Elaboración y Análisis de Concreto Celular con Jabón Líquido

Facultad de Tecnología de la Construcción
“ELABORACIÓN Y ANÁLISIS DE
CONCRETO CELULAR,
UTILIZANDO JABÓN LÍQUIDO
COMO AGENTE ESPUMANTE”.
Trabajo Monográfico para optar al título de
Ingeniero Civil
Tutor:
Elaborado por:
Br. Ashly Nicole Calero
Romero
Carnet: 2018-0715U
29 de Noviembre de 2023
Managua, Nicaragua
Br. Carlos Daniel
López Herrera
Carnet: 2018-0713U
MSc. Ing. Silvia Lindo
O´connors
Agradecimientos
Principalmente a Dios por darnos sabiduría, guiarnos en todo el proceso de nuestra
tesis, brindarnos las mejores ideas para solucionar cada imprevisto presentado, por la
paciencia otorgada, la salud, fuerza, por poner a muchos ángeles en el camino y sobre
todo por su amor incondicional.
A nuestros padres por todo el apoyo en esta carrera profesional, por su amor
verdadero, por los consejos, motivaciones, por ser seres ejemplares de resiliencia y por
siempre confiar y enseñarnos a confiar en nosotros.
A nuestras abuelas por siempre estar atentas a pesar de la distancia, por confiar en
nuestras capacidades y nunca dudar de nosotros.
A nuestros hermanos por sus palabras de aliento y compartir de su conocimiento.
A los maestros de nuestra alma mater, en especial a nuestra tutora Ing. Silvia Lindo por
estar al pendiente en todo momento de cada proceso influyente en esta investigación.
A la empresa AGRENIC por dejarnos usar su laboratorio de materiales de construcción,
especialmente al Ing. Reynerio Romero, Ing. Marvin Zuniga, Ing. Fabricio Novoa y a
todo el personal que nos hicieron sentir cómodos en todo momento y por compartir su
amplio conocimiento con tanta amabilidad y disposición.
A todos los que aportaron su granito de arena para que esta investigación fuera
culminada.
Dedicatoria
Dedicamos principalmente esta investigación a Dios, ya que en esta monografía
siempre hemos sido 3 con él, por brindarnos todo el entendimiento y por ser luz en
nuestro caminar.
Ashly Calero y Carlos López
A mis padres Arely Romero y Otto Calero por ser las bases de mi formación, por
enseñarme que todo lo bueno necesita de mucho esfuerzo y dedicación, y por siempre
apoyarme en cada meta que me propongo.
A mi abuela Carmen Quintanilla, a mi hermano Rafael Hidalgo y a mis sobrinos Sophia
Larios y Santiago Hidalgo por ser motivaciones en mi día a día.
A mi compañero de tesis Carlos López porque fuimos los dos contra toda adversidad,
por todo su esfuerzo y apoyo.
Ashly Calero
A mis padres Karla Herrera y Carlos López por haberme inculcado la disciplina,
curiosidad y constancia, elementos esenciales para salir adelante en este mundo lleno
de retos y dificultades.
Igualmente, a mis hermanas Valezka López y Agnieska López por ser parte
fundamental en mi formación personal y estar siempre presentes en mis triunfos.
A mi compañera de tesis Ashly Calero, por el esfuerzo que demostró en esta
investigación y demostrar que con objetivos claros todo es posible.
Carlos López
Resumen
El concreto ligero es un tipo de concreto, que, a partir de la adición de un componente o
material ligero, logra reducir la densidad.
La presente investigación estudia el
comportamiento que tiene el concreto al añadir un aditivo espumante como el jabón
lavaplatos líquido.
El capítulo 1 demuestra cómo se desarrolló el fundamento teórico que generaliza al
concreto celular a partir de fuentes de apoyo externas, ya que es un tema poco
profundizado a nivel nacional. De igual forma se hace hincapié en los objetivos a ejecutar
y el diseño metodológico que conllevará la investigación actual.
El Capítulo 2 se enfoca en la evaluación de cada materia prima destinada a las mezclas
de concreto celular y mortero a través de ensayos de laboratorio. Durante este proceso
de evaluación, se caracteriza cada componente presente en las mezclas, tanto para el
concreto celular como para el mortero. Estas caracterizaciones son esenciales para el
diseño de las mezclas, y proporcionarán información crucial para el desarrollo tanto del
concreto celular como del mortero tradicional.
El capítulo 3 abarca el diseño de mezclas de mortero, donde primeramente se centró en
un mortero inicial con densidad partida de la caracterización de las materias primas. Y
luego se ocupó la guía ACI 523.3R-14 para diseñar un mortero con menor densidad que
se pudiera comparar con el concreto celular.
El Capítulo 4 se centra en el diseño de mezclas de concreto celular. Se emplea la norma
ASTM C796 para diseñar la espuma preformada y la guía ACI 523.3R-14 para el diseño
general del concreto celular. Se destaca el diseño de una mezcla principal para
evaluación comparativa con el mortero diseñado bajo la misma guía, y se diseña una
mezcla con menor densidad para analizar propiedades como ligereza y absorción.
En el capítulo 5 se explica la elaboración de las mezclas, tanto de mortero como concreto
celular. En el caso de mortero inicial y mortero por ACI se enfatiza la usabilidad de la
norma ASTM C780, mientras que, en las mezclas de concreto celular, su elaboración se
guía por la norma ASTM C796.
En el Capítulo 6, se llevan a cabo ensayos en todas las mezclas, tanto en sus estados
frescos como endurecidos. Se analiza la influencia de la espuma preformada a base de
jabón lavaplatos líquido en la estructura del concreto celular, comparándolo con los
resultados proporcionados por las mezclas de mortero. Se realiza una comparación de
los resultados con los parámetros establecidos por las normativas correspondientes que
rigen los ensayos.
El Capítulo 7 detalla los costos de fabricación de las mezclas de concreto celular y
mortero inicial, basándose en 1 m3 y una relación A/C similar. El análisis se centra en el
costo de todos los materiales que conforman cada mezcla, así como el impacto
económico de una mezcla de concreto celular entre menor densidad posee.
INDICE
CAPITULO I: ASPECTOS GENERALES .........................................................................1
1.1. Introducción............................................................................................................1
1.2. Antecedentes .........................................................................................................3
1.3. Justificación............................................................................................................5
1.4. Objetivos ................................................................................................................6
1.4.1. Objetivo general ...............................................................................................6
1.4.2. Objetivos específicos .......................................................................................6
1.5. Marco teórico .........................................................................................................7
1.5.1. Mortero convencional .......................................................................................7
1.5.2. Concreto convencional ....................................................................................7
1.5.3. Concreto liviano ...............................................................................................7
1.5.4. Concreto celular ...............................................................................................7
1.5.5. Concreto celular con aditivo espumante ........................................................ 11
1.5.6. Guías para la elaboración de concreto celular ............................................... 14
1.5.7. Ventajas de la utilización de concreto celular ................................................ 16
1.5.8. Propiedades presentes en las materias primas que constituyen el concreto
celular y mortero convencional ................................................................................ 17
1.5.9. Propiedades físicas y mecánicas presentes en el concreto celular y mortero
convencional ............................................................................................................ 20
1.6. Diseño metodológico ............................................................................................ 20
1.6.1. Hipótesis de investigación ............................................................................. 21
1.6.2. Propiedades físicas y mecánicas de las materias primas en el concreto
celular y mortero convencional ................................................................................ 21
1.6.3. Metodología para la obtención de la mezcla de concreto celular partiendo de
una dosificación óptima del aditivo espumante, sin comprometer la resistencia a la
compresión diseñada ............................................................................................... 24
1.6.4. Metodología para la elaboración de las mezclas de mortero y concreto celular
................................................................................................................................. 26
1.6.5. Metodología para las propiedades físicas y mecánicas presentes en el
concreto celular y mortero convencional.................................................................. 27
1.6.6. Metodología para el análisis de costo de elaboración de ambas mezclas ..... 28
CAPITULO II: EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LAS
MATERIAS PRIMAS DEL CONCRETO CELULAR ....................................................... 30
2.1. Origen de los materiales ...................................................................................... 31
2.1.1. Agregado fino................................................................................................. 31
2.1.2. Cemento ........................................................................................................ 31
2.1.3. Jabón liquido .................................................................................................. 32
2.2. Análisis del agregado fino .................................................................................... 32
2.2.1. Muestreo de agregados a tamaños de ensayes ............................................ 32
2.2.2. Determinación del contenido de humedad en el agregado fino ..................... 33
2.2.3. Determinación de la gravedad especifica y porcentaje de absorción ............ 33
2.2.4. Determinación de los pesos unitarios seco sueltos y seco compacto y
porcentaje de vacíos ................................................................................................ 36
2.2.5. Determinación del análisis granulométrico del agregado fino ........................ 38
2.2.6. Determinación de las impurezas orgánicas en el agregado fino .................... 42
2.3. Análisis del cemento ............................................................................................ 44
2.3.1. Determinación de la consistencia normal de pastas de cemento hidráulico
ASTM C187 ............................................................................................................. 44
2.3.2. Determinación del tiempo de fraguado del cemento por el método de la aguja
de vicat .................................................................................................................... 44
2.3.3. Determinación de la densidad o peso específico del cemento hidráulico
ASTM C188 ............................................................................................................. 46
2.3.4. Determinación del peso volumétrico seco suelto y seco compacto en el
cemento ASTM C29................................................................................................. 47
2.4. Análisis del aditivo espumante ............................................................................. 48
CAPITULO III: DISEÑOS DE MEZCLAS DE MORTERO .............................................. 51
3.1. Diseño de mortero inicial ...................................................................................... 52
3.1.1. Propiedades de los materiales ....................................................................... 52
3.1.2. Selección de la Relación Agua/Cemento (A/C) ............................................. 52
3.1.3. Diseño de mezclas de mortero ...................................................................... 53
3.2. Diseño de mortero por ACI 523.3r-14 basado en la densidad del mortero inicial 61
3.2.1. Propuesta de densidad de diseño.................................................................. 61
3.2.2. Diseño de mezclas ......................................................................................... 62
CAPITULO IV: DISEÑOS DE MEZCLAS DE CONCRETO CELULAR .......................... 67
4.1. Equipo generador de aire ..................................................................................... 68
4.2. Equipo generador de espuma .............................................................................. 69
4.3. Diseño de mezclas ............................................................................................... 72
CAPITULO V: ELABORACIÓN DE MEZCLAS DE MORTERO Y CONCRETO
CELULAR ....................................................................................................................... 85
5.1. Elaboración de mezclas de mortero ..................................................................... 86
5.1.1. Preparación, selección de los moldes y pesaje de los materiales ................. 86
5.1.2. Proceso de mezclado .................................................................................... 89
5.1.3. Proceso de llenado y curado ......................................................................... 89
5.2. Elaboración de mezclas de concreto celular ........................................................ 89
CAPITULO VI: EVALUACIÓN Y ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES FISICAS Y
MECÁNICAS DEL MORTERO CONVENCIONAL Y CONCRETO CELULAR ............... 93
6.1. Ensayos del mortero en estado fresco ................................................................. 94
6.2. Ensayos del mortero en estado endurecido ......................................................... 99
6.3. Ensayos del concreto celular en estado fresco .................................................. 104
6.4. Ensayos del concreto celular en estado endurecido .......................................... 107
6.5. Análisis comparativo de las propiedades físicas y mecánicas entre concreto
celular y mortero convencional ................................................................................. 112
6.5.1. Propiedades físicas ...................................................................................... 112
6.5.2. Propiedades mecánicas ............................................................................... 115
CAPITULO VII: COSTO DE ELABORACIÓN DE CONCRETO CELULAR Y MORTERO
CONVENCIONAL ......................................................................................................... 118
CAPITULO VIII: ANÁLISIS DE HIPÓTESIS ................................................................. 122
CAPITULO IX: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................... 124
9.1. Conclusiones...................................................................................................... 125
9.2. Recomendaciones ............................................................................................. 127
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Comparación entre diferentes proveedores de agentes espumantes ............... 13
Tabla 2 Guías para elaboración de concreto celular según ACI .................................... 14
Tabla 3 Ventajas de la utilización de concreto celular .................................................... 16
Tabla 4 Tipos de cemento .............................................................................................. 17
Tabla 5 Propiedades físico-mecánicas del cemento ...................................................... 21
Tabla 6 Propiedades físico-mecánicas del agregado fino .............................................. 22
Tabla 7 Propiedad física del aditivo espumante ............................................................. 23
Tabla 8 Propiedad física de la espuma preformada ....................................................... 23
Tabla 9 Normas aplicadas para el desarrollo de mezclas de mortero ............................ 26
Tabla 10 Normas aplicadas para el desarrollo de mezclas de concreto celular ............. 26
Tabla 11 Propiedades físico-mecánicas de la mezcla en estado fresco ........................ 27
Tabla 12 Propiedades físico-mecánicas de la mezcla en estado endurecido ................ 27
Tabla 13 Costo de materiales para el mortero convencional ......................................... 28
Tabla 14 Costo de materiales para el concreto celular .................................................. 28
Tabla 15 Costo de los materiales ocupados para crear el generador de espuma .......... 29
Tabla 16 Contenido de humedad del agregado fino ....................................................... 33
Tabla 17 Gravedades específicas y porcentajes de vacíos............................................ 35
Tabla 18 Peso volumétrico seco suelto .......................................................................... 36
Tabla 19 Peso volumétrico seco compacto .................................................................... 37
Tabla 20 porcentaje de vacíos para agregado fino ........................................................ 38
Tabla 21 Resumen de ensayo de Granulometría ........................................................... 40
Tabla 22 Impurezas orgánicas en la arena .................................................................... 43
Tabla 23 Determinación de la consistencia normal de pastas de cemento hidráulico .... 44
Tabla 24 Datos obtenidos para tiempo de fraguado del cemento .................................. 45
Tabla 25 Datos obtenidos para tiempo de fraguado del cemento .................................. 45
Tabla 26 Tiempo de Fraguado de cemento hidráulico NTON 12 006-11 ....................... 46
Tabla 27 Gravedad especifica del cemento ................................................................... 47
Tabla 28 Pesos unitarios secos sueltos y secos compactos del cemento ..................... 48
Tabla 29 Propiedades físicas del aditivo espumante DAWN ultra .................................. 50
Tabla 30 Resumen de las propiedades presentes en los materiales ............................. 52
Tabla 31 Diseño de mortero inicial para la R A/C=0.45.................................................. 59
Tabla 32 Diseño de mortero inicial para la R A/C=0.50.................................................. 59
Tabla 33 Diseño de mortero inicial para la R A/C=0.55.................................................. 60
Tabla 34 Diseño de mortero inicial para la R A/C=0.60.................................................. 60
Tabla 35 Composición y propiedades del concreto celular ............................................ 61
Tabla 36 Densidades de mortero según características de las materias primas ............ 63
Tabla 37 Diseño de mortero por ACI 523.3R-14 basado en la densidad del mortero
inicial para R A/C=0.45 y R A/C=0.50 ............................................................................ 66
Tabla 38 Diseño de mortero por ACI 523.3R-14 basado en la densidad del mortero
inicial para R A/C=0.55 y R A/C=0.60 ............................................................................ 66
Tabla 39 Ficha técnica de compresor TRUPER ............................................................. 68
Tabla 40 Resumen de datos del recipiente obtenidos .................................................... 73
Tabla 41 Resultados obtenidos para dosificación 1:40 .................................................. 76
Tabla 42 Resultados obtenidos para dosificación 1:20 .................................................. 76
Tabla 43 Resultados obtenidos para dosificación 1:10 .................................................. 77
Tabla 44 Resumen de densidades de espuma en base a su dosificación ..................... 77
Tabla 45 Densidades escogidas para el diseño de concreto celular .............................. 78
Tabla 46 Peso de materiales para una relación de a/c de 0.45 ...................................... 80
Tabla 47 Corrección por peso del agua ......................................................................... 80
Tabla 48 Relación a/c 0.45, 1760 kg/m3 ........................................................................ 81
Tabla 49 Relación a/c 0.50, 1760 kg/m3 ........................................................................ 81
Tabla 50 Relación a/c 0.55, 1760 kg/m3 ....................................................................... 82
Tabla 51 Relación a/c 0.60, 1760 kg/m3 ....................................................................... 82
Tabla 52 Relación a/c 0.45, 1440 kg/m3 ........................................................................ 83
Tabla 53 Relación a/c 0.50, 1440 kg/m3 ........................................................................ 83
Tabla 54 Relación a/c 0.55, 1440 kg/m3 ........................................................................ 84
Tabla 55 Relación a/c 0.60, 1440 kg/m3 ........................................................................ 84
Tabla 56 Volumen de mezcla de mortero de ensayo ..................................................... 87
Tabla 57 Dosificaciones de mezclas de mortero inicial para especímenes cilíndricos de
3”x6” ............................................................................................................................... 88
Tabla 58 Dosificaciones de mezclas de mortero según ACI 523.3R-14, basadas en la
densidad del mortero inicial, para especímenes cilíndricos de 3”x6” ............................. 88
Tabla 59 Volumen de mezcla de concreto celular de ensayo ........................................ 90
Tabla 60 Dosificaciones finales para la elaboración de mezcla de concreto celular de
1760 kg/m3 y 1440 kg/m3 .............................................................................................. 90
Tabla 61 Pesos y volúmenes de los moldes utilizados .................................................. 94
Tabla 62 Peso volumétrico del mortero inicial ................................................................ 95
Tabla 63 Peso volumétrico del mortero según diseño de la ACI 523.3R-14, basado en la
densidad del mortero inicial ............................................................................................ 95
Tabla 64 Rendimiento real en mezclas de mortero inicial .............................................. 96
Tabla 65 Rendimiento real en mezclas diseñadas según ACI 523.3R-14 basado en la
densidad de mortero inicial............................................................................................. 96
Tabla 66 Temperatura en mezclas de mortero inicial ..................................................... 97
Tabla 67 Temperatura en mezclas diseñadas por ACI 523.3R-14 basado en la densidad
de mortero inicial ............................................................................................................ 97
Tabla 68 Fluidez de mortero inicial ................................................................................. 98
Tabla 69 Fluidez para mezclas diseñadas por ACI 523.3R-14 basado en la densidad del
mortero inicial ................................................................................................................. 98
Tabla 70 Resistencia a la compresión en mortero inicial.............................................. 100
Tabla 71 Resistencia a la compresión en mortero diseñado por ACI 523.3R-14 basada
en la densidad del mortero inicial ................................................................................. 102
Tabla 72 Peso volumétrico de concreto celular para una densidad de 1760 kg/m3 ..... 104
Tabla 73 Peso volumétrico de concreto celular para una densidad de 1440 kg/m3 ..... 104
Tabla 74 Rendimiento real en mezclas de concreto celular con densidad de 1760 kg/m3
..................................................................................................................................... 105
Tabla 75 Rendimiento real en mezclas de concreto celular con densidad de 1440 kg/m3
..................................................................................................................................... 105
Tabla 76 Temperatura de concreto celular para densidad de 1760 kg/m3 .................. 105
Tabla 77 Temperatura de concreto celular para densidad de 1440 kg/m3 .................. 105
Tabla 78 Fluidez de concreto celular para densidad de 1760 kg/m3 ........................... 106
Tabla 79 Fluidez de concreto celular para densidad de 1440 kg/m3 ........................... 107
Tabla 80 Propiedades y composición del concreto celular ........................................... 108
Tabla 81 Compresión estimada interpolada para relación a/c de 0.55 ......................... 108
Tabla 82 Resistencia a la compresión en concreto celular con densidad de 1760 kg/m3
..................................................................................................................................... 109
Tabla 83 Resistencia a la comprensión en concreto celular de 1440 kg/m3 ................ 110
Tabla 84 Resumen de densidad o peso volumétrico obtenido en laboratorio en mezclas
de mortero y concreto celular ....................................................................................... 112
Tabla 85 Resumen de fluidez en mezclas de mortero y concreto celular .................... 113
Tabla 86 Porcentaje de absorción en mezclas de mortero y concreto celular para una
densidad de 1760kg/m3 ............................................................................................... 114
Tabla 87 Porcentaje de absorción en mezclas de concreto celular para una densidad de
1440kg/m3.................................................................................................................... 115
Tabla 88 Resumen de las resistencias a la comprensión brindadas por el concreto
celular y el mortero diseñado por ACI .......................................................................... 116
Tabla 89 Costo de elaboración de Mortero inicial ........................................................ 119
Tabla 90 Costo de fabricación de generador de espuma ............................................. 120
