por los mismos principios
del diseño de mezclas del concreto. Los factores principales que controlan resistencias y calidad
del material, son la relación agua/cemento, la gradación de los agregados y el grado de
consolidación alcanzado. Sin embargo, existen varias consideraciones en que el diseño de
mortero proyectado, difiere del concreto convencional. Las mayores diferencias se encuentran en
la gradación de los agregados, y el contenido de cemento del mortero proyectado. [15]
44
Los requerimientos en el desempeño del mortero proyectado, varían de acuerdo al proyecto, en
la Figura 1.11 se observa el listado de algunos requerimientos de este tipo de mezclas en función
de la estructura.
Figura 1.11 Requerimientos en el desempeño del concreto proyectado, de acuerdo al tipo de
obra y estructura. [15]
CAPÍTULO 2
DISEÑO EXPERIMENTAL
2.1
Materiales y equipos
Materiales
2.1.1
 Cilindros graduados de capacidades, 50,250 y 500 ml.
 Equipo cono de Abrams: cono, plancha metálica, barra compactadora.
 Cuchara de albañilería
 Contenedores plásticos
 Cinta métrica
 Conchas cilíndricas metálicas para cilindros (15 x 30cm)
 Piscinas para curado de cilindros
 Cuñetes plásticos
 Recipientes metálicos
 Guantes de carnaza
 Espátula
 Materiales para concreto: agregado grueso, fino, cemento, agua. Cuyas propiedades
relevantes para la realización del presente procedimiento experimental se encuentran
reseñadas en la Tabla 2.1
Aditivos químicos para el concreto de diferentes tipos, resumidos en la
 Tabla 2.2.
45
Tabla 2.1 Propiedades características de los componentes del concreto para mezclas
experimentales.
Peso especifico
Material
Procedencia
[g/cm3]
Arena Gruesa
Puente Áreas
2.59
Piedra 1"
Puente Áreas
2.69
Cemento
INVECEM
3.15
Microsílice
FERROVEN
2.22
Tabla 2.2 Características de los aditivos utilizados en el procedimiento experimental
Aditivo
Vf
S-780
S-450
Gl
Del
Casa
Función
SK
Superplastificante
y mejorador de
trabajabilidad
SK
Superplastificante
SK
Superplastificante
y retardador
BA
BA
Superplastificante
Retardador
Dosificación
(%PC)
Precauciones
0.4 - 1.6
De acuerdo a
regulaciones el
producto puede
variar de acuerdo al
país
0.3 - 0.8
Exceso en la
dosificación puede
generar retardo de
fraguado
0.3 - 0.8
Exceso en la
dosificación puede
generar retardo de
fraguado
0.26 - 0.78
No puede
utilizarse en
conjunto con
aditivos con
naftaleno
0,26
La dosificación
puede variar de
acuerdo a las
condiciones de obra
46
P-2237
BA
D-12
GR
W-79
GR
Nanosílice (S100)
SK
Reductor de agua
de rango medio y
retardador de
fraguado
Plastificante y
retardador de
fraguado
Plastificante
Controla
estabilidad,
segregación y
perdida de agua del
concreto haciéndolo
mas resistente al
ataque por sulfatos
0,29
No se recomienda
el uso de
dosificaciones
diferentes a las
especificadas
0.2 - 0.5
A mayores
temperaturas del
cemento mayor
cantidad de aditivo
deberá utilizarse
0.27 - 0.45
En combinación
con otros aditivos,
estos deben
agregarse por
separado
0.1 - 1.5
Reduce el
asentamiento inicial
de la mezcla. Se
recomienda utilizar
con aditivos
superplastificantes
*% PC se refiere al porcentaje de acuerdo a la cantidad de cemento.
2.1.2
Equipos
 Prensa hidráulica “Controls” modelo 20063 Cernusco S/N Capacidad 2000KN
 Balanza Sartorius Modelo B16100
 Balanza OHAUS
 Mezcladora de capacidad 40 Lts
 Mezcladora de capacidad 90 Lts
 Equipo aguja de Vicat Marca WICA
 Hornilla eléctrica
 Equipo Speedy para la medición de humedad de la arena
 Tamizadora automática con juego de tamices marca Solotest
47
2.2
Procedimiento para la realización de mezclas experimentales de concreto
A continuación en la Figura 2.1, se muestra una secuencia del procedimiento realizado para la
dosificación de diseños de mezclas experimentales en el laboratorio de Odebrecht.
Posteriormente serán detallados cada uno de los procedimientos.
Figura 2.1 Esquema del procedimiento para la realización de mezclas experimentales
48
2.2.1 Realización de planilla digital para la dosificación de mezclas de concreto
según el método ACI 211
Antes de realizarse el proceso de mezclado de los componentes del concreto, fue necesario
establecer la dosificación de acuerdo a la cantidad y el tipo de aditivos que se procedían a utilizar.
Para esto, se realizaron (de forma manual, mediante planillas, y automática, mediante el llenado
de planillas digitales) los cálculos pertinentes de dosificación. En la Figura 2.2 se reseña la
planilla realizada para la dosificación de concreto mediante el programa Microsoft Excel 2011.
El objetivo de la realización de esta planilla de cálculo, fue obtener de manera automática los
valores requeridos de los componentes del concreto para determinados terceos (fracciones) de
material, dependiendo del trompo a utilizarse (de 40lts o 90lts). Los cálculos de la planilla de
diseño de mezclas fueron realizados en base a los procedimientos indicados según el comité 211
de la ACI para la dosificación de concretos (Ver enunciado 1.3 del marco teórico), de manera que
con introducir varios parámetros fijos para el diseño, la hoja de cálculo automáticamente es capaz
de determinar las cantidades de agua, cemento, agregados y aditivos, dependiendo de la
corrección por humedad de los agregados, para dosificar el diseño de la resistencia requerida.
49
Figura 2.2 Planilla de cálculo para la dosificación de mezclas experimentales según el método
ACI 211
Para cada una de las mezclas experimentales se lleva un correlativo del numero de diseño que
se está realizando, con el objetivo de mejorar el control de los procedimientos experimentales y
sintetizar sencillamente los resultados finales a la hora de establecer comparaciones.
50
2.2.2 Dosificación de mezclas experimentales de concreto en laboratorio
El porcentaje de aditivo a ser utilizado en las mezclas experimentales depende de las cantidades
recomendadas en las fichas técnicas de los mismos, las cuales han sido formuladas por los
laboratorios de las casas de aditivos que los distribuyen. De manera que con la información de
dosificaciones recomendadas, reseñada en la Tabla 2.2, se tienen parámetros iniciales para el
montaje de una mezcla experimental. Es importante destacar que el volumen de aditivo que
utilizará una mezcla se calcula en base al porcentaje de material cementante que tenga la misma,
el cual, para el concreto solo es el cemento pero para el mortero se toma como material
cementante tanto el cemento mas la microsílice
Los parámetros α vienen especificados del listado de diseños de mezcla de Odebrecht, para el
caso de los diseños del presente trabajo experimental se trabajará con un concreto de resistencia a
la compresión 310 Kg/cm2 y un mortero de resistencia 450Kg/cm2, cuyos componentes se
encuentran reseñados detalladamente en la Tabla 2.3. Estos componentes podrán ser modificados
dependiendo de los requerimientos de la mezcla, y de como los aditivos influyan en el
comportamiento de la misma. El asentamiento también es un parámetro fijo que viene dado por
los requerimientos de los diseños y solo podrá ser modificado en un porcentaje mínimo.
En el caso del mortero, la relación α no se calcula de la misma forma que para el concreto
donde se divide la cantidad de agua entre la cantidad de cemento, Sino que se aplica la siguiente
relación:
Ec. 4.1
Donde α es la relación agua/cemento, A es la cantidad de agua, C la cantidad de cemento y MS
la cantidad de microsílice.
51
Tabla 2.3 Componentes de los diseños de mezcla originales utilizados en las plantas.
Diseño
Cemento
(Kg)
Arena
(m3)
Piedra
(m3)
Agua
(Lts)
Microsílice
(Kg)
Relación
a/c
Mortero 450
Kg/cm2
475
1650
-
200
40
0,36
Concreto 310
Kg/cm2
405
980
800
187
-
0,46
Es importante, conocer la procedencia de todos los materiales de los que se dispone para la
realización de las mezclas experimentales, ya que así es posible identificar parámetros inherentes
a los mismos que son de importancia para el comportamiento de la mezcla, por ejemplo
porcentaje de materia orgánica, pesos específicos, peso unitario suelto y compacto entre otros que
no forman parte del procedimiento experimental del presente proyecto, puesto que fueron
calculados con anterioridad y se tiene como suposición que los mismos se encuentran dentro de
los rangos establecidos por la norma.
Durante el procedimiento experimental, se realizarán aleatoriamente ensayos de granulometría
para comprobar que el agregado se encuentre dentro de los rangos establecidos, y generalmente
para calcular el modulo de finura. Estos ensayos se realizan de acuerdo a la norma COVENIN
255: “Agregados. Determinación de la composición granulométrica”.
Antes de calcular los componentes para una mezcla experimental de 40 Lts o 90 Lts se deben
calcular los pesos y los volúmenes de los componentes del concreto para 1m3 de mezcla, esto,
como base para realizar las dosificaciones de un menor volumen.
Una vez realizado el procedimiento de toma de humedad del agregado (arena para todos los
casos y piedra y arena para el caso del concreto), mediante la norma COVENIN 275, se realiza la
corrección de los pesos y se procede a tomar cada uno de los pesos finales de los componentes.
52
2.2.3 Procedimiento de mezclado
El proceso de dosificación de los materiales en el trompo mezclador tiene un orden
específico: en primer lugar se agrega la piedra al trompo en funcionamiento, seguido de la arena
donde se dejará aproximadamente dos minutos para que ambos agregados puedan mezclarse.