Tabla 91 Costos de materiales en elaboración de concreto celular con densidad de
1760 kg/m3................................................................................................................... 120
Tabla 92 Costos de materiales en elaboración de concreto celular con densidad de
1440 kg/m3................................................................................................................... 121
Tabla 93 Resistencia a la compresión de concreto celular con densidad de 1760kg/m3
..................................................................................................................................... 123
INDICE DE ECUACIONES
Ecuación 1 Porcentaje de humedad del agregado fino .................................................. 33
Ecuación 2 Gravedad especifica .................................................................................... 34
Ecuación 3 Gravedad especifica en condición saturada superficialmente seca............. 34
Ecuación 4 Gravedad especifica aparente ..................................................................... 35
Ecuación 5 Porcentaje de absorción .............................................................................. 35
Ecuación 6 Peso Volumétrico Seco Suelto (PVSS) ....................................................... 36
Ecuación 7 Peso Volumétrico Seco Compacto (PVSC) ................................................. 37
Ecuación 8 Porcentaje de vacíos ................................................................................... 37
Ecuación 9 Porcentaje retenido parcial .......................................................................... 38
Ecuación 10 Porcentaje retenido acumulado ................................................................. 38
Ecuación 11 Porcentajes que pasan .............................................................................. 39
Ecuación 12 Módulo de finura ........................................................................................ 39
Ecuación 13 Material más fino que pasa el tamiz No.200 .............................................. 39
Ecuación 14 Tiempo de fraguado inicial del cemento .................................................... 45
Ecuación 15 Peso específico del cemento hidráulico ..................................................... 46
Ecuación 16 Volumen de pasta para 1m3 de mezcla .................................................... 53
Ecuación 17 Volumen de cemento por bolsa ................................................................. 54
Ecuación 18 Peso del agua por bolsa ............................................................................ 54
Ecuación 19 Volumen de agua para 1 bolsa .................................................................. 55
Ecuación 20 Volumen de pasta ...................................................................................... 55
Ecuación 21 Volumen de cemento para 1m3 de mezcla ............................................... 55
Ecuación 22 Volumen de agua para 1m3 de mezcla ..................................................... 55
Ecuación 23 Peso del cemento para 1m3 de mezcla ..................................................... 56
Ecuación 24 Peso de la arena para 1m3 de mezcla ...................................................... 56
Ecuación 25 Peso del agua para 1m3 de mezcla .......................................................... 56
Ecuación 26 Peso del agua corregida por absorción para 1m3 de mezcla .................... 56
Ecuación 27 Agua absorbida.......................................................................................... 56
Ecuación 28 Peso del agua corregida para una bolsa de cemento ................................ 57
Ecuación 29 Volumen del cemento ................................................................................ 57
Ecuación 30 Volumen de la arena .................................................................................. 57
Ecuación 31 Volumen del agua ...................................................................................... 58
Ecuación 32 Densidad de mortero ................................................................................. 62
Ecuación 33 Volumen de mezcla de mortero teórico ..................................................... 63
Ecuación 34 Peso del cemento ...................................................................................... 64
Ecuación 35 Peso de arena ........................................................................................... 64
Ecuación 36 Peso del agua ............................................................................................ 65
Ecuación 37 Volumen de recipiente ............................................................................... 73
Ecuación 38 Volumen de jabón ...................................................................................... 75
Ecuación 39 Peso unitario de la espuma ....................................................................... 75
Ecuación 40 Volumen absoluto de sólidos ..................................................................... 78
Ecuación 41 Volumen de aire......................................................................................... 79
Ecuación 42 Volumen de espuma para Relación a/c = 0.45 .......................................... 79
Ecuación 43 Peso de espuma para Relación a/c = 0.45 ................................................ 80
Ecuación 44 Agua corregida .......................................................................................... 80
Ecuación 45 Volumen del cilindro .................................................................................. 86
Ecuación 46 Volumen de mortero sin desperdicio ......................................................... 87
Ecuación 47 Volumen de mortero con desperdicio ........................................................ 87
Ecuación 48 Densidad ................................................................................................... 94
Ecuación 49 Rendimiento relativo .................................................................................. 95
Ecuación 50 Fluidez del mortero .................................................................................... 97
Ecuación 51 Resistencia a la compresión ...................................................................... 99
Ecuación 52 Porcentaje de absorción .......................................................................... 113
INDICE DE FIGURAS Y GRAFICOS
Figura 1 Clasificación de concretos celulares por el método de formación de poros .......8
Figura 2 Composición química básica de los tensoactivos ..............................................9
Figura 3 Almacenamiento de tensoactivos en la interfaz agua-aire .................................9
Figura 4 Producto MasterCell 100 .................................................................................. 12
Figura 5 Clasificaciones de generadores de espuma ..................................................... 13
Figura 6 Máquina generadora de espuma elaborada con materiales locales ................ 14
Figura 7 Presentación comercial Maximix Celular Liviano ............................................. 15
Figura 8 Detalle de la estructura interna que posee un bloque celular ........................... 17
Figura 9 Metodología para la obtención de mezclas de concreto celular partiendo de
una dosificación óptima del aditivo espumante, sin comprometer la resistencia a la
compresión diseñada ..................................................................................................... 25
Figura 10 Banco de material “Los Martínez” .................................................................. 31
Figura 11 Presentación Comercial Cemento Canal ....................................................... 31
Figura 12 Presentación comercial jabón lavaplatos líquido DAWN Ultra ....................... 32
Figura 13 Muestreo método B ........................................................................................ 32
Figura 14 Muestreo método A ........................................................................................ 32
Figura 15 Procedimiento realizado según la ASTM C128 .............................................. 34
Figura 16 Impurezas orgánicas en el agregado fino ...................................................... 43
Figura 17 Información sobre los componentes del jabón líquido DAWN ULTRA ........... 48
Figura 18 Determinación del nivel de PH en jabón líquido DAWN ULTRA .................... 49
Figura 19 Ingredientes surfactantes contenidas en el jabón Dawn Ultra y su desempeño
....................................................................................................................................... 50
Figura 20 Compresor TRUPER utilizado ........................................................................ 69
Figura 21 Etapa 1: Preparación de los materiales a ocupar en el generador de espuma
....................................................................................................................................... 70
Figura 22 Etapa 2: Ensamblado del sistema de salida del generador de espuma ........ 70
Figura 23 Etapa 3: Ensamblado del sistema de entrada del generador de espuma ...... 71
Figura 24 Etapa 4: Ensamblaje de depósito y cuerpo del generador ............................. 71
Figura 25 Etapa 5: Instalación final del generador de espuma....................................... 72
Figura 26 Diseño final del Generador de espuma .......................................................... 72
Figura 27 Procedimiento realizado para el cálculo de volumen de recipiente ................ 73
Figura 28 Procedimiento para elaboración y captación de espuma ............................... 74
Figura 29 Salida de espuma preformada a través del generador de espuma ................ 74
Figura 30 Mezclado de concreto celular ......................................................................... 91
Figura 31 Procedimiento realizado para elaboración de concreto celular ...................... 91
Figura 32 Diferencia en la conformación de la mezcla de mortero inicial entre una
muestra de 0.45 y una de 0.60 ..................................................................................... 101
Gráfico 1 Curva Granulométrica Ensaye No. 1 .............................................................. 41
Gráfico 2 Curva Granulométrica Ensaye No. 2 .............................................................. 41
Gráfico 3 Curva Granulométrica Ensaye No. 3 .............................................................. 42
Gráfico 4 Resistencia a la compresión en mortero inicial ............................................. 103
Gráfico 5 Resistencia a la compresión en mortero diseñado por ACI 523.3R-14 y
densidad del mortero inicial .......................................................................................... 103
Gráfico 6 Resistencia a la compresión de concreto celular con densidad de 1760 kg/m3
..................................................................................................................................... 111
Gráfico 7 Resistencia a la compresión de concreto celular con densidad de 1440 kg/m3
..................................................................................................................................... 111
Gráfico 8 Porcentaje de absorción en mezclas de mortero y concreto celular para una
densidad de 1760kg/m3 ............................................................................................... 114
Gráfico 9 Porcentaje de absorción en mezclas de mortero y concreto celular para una
densidad de 1760kg/m3 ............................................................................................... 115
Gráfico 10 Comparación de resistencias a la compresión brindadas por Concreto celular
y Mortero por la ACI con relación a/c de 0.45 .............................................................. 116
Gráfico 11 Resistencia a la compresión de concreto celular con densidad de 1760kg/m3
y RNC-07...................................................................................................................... 123
INDICE DE ANEXOS
Anexo A.1 Ficha técnica Maximix Liviano Celular .............................................................I
Anexo A.2 Clasificación de los cementos según ASTM C1157.........................................I
Anexo B.1 Parámetros de los agregados .........................................................................II
Anexo B.2 Peso secos sucios y lavados de ensaye No.1 ................................................II
Anexo B.3 Peso secos sucios y lavados de ensaye No.2 ................................................II
Anexo B.4 Peso secos sucios y lavados de ensaye No.3 ............................................... III
Anexo B.5 Valor de pH de jabón DAWN Ultra original .................................................... III
Anexo B.6 Tamizado del material fino ............................................................................. III
Anexo B.7 Tiempo de fraguado ....................................................................................... III
Anexo B.8 pH del jabón ................................................................................................... III
Anexo C.1 Materiales y equipos usados para la elaboración del generador de espuma IV
Anexo C.2 Peso de espuma más recipiente enrasado ................................................... IV
Anexo D.1 Elaboración de moldes cilíndricos de 3x6” de PVC ....................................... V
Anexo D.2 Proceso de mezclado y llenado de mortero ................................................... V
Anexo D.3 Pesaje de arena, cemento, agua y espuma para concreto celular ................ V
Anexo D.4 Proceso de añadición de espuma, mezclado y llenado de concreto celular . VI
Anexo D.5 Proceso de curado de los especímenes ....................................................... VI
Anexo D.6 Apreciación de las burbujas en la mezcla y espécimen de concreto celular VI
Anexo E.1 Peso del molde más mezcla de mortero convencional con densidad de
1760kg/m3, relación A/C=0.45 ........................................................................................ V
Anexo E.2 Temperatura, fluidez y resistencia a la compresión del mortero para relación
A/C=0.45, densidad de 1760kg/m3 ............................................................................... VII
Anexo E.3 Peso del molde más mezcla de concreto celular con densidad de
1760kg/m3, relación A/C=0.45 ..................................................................................... VIII
Anexo E.4 Temperatura, fluidez y resistencia a la compresión del Concreto celular para
relación A/C=0.45, densidad de 1760kg/m3 ................................................................. VIII
Anexo E.5 Peso del molde más mezcla de concreto celular con densidad de
1440kg/m3, relación A/C=0.45 ....................................................................................... IX
Anexo E.6 Temperatura y resistencia a la compresión del Concreto celular para relación
A/C=0.45, densidad de 1440kg/m3 ................................................................................ IX
Anexo E.7 Peso Saturado Superficialmente Seco y Peso Seco del Concreto celular para
relación A/C=0.45, densidad de 1760kg/m3 ................................................................... IX
Anexo E.8 Peso Saturado Superficialmente Seco y Peso Seco del mortero convencional
para relación A/C=0.45, densidad de 1760kg/m3 ........................................................... X
Anexo E.9 Peso Saturado Superficialmente Seco del concreto celular para relación
A/C=0.45, densidad de 1440kg/m3 ................................................................................. X
CAPITULO I: ASPECTOS GENERALES
1.1. Introducción
Solamente detrás del agua, el concreto u hormigón es el material más consumido por el
ser humano y, esto ha traído consigo muchos avances en las estructuras actuales, ahora,
es mucho más fácil tener una vivienda segura gracias a las propiedades que brinda el
concreto, no obstante, hay algo en lo que todavía el concreto no da fiabilidad y se resume
a su carga muerta.
De igual forma el ser humano ha interactuado con la madera como otro sistema
constructivo, ya que es un material proporcionado por la misma naturaleza. Posee
virtudes de ligereza, manejabilidad y aislación térmica con respecto al concreto
convencional, sin embargo, flaquea en propiedades hidrófugas, capacidad portante y
humedad (una de sus grandes debilidades).
Es de mucha importancia encontrar un punto medio donde se brinden las mejores
características del concreto convencional combinado con las mejores características de
la madera en un elemento constructivo. Ante esa necesidad el concreto celular logra un
gran impacto.
Ampliamente conocido en zonas como Europa Occidental o Norteamérica, el concreto
celular tiene acaparado una buena parte de esos mercados. En naciones resilientes es
considerado como relevante el comportamiento que este material puede alcanzar ante
movimientos sísmicos gracias a su liviandad. Una vez el concreto celular es curado, logra
capacidades termoacústicas, reteniendo la temperatura interna sin tener afectación por
la intemperie e insonorizando el interior del exterior gracias a sus celdas de aire internas.
Como otra característica de este material es su manejabilidad, ya que al ser bajo en
densidad, puede cortarse con solo el uso de un serrucho sin dejar residuos de material
en el proyecto a realizar.
El concreto celular tiene al aditivo espumante como elemento clave en su composición,
atribuyéndole cápsulas de aire en su interior que le permite un menor peso volumétrico.
Para el trabajo actual se considerará el uso de jabón líquido lavaplatos, componente
altamente espumante en presencia de un solvente como el agua, dicho aditivo crea
células de aire resistentes ante el movimiento del mezclado y a su misma vez ocasiona
la formación de pequeños espacios vacíos en su interior cuando éste ya logra su secado.
1
Las pruebas a realizar en el concreto celular consistirán en dos fases. La primera fase
consistirá cuando la mezcla esté en estado fresco ya que se obtendrán propiedades como
porcentaje de fluidez, densidad y temperatura; la segunda fase por su parte que consiste
en la evaluación de la mezcla en estado seco, es decir el elemento de ensaye luego de
los 28 días de curado, en los que se destaca la resistencia a la compresión y absorción.
2
1.2. Antecedentes
El concreto ligero no es utilizado como un nuevo material en la industria de la
construcción, los antiguos romanos, en el año 27 a.C fueron los precursores del término
“concreto liviano”, cuando construyeron la Cúpula del Panteón de 44m de diámetro, en
donde se utilizó como agregado piedra pómez.
J.A. Eriksson, arquitecto de origen sueco, patentó el “hormigón celular curado en
autoclave en el año 1924”. Inicialmente su uso no tuvo un gran impacto en la construcción
debido a las dificultades de su fabricación, pero el avance tecnológico ha permitido la
creación de espumas cada vez más estables que garantizan densidades y resistencias
aceptables, permitiendo que este material sea utilizado en países como España,
Alemania, Holanda y Estados Unidos. En este último se han desarrollado diversos
proyectos tales como la ampliación del estadio City Fields en Queens (New York), la
remodelación del Coney Island Train Station en Brooklyn (New York) y el Consol Energy
Center en Pittsburgh (Pennsylvania).
A finales del siglo XIX el uso del concreto liviano aparece cuando utilizaron de agregado
las escorias de hulla en Estados Unidos e Inglaterra, y a mediados de la década de los
30, en Inglaterra se utilizó la escoria espumosa de los altos hornos para fabricación de
bloques de muro no cargadores y elementos de carga. Recientemente este agregado ha
permitido su aplicación en elementos estructurales de concreto reforzado.
Curiosamente en la década de 1930 el concreto liviano también se empezó a aplicar en
la
infraestructura
vial,
donde
investigadores
estadounidenses
descubrieron
accidentalmente la resistencia a las heladas en carreteras gracias a la inclusión de aire
en carpetas de concreto asfáltico; en ese entonces, el trabajo realizado por los
investigadores dio como primera conclusión que el aire incorporado reducía la exudación
y mejoraba la uniformidad del concreto, y a su vez, consideraban que la resistencia a las
heladas en la carpeta era de carácter indirecto en vez de directo (Dodson, 1990). Sin
embargo, al pasar de los años se cambió este planteamiento, ya que, a pesar de las
grandes heladas, la principal función de la incorporación de aire a la mezcla de concreto
era mantener una resistencia térmica en la superficie de rodamiento con respecto al
ambiente, y como factor secundario reducía la exudación del asfalto por el alto contenido
de celdas de aire.
3
Como parte del seguimiento de estudio y análisis del concreto o mortero ligero, han
surgido investigaciones recientes en países latinoamericanos como Brasil, Chile y
México, países en los que han utilizado polvo de aluminio y espuma preformada para la
elaboración de hormigón celular; también existen varios artículos de investigación que
han mostrado respuestas positivas sobre el uso de este, mencionados a continuación:
•
Arce, P., Aldana, C., Mendoza, K., y Polanco, W. (2011). El hormigón celular.
Universidad de las Américas, Chile.
•
Avilés, W., y Naranjo, R. (2013). Estudio del hormigón celular. Escuela Politécnica
nacional, Ecuador.
El jabón se ha utilizado en la industria de la construcción para manufactura de bloques
de mampostería, morteros de pega y revoques o pañetes. Estudios hechos por el
Ingeniero colombiano José Gilberto López Herrera en el año 2011, muestran como
beneficios; mejor plasticidad en la mezcla, textura, extendido, compactación, adherencia
y homogeneidad de la mezcla, también evita la degradación de la mampostería con el
paso del tiempo, evita la proliferación de hongos, humedades, deterioros y poco
mantenimiento rutinario, preventivo y correctivo. En la elaboración de mampostería de
concreto con jabón como aditivo espumante permite que al tercer día pueda emplearse
para su fin sin requerir más tiempo de fraguado, reduciendo tiempo de producción y
disposición, costos y se requeriría menos espacio de almacenaje, además de ser
impermeabilizantes y los beneficios que esto trae. (Castro, 2021, P.7)
Particularmente, a nivel nacional se ha llevado a cabo el interés por desarrollar concretos
aligerados como materiales constructivos innovadores, desde la fabricación de bloques
de mampostería ligeros a base de hormigón rojo (Lindo & Montalván, 2013), pasando por
la elaboración de bloques de mampostería livianos usando agregado de piedra pómez
(Arce et al., 2009), hasta el uso de la Escoria Volcánica como Agregado Grueso para
Concreto (Jerez, 1991); lo que posiciona a Nicaragua como un país abierto a este tema
de investigación y a la misma vez partícipe del desarrollo tecnológico en la construcción.
4
1.3. Justificación
La construcción en Nicaragua viene creciendo paulatinamente, y esto trae una
repercusión en los procesos constructivos que se usan a nivel nacional, ya que pueden
diferir desde los métodos ya austeros hasta los métodos más convencionales, no
obstante, hay muchos más que aún se desconocen debido a las pocas indagaciones al
respecto, dentro del cual se encuentran los concretos aligerados.
El concreto aligerado tiene una propiedad muy enmarcable con respecto al mortero
convencional, y es la presencia de una baja densidad, haciéndolo mucho más liviano y
apto para llevarlo a cabo en diversos proyectos. Dentro de los concretos aligerados, se
ramifican muchos más, dependiendo de los aditivos que estos involucren, sin embargo,
existe uno que viene posicionándose en diferentes partes del mundo como un buen
relevo al mortero tradicional. Conocido comercialmente como concreto celular en los
países que lo usan, dicho concreto tiene un potencial muy alto en su práctica.
Un material celular, no dañino para el medio ambiente, liviano, que sirve como material
constructivo y que también tiene aislamiento térmico, acústico y resistencia a fuego y
termitas. Se puede compensar el costo más alto del material por costos más bajos de
mano de obra, acabado, mantenimiento y energía. La ausencia de agregado grueso y el
efecto de rodamiento producido por los materiales proporcionan una buena consistencia
al concreto celular. No es necesaria la vibración cuando se vacía, ya que el sistema de
concreto celular se distribuye uniformemente y llena todos los espacios completamente
con la misma densidad en el elemento. (Ninaquispe, 2007, P.10)
El mercado nacional de la construcción está poco a poco empezando a encontrar rutas
alternas a la sostenibilidad de obras, por lo que es muy importante demostrar la facilidad
de dicho enfoque con la utilización de este material, que, si bien no es novedoso, logrará
diversificar los mecanismos constructivos.
5
1.4. Objetivos
1.4.1. Objetivo general
•
Elaborar la mezcla de concreto celular, utilizando jabón líquido como agente
espumante, para obtener una mezcla aligerada con respecto al mortero tradicional.
1.4.2. Objetivos específicos
•
Evaluar las propiedades físico-mecánicas de las materias primas que componen
el concreto celular.
•
Realizar diseños de mezclas de concreto celular de baja densidad, sin
comprometer la resistencia a la compresión, partiendo de una dosificación óptima
de jabón líquido, mediante métodos de tanteo.
•
Comparar las propiedades físico-mecánicas entre el concreto celular y el mortero
convencional.
•
Realizar un análisis de costo de la elaboración de concreto celular y mortero
tradicional.
6
1.5. Marco teórico
1.5.1. Mortero convencional
Se le denomina mortero a toda masa elaborada con materias primas como: arena, agua
y cemento; y también pueden añadirse aditivos como emulsionantes, aglomerantes,
aceleradores o plastificantes que brindan mejores propiedades a la mezcla.
1.5.2. Concreto convencional
A diferencia del mortero convencional, este lleva grava como factor diferencial y también
se le pueden agregar aditivos en dependencia a funciones propuestas por el operador,
volviéndolo un material ampliamente utilizado en la industria de la construcción.