Posteriormente se agrega el cemento y se continúa mezclando. Paralelo a este proceso, se toma el
volumen de agua necesario para la dosificación y se separa en dos cantidades aleatorias, uno de
estos volúmenes de agua estará destinado a la mezcla de los aditivos, puesto que estos últimos no
se recomienda que se agreguen sin ser disueltos primero en agua ya que tienen el riesgo de ser
“absorbidos” por el agregado en lugar de actuar en la mezcla en conjunto, y otro porcentaje de
agua se destina para “lavar” los recipientes donde estuvo la mezcla de agua con aditivo.
Posterior a este procedimiento, la mezcla se someterá al proceso de mezclado por 10 minutos,
luego de este tiempo se medirá el valor de asentamiento, si el asentamiento inicial cumple con los
requerimientos de mezcla, Indicados en la Tabla 2.4 , se continuará mezclando por un lapso de 15
minutos para luego apagar el trompo y dejar la mezcla en reposo. A los 30 minutos, debe tomarse
otra muestra de asentamiento. Esta logística de mezclado busca recrear en la medida de lo
posible, las condiciones de mezcla en los camiones de mezclado utilizados industrialmente.
Donde las velocidades de mezcla son menores a las del trompo del laboratorio pero los
volúmenes de mezcla son considerablemente mayores. En caso de que el valor de asentamiento
cumpla con los requisitos de perdida, se efectuaran medidas por un lapso de dos horas, para
observar el comportamiento de la mezcla. En el caso de que alguna de las medidas de
asentamiento disminuya bruscamente, se desechara la mezcla.
Tabla 2.4 Requerimientos para los diseños de mezcla evaluados en el proyecto
Diseño
Asentamiento
inicial
Perdida de Asentamiento
máxima
Tiempo de
fraguado
Relació
n a/c
Mortero 450
Kg/cm2
9 – 8 ½”
1" por hora
< 12 horas
0,36 0,38
Concreto 310
Kg/cm2
8 ½”– 7 ½”
1 ½" por hora
<10-12 horas
0,46Má
x
53
2.2.4 Análisis Granulométrico
De acuerdo a la norma COVENIN 255, se realizó el proceso de granulometría, generalmente
para la arena. Este procedimiento se llevó a cabo de manera aleatoria dependiendo de la llegada
de nuevos lotes de agregado al laboratorio. Se tomaba como dato primordial la obtención del
modulo de finura para evaluar este factor con respecto a la fluidez del concreto, valores muy
bajos indican arenas de elevada finura que pueden interferir con los requerimientos de agua de la
mezcla, disminuyendo los valores de asentamiento inicial.
2.2.5
Determinación del tiempo de fraguado
Generalmente se realizan repeticiones de la muestra para corroborar que el comportamiento
se mantenga constante, con estas mezclas también se realizará un ensayo para determinar tiempo
de fraguado, según la norma COVENIN C-352 “Método de ensayo para determinar el tiempo de
fraguado de concreto por resistencia a la penetración”. En caso de que la muestra cumpla con los
requisitos de fraguado, perdida de asentamiento y demás condiciones. Esta podrá tomarse como
posible mezcla para la realización de una prueba industrial en la planta. En la Figura 2.3 se
observan los cilindros tomados para la realización de este ensayo, este tipo de cilindros difieren
en cuanto a dimensiones, con los que son ensayados bajo el ensayo a compresión para la
determinación de la resistencia.
Figura 2.3 Muestras para la realización del ensayo de tiempo de fraguado
54
2.2.6 Toma de cilindros
Si la mezcla experimental cumple con los requisitos de pérdida de asentamiento en un lapso de
dos horas, generalmente se repite la mezcla con el fin de observar si desarrolla el mismo
comportamiento, de ser el caso, se procederá a tomar cilindros de muestra según la norma
COVENIN 388 “Método para la elaboración, curado y ensayo a compresión de cilindros de
concreto”, se toma un total de 5 cilindros, los cuales serán ensayados generalmente a 7, 28 y 90
días, manteniéndose en la piscina de curado. En la figura 2.4 se muestra una familia de 5
cilindros para un concreto.
Figura 2.4 Cilindros para ensayo de resistencia a la compresión.
57
CAPÍTULO 3
RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
Previo a la presentación de resultados del presente proyecto, es importante destacar la
existencia de un factor de sobre-diseño para la evaluación de los valores de resistencia a la
compresión obtenidos mediante los ensayos realizados.
La resistencia original requerida estructuralmente por la obra, en el caso del mortero proyectado
es de 400Kg/cm2 pero se le exigió a la empresa de premezclado Opeconca que realizara los
diseños de mezcla en función a obtener resultados de resistencia a compresión de 450 kg/cm2. Lo
mismo ocurre para el caso de asentamiento inicial, donde un requerimiento de diseño era un valor
de revenimiento entre 9 y 8 ½”. Con la idea de que la mezcla llegara a la obra con valores de
asentamiento entre 8 y 7 ½”.
De la misma forma, es conveniente introducir la definición al término denominado sinergia en
el contexto de la utilización de aditivos, donde este implica la utilización en conjunto de un grupo
de los mismos, es decir: una combinación de aditivos.
De acuerdo a los planteamientos solicitados por el cliente, se realizaron las pruebas de diseños
de mezcla para un potencial cambio de la sinergia actual de los diseños a evaluar.
3.1
Mortero proyectado Rc 450 Kg/cm2
A continuación en la Tabla 3.1 se reseñan nuevamente los requerimientos principales para las
mezclas experimentales del mortero proyectado
Tabla 3.1 Requerimientos del mortero proyectado Rc 450 Kg/cm2
Asentamiento
inicial
Perdida de Asentamiento
máxima
Tiempo de
fraguado
Relación
a/c
58
9 - 81/2"
1" por hora
< 12 horas
0,36 - 0,38
De igual forma, en la Tabla 3.2 se presenta el diseño de mezcla patrón, con el que se trabaja
actualmente en las plantas de mortero proyectado. Estas cantidades pueden variar dependiendo
del comportamiento de los nuevos aditivos a evaluar y generalmente se varían las cantidades de
arena y agua.
Tabla 3.2 Diseño patrón de Mortero proyectado Rc 450 Kg/cm2
Cemento
(Kg)
Arena
(m3)
Piedra
(m3)
Agua
(Lts)
Microsílice
(Kg)
Relación
a/c
475
1650
-
200
40
0,36
3.1.1
Evaluación de la sinergia de Vf y S-780
Las primeras mezclas que se realizaron en el laboratorio fueron de mortero proyectado con la
sinergia del nuevo aditivo superplastificante y mejorador de la trabajabilidad presentado por la
casa SK, denominado Vf, junto con el S-780, del mismo proveedor, el cual es un aditivo que
además de tener también un efecto superplastificante permite un retardo en el fraguado necesario
para el traslado y el lapso de trabajo de la mezcla.
Es importante destacar que esta sinergia fue previamente evaluada en los laboratorios de la
respectiva casa de aditivos SK en Valencia, Venezuela, con los agregados utilizados en las
plantas de Opeconca y la dosis recomendada con la que se trabajó inicialmente en el laboratorio,
se basa en estas actividades experimentales previas.
De acuerdo al procedimiento descrito, se realizaron 10 mezclas experimentales en las cuales se
modificaron los diseños originales de mortero en el caso de ser necesario. El resumen de los
resultados aparece reseñado en la Tabla 3.3. Se muestran en negrita los mejores resultados
obtenidos con esta sinergia
Tabla 3.3 Resumen de resultados experimentales obtenidos con la sinergia de Vf y S-780 para
mortero proyectado.
59
Mezcla N°
Aditivos
Asto inicialAsto Final*
372
Vf (0,7 %)
S-780 (0,7%)
2"
MEX-355
Vf (0,9 %)
S-780 (1,2%)
9 1/2" a 8 1/2"
(2 Horas)
374
Vf (0,9 %)
S-780 (1,2%)
8" a 4 1/4"
(1 Hora)
375
Vf (0,9 %)
S-780 (1,0%)
9"
MEX-356
Vf (0,9 %)
S-780 (1,0%)
Rc
(Kg/cm2)
-
Cantidad
es m3
Diseño
original
(1,026 m3)
3D:
Ce: 475
377
Micro: 40
7D: 449 Arena: 1590
28D: 492 Agua: 212
α
Modulo
de finura
0,36
3,50
0,38
3,50
-
Diseño
original
(1,026 m3)
0,36
3,50
-
Ce: 475
Micro: 40
Arena: 1590
Agua: 212
0,38
3,50
8 1/2" a 5 1/2"
(1:30 Horas)
3D:
Ce: 475
438
Micro: 40
7D: 513 Arena: 1622
28D: 602 Agua: 212
0,36
3,50
MEX-357
Vf (0,9 %)
S- 780 (1,2%)
9" a 5"
(1:30 Horas)
3D:
Ce: 475
445
Micro: 40
7D: 536 Arena: 1609
28D: 507 Agua: 206
0,37
-
378
Vf (0,9 %)
S-780 (1,2%)
9" a 5 1/2"
(1- Hora)
Ce: 475
Micro: 40
Arena: 1609
Agua: 206
0,37
-
MEX-359
Vf (0,9 %)
S-780 (1,2%)
9 1/2" a 8"
(1:30 Horas)
3D:
Ce: 475
340
Micro: 40
7D: 410 Arena: 1590
28D: 528 Agua: 212
0,38
3,71
384
Vf (0,9 %)
S-780 (1,2%)
Ce: 475
Micro: 40
Arena: 1590
Agua: 212
0,38
3,71
9 3/4"
-
-
60
MEX-361
Vf (0,9 %)
S-780 (1,2%)
3D:
Ce: 475
387
Micro: 40
7D: 491 Arena: 1590
28D: 540 Agua: 212
9 1/2" a 8"
(1:30 Horas)
0,38
-
*Solo aplica para las mezclas que cumplieron con los requisitos de asentamiento inicial. Ver Fig. 4.1. A las
mezclas que están destinadas para el ensayo de tiempo de fraguado, tampoco se les tomara perdida de asentamiento.
Para algunas de las mezclas experimentales, se realizó el ensayo de tiempo de fraguado.
(Generalmente a las que presentaron resultados aceptables de pérdida de asentamiento con
anterioridad). Los resultados de estos ensayos se encuentran indicados en la Tabla 3.4 y se
observa que los mismos cumplen con los requerimientos de la mezcla con fraguados iniciales
menor a 12 horas.
Tabla 3.4 Valores de tiempos de fraguado para mezclas experimentales de obtenidos con la
sinergia de Vf y S-780
Mezcla Nº
Fraguado Inicial
(horas)
Fraguado final
(horas)
375
9h
11h 25m
384
11h 45m
13h 45m
El correlativo con el que se empezó a nombrar estas mezclas experimentales, 372, fue de
acuerdo a la numeración de mezclas que estaban realizadas hasta el momento en el laboratorio de
Odebrecht. El correlativo MEX-XXX se refiere únicamente a las mezclas que se les tomo
cilindros para la realización del ensayo a compresión. Generalmente estas mezclas son las que se
tomaran en cuenta para la evaluación de resultados puesto que una vez que se toman cilindros,
quiere decir que la mezcla cumplió con los demás requisitos de asentamiento inicial y pérdida de
trabajabilidad.
Para la primera mezcla realizada, el valor de asentamiento inicial fue considerablemente bajo
(2”) por lo que en la siguiente mezcla se aumentó la relación a/c de 0,36 a 0,38 incrementando la
cantidad de agua por metro cúbico de mezcla de 200 a 212 litros. Es importante destacar, que por
lo general, el aumento del α implica mayores valores de asentamiento inicial pero una mayor
perdida de trabajabilidad ya que hay mas agua libre que podrá evaporarse. Además, la perdida de
revenimiento dependerá de varios factores como las condiciones atmosféricas, la velocidad del
61
viento, la humedad y la temperatura, por esta razón no es posible obtener valores de similitud
precisa en el proceso de repetición de mezclas. [6]
El volumen requerido para la mezcla original de mortero es de 1,026m 3, donde 0,26m3 se
refieren al volumen de “desperdicio” debido a que en el procedimiento de dosificación y
mezclado, existe un porcentaje de material que se pierde en el manejo ya sea debido a que queda
en el trompo o a otros factores. Para producir dicho volumen, cambiando la relación a/c es
necesario realizar cambios, a su vez, en los componentes de la mezcla. Generalmente la cantidad
de cemento y microsílice no sufren modificaciones debido al factor económico, ya que estos son
los elementos de mayor precio en la mezcla. Por lo tanto el componente más propenso a sufrir
cambios en cuanto a cantidades es el agregado, arena en el caso del mortero.
Por esto se observa en la mezcla experimental MEX-355, que al realizar el cambio de relación
a/c del valor original de 0,36 a un valor de 0,38, se disminuye la cantidad de arena de sus
proporciones originales de 1650Kg a 1590Kg. Sin embargo, con esta modificación se obtuvieron
resultados ligeramente altos de asentamiento inicial (91/2”) por lo que en la siguiente mezcla (374)
se decidió regresar a las proporciones originales de mezcla, a manera de disminuir la fluidez del
mortero, esta mezcla no cumplió con los requerimientos de perdida de trabajabilidad, por lo cual
fue desechada.
Posteriormente, en la mezcla 375 se resolvió aumentar de nuevo la relación a/c a 0,38 pero
disminuyendo también el porcentaje de S-780 en la mezcla, a manera de no interferir con el
desempeño del Vf en cuanto a mantenimiento de trabajabilidad. Se obtuvo un resultado de
asentamiento inicial de 9” cumpliendo con los requerimientos y con esta mezcla se tomaron
cilindros para la realización del ensayo de tiempo de fraguado, obteniendo un resultado de
fraguado inicial a las 9 horas.
En la siguiente mezcla se añadió un 0,2% mas de S-780, y realizando los respectivos ajustes de
arena para un volumen de 1,015m3, y un α = 0,36 se realizó la mezcla de prueba MEX- 356 para
proceder a tomar cilindros para el ensayo a compresión, obteniéndose resultados satisfactorios de
resistencia a la compresión pero sin cumplir con los requisitos de perdida de trabajabilidad. Ya
que se presento este brusco cambio de asentamiento de 3” en una hora y media, se decidió
aumentar el α a 0,37 en la mezcla MEX-357 y se tomaron cilindros los cuales presentaron
resultados aceptables en cuanto a los ensayos de compresión pero una alta perdida de
62
trabajabilidad. La siguiente mezcla fue una repetición de la anterior, obteniendo resultados
similares.
Finalmente, después de evaluar todas las mezclas realizadas se llego a la conclusión de que la
mezcla experimental con mejores resultados fue la MEX-355, con una perdida de asentamiento
de 1”en dos horas y un α = 0,38. Por lo que las tres mezclas siguientes fueron una repetición de la
misma, obteniendo resultados similares.
Se observa en la tabla 3.3 que para las ultimas tres repeticiones el modulo de finura de la arena
presentaba un valor mayor de 3,71, lo que indica una arena mas gruesa, sin embargo se observa
que los valores de perdida de asentamiento no varían significativamente , pero a su vez, ocurre
que al haber partículas mas finas en la mezcla, como lo es el caso de la MEX-355, disminuye la
fluidez, lo que implica un requerimiento de mas agua, dando paso a una perdida de asentamiento
mayor.[6] Sin embargo para el presente caso, la relación α se mantiene en 0,38.
Con respecto a los resultados de los ensayos a compresión de la muestra MEX-355 se obtuvo
una resistencia promedio, a los 28 días, de 492Kg/cm2. Según el método de mayoración, se tiene
que la resistencia que debe obtenerse en los ensayos es mayor a la resistencia de diseño, y se
calcula según la ecuación 5.1 [6]
Ec. 5.1
Donde Fcr es la resistencia promedio que deberían tener las muestras sometidas a los ensayos a
compresión, F’c es la resistencia de diseño, en este caso 450Kg/cm2, Z se encuentra tabulado
dependiendo del cuantil (fracción defectuosa) de las muestras y
representa la desviación
estándar.
Según Porrero (2003) para poder satisfacer la resistencia Fc de diseño, el valor de la resistencia
Fcr debe ser mayor que la misma, ya que el cuantil permitido es relativamente pequeño. Para este
caso, se exige un cuantil de 9%.
La desviación, σ, depende del grado de control de calidad en planta. Para el presente caso, se
tomara una desviación de 35Kg/cm2 de acuerdo a la tabla indicada en el APENDICE A, tomando
un control de calidad bueno. Por otra parte, el valor de Z, se encuentra tabulado en la tabla
63
indicada en el APENDICE B, y depende directamente del cuantil, para este caso, con un cuantil
de 9%, se obtiene un valor de Z de 1,34.
De manera que con estos datos, y una resistencia de diseño de 450Kg/cm2, el valor promedio de
resistencias obtenido en los ensayos a compresión para las mezclas evaluadas debe ser mayor, Fcr
= 497Kg/cm2.
Esto indica, que la mezcla MEX-355 no pareciera tener un buen desempeño mecánico. Sin
embargo si se tiene en cuenta que el valor de la resistencia a la compresión para el mortero
evaluado, tiene un sobredimensionamiento de 50Kg, y el valor real, necesario en obra, es de
400Kg/cm2, se puede decir que la mezcla MEX-355 si cumple con los requerimientos de
resistencia para este último caso, donde el Fcr es de 447Kg/cm2
En cuanto al revenimiento, de acuerdo a los resultados obtenidos, se puede observar que varias
mezclas no cumplieron con los requisitos solicitados de perdida de trabajabilidad. Una manera de
analizar este comportamiento es reconociendo los parámetros similares que tienen estas mezclas
defectuosas entre si, y se observa que todas las mezclas que presentaron esta perdida de
asentamiento tienen valores de α menores a 0,38 por lo que puede notarse una tendencia de que a
menor cantidad de agua en la mezcla, la misma perderá trabajabilidad con mayor rapidez.
Esta es una tendencia contraria a la que se esperada, donde a mayor cantidad de agua debería
haber una mayor perdida de asentamiento por una mayor cantidad de agua libre presente en la
mezcla. [6] Sin embargo, este comportamiento puede relacionarse con el factor de la temperatura y
el tiempo de mezclado. Es importante destacar que si la mezcla se realiza en un ambiente muy
caliente, esto puede contribuir a la aceleración del tiempo de fraguado logrando así la perdida de
consistencia de la mezcla.
En el procedimiento experimental del presente trabajo, este factor pudo haber afectado los
valores de perdida de trabajabilidad puesto que las mezclas se realizaron a distintas horas del día,
las horas del mediodía resultan criticas para la evaluación de las mezclas ya que el trompo recibe
mayor cantidad de calor que en otro momento del día. Para disminuir este efecto, ocasionalmente
se rociaba el trompo (por fuera) con agua fría, lo que ayudaba a evitar el fraguado temprano de la
mezcla, sin embargo este procedimiento no se realizó para todas las mezclas.
64
Así mismo, el tiempo de mezclado podría constituir un factor relevante para la evaluación de la
perdida de trabajabilidad, puesto que si se efectúa un mezclado muy prolongado la mezcla puede
disminuir los valores de asentamiento.
[2]
Sin embargo, para el presente procedimiento
experimental, el error en cuanto al tiempo de mezclado no resultaba mayor de 10 minutos, por lo
que se descarta una variación de los parámetros de la muestra debido al poco control de este
factor.
A continuación se presenta, en la Tabla 3.5, un cuadro esquemático donde se reseña la
variabilidad en los parámetros de ensayo a medida que se realizan cambios en los componentes
de la mezcla evaluada.