1.5.3. Concreto liviano
Son concretos de menor densidad que un concreto convencional, presentando una
disminución de carga muerta. Según la Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas UPC
(2017), se pueden clasificar en tres tipos: A) Concreto de agregado ligero, que utiliza
agregados porosos como cascarillas de arroz o piedra pómez. B) Concreto aireado o
celular, caracterizado por vacíos internos, con peso volumétrico de 400 kg/m3 a 1800
kg/m3. C) Concreto sin finos, similar al concreto convencional, pero sin agregados finos,
con menor peso unitario y resistencia media. (p.18)
1.5.4. Concreto celular
En base a la concepción que instaura el Comité ACI 116 (s.f.) mediante su glosario de
terminologías de cemento y hormigón:
El concreto celular es un producto liviano que consiste en pastas de cemento
Portland, cemento y sílice, cemento y puzolana, cal y puzolana, cal y sílice, o bien
pastas que contienen mezclas de estos ingredientes, y que tienen una estructura
celular o de vacíos homogénea que se logra con productos químicos formadores
de burbujas o agentes espumantes (p.28).
Así mismo la normativa ASTM C796 (1997) dicta que la densidad va ligada con la
proporción o sustitución del agregado fino. El agregado grueso no es usado a menos que
se adopte el uso de agregados aligerados. (p.1)
Si bien este material no ha sido un tema de profundización a nivel nacional, el MTI a
través de la tabla 4 denominada “Concretos especiales” perteneciente a la nueva cartilla
7
de la construcción hace referencia al término ligero celular cuando se requiere de un
producto ligero, capaz de resistir al fuego, ser aislante termoacústico y a su vez tener
capacidad estructural (MTI, s.f, p.170).
A. Clasificación general de los concretos celulares
Dentro de la clasificación general del concreto celular, se encuentran los concretos
celulares aireados y los concretos celulares microporitos. El concreto celular aireado
genera poros a través de la formación de gases por reacción química o mediante agentes
espumantes. Por otro lado, el concreto celular microporito utiliza un mortero especial que
reacciona por la interacción entre la cal y la sílice, volviéndolo fluido y de fraguado
acelerado, lo que permite que el aire penetre en los poros durante el proceso.
Figura 1 Clasificación de concretos celulares por el método de formación de poros
Fuente: Elaboración propia
B. Agentes inclusores de aire
Los agentes inclusores de aire son compuestos que, al interactuar con una masa
cementante, generan burbujas de aire durante el mezclado, resultando en una estructura
porosa al endurecerse. Estos agentes, clasificados como aditivos para concretos,
proporcionan beneficios como baja densidad, reducción de carga muerta sin afectar el
desempeño estructural y mejoras en climas extremos.
•
Surfactantes como componentes activos en un agente inclusor de aire
Los agentes inclusores de aire modernos pertenecen al grupo de surfactantes o
tensoactivos, los cuales son compuestos químicos que afectan la tensión superficial en
las interfaces, actuando como emulsionantes, dispersantes, humectantes y reduciendo
la resistencia en fluidos. (Pochteca Chile, 2022, párr. 3).
8
Los surfactantes se clasifican según sus estructuras moleculares en tres tipos: no iónicos,
catiónicos y aniónicos. Los no iónicos carecen de carga eléctrica y no producen iones en
soluciones acuosas, siendo ideales para la producción de detergentes con poca espuma.
Los catiónicos presentan cargas positivas, absorbiéndose en la superficie, y se utilizan
comúnmente en amonios cuaternarios. Los aniónicos tienen cargas negativas, no se
absorben en la superficie y poseen propiedades espumantes y humectantes, siendo
ejemplos los jabones y detergentes.
Se ha informado que los tensoactivos aniónicos desempeñan un mejor papel como
agentes incorporadores de aire, ya que su cabeza hidrofílica la componen cargas
negativas que precipitan sales insolubles, las que, a su vez, contribuyen en el proceso de
estabilización de las burbujas de aire (Rooyen, 2013, pp. 5-6).
Figura 2 Composición química básica de los tensoactivos
Fuente: Myers, 1992
•
Estabilización de espuma al incorporar un agente inclusor de aire
Un agente inclusor de aire no solo genera la estructura espumante, sino que la mantiene
estable en la estructura de la mezcla, ya que sin la adición de espuma las moléculas de
aire subirían a la superficie de la mezcla de mortero y se desintegrarían. Es por esto que
el aire en el concreto celular es estabilizado por medio de acciones propias del agente
espumante. En la figura 3 se detalla dicho proceso en una interfaz agua-aire.
Figura 3 Almacenamiento de tensoactivos en la interfaz agua-aire
Fuente: Du & Folliard, 2005
9
Durante la formación de burbujas mediante la interacción del aditivo espumante y el agua,
los surfactantes se almacenan en la interfaz agua-aire. La orientación de estos
surfactantes implica que la cabeza hidrofílica se ubique en la película de la burbuja o fase
líquida, mientras que la cola hidrófoba se sitúa en la fase de aire. Si el espumante es
aniónico, su cabeza hidrofílica con cargas negativas provoca la repulsión entre burbujas
de igual carga, logrando así la estabilización de la espuma durante la mezcla.
La propiedad de los agentes inclusores de aire de generar espuma contribuye a mejorar
la trabajabilidad del concreto celular, ya que los surfactantes presentes en la espuma se
adhieren a las partículas de cemento y agregado, evitando el desprendimiento de
burbujas hacia la superficie. (Rooyen, 2013, p.8).
•
Características tensoactivas del jabón
Los agentes inclusores de aire, como el jabón, deben mantener una resistencia
estructural en las burbujas durante el proceso de mezcla del concreto celular para
prevenir su ruptura. El jabón, al ser soluble en agua, posee propiedades tensoactivas que
lo hacen esencial no solo para la limpieza, sino también para diversas aplicaciones. Sus
características tensoactivas incluyen ser emulsionante, permitiendo la mezcla de
sustancias repelentes o inmiscibles; humectante, reduciendo la tensión superficial y
penetrando en poros; espumante, formando burbujas estables; y detergente,
proporcionando una limpieza efectiva y eliminando microorganismos en la superficie. La
capacidad del jabón para formar espuma y estabilizar burbujas es crucial en la producción
de concreto celular.
En la práctica, el jabón, siendo un tensoactivo aniónico, destaca como agente espumante
eficiente. Sin embargo, la eficacia varía entre diferentes tipos de jabones en el mercado.
Los productos espumantes de la industria alimentaria o doméstica aseguran una
retención de espuma para su función desengrasante, mientras que los diseñados para
lavandería necesitan romper fácilmente su estructura de espuma para limpiar prendas
eficientemente (López, 2020).
En consecuencia, el jabón lavaplatos, además de mostrar propiedades espumantes,
puede resistir embestidas del entorno externo al que está expuesto.
10
C. Métodos de obtención de concreto celular
El concreto celular se fabrica con diversos métodos, siendo su objetivo principal la
reducción de densidad mediante la creación de una estructura interna porosa. La adición
de aditivos para disminuir la densidad requiere un proceso de fabricación cuidadoso,
conforme a normativas como la ACI 523.3R-14 y ASTM C796, para evitar consecuencias
fatales en el sistema.
De este modo Sanabria (s.f.) destaca dos reacciones importantes que pueden afectar el
concreto celular: A) Reacción primaria, que involucra procesos como hidrólisis,
hidratación y carbonatación, sin embargo, el concreto celular presenta reacciones
adicionales debido a sus distintos componentes químicos. B) Reacción secundaria, que
ocurre después del fraguado e incluye exudación, calor de hidratación y deshidratación,
siendo crucial un curado óptimo para prevenir la pérdida excesiva de agua y la
contracción por secado, grietas y disminución de resistencia estructural. (p.1)
En el laboratorio, la obtención de una muestra óptima para el ensayo depende del método
elegido, ya sea por proceso químico o espumado. En el proceso químico, se produce una
reacción al combinar la mezcla de mortero con un componente químico como polvo de
aluminio, peróxido de hidrógeno o cloruro de cal. Esta reacción genera cápsulas de
hidrógeno, dando como resultado un cuerpo aireado en el elemento de diseño. Por otro
lado, en el proceso espumado, se forman burbujas de hidrógeno mediante la agitación
entre el agente espumante y la mezcla inicial de mortero. Este procedimiento crea
espacios vacíos al secarse. Se puede aplicar un aditivo que incorpora directamente aire,
o se puede añadir una espuma preformada a la mezcla.
1.5.5. Concreto celular con aditivo espumante
A. Aditivo para alcanzar una espuma óptima
La espuma se define como un conjunto de burbujas gaseosas separadas por películas
delgadas de líquido que se forman y se amontonan unas sobre otras. Para su formación
se requiere de un agente espumante convertido en surfactante o emulsionante y de un
agente expansor convertido en aire (Lozano & Asociados, 2014).
La mezcla para el concreto celular debe tener una estructura capaz de resistir las
condiciones climáticas, tanto físicas como químicas. Cumplir con los requisitos
11
establecidos en normativas como la ASTM C796 y ACI 523.3R-14 es esencial. Estas
normas indican el uso de un equipo que genere espuma a través de una presión de aire
entre 60 y 150 PSI, y otro equipo que almacene el aditivo y, mediante catálisis, lo combine
con el aire para liberar espuma como resultado final.
•
Aditivos generadores de espuma existentes en el mercado
Los aditivos generadores de espuma son productos químicos añadidos a mezclas de
concreto o mortero para crear burbujas de aire controladas, logrando que el concreto sea
más ligero. Empresas como Master Builders Solutions ofrecen aditivos espumantes,
como el producto Mastercell 100, que reduce la densidad del hormigón, haciéndolo eficaz
para su uso en rellenos fluidos de baja densidad (Master Builders Solutions, s,f). Es
importante destacar que este producto cumple con la especificación ASTM C796.
Figura 4 Producto MasterCell 100
Fuente: Master Builders Solutions
Los agentes espumantes se diluyen en agua en proporciones diversas según su
concentración, como se detalla en la Tabla 1 que compara diferentes tipos de agentes
espumantes. La presión de aire utilizada para crear la espuma puede variar entre 60 y
150 psi Las densidades de la espuma producida por los fabricantes oscilan entre 48
kg/m3 y 64 kg/m3 (Elizondo, 2006, p.19).
12
Tabla 1 Comparación entre diferentes proveedores de agentes espumantes
Fuente: (Gray, 1998)
•
Jabón lavaplatos líquido
El componente destacado en los jabones lavaplatos líquidos, que actúa como agente
espumante, es el Dodecilsulfato sódico o Laurilsulfato sódico. Este surfactante aniónico,
formado por alquilsulfatos de sodio, especialmente el Laurilo, reduce la tensión
superficial, facilitando la expansión de espuma y la formación de estructuras celulares de
aire en burbujas líquidas. Estudios como el de Gregorio García en el canal de YouTube
"Manos de Tijera", demuestran la efectividad del concreto celular mediante la adición de
espuma preformada creada con jabón líquido lavaplatos y agua. Manos de Tijera (2022)
comparó la espuma generada con este jabón contra un aditivo espumante autorizado en
la construcción colombiana, y los resultados fueron similares, respaldando la confiabilidad
del jabón líquido lavaplatos.
B. Máquinas generadoras de espuma
En la producción de concreto celular, existen múltiples equipos generadores de espuma.
Tales como:
Figura 5 Clasificaciones de generadores de espuma
Fuente: Universal Technologies CONCELLMEX y Tecno Edil Sistem
13
Este tipo de maquinarias mostradas anteriormente, son utilizadas para procesos
industrializados, por lo que, en países donde esta industria no se ha asentado, se fabrican
maquinarias empíricas alineadas a la presión indicada en la norma ASTM C796.
Figura 6 Máquina generadora de espuma elaborada con materiales locales
Fuente: Desarrollo y aplicación del concreto celular a base de aditivo espumante para la
elaboracion de bloques macizos destinados a tabiquerias no portantes en edificaciones
(Izquierdo & Ortega, 2017)
1.5.6. Guías para la elaboración de concreto celular
El hormigón celular, debido a su versatilidad, puede ser producido en un amplio rango de
densidades, lo que lo hace adecuado para diversos usos constructivos. Sin embargo, la
aplicación específica dependerá del diseño, materiales y procedimientos empleados. La
ACI utiliza la densidad para clasificar el concreto celular en dos categorías de aplicación:
una relacionada con trabajos de infraestructura vial y la otra vinculada a estructuras
verticales.
Tabla 2 Guías para elaboración de concreto celular según ACI
Fuente: Elaboración propia
14
A. ACI 523.1R-06 o Guía para fundición in situ de una densidad de 800 kg/m3 o
menor
Usada para la elaboración de concreto celular en cubiertas de techo o aplicaciones
geotécnicas como bases y rellenos livianos para carreteras, relleno de abandono de
tuberías y alcantarillas, rellenos de cimientos, rellenos de muros de contención,
reparación de deslizamientos de tierra, estabilización de taludes y como relleno de
densidad controlada. (Taylor & Halsted, 2021)
El concreto celular, cuando se elabora con baja densidad, tiende a tener una proporción
elevada de cemento en relación con la arena. Esto se hace con el objetivo de lograr una
mezcla más aireada y liviana, enfocándose en el aislamiento térmico y la trabajabilidad
en lugar de propiedades estructurales. A nivel nacional, INTACO ofrece un mortero de
baja densidad llamado Maximix Celular Liviano, que utiliza una mezcla de cemento, arena
y un aditivo surfactante homogeneizado con agua. Este mortero es ideal para la
nivelación de pisos sin requisitos estructurales específicos, con espesores de 5 mm a 100
mm, y que requieren revestimientos (INTACO, 2017). La composición de la mezcla
incluye microburbujas distribuidas uniformemente en ella.
Figura 7 Presentación comercial Maximix Celular Liviano
Fuente: INTACO
INTACO detalla las especificaciones técnicas del producto ante ensayos realizados en
laboratorio (ver anexo A.1), utilizando la normativa ASTM C495: Resistencia a la
compresión del hormigón aislante ligero; la cual tiene el alcance de guiar en la
preparación de especímenes y determinar la resistencia a la compresión de concretos
livianos en un rango de densidad seca en horno que no exceda 50 lb/ft3 (800 kg/m3).
B. ACI 523.3R-14 o Guía para concreto celular con una densidad mayor de 800 kg/m3
15
Puede abordar las mismas usabilidades que la guía para densidades menores de 800
kg/m3, sin embargo, se centra más en la aplicación de muros de carga, elementos
prefabricados o colados in situ de carácter estructural y no estructural (ACI, 2014).
En base a la finalidad de este proyecto se utilizará dicha guía ya que permite la
elaboración de elementos estructurales que tengan una condición de baja de densidad
en relación al mortero convencional adquiriendo las propiedades mecánicas de un
elemento apto para una zona sísmica como la presente en la región del pacífico.
1.5.7. Ventajas de la utilización de concreto celular
Tabla 3 Ventajas de la utilización de concreto celular
Reducción de El concreto celular ofrece baja densidad y reduce el peso de una
la carga
estructura sin comprometer su capacidad de carga, lo que minimiza los
muerta
daños estructurales durante un sismo.
Aislamiento
Según la estructura de células de aire que contiene (figura 12), facilita
térmico
la disipación de ondas de calor y proporciona un aislamiento térmico
eficiente, reduciendo la necesidad de aire acondicionado o calefacción.
Aislamiento
Debido a la alta porosidad que posee el concreto celular, este contiene
acústico
un excelente aislamiento acústico. No obstante, para esto es
importante considerar el espesor del elemento y el porcentaje de aire.
Material
El concreto celular presenta muy buenas capacidades ignífugas. Esto
ignífugo
se esclareció en la prueba de resistencia al fuego en concretos
aislantes aligerados (Gustaferro, et al., 1970) donde se demostró que
su capacidad mejoraba a medida que disminuía la densidad.
Manejabilidad Debido a su baja densidad, su peso ligero facilita la instalación y el
transporte como material prefabricado. Además, su capacidad para ser
cortado con un serrucho lo hace más eficiente al generar menos
desperdicios en comparación con el concreto tradicional.
Fuente: Elaboración propia
16
Figura 8 Detalle de la estructura interna que posee un bloque celular
Fuente: Armosfera
1.5.8. Propiedades presentes en las materias primas que constituyen el concreto
celular y mortero convencional
Es esencial determinar las propiedades que logran los materiales que componen las
mezclas, dándole así, una mejor finalidad y aplicación a estas, y para ello, se disponen
de ensayos que determinarán los resultados en base a parámetros establecidos por
medio de normas.
A. Cemento
Según la Asamblea Nacional de la República de Nicaragua (2011) a través de la
Norma Técnica Obligatoria Nicaragüense sobre Fabricación, uso y manejo del
cemento NTON 12 006-11, Sección 3.5; el cemento hidráulico es el que reacciona y
endurece por interacción química con el agua.
•
Tipos de cemento:
Según la norma ASTM C1157, existen los siguientes cementos:
Tabla 4 Tipos de cemento
Fuente: ASTM C 1157
17
De igual forma la Normativa ASTM C150 establece una clasificación de cementos (ver
Anexo A.2)
Se hace énfasis en las clasificaciones del cemento en estas dos normas, ya que la Norma
ASTM C796 (1997) establece en el capítulo 7.1 “El cemento usado deberá ser Cemento
Portland tipo I o tipo III” (p.2), y al mismo tiempo se enfatiza en el Anexo A.2, que el
cemento Portland tipo I comparte las mismas características funcionales que el cemento
hidráulico de uso general (GU); ante esto, se tendrá como consideración un uso de
cemento hidráulico equivalente a las propiedades del cemento Portland.
•
Propiedades:
o Peso específico:
El peso específico se refiere a la relación entre el peso de un volumen dado de un material
a cierta temperatura (Matus & Lindo, 2020), y el peso de un volumen igual de líquido a
esa misma temperatura, siendo determinado comúnmente por el método de Le Chatelier
descrito en la normativa ASTM C-188.
o Consistencia normal:
Esta propiedad se determina mediante la norma ASTM C187 y funciona para evaluar la
cantidad de agua necesaria para preparar pastas de cemento hidráulico con consistencia
normal, según lo requerido para ciertas pruebas estándar.
o Tiempo de fraguado:
El tiempo de fraguado, establecido por la normativa ASTM C191, representa el cambio
de estado plástico a endurecido de la pasta de cemento, resultado de una reacción
química exotérmica entre el agua y el cemento.
B. Agregado fino
Los agregados finos, con tamaños entre 4.75 y 0.075 mm, provienen de desgastes
naturales o trituración de rocas.
18
•
Propiedades del agregado fino:
o Humedad:
Es la cantidad de agua en el material, dependiendo de su porosidad. Se mide según
ASTM C566.
o Gravedad específica y Absorción:
Es la densidad del material en relación con el agua, evaluada por ASTM C128, que
abarca densidad aparente, densidad SSS, densidad relativa y porcentaje de absorción.
o Pesos unitarios y contenido de vacíos:
Es el peso del agregado necesario para llenar un recipiente de volumen específico.
Medido en estado seco suelto (PVSS) y compacto (PVSC) bajo ASTM C29.
o Análisis granulométrico:
Es la medición de partículas en una muestra de agregado, caracterizando su
comportamiento físico-mecánico. Normativas empleadas son ASTM C136 para análisis
de tamiz de agregados finos y gruesos.
o Impurezas orgánicas:
La presencia de estas debilita la mezcla final. Se evalúa mediante ASTM C40 para
impurezas orgánicas en agregados finos para concreto.
C. Agua
El agua actúa como el agente hidratante en las partículas de cemento, reaccionando con
este y formando una pasta que se endurece. La dosificación precisa es crucial para
determinar la densidad del concreto. Se requiere agua potable según la normativa ASTM
C1602.
D. Aditivo espumante
Este aditivo le confiere baja densidad al concreto y se crea mediante agentes espumantes
como jabón líquido. La normativa autorizada para este proceso es ASTM C796, que
proporciona un método de prueba en laboratorio para medir el rendimiento de químicos
espumantes utilizados en la producción de espuma para obtener concreto celular.
19
1.5.9. Propiedades físicas y mecánicas presentes en el concreto celular y mortero
convencional
Este apartado, explica las propiedades físicas y mecánicas que presentan las mezclas
de concreto celular y mortero convencional, con el propósito de detallar las pruebas y
métodos que se realizarán en ambos.
A. Resistencia a la compresión
La resistencia a la compresión en el concreto celular y el mortero convencional está
vinculada a la densidad, relaciones agua/cemento, fluidez, calidad de los agregados y
adherencia del agregado con la pasta y el aditivo espumante. Las pruebas se llevan a
cabo según las normativas ASTM C780 para mortero y ASTM C39 para concreto celular.