Tabla 3.5 Variabilidad de factores de estudio dependiendo de la cantidad de componentes de la
mezcla, para la sinergia Vf-S780
Asentamiento inicial
Pérdida de
asentamiento
Vf
Resistencia
Tiempo de
fraguado
-
-
S-780
Arena
Agua
-
-
-
En esta tabla se observa como la variabilidad, en este caso el aumento, de los componentes de
la mezcla, afecta los parámetros de estudio. En el caso del aditivo Vf, se desconoce su influencia
en el tiempo de fraguado y según información obtenida en la hoja técnica, no interviene en el
desarrollo de resistencias del material. En el caso del S-780, este aditivo es un superplastificante
neutro que no interviene en el tiempo de fraguado.
3.1.2 Sinergia Gl- Del
En la Tabla 3.6 se encuentran resumidos los resultados de las mezclas experimentales de
mortero proyectado Rc 450Kg/cm2con los aditivos propuestos por la casa BA, la sinergia para
este conjunto de ensayos fue de un aditivo superplastificante Gl, junto con un retardador de
65
fraguado denominado Del. No se encontró ninguna mezcla que cumpliera con los requisitos
establecidos.
La mezcla MEX-374 fue la mas cercana a cumplir con la perdida de trabajabilidad deseada pero
el asentamiento inicial (10 ½”) estuvo por encima del permitido, que es de 9” a 8 1/2” por lo tanto
se realizaron repeticiones con dosis menores de superplastificante pero no se consiguieron
asentamientos iniciales aceptables.
Tabla 3.6 Resultados de asentamiento inicial y perdida de trabajabilidad para el mortero
proyectado Rc 450 Kg/cm2 evaluados con la sinergia Gl y Del.
Mezcla N°
Aditivos
Asto Inicial – Asto final*
α
431
Gl (1 %)
9 1/2" a 31/2"
0,38
Del (0,4%)
MEX-374
Gl (1,2 %)
Del (0,4 %)
436
Gl (1,1 %)
(1 hora)
10 1/2" a 91/2"
0,38
(1:30 horas)
>10”
0,38
>10”
0,38
9 3/4" a 5 1/2"
0,38
Del (0,4 %)
437
Gl (1 %)
Del (0,4 %)
438
Gl (0,8 %)
Del (0,4%)
(1:00 Horas)
*Solo aplica para las mezclas que cumplieron con los requisitos de asentamiento inicial. Ver Fig. 4.1. A las
mezclas que están destinadas para el ensayo de tiempo de fraguado, tampoco se les tomara perdida de asentamiento.
A la mezcla experimental 438, destacada en la lista, por ser una de las menos deficientes, se le
realizó el ensayo de tiempo de fraguado, para observar el comportamiento de la sinergia con
66
respecto a esta variable obteniéndose un fraguado inicial de 15:15 horas y un fraguado final de
17:30 horas, no cumpliendo así con el requerimiento de un fraguado inicial menor a 12 horas.
A su vez, la mezcla MEX-374, también tuvo buenos resultados de perdida de asentamiento, a
pesar de su alto valor de revenimiento inicial, razón por la cual se le realizo ensayo de resistencia
a la compresión, obteniendo un resultado a los 28 días de
377 Kg/cm2, resultados
significativamente bajos para el diseño evaluado, aun sin tomar en cuenta el factor de seguridad
de 50kg/cm2
3.1.3
Sinergia Gl- P2237
Se realizaron dos mezclas con otra sinergia propuesta por la casa BA, combinando el efecto
superplastificante del aditivo Gl con otro aditivo de doble efecto que trabaja como reductor de
agua de rango medio y retardador de fraguado denominado P-2237. Estas mezclas presentaron
resultados de asentamiento inicial considerablemente bajos (2”) y por lo tanto no se tomará en
cuenta tal sinergia como posible candidata para pruebas industriales.
3.1.4 Evaluación del mortero proyectado Rc 450Kg/cm2 evaluado con el aditivo
Vf
Opcionalmente, se evaluó la posibilidad de emplear solo el aditivo Vf del proveedor SK, y no
se obtuvieron resultados satisfactorios con respecto al asentamiento inicial. Se modificaron las
cantidades del diseño original e incluso se utilizó la dosis máxima del aditivo recomendada por el
fabricante con el objetivo de obtener las características especificadas por el cliente pero no se
logro cumplir con los requerimientos. Un resumen de los resultados obtenidos se muestra en la
Tabla 3.7
Tabla 3.7 Resultados obtenidos para la evaluación de mezclas experimentales empleando el
aditivo superplastificante Vf.
Mezcla N
% Vf
Asentamiento inicial
α
456
1,5
6 ½”
0,36
457
1,6
4 ½”
0,38
67
A la mezcla 456 incluso se le agregaron 32,5Lts/m3 de mezcla para un α=0,42, para poder
lograr el resultado de asentamiento inicial que se observa en la tabla. Esta relación agua/cemento
excede considerablemente la propuesta para el mortero, debido a la posible pérdida de resistencia
del material. Esto corrobora la necesidad del aditivo Vf de trabajar en sinergia con otro aditivo
plastificante. Por razones económicas se propuso trabajar con el aditivo S-450.
3.1.5 Sinergia Vf y S-450
En orden de economizar su propuesta, el proveedor SK propone la reformulación de la sinergia
con la que se venia trabajando y remplazar el S-780 por un aditivo superplastificante y retardador
de fraguado S-450, en combinación con el aditivo Vf. Los resultados obtenidos de estas mezclas
experimentales se encuentran reseñados en la Tabla 3.8
Tabla 3.8 Resultados para mezclas experimentales de mortero proyectado Rc 450
Kg/cm2evaluados con la sinergia Vf y S-450.
Asentamiento
Pérdida de Asto (1 hora) o
Mezcla N
%Vf
%S-450
439
1
0,8
9 ¼”
1/4"
440
0,9
0,8
9 ¼”
No perdió
441
0,8
0,7
8 ½”
2"
442
0,8
0,7
6
No se evaluó
MEX-375
0,8
0,7
8 ¾”
1/4"
444
0,7
0,7
8
No se evaluó
inicial
comentario
Como en las evaluaciones realizadas con la sinergia Vf con S-780 se concluyó que la mezcla
con las mejores propiedades tenia un α = 0,38, se continuó con esta relación agua/ cemento para
las mezclas de prueba realizadas con esta nueva sinergia, al igual que se trabajó con la misma
cantidad de arena de 1590Kg.
68
Se utilizó una dosis inicial de 1% del peso del cemento del aditivo Vf y 0,8% del S-450 pero se
observó un asentamiento inicial ligeramente mayor al permitido, por lo que se realizó una
siguiente mezcla con 0,1% menos de Vf para reducir la fluidez del mortero y se obtuvo un
asentamiento inicial de 91/2”, valor que aun no cumplía con los requerimientos de diseño
exigidos.
Por esta razón, en la mezcla 441 se disminuyó un 0,1% de S-450 obteniendo un asentamiento
inicial de 81/2”. Se realizó una repetición de esta mezcla, que no presentó el mismo valor de
asentamiento posiblemente debido a errores de medición de humedad, factor que se corrigió
posteriormente en la mezcla de repetición MEX-375, donde efectivamente se obtuvieron los
resultados de asentamiento inicial y perdida de asentamiento esperados.
Los resultados obtenidos en cuanto a ensayo de tiempo de fraguado para la sinergia Vf- S-450
en las dosis de 0,8%
y 0,7% (sinergia que mostro mejor desempeño) respectivamente, se
presentan en la Tabla 3.9.
Tabla 3.9 Resultados del ensayo de tiempo de fraguado para mezclas experimentales con 0,8%
de Vf y 0,7% de S-450 para mortero Rc 400Kg/cm2
Vf
S-450
Asentamiento
α
Fraguado inicial
Fraguado final
0,8
0,7
8 ½”
0,38
12h 15m
14h 50m
Se observa que el resultado de tiempo de fraguado inicial es de 12 horas 15 minutos, lo que
excede ligeramente el requisito exigido por obra de un tiempo de fraguado inicial menor a 12
horas, pero puede considerarse dentro del error permitido.
En la Tabla 3.10 se muestran los resultados de los ensayos a compresión realizados a las una de
las mezclas (MEX-375) con 0,8% de Vf y 0,7% de S-450
Tabla 3.10 Resultados de resistencias a compresión a 7 y 28 días para la mezcla experimental
MEX-375
Vf
S-450
Asentamiento
Rc7 (Kg/cm2)
Rc28 (Kg/cm2)
0,8
0,7
8 ¾”
418
502
69
Según la mayoración recomendada donde Fcr debe ser 497Kg/cm2, se observa que esta mezcla
cumple los parámetros de resistencia establecidos, lo que indica que posiblemente tenga un
desempeño mecánico aceptable.
Como conclusión general en cuanto al estudio de resultados de la sinergia Vf y S-450, se
destaca un carácter de poca robustez en cuanto a la variación de los parámetros evaluados
(principalmente asentamiento inicial y pérdida de asentamiento) en función de la cantidad de
aditivo que se utilice. Esto genera un margen de error que puede producirse en la evaluación
semi-industrial y la probabilidad de obtener resultados inesperados.
3.1.6
Pruebas industriales de mortero proyectado Rc 450 Kg/cm2
Se realizaron 3 pruebas a nivel semi- industrial en la planta de mortero proyectado. Esta planta
realiza las cargas en el camión de mezclado por cantidades fraccionadas del material total
denominadas “batchs”. Cada batch permite mezclar 0,7m3 de material, por lo tanto cada terceo de
las mezclas de prueba debe ser de dicho volumen. Por cada camión de prueba se realizarán 3
batchs.
Por razones de optimización de tiempo, en la planta, la humedad de la arena se mide con el
Speedy VAC, instrumento especializado para dicha tarea, que puede sustituir la utilización de la
estufa para la evaporación de la humedad. Sin embargo, el uso de este instrumento requiere de
sumo cuidado, ya que es propenso a presentar errores, puesto que la calibración del mismo,
depende de los valores obtenidos en estufa. Una vez que se obtiene una medida de humedad en el
lector del Speedy ésta debe ser comparada con tablas de calibración (obtenidos con estufa) que
permiten identificar los valores de porcentajes de humedad.