B. Peso volumétrico
El peso volumétrico es crucial en el concreto celular. Depende de la porosidad, peso
específico, compacidad y granulometría de los materiales. El método para su
determinación sigue la normativa ASTM C138.
C. Grado de fluidez
La facilidad de manipulación de la mezcla, incluyendo la carga, descarga y encofrado,
define el grado de fluidez. Se regula según la normativa ASTM C1437.
D. Temperatura de la mezcla
La temperatura de la mezcla influye en propiedades como la fluidez y el contenido de
aire. Se mide según la norma ASTM C1064, realizada dentro de los 5 minutos posteriores
a la obtención de la muestra.
1.6. Diseño metodológico
En este subcapítulo, se detalla la metodología aplicada para alcanzar los objetivos de la
investigación, haciendo hincapié en las normas utilizadas para evaluar las características
de cada material. Se incluye un flujograma que guía la elaboración de la mezcla de
concreto celular, así como el estudio de las propiedades de las mezclas y el análisis del
costo de los materiales empleados.
20
1.6.1. Hipótesis de investigación
En la presente tesis, se realizó una investigación experimental explicativa, ya que está
dirigida a la verificación de la hipótesis, denominada: “El concreto celular cumple con la
prueba de resistencia a la compresión, a pesar de tener menor densidad”
•
Variable: jabón líquido como aditivo espumante, el cual es el factor clave para
obtener un concreto menos denso que un mortero convencional.
1.6.2. Propiedades físicas y mecánicas de las materias primas en el concreto
celular y mortero convencional
•
Cemento
Considerando un buen seguimiento a las normativas, el cemento utilizado es del tipo GU
o de Uso General. Dentro de los estudios realizados en el cemento se encuentran:
Tabla 5 Propiedades físico-mecánicas del cemento
Procedimiento o
Código
propiedad a evaluar
ASTM
Consistencia
ASTM
Determinación de la consistencia normal de
C187
pastas de cemento hidráulico
ASTM
Determinación del tiempo de fraguado del
C191
cemento por el método de la aguja de vicat
Densidad o peso
ASTM
Determinación de la densidad o peso
especifico
C188
específico del cemento hidráulico
Peso volumétrico seco
ASTM
Determinación del peso volumétrico seco
suelto y seco compacto
C29
suelto y seco compacto de los agregados
Tiempo de fraguado
Denominación del ensayo
Fuente: Elaboración propia
21
•
Agregado fino
Tabla 6 Propiedades físico-mecánicas del agregado fino
Procedimiento o
Código
propiedad a evaluar
ASTM
Muestreo de agregados
ASTM
Denominación del ensayo
Práctica estándar para muestreos de agregado
D75
Reducción del tamaño
ASTM
Reducción de muestra de agregados a
del agregado
C702
tamaños de ensayes
Humedad
ASTM
Determinación del contenido de humedad de
C566
los agregados
Gravedad especifica y
ASTM
Determinación de la gravedad especifica y
porcentaje de absorción
C128
porcentaje de absorción del agregado fino
Pesos unitarios y
ASTM
Determinación de los pesos unitarios secos
porcentajes de vacíos
C29
sueltos y secos compactos de los agregados
del agregado fino
finos
Análisis granulométrico
Impurezas orgánicas
ASTM
Método de prueba estándar para análisis de
C136
tamiz de agregados finos
ASTM
Determinación de las impurezas orgánicas en
C40
el agregado fino para mezclas de concreto
Fuente: Elaboración propia
•
Agua
No se realizará ninguna prueba a esta, basta con que sea agua potable, pero la
designación ASTM para este método seria ASTM C1602.
22
•
Aditivo espumante
Tabla 7 Propiedad física del aditivo espumante
Procedimiento o
Código
Denominación del ensayo
propiedad a evaluar
ASTM
Nivel de PH
ASTM
Método estándar de prueba para el PH de
E70
soluciones acuosas con el electrodo de vidrio
Fuente: Elaboración propia
•
Espuma preformada
Este es el componente diferencial que hace al concreto celular tener propiedades
enmarcables como el aislamiento térmico o la baja densidad, se debe procurar que la
sustancia espumante que genere, brinde burbujas de aire ampliamente resistentes a las
fatigas que se someterán en el proceso de fabricación del concreto celular; las normativas
que establecen un buen uso de este agente se encuentran en:
Tabla 8 Propiedad física de la espuma preformada
Procedimiento o
Código
Denominación del ensayo
propiedad a evaluar
ASTM
Desempeño químico del
ASTM
Método de prueba estándar para agentes
espumante
C796
espumantes para uso en la producción de
concreto celular usando espuma preformada
Fuente: Elaboración propia
23
1.6.3. Metodología para la obtención de la mezcla de concreto celular partiendo de
una dosificación óptima del aditivo espumante, sin comprometer la resistencia a la
compresión diseñada
Como pilar de esta investigación se indagaron normativas o guías que abarcaran
parámetros de diseño para obtener un concreto celular óptimo que cumpla con su
resistencia a la compresión y ligereza. Gracias al Instituto Americano del Concreto,
mediante su comité ACI 523 donde expone una guía para el diseño de concreto celular,
se explican los usos que puede ejercer este material partiendo de una característica
fundamental como lo es la densidad.
Dicha guía propone diversas densidades en dependencia a la usabilidad, a como se
explicó en el capítulo 1.5.6. Por ende, valorando parámetros como una resistencia óptima
para el material y ligereza, se propuso a trabajar con una densidad de 1760 kg/m3 y otra
de 1440 kg/m3. De igual forma, la guía descrita propone diferentes relaciones
Agua/Cemento que van entre 0.45-0.60.
Posteriormente, se analizó otro factor importante para la obtención del concreto celular
como lo es la espuma; para esto se utilizó la normativa ASTM C796, donde se realizaron
diferentes tanteos hasta llegar a la dosificación óptima de espuma, comprobando su peso
volumétrico.
Luego, para alcanzar la densidad propuesta, primero se necesitó un diseño de mortero
que partiera de la caracterización de los materiales, a este mortero se le denominó
mortero inicial. Posteriormente, en base a este diseño, se obtuvo un volumen menor de
mortero para llegar a una densidad de 1760kg/m3, y finalmente obtener los pesos de
cemento, arena y agua para la mezcla de concreto celular con la misma densidad,
añadiendo como diferencia la cantidad de espuma
Todo el proceso descrito en este apartado, se realizó siguiendo el flujograma siguiente:
24
Figura 9 Metodología para la obtención de mezclas de concreto celular partiendo de
una dosificación óptima del aditivo espumante, sin comprometer la resistencia a la
compresión diseñada
Fuente: Elaboración propia
25
1.6.4. Metodología para la elaboración de las mezclas de mortero y concreto celular
Se emplearon normativas específicas para la elaboración de las mezclas de mortero y
concreto celular, con el objetivo de determinar las condiciones óptimas para cada mezcla.
A. Mortero
Tabla 9 Normas aplicadas para el desarrollo de mezclas de mortero
Procedimiento o
Código
Denominación del ensayo
propiedad a evaluar
ASTM
Selección de los
ASTM
Método de prueba estándar para la evaluación
moldes, llenado y
C780
previa a la construcción y la construcción de
curado de los
mortero para mampostería de unidad simple y
especímenes
reforzada
Proceso de mezclado
ASTM
Practica estándar para la mezcla mecánica de
C305
cemento hidráulico y morteros de consistencia
plástica
Fuente: Elaboración propia
B. Concreto celular
Tabla 10 Normas aplicadas para el desarrollo de mezclas de concreto celular
Procedimiento o
Código
propiedad a evaluar
ASTM
Selección de los
ASTM
Método de prueba estándar para agentes
moldes, proceso de
C796
espumantes para uso en la producción de
mezclado y llenado
Denominación del ensayo
concreto celular usando espuma preformada
Curado de los
ASTM
Método de prueba estándar para la evaluación
especímenes
C780
previa a la construcción y la construcción de
mortero para mampostería de unidad simple y
reforzada
Fuente: Elaboración propia
Cabe destacar que se utilizaron moldes de 3x6 pulgadas para el llenado de mortero y
concreto celular, los cuales se elaboraron siguiendo la normativa ASTM C470
26
1.6.5. Metodología para las propiedades físicas y mecánicas presentes en el
concreto celular y mortero convencional
En este apartado se detallan las normas para evaluar las propiedades físicas y mecánicas
en las mezclas de concreto celular y mortero convencional en estado fresco y endurecido.
A. Ensayos en estado fresco
Tabla 11 Propiedades físico-mecánicas de la mezcla en estado fresco
Procedimiento o
Código
Denominación del ensayo
propiedad a evaluar
ASTM
Densidad o peso
ASTM
Densidad, volumen y contenido de aire en una
volumétrico
C138
mezcla de concreto (también funcional para
mortero)
Temperatura
ASTM
Método de ensayo de medición de la
C1064
temperatura del concreto (también funcional
para mortero)
Fluidez
ASTM
Método de prueba estándar para flujo de
C1437
mortero de cemento hidráulico
Fuente: Elaboración Propia
B. Ensayos en estado endurecido
Tabla 12 Propiedades físico-mecánicas de la mezcla en estado endurecido
Procedimiento o
Código
Denominación del ensayo
propiedad a evaluar
ASTM
Resistencia a la
ASTM
Método de prueba estándar para la evaluación
compresión en mortero
C780
previa a la construcción y la construcción de
mortero para mampostería de unidad simple y
reforzada
Resistencia a la
ASTM
Método de prueba estándar para la resistencia
compresión en concreto
C39
a la compresión de muestras de hormigón
celular
cilíndricas
Fuente: Elaboración Propia
27
1.6.6. Metodología para el análisis de costo de elaboración de ambas mezclas
A. Costos unitarios
Se realizaron búsquedas exhaustivas para obtener los precios del mercado de los
materiales y productos necesarios. Se seleccionó el proveedor con los mejores precios y
calidad. Se hizo hincapié en los costos de materiales por metro cúbico (m3) para cada
mezcla.
B. Costos directos
Los costos directos están vinculados a un proceso o acción, determinando los materiales
involucrados y manteniendo un orden lógico en su cálculo. En este contexto, se detallarán
los costos de los materiales para la creación del generador de espuma, seguidos por el
cálculo de los costos de materiales para cada mezcla.
•
Costos de materiales
o Mortero convencional
Tabla 13 Costo de materiales para el mortero convencional
Costo de materiales para elaboración de una mezcla de mortero con volumen de 1m3
Materias primas
U/M
Cantidad
Costo Unitario (C$) Costo Total (C$)
Arena
M3
Cemento
Bolsa
Total
Fuente: Elaboración Propia
o Concreto celular
Tabla 14 Costo de materiales para el concreto celular
Costo de materiales para elaboración de una mezcla de concreto celular con volumen de
1m3
Materias primas
U/M
Cantidad
Costo Unitario (C$) Costo Total (C$)
Arena
M3
Cemento
Bolsa
Jabón DAWN Ultra
Litro
Total
Fuente: Elaboración Propia
28
Tabla 15 Costo de los materiales ocupados para crear el generador de espuma
Costo de fabricación de generador de espuma
Materiales
U/M
Cantidad
Costo unitario (C$) Costo Total (C$)
Tubo PVC 2" para agua potable
Unidad
Tubo PVC 3/4" para agua potable
Unidad
Reductor PVC liso 2" para agua potable
Unidad
Adaptador PVC macho 2" para agua potable
Unidad
Adaptador PVC hembra 2" para agua potable
Unidad
Tee PVC lisa 2" para agua potable
Unidad
Tapón PVC hembra rosca 2" para agua potable
Unidad
Tapón PVC hembra liso 3/4" para agua potable
Unidad
Adaptador PVC hembra 3/4" para agua potable
Unidad
Tee PVC lisa 3/4" para agua potable
Unidad
Codo PVC liso 3/4" para agua potable
Unidad
Llave de bola PVC 3/4" para agua potable
Unidad
Buje reductor NPT de 3/4" a 1/4"
Unidad
Teflón
Unidad
Pega PVC gris
Unidad
Paste de aluminio
Unidad
Total
Fuente: Elaboración Propia
29
CAPITULO II: EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LAS
MATERIAS PRIMAS DEL CONCRETO CELULAR
2.1. Origen de los materiales
2.1.1. Agregado fino
La arena utilizada es arena natural extraída del banco de material “Los Martínez “ubicado
de la Joyería Garzón Las Brisas ½c al E, frente a la refinería Cuesta El Plomo. Managua,
Nicaragua.
Figura 10 Banco de material “Los Martínez”
Fuente: Google Earth
2.1.2. Cemento
El cemento hidráulico utilizado es Cemento Canal tipo GU (usos generales). Proveniente
de Nicaragua y fabricado por la empresa CEMEX Nicaragua.
Figura 11 Presentación Comercial Cemento Canal
Fuente: Cemex Nicaragua
31
2.1.3. Jabón liquido
El aditivo espumante utilizado es jabón líquido de lavar trastes DAWN ULTRA, se utilizó
mediante la aplicación de un generador de espuma con el objetivo de crear la espuma
que aporta a la mezcla una menor densidad. Este es un producto fabricado por la
empresa Procter & Gamble (P&G) y fue adquirido en un supermercado del país.
Figura 12 Presentación comercial jabón lavaplatos líquido DAWN Ultra
Fuente: Dawn Ultra
2.2. Análisis del agregado fino
2.2.1. Muestreo de agregados a tamaños de ensayes
La arena empleada proviene del banco "Los Martínez" y fue procesada según la
normativa D75. Las muestras se tomaron siguiendo la normativa ASTM C702, utilizando
principalmente el método B de "cuarteo manual" debido a las condiciones presentadas
en la arena. En casos de arena secada en horno y en condiciones más secas, se utilizó
el método A de "Cuarteador mecánico" para los análisis.
Figura 13 Muestreo método B
Figura 14 Muestreo método A
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia
32
2.2.2. Determinación del contenido de humedad en el agregado fino
Uno de los factores que se pueden involucrar en las mezclas de mortero y concreto
celular es el porcentaje de humedad presente en el agregado fino, para determinarlo se
siguió la normativa ASTM C566.
Ecuación 1 Porcentaje de humedad del agregado fino
%𝑤 =
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 ℎú𝑚𝑒𝑑𝑜 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑥 100
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜
%𝑤𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑒 1 =
500.2 𝑔𝑟𝑠 − 435.9 𝑔𝑟𝑠
𝑥 100 = 14.751%
435.9 𝑔𝑟𝑠
Tabla 16 Contenido de humedad del agregado fino
Ensayo No.1. Contenido de humedad del agregado fino
Ensaye No. 1 Ensaye No. 2 Ensaye No. 3
Descripción
Codificación de tara
AR-2
LSM-4
MS-VI
Peso de tara (Gramos)
159.300
176.800
163.200
Peso de tara más agregado húmedo (gramos)
659.500
676.800
663.200
Peso de agregado húmedo (gramos)
500.200
500.000
500.000
Peso de tara más agregado seco (gramos)
595.200
612.500
599.300
Peso de agregado seco (gramos)
435.900
435.700
436.100
Contenido de humedad (%)
14.751
14.758
14.653
Contenido de humedad promedio (%)
14.721
Fuente: Elaboración propia
Se puede observar que la humedad promedio es de 14.721%, es decir que de un 100%
de material recibido, un 14.721% de este es agua. Según Garavita (s.f), “los rangos
típicos de humedad en las arenas finas a gruesas van desde un 2% a 8%”, en este caso,
se considera que dio un valor promedio mayor del 8% por la temporada del año en que
fue recolectada la arena.
2.2.3. Determinación de la gravedad especifica y porcentaje de absorción
Esta prueba se ejecutó en base a la normativa ASTM C128, en este procedimiento fue
necesario tener el material en la condición saturada superficialmente seca y se utilizaron
muestras de 500±10gr.
33
Figura 15 Procedimiento realizado según la ASTM C128
Fuente: Elaboración propia
Para determinar los cálculos correspondientes, se utilizaron las siguientes ecuaciones:
Ecuación 2 Gravedad especifica
𝐺𝐸 =
𝐴
𝐷+𝐵−𝐶
Donde:
𝐴 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜
𝐵 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑆𝑆𝑆
𝐶 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑟𝑎𝑠𝑐𝑜 + 𝑎𝑔𝑢𝑎 + 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎
𝐷 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑟𝑎𝑠𝑐𝑜 + 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝐺𝐸𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑒 1 =
456.5 𝑔𝑟𝑠
= 2.169
682.2 𝑔𝑟𝑠 + 500.3 𝑔𝑟𝑠 − 972 𝑔𝑟𝑠
Ecuación 3 Gravedad especifica en condición saturada superficialmente seca
𝐺𝑒𝑠𝑠𝑠 =
𝐺𝑒𝑠𝑠𝑠−𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑒 1 =
𝐵
𝐷+𝐵−𝐶
500.3 𝑔𝑟𝑠
= 2.377
682.2 𝑔𝑟𝑠 + 500.3 𝑔𝑟𝑠 − 972 𝑔𝑟𝑠
34
Ecuación 4 Gravedad especifica aparente
𝐺𝑒𝑎𝑝 =
𝐺𝑒𝑎𝑝−𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑒 1 =
𝐴
𝐷+𝐴−𝐶
456.5 𝑔𝑟𝑠
𝑥 100 = 2.738
682.2 𝑔𝑟𝑠 + 456.5 𝑔𝑟𝑠 − 972 𝑔𝑟𝑠
Ecuación 5 Porcentaje de absorción
%𝐴𝑏𝑠 =
%𝐴𝑏𝑠𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑒 1 =
𝐵−𝐴
∗ 100
𝐴
500.3 𝑔𝑟𝑠 − 456.5 𝑔𝑟𝑠
𝑥 100 = 9.595%
456.5 𝑔𝑟𝑠
Una vez aplicadas cada una de las ecuaciones anteriores, se obtiene:
Tabla 17 Gravedades específicas y porcentajes de vacíos
Ensayo No.2. Determinación de la gravedad especifica y porcentaje de absorción del agregado fino ASTM C-128
Descripción
Variable
Ensaye No. 1
Ensaye No. 2
Ensaye No. 3
Frasco No.
P
K
P
Peso del picnometro
185.1
182.2
185.1
Peso de la arena SSS (gr)
B
500.3
500.2
500.2
Peso del frasco + agua + arena (gr)
C
972
969.1
971.9
Peso del frasco + agua (gr)
D
682.2
679.6
682.2
volumen del frasco (ml)
500
500
500
Temperatura de ensaye °C
23
Tara No.
S-79
MB-2
TR-35
Peso de tara (gramos)
158
174.3
177
Peso de agregado fino seco mas tara (gramos)
614.5
633.3
635.4
Peso de agregado fino seco (gramos)
A
456.5
459
458.4
Gravedad especifica
Ge
2.169
2.178
2.178
Gravedad especifica SSS
Gesss
2.377
2.374
2.376
Gravedad especifica aparente
Geap
2.738
2.708
2.717
Porcentaje de absorción
Abs
9.595
8.976
9.119
Gravedad especifica aparente promedio
Get
2.721
Porcentaje de absorción promedio
9.23
Abst
Fuente: Elaboración propia
La normativa ACI Education Bulletin E1 (1999) afirma. “La gravedad especifica de los
agregados debe estar dentro del rango de 2.30 a 2.90 y el porcentaje de absorción estará
entre 0-8%” (p.3) (Ver Anexo B.1). Por ende, los valores de las gravedades están dentro
del rango mencionado; pero, el porcentaje de absorción es un poco mayor, lo que indica
35
que esta arena puede tener una cantidad significante de partículas finas, esta teoría será
comprobada en su análisis granulométrico.
2.2.4. Determinación de los pesos unitarios seco sueltos y seco compacto y
porcentaje de vacíos
A. Peso Volumétrico Seco Suelto (PVSS)
La determinación del peso volumétrico seco suelto de la arena, crucial para el diseño de
mezclas de concreto celular y mortero, se rige por la normativa ASTM C29.
Ecuación 6 Peso Volumétrico Seco Suelto (PVSS)
𝑃𝑉𝑆𝑆 =
𝑊𝑠 (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 + 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑡𝑜) − 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒
=
𝑉𝑜𝑙
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒
𝑃𝑉𝑆𝑆𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑒 1 =
(6.192 𝑘𝑔) − 2.168 𝑘𝑔
𝑘𝑔
= 1341.333
0.003 𝑚3
𝑚3
Donde:
𝑊𝑠: 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑡𝑜
Tabla 18 Peso volumétrico seco suelto
Ensayo No.3. Pesos unitarios secos sueltos y secos compactos del agregado fino
PVSS ARENA
Ensaye No.
1
2
Molde No.
A
A
Volumen del molde (m3)
0.003
0.003
Peso del molde (kg)
2.168
2.168
peso del molde+material suelto (kg)
6.192
6.215
peso del agregado seco suelto (kg)
4.024
4.047
PVSS arena (kg/m3)
1341.333
1349
PVSS promedio (kg/m3)
1348.333
3
A
0.003
2.168
6.232
4.064
1354.667
Fuente: Elaboración propia
La normativa ACI Education Bulletin E1 (1999) afirma. “El Peso volumétrico Seco Suelto
de los áridos utilizados en los hormigones de peso normal oscilan por lo general entre
1200 y 1760 kg/m3” (p.16). Por ende, esta condición se cumple.
36
B. Peso Volumétrico Seco Compacto (PVSC)
Ecuación 7 Peso Volumétrico Seco Compacto (PVSC)
𝑃𝑉𝑆𝐶 =
𝑊𝑠
(𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 + 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑜) − 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒
=
𝑉𝑜𝑙
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒
𝑃𝑉𝑆𝐶𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑒 1 =
(6.616 𝑘𝑔) − 2.168 𝑘𝑔
𝑘𝑔
= 1482.667
0.003 𝑚3
𝑚3
Donde:
𝑊𝑠: 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑜
Tabla 19 Peso volumétrico seco compacto
PVSC ARENA
Ensaye No
Molde No.
Volumen del molde (m3)
Peso del molde (kg)
peso del molde+material compacto (kg)
peso del agregado seco compacto (kg)
PVSC arena (kg/m3)
PVSC promedio (kg/m3)
1
A
0.003
2.168
6.616
4.448
1482.667
2
A
0.003
2.168
6.632
4.464
1488
1484.667
3
A
0.003
2.168
6.618
4.45
1483.333
Fuente: Elaboración propia
La normativa ACI Education Bulletin E1 (1999) afirma. “El Peso volumétrico Seco
Compacto de los áridos utilizados en los hormigones de peso normal oscilan por lo
general entre 1280 y 1920 kg/m3” (p.3). Por ende, esta condición se cumple.
C. Porcentaje de vacíos
Ecuación 8 Porcentaje de vacíos
%𝑉𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠 =
𝐺𝑒 ∗ 𝛾𝑤 − 𝑃𝑉𝑆𝐶
∗ 100
𝐺𝑒 ∗ 𝛾𝑤
Donde:
𝐺𝑒 : 𝐺𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜
𝛾𝑤 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎
37
%𝑉𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠 =
2.721 ∗ 1000 𝑘𝑔/𝑚3 − 1484.667 𝑘𝑔/𝑚3
∗ 100 = 45.437%
2.721 ∗ 1000 𝑘𝑔/𝑚3
Tabla 20 porcentaje de vacíos para agregado fino
Contenido de vacios en la arena
Gravedad especifica del agregado
Densidad del agua (kg/m3)
PVSC (kg/m3)
%Vacios
2.721
1000
1484.667
45.437
Fuente: Elaboración propia
No existe una normativa que indique el rango del porcentaje de vacíos en que debe de
estar la arena, pero U.N.L.P. (2019) citando a Olson (1985) afirma. “El espacio poroso
varía entre un 40-60%, es decir, que alrededor del 40% al 60% del volumen total de la
muestra de arena está ocupado por espacios vacíos o aire” (p.3). En este caso se aprecia
que el porcentaje de vacíos está dentro del rango descrito.
2.2.5. Determinación del análisis granulométrico del agregado fino
El análisis granulométrico es crucial en la elaboración de mezclas de mortero y concreto,
ya que a través de la gradación se examinan aspectos como el tamaño de las partículas,
la porosidad y el módulo de finura. El procedimiento incluye la toma de muestras según
ASTM C702 y la aplicación de las directrices de ASTM C136.
Ecuación 9 Porcentaje retenido parcial
%𝑅𝑃 =
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑡𝑎𝑚𝑖𝑧
∗ 100
∑
%𝑅𝑃𝑡𝑎𝑚𝑖𝑧 #8−𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑒 1 =
54.5 𝑔𝑟𝑠
∗ 100 = 11%
500.3
Donde:
∑ = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Ecuación 10 Porcentaje retenido acumulado
%𝑅𝐴 = %𝑅𝐴𝑖 + %𝑅𝑃𝑖+1
38
Donde:
%𝑅𝐴𝑖 : 𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
%𝑅𝑃𝑖+1 : 𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑠𝑖𝑔𝑢𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑎𝑙 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒 𝑒𝑠𝑡á 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑛𝑑𝑜
%𝑅𝐴𝑡𝑎𝑚𝑖𝑧 #8−𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑒 1 = 0 + 11 = 11%
Ecuación 11 Porcentajes que pasan
% 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑎 = 100 − %𝑅𝐴
% 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑎𝑡𝑎𝑚𝑖𝑧 #8−𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑒 1 = 100 − 11 = 89%
Ecuación 12 Módulo de finura
𝑀𝐹 =
∑ %𝑅𝐴 (𝑑𝑒𝑠𝑑𝑒 3/8" ℎ𝑎𝑠𝑡𝑎 #100)
100
𝑀𝐹𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑒 1 =
11 + 29 + 47 + 64 + 77
= 2.28
100
Ecuación 13 Material más fino que pasa el tamiz No.200
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑙𝑎𝑣𝑎𝑑𝑜
∗ 100
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜
500.3 𝑔𝑟𝑠 − 412.8 𝑔𝑟𝑠
𝑃𝑎𝑠𝑎 𝑁𝑜. 200𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑒 1 =
∗ 100 = 87.5 𝑔𝑟𝑠
500.3 𝑔𝑟𝑠
𝑃𝑎𝑠𝑎 𝑁𝑜. 200 =
Cabe destacar que en 3 taras diferentes se pesaron aproximadamente 500 gramos de
arena según lo establecido en la normativa ASTM C136; los pesos secos sucios y pesos
secos lavados de cada ensaye se muestran en anexo B.2, B.3 y B.4
Partiendo de las tablas mencionadas y las ecuaciones anteriores, se obtienen los
siguientes resultados.
39
Tabla 21 Resumen de ensayo de Granulometría
ENSAYO DE GRANULOMETRÍA
Proyecto:
Material:
Tamiz:
3/8"
No. 4
No. 8
No. 16
No. 30
No. 50
No. 100
No. 200
Pasa No.
200
∑
MF
MF
PROMEDIO
"Elaboración y análisis de concreto celular, utilizando jabón líquido como agente espumante"
Procedencia:
Banco "Los Martínez"
Agregado fino
Porcentaje
Peso retenido parcial (gramos)
Porcentaje retenido parcial (%)
Porcentaje retenido acumulado (%)
Porcentaje que pasa (%)
Abertura
que pasa (%)
de tamiz
(mm) Ensaye No. 1 Ensaye No. 2 Ensaye No. 3 Ensaye No. 1 Ensaye No. 2 Ensaye No. 3 Ensaye No. 1 Ensaye No. 2 Ensaye No. 3 Ensaye No. 1 Ensaye No. 2 Ensaye No. 3 ASTM C-33
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
-
0.000
0.000
54.500
90.700
91.100
84.600
64.100
27.800
0.000
0.000
73.400
114.100
95.300
76.700
48.200
23.700
0.000
0.000
43.400
82.400
90.500
93.700
74.000
32.500
0
0
11
18
18
17
13
6
0
0
15
23
19
15
10
5
0
0
9
16
18
19
15
6
0
0
11
29
47
64
77
83
0
0
15
37
57
72
81
86
0
0
9
25
43
62
77
83
100
100
89
71
53
36
23
17
100
100
85
63
43
28
19
14
100
100
91
75
57
38
23
17
87.500
69.000
83.900
17
14
17
100
100
100
0
0
0
500.300
2.28
500.400
2.62
500.400
2.16
-
-
-
-
-
-
-
-
-
100
95
80
50
25
5
0
-
100
100
100
85
60
30
10
-
2.353
Fuente: Elaboración Propia
40
En las gráficas siguientes se visualizan tres curvas, dos de color rojo que representa el
porcentaje de límite superior e inferior para el agregado fino de acuerdo a la ASTM C33,
y una de color verde que simboliza la muestra de ensaye actual.
Gráfico 1 Curva Granulométrica Ensaye No. 1
Curva Granulométrica Ensaye No. 1
3/8"
No. 4
No. 8
No. 16
No.
30
No. 50
No.
100
Porcentaje que pasa (%)
100 %
90 %
80 %
70 %
60 %
50 %
40 %
30 %
20 %
10 %
0%
10
1
Diámetros de los tamices (mm)
0.1
Fuente: Elaboración propia
El análisis de granulometría revela que, aunque los porcentajes que pasan a través de
los tamices del 3/8 al No.30 cumplen con los límites superior e inferior de la normativa
ASTM C33, a partir del tamiz No.50-No.100, los porcentajes superan el límite superior.
Esto sugiere que la arena analizada es más fina de lo establecido por la normativa.
Gráfico 2 Curva Granulométrica Ensaye No. 2
Porcentaje que pasa (%)
Curva Granulométrica Ensaye No. 2
100 %
90 %
80 %
70 %
60 %
50 %
40 %
30 %
20 %
10 %
0%
3/8"
10
No. 4
No. 8
No. 16
No. 30
No. 50
1
Diámetros de los tamices (mm)
No. 100
0.1
Fuente: Elaboración propia
En el ensaye No.2, el porcentaje que pasa en los tamices del 3/8 al No.50 están dentro
del límite superior e inferior que propone la ASTM C33, pero, en el tamiz No.100 los
41
porcentajes van por encima del límite superior; por lo cual se analiza que la arena en
estudio es más fina de lo establecido en la normativa descrita.
Gráfico 3 Curva Granulométrica Ensaye No. 3
Porcentaje que pasa (%)
Curva Granulométrica Ensaye No. 3
100 %
90 %
80 %
70 %
60 %
50 %
40 %
30 %
20 %
10 %
0%
3/8"
10
No. 4
No. 8
No. 16
No. 30
No. 50
No. 100
1
Diámetros de los tamices (mm)
0.1
Fuente: Elaboración Propia
Y, en el ensayo No.3, el porcentaje que pasa en los tamices del 3/8 al No.30 están dentro
del límite superior e inferior que propone la ASTM C33, pero, a partir del tamiz No.50No.100 los porcentajes van por encima del límite superior; por lo cual se analiza que la
arena en estudio es más fina de lo establecido en la normativa descrita.
La ASTM C33 establece que el módulo de finura no deberá de ser menor a 2.3 ni mayor
a 3.1, ya que si es menor a 2.3 indicaría que la arena es más fina que lo normal, y si es
mayor que 3.1 indicaría que la arena es más gruesa de lo normal; en este caso se obtuvo
un módulo de finura de 2.353 por lo que está cerca del margen inferior propuesto por la
ASTM C33, lo que satisface los análisis anteriores.
2.2.6. Determinación de las impurezas orgánicas en el agregado fino
Según la normativa ASTM C40, el procedimiento asignado para determinar las impurezas
orgánicas del agregado fino es mediante la prueba de colorimetría. Muchas veces estas
impurezas pueden ser polvo, arcilla, materia vegetal o materiales que pueden reaccionar
químicamente con el cemento en las mezclas de mortero y concreto.
Siguiendo la normativa descrita, se obtuvieron los siguientes resultados:
42
Tabla 22 Impurezas orgánicas en la arena
Ensayo No.5 Impurezas orgánicas en la arena
Ensaye No.
A
B
Color de referencia según Gardner
5
5
Descripcion del color
incoloro
incoloro
Utilización
Utilizable
Utilizable
C
5
incoloro
Utilizable
Fuente: Elaboración propia
A como se puede observar en la tabla anterior y en la siguiente imagen, los 3 ensayes
realizados se obtuvieron colores transparentes o incoloros, atribuyendo un color más
ligado al No.1 según la placa orgánica de colores de Gardner, lo cual implica que la arena
ensayada puede usarse para cualquier finalidad sin problema alguno.
Figura 16 Impurezas orgánicas en el agregado fino
Fuente: Elaboración propia
Por lo tanto, se analiza que el material fino no presenta muchas impurezas orgánicas, por
ende, es un agregado óptimo para la elaboración de mortero y concreto celular ya que
no afectará a la resistencia.
43
2.3. Análisis del cemento
2.3.1. Determinación de la consistencia normal de pastas de cemento hidráulico
ASTM C187
Este ensaye es de suma importancia ya que determina la cantidad de agua necesaria
para que la pasta de cemento alcance una fluidez óptima y una plasticidad ideal, esta
norma está regida bajo la ASTM C187.
Realizando el procedimiento, se obtuvieron los siguientes datos:
Tabla 23 Determinación de la consistencia normal de pastas de cemento hidráulico
Ensayo No.1 Determinación de la consistencia normal de pastas de cemento hidráulico ASTM C-187
Muestras
Peso de muestra (gramos)
Cantidad de agua (ml)
Penetración (mm)
% de agua
1
650
182
14
28
2
650
162.5
7
25
3
650
175.5
11
27
Fuente: Elaboración propia
La normativa ASTM C187 establece que la consistencia normal de pastas de cemento se
alcanza cuando la penetración de la aguja de Vicat es de 10 mm ± 1 mm. Tras varias
pruebas con tres muestras de 650 gramos y ajustando el porcentaje de agua, se
determinó que el porcentaje óptimo es del 27%.
2.3.2. Determinación del tiempo de fraguado del cemento por el método de la aguja
de vicat
De acuerdo a la normativa ASTM C191 se puede calcular el tiempo de fraguado según
dos métodos, método A o método de penetración de aguja de Vicat operado manual y
método B o método de penetración de aguja de Vicat automatizado, para el ensayo a
realizar se usó el método A.
Previo a la realización del método, se contempló el porcentaje de agua óptimo, que seria
27% según la ASTM C187 y posterior se utilizó la normativa ASTM C191.
En el transcurso del ensayo se tomaron los datos de penetración por el método de la
Aguja de Vicat, obteniéndose los siguientes valores:
44
Tabla 24 Datos obtenidos para tiempo de fraguado del cemento
Ensayo 2. Tiempo de fraguado del cemento
No. Lectura
Hora
Minutos Penetración(mm)
09:06
0
1
09:36
30
40
2
09:51
45
39
3
10:06
60
39
4
10:21
75
39
5
10:36
90
39
6
10:51
105
32
7
11:06
120
24
8
11:21
135
19
9
11:36
150
4
10
11:51
165
3
11
12:06
180
1
12
12:21
195
1
13
12:36
210
0
Fuente: Elaboración propia
Una vez tomado los datos, se procedió a realizar los cálculos para determinar el tiempo
de fraguado inicial del cemento hidráulico.
Ecuación 14 Tiempo de fraguado inicial del cemento
𝐻−𝐸
) 𝑥(𝐶 − 25)] + 𝐸
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑎𝑔𝑢𝑎𝑑𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = [(
𝐶−𝐷
Donde:
𝐻: 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑛 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 ú𝑙𝑡𝑖𝑚𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑒𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑎 25 𝑚𝑚
𝐸: 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑛 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 ú𝑙𝑡𝑖𝑚𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑒𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑎 25 𝑚𝑚
𝐶: 𝐿𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑛𝑒𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝐸
𝐷: 𝐿𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑛𝑒𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝐻
120 − 105
) 𝑥(32 − 25)] + 105 = 118 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑎𝑔𝑢𝑎𝑑𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = [(
32 − 24
Tabla 25 Datos obtenidos para tiempo de fraguado del cemento
Tiempo de Fraguado Inicial
Tiempo de Fraguado final
118
210
min
min
Fuente: Elaboración propia
45
El tiempo de fraguado inicial para el cemento hidráulico es de 118 minutos, mientras que
el tiempo de fraguado final es de 210 minutos; por lo cual, los resultados obtenidos logran
satisfacer el ensayo, ya que comparando con los datos del fabricante estos se regulan
bajo la Norma Técnica Nicaragüense NTON 12 006-11, donde en la tabla 26 siguiente,
describe los rangos del tiempo de fraguado para un cemento hidráulico.
Tabla 26 Tiempo de Fraguado de cemento hidráulico NTON 12 006-11
Fuente: NTON 12 006-11
2.3.3. Determinación de la densidad o peso específico del cemento hidráulico ASTM
C188
Se realizaron dos muestras según el procedimiento de la normativa ASTM C188 para
obtener una mayor precisión en el ensayo. Posteriormente, se realizaron cálculos
utilizando la ecuación correspondiente para determinar el peso específico del cemento.
Ecuación 15 Peso específico del cemento hidráulico
𝜌𝑐 =
𝑊𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝑉𝑓 − 𝑉𝑜
Donde:
𝑊𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜: 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝑉𝑜: 𝑙𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 (𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎)
𝑉𝑓: 𝑙𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 (𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎)
𝜌𝑐𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 1 =
64 𝑔𝑟𝑠
= 3.18
20.4 𝑚𝑙 − 0.3 𝑚𝑙
46
Tabla 27 Gravedad especifica del cemento
Ensayo 3. GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL CEMENTO
Peso de cemento (Grs)
64
Tipo de líquido
Queroseno
Lectura inicial
Lectura final Temperatura inicial Temperatura final Peso especifico
0.3
20.4
23.1
23.2
3.18
0.8
21
24.4
24.5
3.17
Peso especifico promedio
3.176
Fuente: Elaboración propia
Hubieron temperaturas variadas entre cada muestra debido al tiempo transcurrido para
la realización entre ellas, sin embargo esto no implica un problema para la determinación
de los pesos especificos. Según la ASTM C188 es importante mantener un intérvalo de
no más de 0.2°C entre las temperaturas iniciales y finales de cada muestra.
2.3.4. Determinación del peso volumétrico seco suelto y seco compacto en el
cemento ASTM C29
El análisis del peso volumétrico suelto y compacto es una propiedad física que juega un
papel importante al momento de diseñar mezclas de mortero y concreto. Para evaluar
esta propiedad se utilizó la normativa ASTM C29, en la cual el procedimiento es similar
al “Peso Volumétrico Seco Suelto y Seco Compacto de la arena” y por ende se utilizó y
se tomaron los datos del molde A obtenidos previamente, luego se procedió a seguir el
mismo procedimiento y ecuaciones 6 y 7 detalladas anteriormente.
A. Peso Volumétrico Seco Suelto
𝑃𝑉𝑆𝑆𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 =
(5.561 𝑘𝑔) − 2.168 𝑘𝑔
𝑘𝑔
= 1135
0.003 𝑚3
𝑚3
B. Peso Volumétrico Seco Compacto
𝑃𝑉𝑆𝐶𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 =
(5.894 𝑘𝑔) − 2.168 𝑘𝑔
𝑘𝑔
= 1242
0.003 𝑚3
𝑚3
47
Tabla 28 Pesos unitarios secos sueltos y secos compactos del cemento
Ensayo No.4. Pesos unitarios secos sueltos y secos
compactos del cemento
PVSS CEMENTO
Ensaye No.
1
2
Molde No.
A
A
Volumen del molde (m3)
0.003
0.003
Peso del molde (kg)
2.168
2.168
peso del molde+material suelto (kg)
5.561
5.586
peso del agregado seco suelto (kg)
3.393
3.418
PVSS cemento (kg/m3)
1131 1139.33
PVSS promedio (kg/m3)
1135
PVSC CEMENTO
Ensaye No
1
2
Molde No.
A
A
Volumen del molde (m3)
0.003
0.003
Peso del molde (kg)
2.168
2.168
peso del molde+material compacto (kg) 5.894
5.891
peso del agregado seco compacto (kg)
3.726
3.723
PVSC cemento (kg/m3)
1242
1241
PVSC promedio (kg/m3)
1242
Fuente: Elaboración propia
El peso volumétrico seco suelto del cemento de uso general normalmente está dentro de
los rangos 1,100-1,400 kg/m3 aproximadamente y el peso volumétrico seco compacto
puede estar entre 1,300-1,600 kg/m3.
2.4. Análisis del aditivo espumante
El jabón líquido DAWN Ultra, de P&G, se utilizó como aditivo espumante esencial para
conferir ligereza al concreto. Cumple con las recomendaciones de la normativa ACI
523.3R-14 al contener hidroxilatos de proteínas o tensioactivos sintéticos, como el alphasulfato-omega-hydroxy, fundamentales para la generación de espuma.
Figura 17 Información sobre los componentes del jabón líquido DAWN ULTRA
Fuente: Ficha técnica jabón líquido DAWN ULTRA
48
Dentro de los ensayos realizados al jabón líquido fueron “Determinación del nivel de PH”
y “Determinación de la apariencia”; para la realización de éstos, se necesitó ayuda de la
Facultad de Ingeniería Química (FIQ) y se utilizó el procedimiento descrito a continuación:
A. Determinación del nivel de PH
Siguiendo la normativa ASTM E70, se calibró el pHmetro con soluciones ácidas y básicas,
luego se añadió el jabón al biker y se midió el pH. Los resultados se detallan en los
informes correspondientes.
Figura 18 Determinación del nivel de PH en jabón líquido DAWN ULTRA
Fuente: Elaboración propia
El resultado brindado, muestra similitudes al número pH que establece el informe de
seguridad que proporciona la empresa P&G (2015), el cual es 9. El valor de 9 es un valor
representativo redondeado. (ver anexo B.5)
B. Determinación de la apariencia
Para este procedimiento se depositó cierta cantidad del jabón líquido en un biker y se
procedió a observar su color y a anotarlo.