En la Figura 3.1, se muestra la imagen de la mezcladora de la planta de mortero proyectado.
Esta realiza un movimiento circular de las paletas, de manera que la mezcla está sometida a un
movimiento envolvente.
70
Figura 3.1 Mezcladora de la planta de mortero proyectado
Es importante destacar que para la prueba industrial los requerimientos de la mezcla, en
comparación con los estudiados en el laboratorio, pueden variar ligeramente. Los requerimientos
para el mortero proyectado se encuentran indicados en la Tabla 3.1 así como el diseño de mezcla
original en la Tabla 3.2 del presente capitulo.
La sinergia acordada en utilizarse para las pruebas semi-industriales fue de Vf con S-450 en
dosis de 0,8 y 0,7% respectivamente, ya que esta fue la dosificación con mejores resultados en las
pruebas realizadas en laboratorio (Tabla 3.8). Sin embargo, debido a inconvenientes inherentes a
la variabilidad de las condiciones de planta con respecto al laboratorio, esta dosificación fue
ligeramente variada, de manera que se adecuara a las características exigidas.
En la Tabla 3.11, se presentan las dosificaciones realizadas para los 3 diseños de prueba
realizados en planta.
Tabla 3.11 Diseños de mezclas experimentales realizadas en la prueba semi- industrial
Diseño
Vf
(%PC)
S-450
(%PC)
α
Arena
(Kg)
1
0,5
0,7
0,37
1609
2
0,7
0,5
0,36
1650
3
0,7
0,5
0,36
1650
71
La razón por la que no se utilizó la dosificación acordada, según los resultados obtenidos en el
laboratorio, en el primer diseño semi-industrial fue que en los primeros pesajes se observó que la
mezcla presentaba un aspecto de excesiva fluidez utilizando la sinergia planteada de 0,8% de Vf
y 0,7% de S-450. Por lo que en el tercer pesaje se disminuyó la cantidad de Vf para ajustar la
mezcla a una dosificación de 0,5%. de este aditivo superplastificante. Ya que el Vf es el aditivo
encargado de mantener los valores de trabajabilidad en el tiempo, al disminuir la cantidad de este
podía ocurrir que se presentaran cambios bruscos de los valores de asentamiento en el tiempo, y
por esta razón se disminuyó el α de la mezcla de 0,38 a 0,37.
La razón por la que se pudo realizar este cambio para la primera mezcla es que debido al
mecanismo de operación de la planta la mezcla no carga continuamente en el camión mezclador,
si no en 3 pesajes (denominados bacheos) al observar que las características del primer bacheo
parecían no cumplir con las esperadas (excesiva fluidez) se pudo modificar la cantidad de aditivo
en los próximos pesajes.
Los resultados, con respecto a asentamiento inicial y pérdida de asentamiento de estos diseños
de prueba se indican en la Tabla 3.12
Tabla 3.12 Resultados de pérdida de asentamiento para diseños de mezcla utilizados en las
pruebas industriales.
Diseño
Pérdida de
asentamiento
Asentamiento inicial
1
1" por hora
9 ½”
2
2" en 3 horas
8 ½”
3
Muy rápida
8”
Es importante destacar que cuando se señala una pérdida de asentamiento “muy rápida” se
refiere a pérdidas mayores a 3” que permiten descartar inmediatamente la mezcla como posible
candidata.
72
En la primera etapa de la prueba industrial se realizó la mezcla denominada diseño 1 con las
dosificaciones indicadas en la Tabla 3.11. Esta mezcla, aunque presentó resultados de pérdida de
asentamiento favorables, en el proceso de proyección de mortero de las excavaciones del foso
Miranda II, producía un fenómeno de “rebote”, por exceso de fluidez, que hace que el material
proyectado no se adhiera a la superficie. En la Figura 3.2a se observa una imagen del proceso de
proyección, y el efecto de rebote presentado por el diseño 1. En la Figura 3.2b se presenta la
estructura subterránea donde se realiza la proyección de mortero.
(a)
(b)
Figura 3.2 (a) Efecto de rebote de la mezcla patrón en la superficie de proyección. (b) Túnel de
excavación, foso Miranda II Metro de Caracas.
Los técnicos especialistas en proyección presentes en la obra sugirieron, de acuerdo a la
experiencia en el proceso, que el asentamiento inicial de este diseño era muy alto para favorecer
la cohesión de la mezcla a la superficie. Por esta razón, para el diseño 2, se resolvió disminuir la
dosis del aditivo superplastificante S-450 para a su vez disminuir los valores de asentamiento
inicial, pero manteniendo la fluidez necesaria del mortero proyectado junto a una optima pérdida
de asentamiento en el lapso requerido. De manera que para compensar la disminución de S-450
se aumento la dosis de Vf (aditivo que se caracteriza además por el mantenimiento de la
trabajabilidad del mortero), 0,7%
En el diseño de mezcla 2, además de aumentarse la dosis de Vf y disminuir la dosis de S-450
también se disminuyó el valor de α con la finalidad de procurar mantener la trabajabilidad del
73
mortero por más tiempo. Además para esta mezcla se procuró un tiempo de mezclado de 3 a 4
minutos por cada batch para asegurar la homogeneidad de la misma. A cada una de las cargas se
les tomó valores de asentamiento inicial, obteniéndose los resultados indicados en la Tabla 3.13
Resultados de cono de abrams por cada bacheo realizado con el diseño de mezcla 2 en la prueba
en planta.
Tabla 3.13 Resultados de cono de abrams por cada bacheo realizado con el diseño de mezcla 2
en la prueba en planta.
Batch
Asentamiento
1
8 ½”
2
6”
3
6”
Aunque la dosificación de la mezcla por batch fue la misma, así como las condiciones de
mezclado, se observan diferencias entre el primer valor de asentamiento y los dos siguientes.
Puede inferirse este cambio a que para el primer batch la mezcladora estaba limpia y libre de
residuos de componentes de mezclas anteriores, para los dos batchs siguientes posiblemente pudo
quedar material remanente que interfirió con el funcionamiento de los aditivos en la mezcla.
Este hecho remarca que es importante tener en cuenta que de escogerse alguno de los diseños
propuestos, este debe permitir un rango de error con respecto a los inconvenientes en los procesos
de planta como mezclado y dosificación, ya que generalmente en las plantas de concreto varios
factores que influyen en la calidad de la mezcla presentan distintos grados de variabilidad que son
difícilmente controlables debido a un tema de ahorro de tiempo en el proceso de despacho. Es
decir, el diseño de mezcla debe ser capaz de mantener los requerimientos exigidos por la obra
dentro de un rango máximo que no dependa en mayor grado de la variabilidad de los parámetros
del entorno. Por esta razón, generalmente se aceptan asentamientos iniciales (al salir de planta) de
valores ligeramente mayores a los necesarios en obra, tomando en cuenta el factor tiempo
relacionado con el despacho del material.
74
Por ejemplo, la factibilidad de que se realice la limpieza de la mezcladora por cada bacheo es
una práctica que resulta de difícil ejecución en la cotidianidad, esto es, debido al proceso de carga
continua al camión de mezclado una vez que comienza el mezclado en la planta. De manera que
al evaluar la factibilidad de la implementación de un nuevo diseño, se deben tener en cuenta este
tipo de factores inherentes al proceso de producción del material.
De manera que según los resultados obtenidos en la prueba industrial, puede inferirse que el
poco éxito de los mismos en cuanto al cumplimiento de los parámetros establecidos, en principal
en referencia a trabajabilidad y pérdida de la misma, puede deberse a la poca robustez que
presentaron los resultados de los ensayos en el laboratorio, ya que la variabilidad de los mismos
no permitió establecer un comportamiento definido de los aditivos utilizados sobre las mezclas de
prueba.
Asociado a esto, y debido a la premura por la entrega de resultados, la falta de validación de las
mejores mezclas obtenidas en el laboratorio, (al menos 15) no permitió obtener suficiente
información estadística de los resultados, factor clave antes de la realización de la prueba semiindustrial.
3.1.7
Segunda evaluación Vf- S450
Posterior a la realización de las pruebas semi-industriales, se realizaron dos repeticiones de
mezclas con las mismas dosificaciones de aditivos evaluadas en laboratorio, antes de la
realización de la prueba en planta, a manera de corroborar el comportamiento obtenido
previamente.
Las dosificaciones utilizadas fueron las mismas que las de la mezcla MEX-375, indicada en
Tabla 3.8 Resultados para mezclas experimentales de mortero proyectado Rc 450
Kg/cm2evaluados con la sinergia Vf y S-450.), ya que esta fue la mezcla con los mejores
resultados de ese conjunto de ensayos.
Los resultados obtenidos de las segundas evaluaciones de la sinergia del aditivos Vf con el
aditivo S-450, se encuentran indicadas en la Tabla 3.14
75
Tabla 3.14 Tabla de resultados para sinergia de Vf y S-450 en experimentos posteriores al
ensayo industrial.
Mezcla N
Vf
S-450
Asentamiento inicial
Pérdida de Asto
458
0,8
0,7
4 ¾”
-
459
0,8
0,7
5 ½”
1 ½” (30 minutos)
Al realizarse estas mezclas con las mismas cantidades de componentes (arena, agua, microsílice
y aditivos), y teniendo la certeza que el agregado, la microsílice y el agua, fueron del mismo lote
y la misma calidad que los utilizados en las mezclas elaboradas posteriormente en los ensayos de
laboratorio, se puede inferir que el aditivo presentó variaciones en su calidad.
Adicionalmente se les consultó a los expertos de SK sobre este inconveniente, e informaron que
podrían existir ciertas variaciones en cuanto a la calidad del Vf, puesto que el producto utilizado
en las mezclas de laboratorio se obtenía de cuñetes provenientes
de Alemania, donde se
encuentra el laboratorio matriz que realiza sus productos. Al ser este un producto nuevo en el
país, se envió este lote para realizar las primeras pruebas con el Vf debido a la premura
presentada para obtener resultados de las mismas.
Posteriormente, en la prueba industrial y después de la misma, se comenzó a utilizar un Vf
producido en los laboratorios de SK en Valencia, Venezuela, con la misma formulación que el
aditivo producido en Alemania. Este hecho pudo inferir en los resultados poco fructíferos de las
pruebas industriales, junto con el hecho de la poca robustez obtenida en las mezclas
experimentales realizadas previamente a estas pruebas semi-industriales. Se concluyó que los
resultados poco satisfactorios registrados son vinculados con el cambio de calidad del aditivo Vf.
3.1.8
Sinergia Vf-S450-S100
En vista de los resultados obtenidos en la prueba industrial y debido al hecho de que era
necesario realizar mas mezclas evaluando sinergias con el nuevo aditivo Viscoflow, también se
decidió realizar el estudio del mortero proyectado remplazando la microsílice por nanosílice. Este
hecho se debe a que como una segunda etapa del presente proyecto, se tenia previsto realizar este
76
remplazo principalmente por las implicaciones en cuanto a la salud de los trabajadores que
conlleva la utilización de microsílice. Además la nanosílice al encontrarse diluida viene en
presentación liquida, (similar a la de los aditivos) lo que evita la alta generación y dispersión de
polvos tóxicos, caso que ocurre con la microsílice.
La nanosílice en suspensión es distribuida por la casa de aditivos SK y se denomina S-100.
Se debe tomar en cuenta que al realizar dicha sustitución, los valores de la relación agua/cemento
de las mezclas se modificarán puesto que la misma ya no se calcula en base a la ecuación 4.1. El
aumento de los valores de α se compensa con la adición de nanosílice, ya que este es un aditivo
que incrementa las resistencias del concreto/mortero en mayor grado que la microsílice.
En la Tabla 3.15 se muestran los resultados obtenidos para la sinergia Vf- S450 en conjunto
con la nanosílice S-100. A su vez es importante destacar que los objetivos esperados con estas
mezclas son obtener asentamientos entre 8 ½”- 9”, una perdida de trabajabilidad máxima de 1”
por hora y según un cuantil de 9% y una desviación aproximada de 35 Kg/cm2, se espera que el
promedio de los valores de la resistencia a compresión de los cilindros ensayados sea de
497Kg/cm2. Esto en base a una resistencia patrón de 450Kg/cm2, la cual tiene un factor de
seguridad de 50Kg.
Tabla 3.15 Resultados de asentamiento inicial y pérdida de asentamiento evaluados con la
sinergia Vf/S-450 y S-100 a diferentes valores de α y cantidad de arena.
Perdida de
Mezcla N
%Vf
%S-450
%S-100
α
Asto Inicial
asentamiento en una
hora o comentario
460
1
0,7
1,05
0,40
4"
-
461
1
0,75
0,7
0,40
3"
-
462
1
0,75
0,6
0,41
5"
-
464
1
0,75
0,5
0,41
81/2"
2" (1 hora)
467
1
0,75
0,35
0,41
-
Muy seca
468
0,8
0,75
0,35
0,41
-
Muy seca
77
MEX-376
2
-
0,8
0,41
8 3/4" - 61/2"
MEX-379
1,8
0,5
0,8
0,41
83/4"
1" (1hora 30min)
481
2
0,5
0,8
0,41
10"
-
482
2
0,5
0,8
0,39
8½
1/2
483
2
0,4
0,8
0,40
91/2
-
MEX-380
1,8
0,4
0,8
0,40
81/4
1/4
487
1,8
0,4
0,8
0,40
9
3/4
491
0,8
0,7
0,8
0,40
-
Muy seca
492
1,2
0,7
0,8
0,40
-
Muy seca
493
0,8
0,7
0,8
0,40
73/4
Muy rápida
MEX-381
1,7
0,7
0,8
0,40
81/2
1/2"
MEX-382
1,7
0,7
0,8
0,40
83/4
1"
MEX-383
1,7
0,7
0,8
0,40
9
1/2"
Previo a la discusión de los resultados indicados en esta tabla, es necesario destacar las
propiedades principales que se esperan de los aditivos utilizados en esta sinergia y que
fueron
consultadas según las hojas técnicas de cada uno.
Vf: mejora la trabajabilidad, manteniéndola por periodos de tiempo prolongados. Mejora la
fluidez de la mezcla, no produce retardo ni disminución de las resistencias a compresión. [20]
S-450: aditivo plastificante capaz de reducir hasta 20% de agua de mezcla, retardador
moderado de fraguado y reductor de retracción. Adicionalmente mejora los valores de resistencia
a la compresión y disminuye la perdida de trabajabilidad. [21]
S-100: es un aditivo a base de sílice coloidal que incremente las resistencias iniciales del
concreto. A su vez, hace la mezcla mas cohesiva, reduce el asentamiento inicial (por lo que debe
78
ser utilizado con aditivos superplastificantes) y a su vez, para efectos del presente trabajo es
importante mencionar que este aditivo disminuye el efecto de rebote en los concretos
proyectados. [16]
De manera que con esta información, se pueden esquematizar los efectos producidos por los
aditivos en la mezcla, este resumen se presenta en la Tabla 3.16
Tabla 3.16 Relación teórica de los aditivos utilizados en la sinergia con las propiedades de la
mezcla
En la primera mezcla evaluada, 460, con los porcentajes de aditivos propuestos por el
proveedor SK, no se consiguieron los valores de asentamiento inicial esperados, por lo que en la
siguiente mezcla se resolvió disminuir las cantidades de nanosílice (S-100) a manera de disminuir
la plasticidad de la misma, a su vez se incrementó la relación α para lograr este mismo efecto. Sin
embargo los resultados de asentamiento inicial no cumplieron con los requerimientos.
Para el diseño de mezcla 464 se disminuyo 0,1% el porcentaje de S-100 logrando revenimientos
iniciales aceptables de 8 ½”pero una perdida del mismo de 2” por hora, no cumpliendo así con
los criterios de aceptación.
Para las siguientes dos mezclas se hicieron pruebas tanto disminuyendo la cantidad de Vf de 1 a
0,8% y la cantidad de S-450 de 0,5 a 0,35% y ambas arrojaron resultados de revenimiento
considerablemente bajos.
En la mezcla 469, se intentó incluso trabajar sin aditivo S-450 para no incrementar la fluidez
que conlleva el aumento de la dosis Vf a 2% y de la misma forma se aumento la dosis de S-100 a
79
0,8 para asegurar las altas resistencias iniciales necesarias en obra. Se obtuvo un resultado de
asentamiento inicial aceptable de 8 ½” pero una perdida de asentamiento mayor a la requerida de
2 ¼” en una hora.
Por lo tanto se decidió, en la mezcla MEX-379 continuar trabajando con S-450 en porcentajes
de 0,5%, se disminuyó la cantidad de Vf para evitar pasar el rango de los asentamientos iniciales
permitidos y se mantuvo la cantidad de S-100 en 0,8. El asentamiento inicial estuvo ligeramente
por encima del requerido (8 ¼”) pero se despreció este error ya que los resultados de pérdida de
asentamiento en una hora fueron favorables, a esta mezcla se le tomaron cilindros para ensayos a
compresión.
En las mezclas 491 y 492 se intentó trabajar con menos pasta (agua y cemento) y aumentar las
cantidades de superplastificante para evitar la perdida de asentamiento, pero se obtuvieron
mezclas con asentamientos iniciales considerablemente bajos.
De manera que las mezclas con las que se obtuvieron mejores resultados se encuentran
resaltadas en la Tabla. Los resultados de resistencia a compresión obtenidos para las mismas se
encuentran indicados en la Tabla 3.17
Tabla 3.17 Resultados de resistencia a compresión de mezclas evaluadas con la sinergia VfS100-S450
Mezcla Nº
%Vf
%S-450
S-100
Rc7
Rc28
MEX-376
2
-
0,8
375
469
MEX-379
1,8
0,5
0,8
425
531
MEX-380
1,8
0,4
0,8
434
575
MEX-381
1,7
0,7
0,8
450
501
MEX-382
1,7
0,7
0,8
405
481
MEX-383
1,7
0,7
0,8
401
501
80
En cuanto a los resultados de resistencias de las mezclas que presentaron mejor desempeño, se
tiene que el promedio que debe alcanzarse por las mismas, a los 28 días, es Fcr = 497kg/cm2,
como anteriormente fue explicado. De manera que se presentan resultados favorables, que
indican que posiblemente estas muestras tengan un buen desempeño mecánico para las
solicitaciones que requieren. El mejor resultado de resistencia a la compresión a 28 días lo
presenta la mezcla MEX-380, esto era de esperarse puesto que es la mezcla experimental que
tiene mayor cantidad de aditivo superplastificante Vf y menor relación agua/cemento. Y el
resultado menos eficiente lo presenta la mezcla MEX-376 la cual no tiene aditivo
superplastificante/retardador S-450. Sin embargo, cualquiera de estas mezclas pueden ser
candidatas para realizarse una validación antes de llevarse a la etapa de prueba industrial.
No obstante, el parámetro de resistencia mecánica, no es el único que debe tenerse en cuenta en
el momento de escogerse una de las mezclas para la validación, el asentamiento inicial, la pérdida
de trabajabilidad, el tiempo de fraguado y el aspecto económico constituyen parte importante en
la evaluación.
En la Figura 3.3 se aprecia la variación la variación de trabajabilidad en función del tiempo,
para las mezclas con diferentes dosificaciones de aditivos presentadas en la tabla 3.17. No se
incluyen las mezclas MEX-381 y MEX-383 por ser repeticiones de la mezcla MEX-380.
Asentamiento (Pulgadas)
10
9
8
MEX-381
7
MEX-380
6
MEX-376
MEX-379
5
4
10
30
50
70
Tiempo (min)
90
110
130
81
Figura 3.3 Pérdida de asentamiento para las mezclas con mejor desempeño evaluadas con la
sinergia Vf –S450-S100.