Cabe destacar que los procedimientos realizados en el jabón líquido lavaplatos fueron
los que estaban al alcance de los investigadores, y, los datos restantes se obtuvieron de
fichas técnicas brindadas por el proveedor.
49
Tabla 29 Propiedades físicas del aditivo espumante DAWN ultra
Fuente: Elaboración propia
C. Análisis de los componentes
Con base a la composición del jabón se profundiza en los componentes tensoactivos, y
a como se expuso en el subcapítulo 1.5.5. sección A, existe un surfactante protagonista
en el efecto espumante, llamado Laurilsulfato sódico. No obstante, puede presentar
contraindicaciones si es manipulado por un largo tiempo; para neutralizar este efecto, el
jabón Dawn ultra contiene otro surfactante llamado Lauril éter sulfato de sodio, el cual
contribuye a que el operario manipule con seguridad el jabón.
Figura 19 Ingredientes surfactantes contenidas en el jabón Dawn Ultra y su desempeño
Fuente: Dawn
En conjunto, los ingredientes del jabón DAWN Ultra actúan con características
espumantes eficientes sin afectar en las propiedades mecánicas del concreto celular.
50
CAPITULO III: DISEÑOS DE MEZCLAS DE MORTERO
Las mezclas de mortero se diseñaron por dos diferentes métodos, primero se diseñó
partiendo de las propiedades físicas y mecánicas de las materias primas (denominado:
Diseño de mortero inicial) y luego se diseñó usando la normativa ACI 523.3R-14
basándose en la densidad obtenida del mortero inicial. A continuación, se explica el
procedimiento de diseño en cada una de ellas.
3.1. Diseño de mortero inicial
En este apartado se diseñaron mezclas de mortero partiendo de la caracterización de las
materias primas, con la finalidad de obtener una densidad en base a los pesos obtenidos
de los materiales para 1m3 de mezcla; dichos pesos se procederán a calcular en las
siguientes secciones.
3.1.1. Propiedades de los materiales
En el diseño de mezclas de mortero, se comenzó identificando las propiedades físicas y
mecánicas de los materiales que componen la mezcla, recopilando la información
estudiada en el capítulo II. Se consideraron propiedades como el Peso Volumétrico Seco
Suelto, Peso Volumétrico Seco Compacto y Gravedad Específica del cemento, arena y
agua. Estas propiedades son cruciales para controlar la densidad en la mezcla, afectan
directamente la resistencia y permiten determinar la cantidad en peso unitario de los
materiales utilizados en el mortero.
Tabla 30 Resumen de las propiedades presentes en los materiales
Fuente: Elaboración propia
3.1.2. Selección de la Relación Agua/Cemento (A/C)
En esta parte se tomó en cuenta que dentro de los objetivos de esta investigación está
destinada la realización de comparaciones de las propiedades entre mezclas de concreto
celular y mortero convencional, por ende, para la selección de la relación Agua/Cemento
se ocupó la normativa ACI destinada para concreto celular, para que, al momento de
52
hacer las comparaciones, las mezclas tengan igualdad de condiciones y se puedan
observar mejor las propiedades presentes en cada una de ellas.
La normativa ACI 523.3R-14 (2014) afirma. “La relación Agua/cemento del hormigón
celular solo puede ajustarse dentro de un rango relativamente de 0.45 y 0.60 para
garantizar la estabilidad interna de la estructura celular” (p.10).
Por lo que, se propusieron 4 relaciones Agua/Cemento: 0.45, 0.50, 0.55 y 0.60; con la
finalidad de evaluar las propiedades que presentan cada una de las mezclas partiendo
de diferentes cantidades de agua y cemento, y, ver cual se acerca más a una resistencia
a la compresión óptima.
3.1.3. Diseño de mezclas de mortero
En el presente diseño, se detallará el proceso de cálculo para la obtención de pesos y
volúmenes destinados en cada ecuación, para una relación A/C=0.45; y, las demás
relaciones A/C seguirán las mismas ecuaciones, pero sus resultados se detallarán en
tablas resúmenes.
A. Volumen de pasta para 1m3 de mezcla
Como primer cálculo, se determina el volumen de pasta para 1m3 de mezcla, en donde
éste está relacionado con el porcentaje de vacíos presentes en el árido, por lo que se
aplica la siguiente ecuación:
Ecuación 16 Volumen de pasta para 1m3 de mezcla
𝑉𝑃1𝑚3 = 1𝑚3 −
𝑃𝑉𝑆𝑆𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎
𝐺𝑒𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 ∗ 𝛾𝑎𝑔𝑢𝑎
Donde:
𝑃𝑉𝑆𝑆𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎
𝐺𝑒𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 = 𝐺𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎
𝛾𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎
1348 𝑘𝑔/𝑚3
𝑉𝑃1𝑚3 = 1𝑚 −
= 0.5045 𝑚3
2.721 ∗ 1000 𝑘𝑔/𝑚3
3
53
Esto quiere decir que el volumen de pasta coincide con el porcentaje de vacíos que
presenta la arena (expresado en el capítulo II, sección 2.2.4) indicando un valor de
50.45% de vacíos que debe de ser rellenado con el volumen de pasta; es decir que, para
1m3 de mortero, los vacíos serian un total de 0.5045m3.
B. Volumen de pasta para 1 bolsa de cemento
Posteriormente se calcula el volumen de pasta para 1 bolsa de cemento, donde
primeramente se calcula el volumen de cemento para 1 bolsa y luego se calcula el
volumen de agua para 1 bolsa partiendo de cada una de las relaciones A/C
seleccionadas. La suma de estos dos volúmenes será igual al volumen de pasta para 1
bolsa de cemento.
Ecuación 17 Volumen de cemento por bolsa
𝑉𝐶𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎 =
𝑊𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝐺𝑒𝑐 ∗ 𝛾𝑎𝑔𝑢𝑎
Donde:
𝑊𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑢𝑛𝑎 𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎
𝐺𝑒𝑐 = 𝐺𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝑉𝐶𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎 =
42.5 𝑘𝑔
= 0.0134 𝑚3
3.176 ∗ 1000 𝑘𝑔/𝑚3
Ecuación 18 Peso del agua por bolsa
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎 = 𝑅
𝐴
∗ 𝑊𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝐶
Donde:
𝑅
𝐴
= 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝐴𝑔𝑢𝑎/𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑠𝑒𝑙𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑎 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑟
𝐶
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎 = 0.45 ∗ 42.5 𝑘𝑔 = 19.125 𝑘𝑔
54
Ecuación 19 Volumen de agua para 1 bolsa
𝑉𝑎𝑔𝑢𝑎𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎 =
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎
𝛾𝑎𝑔𝑢𝑎
Donde:
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝐴
𝑝𝑟𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑚𝑢𝑙𝑡𝑖𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑢𝑛𝑎 𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎
𝐶
𝑉𝑎𝑔𝑢𝑎𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎 =
19.125 𝑘𝑔
= 0.0191 𝑚3
3
1000 𝑘𝑔/𝑚
Por lo tanto:
Ecuación 20 Volumen de pasta
𝑉𝑃𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎 = 𝑉𝐶𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎 + 𝑉𝑎𝑔𝑢𝑎𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎
𝑉𝑃𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎 = 0.0134 𝑚3 + 0.0191 𝑚3 = 0.0325 𝑚3
C. Volumen de cemento y agua para 1m3 de mezcla
Ecuación 21 Volumen de cemento para 1m3 de mezcla
𝑉𝐶1𝑚3 =
𝑉𝐶1𝑚3 =
𝑉𝐶𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎 ∗ 𝑉𝑃1𝑚3
𝑉𝑃𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎
0.0134 𝑚3 ∗ 0.5045 𝑚3
= 0.208 𝑚3
0.0325 𝑚3
Ecuación 22 Volumen de agua para 1m3 de mezcla
𝑉𝑎𝑔𝑢𝑎1𝑚3 =
𝑉𝑎𝑔𝑢𝑎1𝑚3 =
𝑉𝑎𝑔𝑢𝑎𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎 ∗ 𝑉𝑃1𝑚3
𝑉𝑃𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎
0.0191 𝑚3 ∗ 0.5045 𝑚3
= 0.2965 𝑚3
0.0325 𝑚3
D. Peso del cemento, arena y agua para 1m3 de mezcla
Para calcular el peso del cemento para 1m3 de mezcla se necesita conocer la gravedad
especifica del cemento, el volumen del cemento para 1m3 de mezcla y el peso específico
del agua.
55
Ecuación 23 Peso del cemento para 1m3 de mezcla
𝑊𝑐1𝑚3 = 𝐺𝑒𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 ∗ 𝑉𝐶1𝑚3 ∗ 𝛾𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑊𝑐1𝑚3 = 3.176 ∗ 0.208 𝑚3 ∗ 1000
𝑘𝑔
= 660.608 𝑘𝑔
𝑚3
Ecuación 24 Peso de la arena para 1m3 de mezcla
𝑊𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎1𝑚3 = 𝑃𝑉𝑆𝑆𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 ∗ 𝑉𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎1𝑚3
Donde:
𝑉𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎1𝑚3 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 1𝑚3 = 1𝑚3
𝑊𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎1𝑚3 = 1348.333
𝑘𝑔
∗ 1 𝑚3 = 1348.333 𝑘𝑔
𝑚3
Ecuación 25 Peso del agua para 1m3 de mezcla
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎1𝑚3 = 𝑅
𝐴
∗ 𝑊𝑐1𝑚3
𝐶
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎1𝑚3 = 0.45 ∗ 660.608 𝑘𝑔 = 297.274 𝑘𝑔 𝑜 𝑙𝑡𝑠
E. Corrección de la cantidad de agua para 1m3 de mezcla
Ecuación 26 Peso del agua corregida por absorción para 1m3 de mezcla
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙1𝑚3 = 𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎1𝑚3 + 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎 − ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑
Donde:
𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎 = 𝑃𝑉𝑆𝑆 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑚𝑢𝑙𝑡𝑖𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑎 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎
ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 = 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑜 = 0
Ecuación 27 Agua absorbida
𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎 = 𝑊𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎1𝑚3 ∗ %𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎
𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎 = 1348.333 𝑘𝑔 ∗
9.23
= 124.45 𝑘𝑔 𝑜 𝑙𝑡𝑠
100
Cabe destacar que el %Absorción de la arena se calculó en el capítulo II, sección 2.2.3.
56
Siguiendo con la ecuación, se obtiene:
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙1𝑚3 = 297.274 𝑙𝑡𝑠 + 124.45𝑙𝑡𝑠 = 421.724 𝑙𝑡𝑠
El contenido de humedad de la arena no se tomó en cuenta ya que el agregado se secó
en el horno antes de realizar las mezclas de mortero y concreto celular, por lo tanto, la
humedad presente en el agregado no existirá.
F. Corrección de la cantidad de agua para 1 bolsa de cemento
Corrigiendo la cantidad de agua para 1 bolsa de cemento se toma en cuenta el peso de
la bolsa de cemento, el peso del agua para 1m3 corregido por absorción y el peso del
cemento para 1m3 de mezcla.
Ecuación 28 Peso del agua corregida para una bolsa de cemento
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 =
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 =
𝑊𝐶𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎 ∗ 𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙1𝑚3
𝑊𝑐1𝑚3
42.5 𝑘𝑔 ∗ 421.724 𝑙𝑡𝑠
= 27.131𝑙𝑡𝑠
660.608 𝑘𝑔
G. Volumen suelto de los materiales
A continuación, se calcularán los espacios que ocuparán cada material en la mezcla de
mortero:
Ecuación 29 Volumen del cemento
𝑉𝑠𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 =
𝑉𝑠𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 =
𝑊𝑐1𝑚3
𝑃𝑉𝑆𝑆𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
660.608 𝑘𝑔
= 0.582 𝑚3
1135 𝑘𝑔/ 𝑚3
Ecuación 30 Volumen de la arena
𝑉𝑠𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 =
𝑉𝑠𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 =
𝑊𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎1𝑚3
𝑃𝑉𝑆𝑆𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎
1348.333 𝑘𝑔/ 𝑚3
=1
1348.333 𝑘𝑔/ 𝑚3
57
Ecuación 31 Volumen del agua
𝑉𝑠𝑎𝑔𝑢𝑎 =
𝑉𝑠𝑎𝑔𝑢𝑎 =
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎1𝑚3
𝑃𝑉𝑎𝑔𝑢𝑎
421.724 𝑘𝑔
= 0.4217 𝑚3
1000𝑘𝑔/ 𝑚3
A continuación, se detallan los valores calculados en este capítulo para la relación
A/C=0.45 y se utilizó el mismo procedimiento para encontrar los datos de las demás
relaciones A/C:
58
Tabla 31 Diseño de mortero inicial para la R A/C=0.45
Tabla 32 Diseño de mortero inicial para la R A/C=0.50
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia
59
Tabla 33 Diseño de mortero inicial para la R A/C=0.55
Tabla 34 Diseño de mortero inicial para la R A/C=0.60
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia
60
3.2. Diseño de mortero por ACI 523.3r-14 basado en la densidad del mortero inicial
El diseño de mezcla siguiente tiene como objetivo llegar a una densidad de mezcla teórica
que satisfaga la normativa ACI 523.3R-14 y, enfocándose a la misma vez en el peso
específico o densidad del mortero inicial, tomando los pesos de cemento, agua y arena
para un volumen igual a 1m3 de mezcla (donde estos valores fueron calculados
anteriormente en el capítulo III, sección 3.1.3, tabla 31, 32 , 33 y 34), con la finalidad de
llegar a un volumen que esté ligado directamente a la densidad propuesta para factores
de comparación con las mezclas de concreto celular.
3.2.1. Propuesta de densidad de diseño
Para elegir la densidad de diseño, se indagaron los parámetros de resistencia a la
compresión para mortero según el Reglamento Nacional de Construcción (2007) donde
indica. “Los morteros que se empleen en los elementos estructurales de mampostería,
deberán de cumplir con una resistencia a la compresión no menor de 120kg/cm2 a los 28
días de edad”. (p.56). Luego, teniendo la resistencia límite, se procedió a seleccionar la
densidad de diseño, donde se ocupó la normativa ACI 523.3R-14, sección 6, descrita a
continuación en la tabla 35:
Tabla 35 Composición y propiedades del concreto celular
Fuente: ACI 523.3R-14
A como se puede apreciar la densidad subrayada de 1760 kg/m3 fue seleccionada como
la densidad de diseño para mezclas de mortero, ya que dicta un esfuerzo a la compresión
estimado de 2600psi (183kg/cm2), es decir un valor mayor a la resistencia límite dictada
61
por la RNC-07, y, a la misma vez es una densidad relativamente baja que es lo que se
busca para tener condiciones iguales de diseño en mortero y concreto celular.
3.2.2. Diseño de mezclas
A. Volumen de mezcla de mortero teórica
Se propone calcular un volumen de mezcla de mortero teórico con el objetivo de alcanzar
una densidad de 1760kg/m3; para ello, primeramente, partiendo de los pesos de
cemento, agua y arena para un volumen igual a 1m3 de mezcla descritos en las tablas
31, 32, 33 y 34 del capítulo III, sección 3.1.3, se calculan densidades a como se describe
a continuación:
Ecuación 32 Densidad de mortero
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 =
∑𝑃𝑚𝑎𝑡1𝑚3
𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 0
Donde:
∑𝑃𝑚𝑎𝑡1𝑚3
= 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜, 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑦 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 1𝑚3 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝐴
𝐶
(𝑣𝑒𝑟 𝑐𝑎𝑝. 𝐼𝐼𝐼, 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 31)
𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 0 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 1𝑚3
Por lo tanto:
∑𝑃𝑚𝑎𝑡1𝑚3 = 660.608 𝑘𝑔 + 421.724 𝑘𝑔 + 1348.333 𝑘𝑔 = 2430.665𝑘𝑔
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 =
2430.665 kg
= 2430.665 kg/𝑚3
1𝑚3
Para las demás relaciones A/C, usando la misma ecuación se obtiene:
62
Tabla 36 Densidades de mortero según características de las materias primas
Relación A/C=0.45
Relación A/C=0.50
Relación A/C=0.55 Relación A/C=0.60
Fuente: Elaboración propia
Luego, para llegar al volumen ligado a una densidad de 1760kg/m3, se calcula el volumen
de mezcla de mortero teórico multiplicando el volumen de 1m3 por la densidad de diseño
propuesta (1760kg/m3) y dividiéndolo entre la densidad de mezcla de mortero obtenida
anteriormente. Los resultados mostrados a continuación son realizados en base a una
relación A/C=0.45:
Ecuación 33 Volumen de mezcla de mortero teórico
𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 =
𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 0 ∗ 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 𝑝
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜
Donde:
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 𝑝 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛 𝐴𝐶𝐼 523.3𝑅 − 14
= 1760𝑘𝑔/𝑚3
1𝑚3 ∗ 1760 𝑘𝑔/𝑚3
𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 =
= 0.7241𝑚3
3
2430.665 𝑘𝑔/𝑚
A como se puede observar, para obtener una densidad de 1760kg/m3, el volumen de
mezcla de mortero tiene que ser de 0.7241m3, es decir que el volumen es menor a 1m3
y por ende los pesos de cemento, arena y agua serán menores.
A continuación, para el cálculo del peso del cemento, arena y agua, se utilizarán algunos
pesos de la tabla 31 descritas en el capítulo III, sección 3.1.3:
63
B. Peso del cemento
Ecuación 34 Peso del cemento
𝑊𝑐 =
𝑊𝑐 1𝑚3 ∗ 𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜
𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 0
Donde:
𝑊𝑐 1𝑚3
= 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 1𝑚3 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 31, 𝑐𝑎𝑝𝑖𝑡𝑢𝑙𝑜 𝐼𝐼𝐼, 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 3.1.3
•
Peso del cemento para Relación A/C=0.45
𝑊𝑐 1𝑚3 = 660.608𝑘𝑔
Y utilizando la ecuación anterior, se obtiene:
660.608𝑘𝑔 ∗ 0.7241𝑚3
𝑊𝑐 =
= 478.346 𝑘𝑔
1𝑚3
C. Peso de arena
Ecuación 35 Peso de arena
𝑊𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 =
𝑊𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 1𝑚3 ∗ 𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜
𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 0
Donde:
𝑊𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 1𝑚3
= 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 1𝑚3 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 31, 𝑐𝑎𝑝𝑖𝑡𝑢𝑙𝑜 𝐼𝐼𝐼, 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 3.1.3
•
Peso de la arena para Relación A/C=0.45
𝑊𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 1𝑚3 = 1348.333 𝑘𝑔
Y utilizando la ecuación anterior, se obtiene:
1348.333 𝑘𝑔 ∗ 0.7241𝑚3
𝑊𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 =
= 976.328 𝑘𝑔
1𝑚3
64
D. Peso del agua
Ecuación 36 Peso del agua
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 =
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙1𝑚3 ∗ 𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜
𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 0
Donde:
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙1𝑚3
= 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 1𝑚3 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 31, 𝑐𝑎𝑝𝑖𝑡𝑢𝑙𝑜 𝐼𝐼𝐼, 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 3.1.3
•
Peso del agua para Relación A/C=0.45
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙1𝑚3 = 421.724 𝑘𝑔
Y utilizando la ecuación anterior, se obtiene:
421.724 𝑘𝑔 ∗ 0.7241𝑚3
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 =
= 305.370 𝑘𝑔
1𝑚3
A continuación, se detallan los valores calculados en este capítulo para la relación
A/C=0.45 y se utilizó el mismo procedimiento para encontrar los datos de las demás
relaciones A/C (tablas 37 y 38).
65
Tabla 37 Diseño de mortero por ACI 523.3R-14 basado en la densidad del mortero
inicial para R A/C=0.45 y R A/C=0.50
Fuente: Elaboración propia
Tabla 38 Diseño de mortero por ACI 523.3R-14 basado en la densidad del mortero
inicial para R A/C=0.55 y R A/C=0.60
Fuente: Elaboración propia
66
CAPITULO IV: DISEÑOS DE MEZCLAS DE CONCRETO CELULAR
Para iniciar a diseñar las mezclas de concreto celular según la ACI 523.3R-14 y ASTM
C796, se necesitó obtener una densidad de espuma óptima; por lo cual, se trabajaron los
equipos que generan esta espuma tan importante en las mezclas de concreto celular, a
como se explica a continuación.
4.1. Equipo generador de aire
El compresor de aire utilizado en la investigación, un modelo de 50 litros de la marca
TRUPER, desempeña una función clave al generar aire comprimido de alta presión. Su
presión máxima es de 116 PSI, lo que lo convierte en un generador eficiente para la
producción de la espuma necesaria en el concreto celular.
Tabla 39 Ficha técnica de compresor TRUPER
Fuente: TRUPER
La normativa ASTM C796 (1997) afirma. “Se deberá hacer uso de una máquina con
fuente de aire comprimido capaz de mantener presiones dentro del rango de 60 a 100 psi
(0.4 a 0.7 MPa)” (p.2). En este caso, el compresor de aire cumple con el rango
mencionado.
Esta presión de aire debe pasar por una manguera que soporte su magnitud, por ende,
en esta investigación se instaló una manguera de hule para compresor marca TRUPER
de 3/8” de diámetro.
68
Figura 20 Compresor TRUPER utilizado
Fuente: Elaboración propia
4.2. Equipo generador de espuma
Para la investigación actual se fabricó un generador de espuma para trabajar de forma
óptima dentro de los rangos de presión de aire que establece la norma ASTM C796-97,
por lo que se consideró la calidad, practicidad, simplicidad y resistencia ante fuentes de
aire presurizado que pueden causar un desgaste en los componentes internos.
Se diseñó un generador de espuma para concreto celular, basado en un video tutorial de
Greenshortz DIY titulado “How To Make A Simple Aircrete Foam Generator |
FrankenFoam” (2021) y una guía de elaboración paso a paso de Greenshortzdiy.com
(2021); donde su diseño prioriza materiales de fácil acceso y bajo costo, con un enfoque
en la simplicidad y la resistencia a las presiones de aire. Un plano guía facilita la
comprensión del procedimiento (ver anexos) y a la vez el anexo C.1 explica los materiales
usados. El generador consta de tres partes: sistema de salida de espuma, sistema de
entrada de aire y depósito. Se destaca la importancia del paste de aluminio como
elemento abrasivo para lograr una espuma uniforme.
A. Procedimiento de elaboración
El procedimiento de elaboración se realizó por etapas descritas desde la figura 21 a la
figura 26. Así mismo, en este proceso se expone como sistema de medida oficial el
sistema inglés, debido a que es el trabajado por el fabricante del generador de espuma.
69
Figura 21 Etapa 1: Preparación de los materiales a ocupar en el generador de espuma
Fuente: Elaboración propia
Figura 22 Etapa 2: Ensamblado del sistema de salida del generador de espuma
Fuente: Elaboración propia
70
Figura 23 Etapa 3: Ensamblado del sistema de entrada del generador de espuma
Fuente: Elaboración propia
Figura 24 Etapa 4: Ensamblaje de depósito y cuerpo del generador
Fuente: Elaboración propia
71
Figura 25 Etapa 5: Instalación final del generador de espuma
Fuente: Elaboración propia
Figura 26 Diseño final del Generador de espuma
Fuente: Elaboración propia
4.3. Diseño de mezclas
A. Dosificación óptima para la elaboración de espuma preformada.
En el diseño de espuma preformada para concreto celular, se siguió la norma ASTM
C796, que establece un rango de densidad para la espuma de 32 kg/m3 a 64 kg/m3.
Aunque la norma proporciona pautas, se realizaron ensayos mediante prueba y error para
ajustar el diseño. La presión de aire del compresor, dentro del rango trabajable definido
por la norma y la máxima presión que el compresor puede soportar según el fabricante,
se fijó en 75 kg/cm2 para todos los ensayos, asegurando consistencia. Además, la
dilución de agente espumante y agua, aunque puede variar entre fabricantes, se
estableció inicialmente en una proporción de 1:40 según la norma ASTM C796 para
facilitar la practicidad en el proceso.
72
•
Captación de espuma a tamaño de ensaye
Dicho proceso es importante para la toma de una muestra que no tenga alteraciones en
consistencia o intermitencias en su salida. Primeramente, se analizó el recipiente que
sirvió para captar la espuma y luego el procedimiento a llevar a cabo.
o Volumen del recipiente
Para el diseño de espuma preformada se ocupó un recipiente plástico con volumen
desconocido, por lo que se calculó el volumen a partir de su peso.
Figura 27 Procedimiento realizado para el cálculo de volumen de recipiente
Fuente: Elaboración propia
Se procede a calcular el volumen de recipiente, haciendo uso de la ecuación 38.
Ecuación 37 Volumen de recipiente
𝑉𝑏 =
𝑊𝑏+𝑤 − 𝑊𝑏
𝛾𝑤
Tabla 40 Resumen de datos del recipiente obtenidos
Fuente: Elaboración propia
73
o Proceso de captación de espuma
Figura 28 Procedimiento para elaboración y captación de espuma
Fuente: Elaboración propia
Figura 29 Salida de espuma preformada a través del generador de espuma
Fuente: Elaboración propia
•
Propuestas de dosificaciones
Se diseñaron 3 dosificaciones para las diluciones a emplear, 1:40, 1:20 y 1:10
respectivamente; cada dosificación mantuvo un volumen constante de 500 mililitros de
agua.
o Dosificación 1:40
En base a la norma ASTM C796-97 se empezó a diseñar una dosificación 1:40. Por lo
que se establecieron los volúmenes correspondientes a jabón y agua.
74
Volumen de jabón:
Por medio de una taza medidora con capacidad de 1 litro se vertió el volumen de jabón a
usar, este volumen fue calculado con la ecuación 38.
Ecuación 38 Volumen de jabón
𝑉𝑠 =
𝑉𝑤 ∗ 𝑃𝑎𝑟𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑗𝑎𝑏ó𝑛
𝑃𝑎𝑟𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑉𝑠 =
500 𝑚𝑙 ∗ 1
= 12.5 𝑚𝑙
40
Donde:
𝑉𝑤: 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑃𝑎𝑟𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑗𝑎𝑏ó𝑛: 1
𝑃𝑎𝑟𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎: 40
Peso unitario de espuma:
La norma ASTM C796 establece una fórmula para calcular el peso unitario de la espuma
descrita en la ecuación 39.
Ecuación 39 Peso unitario de la espuma
𝑊𝑢𝑓 =
𝑊𝑢𝑓 =
𝑊𝑓
𝑉𝑏
0.051 𝑘𝑔
𝑘𝑔
= 26.842
0.0019 𝑚3
𝑚3
Peso de espuma:
Para obtener el peso de la espuma se enrasó el recipiente lleno de ésta y se obtuvo el
peso de recipiente más espuma (anexo C.2), luego solo se resta el peso del recipiente
brindado en la tabla 40. Obteniendo los valores descritos en la tabla 41.
75
Tabla 41 Resultados obtenidos para dosificación 1:40
Variable
Vw
Vs
Cantidad
500
12.5
Unidad de medida
ml
ml
Peso unitario de la espuma #1 propuesta
Descripción
Peso de recipiente vacío
Peso de espuma + recipiente enrasado
Peso de espuma enrasada
Peso unitario de espuma
Rango de densidad según ASTM C 796
Valoración final
Variable
Wb
Wf+b
Wf
Wuf
-
Cantidad
0.089
0.140
0.051
26.842
32-64
NO CUMPLE
Unidad de medida
kg
kg
kg
kg/m3
kg/m3
Dosificación 1:40
Dosificación #1 propuesta
Descripción
Volumen de Agua
Volumen de Jabón Dawn Ultra
Fuente: Elaboración propia
De acuerdo a la tabla resumen anterior, el peso unitario de la espuma obtenido no cumple
los rangos que propone la ASTM C796, por lo que se propondrá mayor cantidad de jabón
para el mismo volumen de agua.
Para las siguientes dosificaciones se usaron las mismas fórmulas expuestas
anteriormente, por lo que se resumió a través de tablas generales los resultados
obtenidos.
o Dosificación 1:20
Dosificación #2 propuesta
Descripción
Variable
Cantidad
Volumen de Agua
Vw
500
Volumen de Jabón Dawn Ultra
Vs
25
Peso unitario de la espuma #2 propuesta
Descripción
Variable
Cantidad
Peso de recipiente vacío
Wb
0.089
Peso de espuma + recipiente enrasado
Wf+b
0.144
Peso de espuma enrasada
Wf
0.055
Peso unitario de espuma
Wuf
28.947
Rango de densidad según ASTM C 796
32-64
Valoración final
NO CUMPLE
Unidad de medida
ml
ml
Unidad de medida
kg
kg
kg
kg/m3
kg/m3
Dosificación 1:20
Tabla 42 Resultados obtenidos para dosificación 1:20
Fuente: Elaboración propia
El peso unitario de la espuma no cumple con los rangos establecidos por ASTM C796,
por lo que se aumenta el volumen de jabón.
76
o Dosificación 1:10
Dosificación #3 propuesta
Descripción
Variable
Cantidad
Volumen de Agua
Vw
500
Volumen de Jabón Dawn Ultra
Vs
50
Peso unitario de la espuma #3 propuesta
Descripción
Variable
Cantidad
Peso de recipiente vacío
Wb
0.089
Peso de espuma + recipiente enrasado
Wf+b
0.173
Peso de espuma enrasada
Wf
0.084
Peso unitario de espuma
Wuf
44.211
Rango de densidad según ASTM C 796
32-64
Valoración final
CUMPLE
Unidad de medida
ml
ml
Unidad de medida
kg
kg
kg
kg/m3
kg/m3
Dosificación 1:10
Tabla 43 Resultados obtenidos para dosificación 1:10
Fuente: Elaboración propia
Se puede observar que esta dosificación si cumplió los parámetros establecidos en la
normativa ASTM C796 para la densidad en la espuma, por lo que se concluye trabajar
con una dilución de proporción 1:10 ya que la espuma brinda características de
trabajabilidad óptima para el concreto celular.
Tabla 44 Resumen de densidades de espuma en base a su dosificación
Fuente: Elaboración propia
B. Diseño de mezclas de concreto celular por medio de la guía ACI 523.3R-14
El diseño de mezclas de concreto celular se realizó en base a la tabla 35 de la guía ACI
523.3R-14, denominada Composición y propiedades del concreto celular, donde expresa
las bajas densidades trabajables para el concreto celular.
•
Propuestas de densidad de diseño
Para la propuesta de densidad de diseño, se realizó igual al capítulo III, sección 3.2.1,
donde se tomó una densidad igual a 1760 kg/m3. Y en adición, se diseñó una densidad
77
de 1440 kg/m3, con el objetivo de disminuir el peso de las muestras evaluando otras
propiedades como lo son fluidez, compresión y absorción.
Tabla 45 Densidades escogidas para el diseño de concreto celular
Fuente: Elaboración propia
o Densidad de 1760 kg/m3
Inicialmente, se adoptó una densidad de 1760 kg/m3 para el concreto celular con el fin
de equiparar las condiciones con el mortero diseñado bajo las especificaciones de la ACI.
Sin embargo, al diseñar el concreto celular, surgieron consideraciones clave como el
volumen de aire, rendimiento de espuma y volumen de espuma. El proceso para obtener
las propiedades del concreto celular comienza con el cálculo de su volumen, el cual se
describe a continuación.
Volumen de concreto celular para una R A/C de 0.45
Volumen absoluto de sólidos:
Se calcula el volumen absoluto de sólidos (agua, arena y cemento) en base a la densidad
de 1760 kg/m3, mostrado en la ecuación 40.
Ecuación 40 Volumen absoluto de sólidos
𝑉𝐴 =
𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 0 ∗ 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 𝑝
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜
Donde:
𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 0 : 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 𝑝 : 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜 𝑐𝑒𝑙𝑢𝑙𝑎𝑟
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 : 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
78
𝑉𝐴 =
1𝑚3 ∗ 1760𝑘𝑔/𝑚3
= 0.7241𝑚3
2430.665 𝑘𝑔/𝑚3
Volumen de aire
Ecuación 41 Volumen de aire
𝑉𝑎𝑖𝑟𝑒 = 𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 0 − 𝑉𝐴
𝑉𝑎𝑖𝑟𝑒 = 1 𝑚3 − 0.7241 𝑚3 = 0.2759 𝑚3
Volumen de espuma
Rendimiento de espuma:
El rendimiento de espuma es la relación existente entre la densidad de espuma teórica y
la densidad de espuma de ensayo, no obstante, la guía ACI 523.3R-14 indica que “para
agentes espumantes satisfactorios suele ser aproximadamente de 0.95” (2014, p.10).
Ecuación 42 Volumen de espuma para Relación a/c = 0.45
𝑉𝑓 =
𝑉𝑎𝑖𝑟𝑒
∅𝑓
Donde:
∅𝑓 : 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑝𝑢𝑚𝑎
0.2759 𝑚3
𝑉𝑓 =
= 0.2904𝑚3
0.95
Peso de materiales para una relación A/C de 0.45:
Se tomarán los mismos pesos de cemento, arena y agua expresados en la tabla 37. Por
lo que a manera de resumen se expresan los pesos en la tabla 46.
79
Tabla 46 Peso de materiales para una relación de a/c de 0.45
Fuente: Elaboración propia
Peso de espuma:
Como factor cambiante, a continuación, se calcula el peso de espuma a ser agregado en
la mezcla.
Ecuación 43 Peso de espuma para Relación a/c = 0.45
𝑊𝑓 = 𝑉𝑓 ∗ 𝑊𝑢𝑓
𝑊𝑓 = 0.2904 𝑚3 ∗ 44.211
𝐾𝑔
= 12.839 𝑘𝑔
𝑚3
Corrección por agua
Se reduce el peso de agua de diseño proporcionalmente a la cantidad de espuma en la
mezcla para evitar sobre saturación y lograr un equilibrio adecuado en el concreto celular.
Agua corregida
Ecuación 44 Agua corregida
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟. = 𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 − 𝑊𝑓
𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟. = 305.370 𝑘𝑔 − 12.839 𝑘𝑔 = 292.531 𝑘𝑔
Tabla 47 Corrección por peso del agua
CORRECCIÓN POR PESO DEL AGUA
Corrección por peso del agua
Descripción
Cantidad
Agua en espuma
12.839
Agua corregida total
292.531
UNIDAD
kg/m3
kg/m3
Fuente: Elaboración propia
80
Luego se rectifica la densidad teórica de la mezcla de concreto celular de acuerdo a los
pesos obtenidos de cada material en base a 1 m3. Tanto el peso como la densidad se
expresan en la siguiente tabla resumen de concreto celular con corrección
Tabla 48 Relación a/c 0.45, 1760 kg/m3
Tabla 49 Relación a/c 0.50, 1760 kg/m3
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia
81
Tabla 50 Relación a/c 0.55, 1760 kg/m3
Tabla 51 Relación a/c 0.60, 1760 kg/m3
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia
82
o Densidad de 1440 kg/m3
Para el desarrollo del diseño de esta densidad se realiza el mismo procedimiento descrito
en la densidad de 1760 kg/m3. Obteniendo las siguientes tablas.
Tabla 52 Relación a/c 0.45, 1440 kg/m3
Tabla 53 Relación a/c de 0.50, 1440 kg/m3
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia
83
Tabla 54 Relación a/c 0.55, 1440 kg/m3
Tabla 55 Relación a/c 0.60, 1440 kg/m3
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia
84
CAPITULO V: ELABORACIÓN DE MEZCLAS DE MORTERO Y CONCRETO
CELULAR
5.1. Elaboración de mezclas de mortero
El proceso de elaboración se dividirá en dos etapas, la primera es la elaboración de
mezclas del mortero inicial y la segunda es la elaboración de mezclas de mortero
partiendo de los diseños por la normativa ACI 523.3R-14 basado en la densidad de
mortero inicial. En el cual, el proceso de preparación, pesaje, llenado y curado serán
iguales en ambas mezclas, con la diferencia en su trabajabilidad debido a la densidad.
5.1.1. Preparación, selección de los moldes y pesaje de los materiales
A. Preparación de los materiales
Se realizó una preparación previa de los materiales que se ocuparán en la elaboración
de mezclas. En el caso de la arena se cribó por el tamiz No.4 para eliminar aquellas
partículas más gruesas, y, para el cemento, se verificó que éste no estuviera en estado
endurecido o grumoso.
B. Selección de los moldes y pesaje de los materiales
Para la investigación, se eligieron moldes cilíndricos de 3x6 pulgadas, conforme a las
normativas ASTM C780 y C796, para comparar las resistencias a la compresión de
mortero y concreto celular. Después de los diseños de mezcla, se ajustaron los pesos
para especímenes cilíndricos de 3”x6”, seguido por el cálculo del volumen de un cilindro
con esas dimensiones. Este enfoque asegura igualdad de condiciones y facilita la
comparación de propiedades entre las mezclas.
Ecuación 45 Volumen del cilindro
𝑉𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜3"𝑥6" = (π ∗ 𝑅 2 ∗ ℎ)
Donde:
𝑅 = 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 = 1.5" = 0.0381𝑚
ℎ = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 = 6" = 0.1524𝑚
Por lo tanto:
𝑉𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜3"𝑥6" = (3.1416 ∗ 0.03812 ∗ 0.1524) = 0.0007𝑚3
86
Ahora, considerando la cantidad de moldes a llenar por cada relación A/C (que serían 3
moldes por cada edad (7, 14 y 28 días), se procede a calcular el volumen de mortero para
cada edad:
Ecuación 46 Volumen de mortero sin desperdicio
𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜sin 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜 = (No. cilindros ∗ 𝑉𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜3"𝑥6" )
𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜sin 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜 = (3 ∗ 0.0007m3 ) = 0.0021𝑚3
Posteriormente, se propone un factor de desperdicio del 30% al volumen de mezcla, este
factor cubre las pérdidas durante el proceso de elaboración de las mezclas.
Ecuación 47 Volumen de mortero con desperdicio
𝑉𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜con 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜 = (0.0021𝑚3 ∗ 1.3 = 0.00273m3 )
Y se obtienen:
Tabla 56 Volumen de mezcla de mortero de ensayo
Volumen de mezcla de mortero de ensayo
Datos
cantidad
u/m
Numero de cilindros
3
Volumen de mortero sin
desperdicio
0.0021
m3
Factor de desperdicio
1.3
Volumen de mortero con
desperdicio
0.00273
m3
Fuente: Elaboración propia
Una vez calculado el volumen de mortero a ocupar para cada edad (0.00273 m3), se
procede a multiplicar ese volumen por el peso de cada material para 1m3 de mezcla,
detallados en el capítulo III, tablas 31, 32, 33 y 34 de la sección 3.1.3 y los pesos de los
materiales para los volúmenes de mezcla de mortero teórico, detallados en las tablas 37
y 38 del mismo capítulo, sección 3.2.2, para cada relación A/C, obteniendo los pesos
ocupados en la elaboración de mezclas:
87
Tabla 57 Dosificaciones de mezclas de mortero inicial para especímenes cilíndricos de
3”x6”
Fuente: Elaboración propia
Tabla 58 Dosificaciones de mezclas de mortero según ACI 523.3R-14, basadas en la
densidad del mortero inicial, para especímenes cilíndricos de 3”x6”
Fuente: Elaboración propia
88
C. Elaboración de moldes 3”x6”
Dado que es poco común encontrar moldes de 3”x6” en los laboratorios de materiales de
construcción, se realizaron 36 moldes cilíndricos de PVC (ver anexo D.1), utilizando la
normativa ASTM C470, secciones 3, 4 y 5.
5.1.2. Proceso de mezclado
Para el proceso de mezclado en mortero, se ha utilizado la normativa ASTM C305,
sección 8. A como se pudo observar anteriormente, se calculó un volumen de mortero
para 3 especímenes de 3”x6” (Volumen= 0.00273m3) ya que la mezcladora eléctrica
utilizada tiene una capacidad de 4.73 litros o 0.00473m3.
5.1.3. Proceso de llenado y curado
Para el llenado de los moldes primeramente se agregó una capa de aceite y luego se
realizó el procedimiento descrito en la normativa ASTM C780, sección A.6, utilizando los
moldes descritos anteriormente en la sección 5.1.1. Cabe destacar que se llenaron 3
cilindros por cada edad (7, 14 y 28 días), es decir 9 cilindros para cada relación A/C.
Pasadas las 24 horas del retiro de moldes, se pesaron las muestras y se curaron en pilas
con agua, agregando un puño de cal, hasta las edades de compresión correspondientes.
5.2. Elaboración de mezclas de concreto celular
A. Selección de los moldes y pesaje de los materiales
Se utilizarán moldes de 3”x6” para el llenado de especímenes de mortero. La distribución
incluye 3 especímenes por edad (7, 14 y 28 días), totalizando 9 por relación a/c; con 4
relaciones, se obtienen 36 especímenes por densidad. Trabajando con dos densidades,
el total final es de 72 especímenes para concreto celular. A pesar de ello, en la
elaboración de las mezclas se manejaron volúmenes mayores para agilizar el proceso,
sumando 4 mezclados por densidad, con un total de 8 mezclados para todo el concreto
celular mediante un mezclado por relación A/C.
Tomando el volumen del cilindro calculado en la sección anterior, se procede a emplear
las ecuaciones 46 y 47, pero se recalca que para la elaboración de concreto celular se
ocuparon 9 moldes por cada llenada en vez de 3 usada en el mortero convencional.
Obteniéndose la siguiente tabla resumen.