Según la gráfica, se observa que la mezcla MEX-376 es la que presenta mayor pérdida de
trabajabilidad en el tiempo, hecho que se puede atribuir a la ausencia de aditivo S-450 el cual
ayuda a mantener los valores de asentamiento. (Tabla 3.16). se observa que la mezcla con mejor
desempeño es la MEX-380 que aunque excede ligeramente (1/2”) el rango estipulado de
asentamiento inicial, presenta la menor pérdida de trabajabilidad.
Las mezclas MEX-379 y MEX-380, parecen tener un comportamiento similar en cuanto a
pérdida de trabajabilidad, teniendo en cuenta que la primera presenta los mayores valores de
asentamiento inicial (8 ¾”) lo que representa un factor de riesgo debido a los resultados
observados en la prueba semi-industrial donde debido al alto revenimiento inicial de las mezclas
se produjo un efecto de rebote de material con la superficie de proyección.
De manera que descartando las mezclas más deficientes, se tiene que las sinergias con mayores
posibilidades se aplicarse en una futura prueba semi-industrial son la MEX-380 y MEX-381,
cuyas dosificaciones se encuentran indicadas en la Tabla 3.15. Con esta información es necesario
la realización de dos pruebas finales para lograr dilucidar cual de los candidatos se empleara en la
prueba en planta, estas pruebas son: tiempo de fraguado, que debido al término de proyecto de
pasantía no se logró realizar y un estudio económico tomando en cuenta ambas dosificaciones y
los precios unitarios de los componentes.
Es importante destacar que este análisis económico no se realizó, puesto que los precios del
aditivo Vf no fueron suministrados por la casa SK debido a que esperan el funcionamiento de
alguna de las mezclas de prueba con el mismo, para hacer conocer a la gerencia de la empresa su
valor.
3.2
Evaluación de mezclas experimentales para el concreto 310Kg/cm2
En una segunda etapa del presente proyecto, se evaluó la posibilidad de modificar los aditivos
utilizados en un concreto estructural bombeable de resistencia 310kg/cm2. El diseño original de
este concreto se muestra en la Tabla 3.18. Actualmente el aditivo utilizado se denomina V-1045,
el cual tiene un efecto superplastificante y retardador de fraguado.
82
Tabla 3.18 Diseño original del concreto 310Kg/cm2
Diseño
Cemento
(Kg)
Arena
(m3)
Piedra
(m3)
Agua
(Lts)
Α
Concreto 310
Kg/cm2
405
980
800
187
0,46
V-1045
(Lts/m3)
2,28
Los requerimientos de diseño exigidos por la empresa, que se evaluarán en la realización de
mezclas experimentales se reseñan nuevamente en la Tabla 3.19
Tabla 3.19 Requerimientos del concreto bombeable Rc 310 Kg/cm2
Asentamiento
inicial
Perdida de Asentamiento
máxima
Tiempo de
fraguado
Α
8 ½” – 7 ½”
1 ½”por hora
10<tf< 12 horas
Máx.
0,46
Para la evaluación de este diseño el cliente no exigió un factor de sobredimensionamiento en
las resistencias a compresión, es decir que el esfuerzo requerido en el proyecto es de 310Kg/cm2.
3.2.1
Sinergia Vf- S780 en concreto 310Kg/cm2
El proceso de ensayo mezclas se inició con la dosis de aditivos recomendada por el proveedor.
Conjuntamente, al igual que con el mortero, se evaluaron los parámetros exigidos y de ser
necesario se realizaron modificaciones en las dosis de aditivos o en los componentes de la
mezcla. El valor de β se mantuvo en 0,55 para todas las mezclas evaluadas.
Los resultados obtenidos para la evaluación del concreto 310Kg/cm2 con la sinergia Vf-780 se
indican en la Tabla 3.20. Las mezclas que mostraban mejor comportamiento son resaltadas en la
lista.
Tabla 3.20 Resultados de ensayos de cono de abrams para mezclas realizadas con sinergia de
Vf y S-780 para un concreto bombeable de resistencia 310 Kg/cm2
Mezcla N
%Vf
S-780
Α
Asentamiento
inicial
Pérdida de Asto (1 hora) o
comentario
83
379
0,7
0,7
0,46
10”
1
380
0,7
0,55
0,46
9 ½”
-
0,5
0,5
0,46
9 ½”
Rápida
385
0,5
0,5
0,46
9 ¾”
Rápida
387
0,6
0,4
0,46
10”
-
389
0,55
0,3
0,46
9 ½”
Rápida
390
0,7
0,1
0,46
10”
½
391
0,6
-
0,46
10 ½”
2
0,7
0,4
0,46
9 ¾”
1¾
MEX-363
0,7
0,4
0,46
8 ¾”
3½
394
0,7
0,4
0,44
9”
1¾
395
0,7
0,4
0,44
9”
1
MEX-364
0,7
0,4
0,43
8 ¾”
½
397
0,7
0,3
0,43
9 ¼”
-
398
0,7
-
0,43
8 ¾”
Rápida
399
0,7
0,1
0,43
5 ¾”
-
MEX-365
0,7
0,1
0,44
8 ¾”
1¾
MEX-366
0,7
0,1
0,44
9”
1
402
0,7
0,1
0,44
9”
-
403
0,7
0,2
0,44
10”
MEX-358
MEX-362
-
84
A las mezclas con mejores resultados en cuanto asentamiento inicial y pérdida de trabajabilidad
se les hizo ensayo de resistencia a la compresión y los resultados obtenidos se indican en la Tabla
3.21
Tabla 3.21 Resultados de ensayos a compresión a 7 y 28 días para las mezclas experimentales
utilizando la sinergia, Vf y S-780.
Rc7
Rc28
Mezcla N
%Vf
%S-780
MEX-358
0,5
0,5
380
404
MEX-362
0,7
0,4
324
405
MEX-363
0,7
0,4
362
452
MEX-364
0,7
0,4
319
398
MEX-365
0,7
0,1
319
400
MEX-366
0,7
0,1
301
376
(Kg/cm2)
(Kg/cm2)
Según la Ecuación 3.1 la resistencia promedio que deben presentar los cilindros ensayados es
Fcr = 357kg/cm2 y según los resultados de la Tabla 3.21, todas las mezclas evaluadas parecen
presentar un buen desempeño mecánico.
En cuanto a la evaluación de pérdida de trabajabilidad, en la Figura 3.4, se observa la
comparación de las mezclas que mostraron mejor desempeño en cuanto a cambio de
revenimiento en el tiempo. Algunas mezclas no se incluyeron en el grafico, la MEX-358 por falta
de datos de pérdida de trabajabilidad y las restantes debido a que fueron repeticiones de una
misma mezcla.
85
Asentamiento (Pulgadas)
11
10
9
8
MEX-362
7
MEX-364
6
MEX-365
5
4
10
30
50
70
90
110
Tiempo (min)
Figura 3.4 Pérdida de asentamiento en función del tiempo para las mezclas experimentales de
concreto 310kg/cm2 que presentaron mejor desempeño en la evaluación con la sinergia Vf-S780
Se observa que la mezcla MEX-362 presento el desempeño mas bajo debido un alto valor de
asentamiento inicial y mayor pérdida de trabajabilidad. La mezcla MEX-364 en comparación con
la MEX-365 fue la que presentó mejor desempeño debido a que aunque ambas tuvieron un
asentamiento inicial ligeramente alto, la mezcla 365 tuvo mayores perdidas de revenimiento en el
tiempo, e incluso en el mismo lapso, llego a valores mas bajos de asentamiento, es decir, se
presento una caída brusca que representa un efecto altamente perjudicial para el tiempo de
trabajo de la mezcla en planta.
Además, a la mezcla MEX-365 se le realizó el ensayo de tiempo de fraguado, obteniendo los
resultados indicados en la Tabla 3.22.
Tabla 3.22 Resultados de tiempo de fraguado para la mezcla experimental 402
Vf
S-780
Asentamiento
α
0,7
0,1
9”
0,38
Fraguado
Fraguado
inicial
final
7h 45m
9h 15m
86
Los resultados de asentamiento inicial y final resultaron muy cortos para lo esperado. (De 10 a
12 horas) por lo que se decidió remplazar en las próximas mezclas el superplastificante S-780 por
un plastificante y retardador de fraguado, en este caso S-450.
3.2.2
Sinergia Vf – S450
En la Tabla 3.23, se indican los resultados obtenidos al remplazar en la sinergia el aditivo
superplastificante S-780, por el aditivo de doble efecto S-450, el cual tiene un efecto, además de
superplastificante, de retardador de fraguado.
Tabla 3.23 Resultados obtenidos de la evaluación de concreto 310kg/cm2 con la sinergia VfS450
Asentamiento
Pérdida de Asto (1
Mezcla N
Vf
S-450
α
MEX-367
0,5
0,2
0,44
8½
½
405
0,5
0,2
0,44
8½
-
0,6
0,43
8½
2½
500
0,5
65
inicial
hora) o comentario
501
0,5
0,6
0,43
8¾
2¾
502
0,7
0,,4
0,43
8½
3¾
0,5
0,41
9¼
-
503
1,2
4
504
0,9
0,5
0,41
9¾
-
505
0,8
0,5
0,41
8¾
Rápida
506
0,9
0,5
0,40
8¾
2
507
1
0,5
0,40
8¾
1¾
508
1
0,5
0,40
8¾
-
87
509
1
0,5
0,42
8¼
Rápida
510
1,2
0,5
0,42
9
1¼
511
1,2
0,55
0,42
9
-
Si bien fue posible encontrar resultados de asentamiento inicial aceptables con diversas dosis de
los aditivos utilizados, no se logró dar con una mezcla capaz de cumplir con los requerimientos
de pérdida de asentamiento establecidos. En la Figura 3.5, se observa un grafico donde se
representa la variabilidad del asentamiento en función del tiempo de las mezclas que presentaron
mejor desempeño en cuando a valores de revenido inicial.
Asentamiento (Pulgadas)
10
9
8
7
MEX-367
6
507
5
510
4
3
10
30
50
70
90
110
Tiempo (min)
Figura 3.5 Pérdida de asentamiento en función del tiempo para las mezclas experimentales de
concreto 310kg/cm2 que presentaron valores de revenido inicial menos deficientes, evaluadas con
la sinergia Vf-S450
Se observa la caída brusca en las curvas de pérdida de asentamiento de las mezclas 507 y 510,
se esperaba que esta última presentara una menor perdida puesto que tiene un mayor porcentaje
de Vf y menor α, sin embargo no ocurrió el comportamiento esperado. Por el contrario, la mezcla
MEX-367 con los menores valores de Vf y la mayor relación α presentó una perdida mas
aceptable cuando se compara con las dos mezclas del gráfico. Sin embargo hay que tener en
88
cuenta que no se tiene la misma cantidad de datos de la MEX-367 por lo tanto no se tiene certeza
de la perdida que pudiera haber podido presentar en un lapso mayor.
De aquí se define la importancia de realizar un estudio de perdida de asentamiento por un
tiempo tal que permita una evaluación capaz de identificar un comportamiento estable en este
parámetro.
En cuanto al ensayo de resistencia a compresión que se realizo a la mezcla de prueba MEX367, arrojaron valores de Rc7 = 301 kg/cm2 y Rc28 = 376 Kg/cm2, lo que indica que posiblemente
la mezcla pueda tener un buen desempeño mecánico.
En el caso tal de que se realice una repetición con suficientes datos, del estudio de pérdida de
trabajabilidad para la mezcla MEX-367 y se corrobore que la misma no presenta una perdida
violenta de asentamiento, y además se le realice el respectivo ensayo de tiempo de fraguado,
cumpliendo con los parámetros. Esta podría ser una mezcla candidato para la validación de
resultados. Método que se debe cumplir estrictamente antes de realizar una prueba semiindustrial.
3.2.3
Sinergia Gl-Del-P2237
Para la evaluación de esta sinergia, se mantuvieron constantes los valores de α=0,46 y β=0,55.
Los resultados obtenidos se encuentran reseñados en la Tabla 3.24
Tabla 3.24 Resultados de ensayo de cono de abrams para mezclas experimentales de concreto
Rc 310kg/cm2 evaluadas con la sinergia Gl-De-P2237
Asentamiento
Pérdida de Asto (1
Mezcla N
Gl
De
P-2237
411
0,26
0,2
0,29
8½
Rápida
412
0,26
0,3
0,29
9½
3"
413
0,26
0,3
0,29
9
2 3/4"
414
0,26
0,3
0,32
9
Rápida
415
0,26
0,3
0,32
9½
Rápida
inicial
hora) o comentario
89
416
0,26
0,35
0,32
9¾
Rápida
417
0,26
0,4
0,35
9½
Rápida
418
0,26
0,5
0,3
8
Rápida
419
0,26
0,6
0,3
9½
Rápida
420
0,26
1
0,3
10 ½
-
MEX-370
0,26
1
0,3
10
Rápida
422
0,26
0,8
0,3
9
Rápida
MEX-371
0,26
1
0,3
9
Rápida
424
0,26
1
0,1
10
1
425
0,26
0,6
0,1
10 ½
-
MEX-372
0,26
0,6
0,1
10
Rápida
428
0,26
0,6
0,1
9½
-
MEX-373
0,26
0,6
0,1
10
-
434
0,26
0,6
0,1
9
-
Para esta sinergia, no se encontraron valores aceptables tanto de asentamiento inicial, como de
pérdida de trabajabilidad. Sin embargo se realizaron ensayos de resistencia a la compresión a las
mezclas que se encontraban más cercanas a parámetros aceptables. Estos resultados se encuentran
indicados en la Tabla 3.25
Tabla 3.25 Resultados de resistencia a compresión para mezclas evaluadas con la sinergia GlDe-P2237
Mezcla N
Gl
De
P-2237
Rc28 (kg/cm2)
MEX-370
0,26
1
0,3
359
90
MEX-371
0,26
1
0,3
376
MEX-372
0,26
0,6
0,1
382
MEX-373
0,26
0,6
0,1
328
Los resultados de resistencia mecánica, fueron aceptables para todas las mezclas de este grupo
de ensayos, sin embargo el pobre desempeño de estas mezclas en función a los otros parámetros
evaluados, no permite la postulación de ninguna de las mismas como candidatas para una
revalidación de resultados. Es recomendable que en etapas posteriores a la presente evaluación,
se realicen cambios en el valor de α, para observar el comportamiento en cuanto a pérdida de
trabajabilidad y disminución de asentamiento inicial. A su vez, si se logran resultados
satisfactorios, es necesario realizar las evaluaciones pertinentes de tiempo de fraguado y
factibilidad económica. Con respecto a este último factor, es pertinente tener en cuenta que el
aditivo superplastificante Gl, actualmente se encuentra entre los más costosos del mercado.
3.2.4
Sinergia D-12 y W-79
Como última etapa del presente proyecto experimental, se realizó la evaluación de mezclas de
concreto de resistencia 310kg/cm2 con aditivos del distribuidor GR. Se utilizó un plastificanteretardador de fraguado denominado D-12 y un plastificante de rango medio denominado W-79.
Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla. El distribuidor GR recomienda sus
dosificaciones de aditivos en cc por kg de cemento.
Tabla 3.26 Resultados obtenidos para la evaluación de mezclas con la sinergia D12-W79
Mezcla N
D-12
(cc/kg)
W-79
(cc/kg)
α
Asentamiento
inicial
Pérdida de Asto (1 hora) o
comentario
406
1.5
12
0,46
4 ¾”
Muy rápida
407
1.5
12
0,46
9
½
MEX-369
1.5
12
0,46
8
-
409
1.5
12
0,44
9
5½
410
1.5
10
0,46
6 ¾”
4¾
91
Se obtuvo una posible dosificación que cumplía con los parámetros establecidos 1.5cc/kg de D12 y 12cc/kg de W-79. A estas mezclas se les realizaron ensayos de resistencia a la compresión y
se obtuvieron resultados promedio de 239kg/cm2, muy por debajo de la resistencia esperada de
357kg/cm2.
De la misma forma, a dicha mezcla se le realizo ensayo de tiempo de fraguado obteniendo un
resultado de fraguado inicial de 20 horas con 45 minutos, evidentemente mas de lo esperado
según los requisitos propuestos.
El bajo rendimiento que presentaron las mezclas realizadas con esta sinergia, posiblemente se
deba a que la casa GR, actualmente no utiliza aditivos de ultima generación (policarboxilatos)
que por lo tanto no pueden permitirse desempeños tales como los requeridos para las estructuras
que requieren el tipo de materiales que se ensayan en el presente trabajo experimental.
92
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones

El diseño de mezcla escogido debe adecuarse a diversos factores inherentes al proceso y
modo de operación de plantas de concreto premezclado (tiempo de mezcla, tipo de
mezcladora, sensibilidad a la humedad del agregado), sin interferir con el óptimo
funcionamiento de los procesos de producción y despacho. Esto debe tomarse en cuenta
como un factor relacionado al estudio de factibilidad económica.

Un comportamiento poco constante de las mezclas, la posible utilización de un aditivo
defectuoso y falta de ensayos contribuyeron en el fracaso de la prueba industrial.

La validación de las mezclas de prueba con mejores resultados, representa un elemento
primordial para la obtención de información estadística que permita definir un tipo de
comportamiento de los aditivos sobre la mezcla de concreto/mortero.

Los resultados pocos satisfactorios registrados en la prueba industrial posiblemente se
deban, en parte, al cambio en la calidad del aditivo Vf, presentado en esta prueba. La
misma se corroboró realizando mezclas con la misma formulación que la utilizada antes
de la llegada de los lotes fabricados en un laboratorio distinto al original.

Las mezclas mas apropiadas para la realización de las siguientes pruebas semi-industriales
utilizando la sinergia de los aditivos Vf- S450 y nanosílice son la MEX 380 y 381.
Quedando por realizarse los ensayos de la validación de resultados.
93
Recomendaciones

Averiguar con el personal técnico de los proveedores de aditivos, la influencia del orden
de colocación de los mismos en las mezclas para cerciorar que no exista incompatibilidad
entre los mismos antes de la dosificación.

Asegurarse de realizar las mezclas de prueba con un mismo lote de cemento puesto la alta
variabilidad del mismo debido a la situación actual.

Al observar valores aceptables de asentamiento inicial, realizar el estudio de perdida de
trabajabilidad por un tiempo tal que permita la definición de un patrón de comportamiento
en cuanto a este parámetro.

Realizar repeticiones con los aditivos de la casa BA (Gl, De y P-2237) realizando
variaciones en la relación agua/cemento para observar el comportamiento en cuanto a
pérdida de trabajabilidad

Tomar precauciones y tener en cuenta que para la re-evaluación de la sinergia Gl, De y P2237, el aditivo superplastificante Gl se encuentra actualmente entre los mas costosos del
mercado, de ser posible se puede plantear una sustitución del mismo, o su utilización en
mínimas cantidades.
94
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Thierry Poirier (2009)
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Capitulo III: diseño de mezclas de concreto de alto desempeño. Capitulo III, Francia
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Revisión, (1994).
95
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http://www.revistatc.com/?p=3672
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19. Hoja técnica Viscoflow-20, Sika C.A. Versión 01, Caracas - Venezuela
20. Hoja técnica Sikaplast 450, Sika C.A. Versión 02, Caracas – Venezuela (2009)
96
ANEXOS
Figura 1. Foso Miranda II. Superficies donde se realizo la proyección de la mezcla ensayada en la
prueba semi-industrial
97
APÉNDICE
A. Valores de la desviación estándar que son de esperar en el concreto, según el grado de
control.
98
B. Relaciones entre Z y el área bajo la curva en la distribución normalizada.[6]