89
Tabla 59 Volumen de mezcla de concreto celular de ensayo
Volumen de mezcla de concreto celular de ensayo
Datos
cantidad
u/m
Numero de cilindros
9
Volumen de concreto celular sin
desperdicio
0.0063
m3
Factor de desperdicio
1.3
Volumen de concreto celular con
desperdicio
0.00819
m3
Fuente: Elaboración propia
Posteriormente se obtienen los pesos de cada material, por lo que se multiplica el
volumen de mezcla de concreto celular de ensayo con desperdicio por la densidad
obtenida de cada material expuestas en el capítulo 4, de la tabla 48 a la tabla 55, sección
4.3, dando como conclusión los valores obtenidos para cada densidad trabajada.
Tabla 60 Dosificaciones finales para la elaboración de mezcla de concreto celular de
1760 kg/m3 y 1440 kg/m3
Fuente: Elaboración propia
90
Para la elaboración de mezclas de concreto celular se enfatiza en 3 etapas muy
importantes, las cuales son el proceso de mezcla, la fundición de las muestras y las
condiciones de curado.
B. Proceso de mezclado
Esta etapa se desarrolló basado en la norma ASTM C796, por lo cual se realizó el
procedimiento descrito a continuación:
Figura 30 Mezclado de concreto celular
Fuente: Elaboración propia
Factores como la arena y el tiempo de mezclado de la misma no son brindados por la
ASTM C796 por lo que los investigadores lo propusieron en base a trabajos de campo e
investigaciones anteriores hechas en la región.
Figura 31 Procedimiento realizado para elaboración de concreto celular
Fuente: Elaboración propia
91
C. Llenado de las muestras
Es muy importante llevar un llenado de muestras que se lleve a cabo satisfactoriamente,
en la investigación actual se elaboró este proceso de acuerdo a la sección 8.8 y sección
8.8.1 de la norma ASTM C796.
D. Condiciones de curado
Para este proceso se alineó a la norma ASTM C780 al igual que el mortero, por lo que se
procuró cumplir con todo el procedimiento que ahí se establece.
92
CAPITULO VI: EVALUACIÓN Y ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES FISICAS Y
MECÁNICAS DEL MORTERO CONVENCIONAL Y CONCRETO CELULAR
6.1. Ensayos del mortero en estado fresco
A. Densidad o peso volumétrico
Se determinaron las densidades de las mezclas siguiendo la normativa ASTM C138,
utilizando 25 golpes de apisonamiento por capa en recipientes de 3 litros. El proceso se
llevó a cabo conforme a las ecuaciones pertinentes para verificar el cumplimiento de las
densidades teóricas establecidas en los diseños.
Ecuación 48 Densidad
𝑌=
𝑀+𝑚𝑎𝑡 − 𝑀
𝑉𝑚
Donde:
𝑀 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒
Cabe destacar que se ocuparon dos diferentes moldes, ya que dichas pruebas se
realizaron tanto en el laboratorio de suelos y materiales de construcción de la UNI-RUPAP
y en el laboratorio de AGRENIC. Ambos moldes se calibraron y se obtuvieron los datos
en la tabla 61.
Tabla 61 Pesos y volúmenes de los moldes utilizados
Descripción Peso molde (kg) Volumen molde (m3)
Molde A
2.168
0.003
Molde 1
1.75
0.0028
Fuente: Elaboración propia
Por lo tanto, usando la ecuación anterior se obtienen:
𝑌𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 00.45 =
9.667 − 2.168
= 2499.800 𝑘𝑔/𝑚3
0.003
94
Tabla 62 Peso volumétrico del mortero inicial
Ensayo No.1. Peso volumetrico del mortero (ASTM C138)
Mezclas de mortero inicial
Proyecto: "Elaboración y análisis de
concreto celular, utilizando jabón
líquido como agente espumante" Variable
Material: mortero
Peso del molde (Kg)
Peso del molde + material (Kg)
Volumen del molde (m3)
Densidad (kg/m3)
Relaciones A/C
0.45
M
M+mat
Vm
Y
0.5
0.55
0.6
2.168
2.168
2.168
2.168
9.667
9.544
9.369
9.251
0.003
0.003
0.003
0.003
2458.733
2400.233
2499.800
2360.887
Fuente: Elaboración propia
Tabla 63 Peso volumétrico del mortero según diseño de la ACI 523.3R-14, basado en la
densidad del mortero inicial
Ensayo No.1. Peso volumetrico del mortero (ASTM C138)
Mezclas de mortero diseñadas según ACI 523.3R-14 basado en la densidad de mortero
inicial
Proyecto: "Elaboración y análisis de
concreto celular, utilizando jabón
líquido como agente espumante" Variable
Material: mortero
Relaciones A/C
0.45
0.5
0.55
0.6
Peso del molde (Kg)
Peso del molde + material (Kg)
M
M+mat
1.7504
6.685
1.7504
6.594
1.7504
6.565
2.168
7.291
Volumen del molde (m3)
Vm
0.0028
0.0028
0.0028
0.003
Densidad (kg/m3)
Y
1762.357 1729.964 1719.321 1707.767
Fuente: Elaboración propia
Analizando las densidades por la normativa ASTM C138, en la sección 7.3 se describe
un rendimiento relativo, que no es más que dividir la densidad obtenida en laboratorio
entre la densidad teórica de diseño, utilizando la ecuación descrita a continuación:
Ecuación 49 Rendimiento relativo
𝑅𝑦 = 𝑌/𝑌𝑑
95
𝑅𝑦𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 00.45 =
2499.800 𝑘𝑔/𝑚3
= 1.03
2430.665 𝑘𝑔/𝑚3
Donde se obtiene:
Tabla 64 Rendimiento real en mezclas de mortero inicial
Rendimiento real en mezclas de mortero inicial
Descripción
Variable
cantidades
Relación A/C
A/C
0.45
0.5
0.55
Densidad de laboratorio (kg/m3)
Y
2499.800 2458.733
2400.233
Densidad de diseño (kg/m3)
Yd
2430.665 2400.811
2377.101
Rendimiento
Ry
1.03
1.02
1.01
0.6
2360.887
2355.965
1
Fuente: Elaboración propia
Tabla 65 Rendimiento real en mezclas diseñadas según ACI 523.3R-14 basado en la
densidad de mortero inicial
Rendimiento real en mezclas de mortero diseñadas según ACI 523.3R-14 basado en la densidad
de mortero inicial
cantidades
Descripción
Variable
Relación A/C
A/C
0.45
0.5
0.55
0.6
Densidad de laboratorio (kg/m3)
Y
1762.357
1729.964
1719.321
1707.767
Densidad de diseño (kg/m3)
Rendimiento
Yd
Ry
1760.044
1
1760.035
0.98
1760.006
0.98
1759.906
0.97
Fuente: Elaboración propia
Según la sección 7.3 de la normativa ASTM C138, un valor de Ry mayor que 1 indica
exceso de mortero, mientras que un valor menor que 1 indica que la densidad es menor
que la diseñada. Los resultados muestran valores cercanos a la unidad, indicando que
las densidades de laboratorio están dentro de rangos tolerables en comparación con los
de diseño. Además, se observa que a medida que la relación A/C aumenta, la densidad
tiende a disminuir debido a la reducción de la cantidad de cemento y el aumento de agua,
lo que afecta el peso volumétrico de la mezcla.
B. Temperatura
Este procedimiento se realiza con el objetivo de tener un control en la consistencia, ya
que muchas veces si la mezcla está en un estado frio puede volverse muy rígida y difícil
96
de manejar, aumentando su volumen; de la misma forma que si se encuentra muy
caliente puede volverse más fluida de lo deseado. Este ensayo fue realizado siguiendo
el procedimiento descrito en la normativa ASTM C1064, y se obtuvieron las siguientes
temperaturas:
Tabla 66 Temperatura en mezclas de mortero inicial
Ensayo No.2.Temperatura en mortero (ASTM C1064)
Temperatura en mortero inicial
Relación A/C
0.45
0.5
0.55
0.6
Temperatura
28.4
28.2
25
28.4
Fuente: Elaboración propia
Tabla 67 Temperatura en mezclas diseñadas por ACI 523.3R-14 basado en la densidad
de mortero inicial
Ensayo No.2.Temperatura en mortero (ASTM C1064)
Temperatura en mortero diseñado por ACI 523.3R-14
basado en la densidad del mortero inicial
Relación A/C
0.45
0.5
0.55
0.6
Temperatura
28.3
27
28
29
Fuente: Elaboración propia
Se empleó la normativa ACI 305, sección 3.2, que establece una temperatura máxima
permisible para el concreto fresco de 35°C. Los valores medidos, como se muestra en
las tablas 66 y 67, se encuentran dentro de este rango, a pesar de que algunas
temperaturas aumentaron debido al horario de las mezclas.
C. Fluidez
Se llevó a cabo un ensayo según la normativa ASTM C1437, utilizando las condiciones
óptimas especificadas por la normativa ASTM C230 para la mesa de fluidez. Mediante
las ecuaciones detalladas en la ASTM C1437, se obtuvieron los resultados.
Ecuación 50 Fluidez del mortero
%𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑒𝑧 =
𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
𝑥100
𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
97
Donde:
𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 𝑃𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 4 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑖𝑛𝑡𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠
𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 = 4" = 10.16𝑐𝑚
Obteniendo:
%𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑒𝑧𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 00.45 =
14.7𝑐𝑚 − 10.160𝑐𝑚
𝑥100 = 45.000
10.160𝑐𝑚
Tabla 68 Fluidez de mortero inicial
Ensayo No.3. Fluidez de las mezclas de mortero ASTM C1437
Fluidez de mortero inicial
Proyecto: "Elaboración y análisis de
concreto celular, utilizando jabón líquido
Relaciones A/C
como agente espumante"
Material: mortero
0.45
0.5
0.55
Diámetro 1 (cm)
15
16
19
Diámetro 2 (cm)
15
15.500 19.000
Diámetro 3 (cm)
14.3
15.700 18.700
Diámetro 4 (cm)
14.5
15.500 18.600
Diametro promedio final (cm)
14.700
15.700 18.800
Diámetro inicial (cm)
10.160
10.160 10.160
% de Fluidez
45.000
55.000 85.000
0.6
21.5
21.400
21.500
21.400
21.500
10.160
112.000
Fuente: Elaboración propia
Tabla 69 Fluidez para mezclas diseñadas por ACI 523.3R-14 basado en la densidad del
mortero inicial
Ensayo No.3. Fluidez de las mezclas de mortero ASTM C1437
Fluidez para mezclas de mortero por ACI 523.3R-14 basado en la densidad del
mortero inicial
Proyecto: "Elaboración y análisis de
concreto celular, utilizando jabón líquido
Relaciones A/C
como agente espumante"
Material: mortero
0.45
0.5
0.55
0.6
Diámetro 1 (cm)
17.9
19.4
22.5
23.8
Diámetro 2 (cm)
18.300
20.000 21.500 23.900
Diámetro 3 (cm)
18.200
20.000 22.000 23.900
Diámetro 4 (cm)
18.700
20.000 21.200 24.000
Diametro promedio final (cm)
18.300
19.900 21.800 23.900
Diámetro inicial (cm)
10.160
10.160 10.160 10.160
% de Fluidez
80.000
96.000 115.000 135.000
Fuente: Elaboración propia
98
Las tablas 68 y 69 revelan que las mezclas de mortero inicial, con densidades mayores
en comparación a las obtenidas por ACI 523.3R-14 (1760 kg/m3), fueron menos fluidas.
Además, se observa que a medida que la relación A/C aumenta, la fluidez también
aumenta, debido a la disminución del contenido de cemento y al aumento de agua. Según
la normativa ASTM C270, que establece un flujo de 110±5%, la relación A/C=0.60 cumple
con este porcentaje en las mezclas de mortero inicial, y las relaciones A/C=0.55 y
A/C=0.60 en las mezclas diseñadas por ACI 523.3R-14 también satisfacen esta
condición.
6.2. Ensayos del mortero en estado endurecido
A. Resistencia a la compresión
Este ensayo se realiza aplicando el procedimiento establecido en la normativa ASTM
C780, en el cual, a como se explicó anteriormente, se trabajaron con especímenes de
3”x6”. Las resistencias a la compresión se hicieron a los 7, 14 y 28 días después de la
elaboración de las mezclas, y, aplicando la ecuación siguiente:
Ecuación 51 Resistencia a la compresión
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 =
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑢𝑝𝑡𝑢𝑟𝑎
𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒
Donde:
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑢𝑝𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎
𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜 = 𝜋𝑟 2 = 7.0686𝑖𝑛2
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑀1−04571 =
4910 𝑙𝑏𝑓
= 694.62 𝑝𝑠𝑖 = 48.84 𝑘𝑔/𝑐𝑚2
7.0686𝑖𝑛2
Según la RNC (2007). “Los morteros que se empleen en los elementos estructurales de
mampostería deben de tener una resistencia a la compresión no menor de 120kg/cm2 a
los 28 días” (p. 56).
99
Tabla 70 Resistencia a la compresión en mortero inicial
Ensayo No.4.Resistencias a la compresion (ASTM C780)
Resistencia a la compresion en mortero inicial
Relación A/C Identificacion Edad (días) Carga de ruptura (Lbf) Resistencia (Psi) Resistencia (kg/cm2) Promedio (kg/cm2)
M1-0.4571
4910
694.62
48.84
M1-0.4572
4180
591.35
41.58
7
44.89
M1-0.4573
4450
629.54
44.26
6800
962
67.64
M2-0.45141
6530
923.8
64.95
0.45
M2-0.45142
14
67.54
7040
995.95
70.02
M2-0.45143
M3-0.45281
11950
1690.58
118.86
M3-0.45282
11310
1600.03
112.5
28
113.36
M3-0.45283
10930
1546.28
108.72
M1-0.5071
5460
772.43
54.31
M1-0.5072
5720
809.21
56.89
7
54.14
M1-0.5073
5150
728.57
51.22
9120
1290.21
90.71
M2-0.50141
8300
1174.21
82.56
0.50
M2-0.50142
14
87.73
9040
1278.9
89.92
M2-0.50143
M3-0.50281
12880
1822.14
128.11
M3-0.50282
13190
1866
131.2
28
131.56
M3-0.50283
13610
1925.42
135.37
M1-0.5571
6820
964.83
67.84
M1-0.5572
7370
1042.64
73.31
7
72.75
M1-0.5573
7750
1096.4
77.09
9680
1369.44
96.28
M2-0.55141
8990
1271.82
89.42
0.55
M2-0.55142
14
92.87
9340
1321.34
92.9
M2-0.55143
M3-0.55281
14930
2112.16
148.5
M3-0.55282
15120
2139.04
150.39
28
147.61
M3-0.55283
14470
2047.08
143.93
M1-0.6071
8150
1152.99
81.07
M1-0.6072
8900
1259.09
88.52
7
83.09
M1-0.6073
8010
1133.18
79.67
13970
1976.35
138.95
M2-0.60141
14740
2085.28
146.61
0.6
M2-0.60142
14
144.62
14910
2109.33
148.3
M2-0.60143
M3-0.60281
18700
2645.5
186
M3-0.60282
17920
2535.16
178.24
28
181.96
M3-0.60283
18260
2583.26
181.63
Fuente: Elaboración propia
La tabla 70 muestra que, a medida que la relación A/C aumenta en el mortero inicial, la
resistencia a la compresión también aumenta, contradiciendo el comportamiento
esperado. Este fenómeno se atribuye a la menor fluidez de las mezclas de mortero inicial
en comparación con el mortero por la ACI 523.3R-14. La falta de fluidez podría resultar
en muestras secas, afectando la conformación de las partículas en los moldes y
generando más espacios vacíos (figura 32), lo que contribuye a una menor resistencia a
la compresión a menores relaciones A/C.
100
Figura 32 Diferencia en la conformación de la mezcla de mortero inicial entre una
muestra de 0.45 y una de 0.60
Fuente: Elaboración propia
Caso contrario y de acuerdo con muchas bibliografías sobre este tema, se encontró que
en los resultados obtenidos en la tabla 71 (ACI), a menor relación A/C, la resistencia a la
compresión aumentó, ya que en este mortero la fluidez es mayor en comparación con el
mortero inicial, haciendo que las partículas se acomoden mejor en los moldes, pero la
resistencia disminuye a mayor relación A/C por el exceso de agua presente. Por lo tanto,
se analiza que, si la fluidez es menor al rango de 110±5%, la compresión no siempre
disminuirá, y si estas son mayores a los 110±5%, la compresión no siempre aumentará,
ya que el cemento disminuye.
101
Tabla 71 Resistencia a la compresión en mortero diseñado por ACI 523.3R-14 basada
en la densidad del mortero inicial
Ensayo No.4.Resistencias a la compresion (ASTM C780)
Resistencia a la compresión de mortero por ACI 523.3R-14 basado en la densidad del mortero inicial
Relación A/C Identificacion Edad (días) Carga de ruptura (Lbf) Resistencia (Psi) Resistencia (kg/cm2) Promedio (kg/cm2)
ML-0.4571
15950
2256.46
158.65
ML-0.4572
17020
2407.83
169.29
7
165.18
ML-0.4573
16850
2383.78
167.6
21940
3103.87
218.23
ML-0.45141
22420
3171.77
223
0.45
ML-0.45142
14
223.3
22990
3252.41
228.67
ML-0.45143
ML-0.45281
25960
3672.58
258.21
ML-0.45282
27000
3819.71
268.56
28
264.55
ML-0.45283
26830
3795.66
266.87
ML-0.5071
14730
2083.86
146.51
ML-0.5072
14110
1996.15
140.35
7
145.92
ML-0.5073
15170
2146.11
150.89
18720
2648.33
186.2
ML-0.50141
19110
2703.51
190.08
0.5
ML-0.50142
14
186.33
18370
2598.82
182.72
ML-0.50143
ML-0.50281
23990
3393.88
238.62
ML-0.50282
24750
3501.4
246.18
28
244.82
ML-0.50283
25100
3550.92
249.66
ML-0.5571
13540
1915.51
134.68
ML-0.5572
14080
1991.91
140.05
7
137.36
ML-0.5573
13810
1953.71
137.36
15630
2211.19
155.47
ML-0.55141
17050
2412.08
169.59
0.55
ML-0.55142
14
164.12
16820
2379.54
167.3
ML-0.55143
ML-0.55281
22160
3134.99
220.42
ML-0.55282
21940
3103.87
218.23
28
217.1
ML-0.55283
21380
3024.64
212.66
ML-0.6071
12750
1803.75
126.82
ML-0.6072
13480
1907.03
134.08
7
130.4
ML-0.6073
13100
1853.27
130.3
14650
2072.55
145.72
ML-0.60141
15540
2198.46
154.57
0.6
ML-0.60142
14
153.24
16030
2267.78
159.44
ML-0.60143
ML-0.60281
21170
2994.94
210.57
ML-0.60282
19990
2828
198.83
28
205.1
ML-0.60283
20700
2928.44
205.89
Fuente: Elaboración propia
Verificando las resistencias promedios obtenidos en la tabla 70, la tabla 71 y la normativa
RNC-07, se observa que, en el mortero inicial, únicamente la relación A/C= 0.45 no
supera el valor de resistencia a los 28 días; y, en el mortero diseñado por la ACI 523.3R14, todas las relaciones A/C tienen una resistencia mayor a la descrita en la normativa
(ver gráficos detallados a continuación).
102
Gráfico 4 Resistencia a la compresión en mortero inicial
Fuente: Elaboración propia
Gráfico 5 Resistencia a la compresión en mortero diseñado por ACI 523.3R-14 y
densidad del mortero inicial
Fuente: Elaboración propia
Como ultimo análisis en las compresiones, se observa un mayor esfuerzo a la compresión
en el mortero diseñado por la ACI que en el mortero inicial, ya que a como se mencionó
anteriormente, en el mortero inicial hubieron muestras más secas haciendo que
aumentaran los espacios vacíos, mientras que en las mezclas de mortero por ACI había
mayor cantidad de agua, haciendo que las partículas se acomodaran mejor.
103
6.3. Ensayos del concreto celular en estado fresco
A. Densidad o peso volumétrico
Durante la descarga de la mezcla de concreto celular, se siguió con la ASTM C796 para
el pesaje. Luego, usando la ecuación 48 basada en la ASTM C138, así como los moldes
empleados en el mortero, se calculó la densidad de ensayo. Se verificó el peso
volumétrico para cada relación A/C, asegurándose de cumplir con la densidad ACI
523.3R-14. Los resultados se obtuvieron según estos procedimientos establecidos.
Tabla 72 Peso volumétrico de concreto celular para una densidad de 1760 kg/m3
Ensayo No.1. Peso volumetrico del concreto celular (ASTM C138)
Proyecto: "Elaboración y análisis Densidad de 1760 Kg/m3
de concreto celular, utilizando jabón
Relaciones A/C
líquido como agente espumante"
Variable
Material: Concreto celular
0.45
0.5
0.55
Peso del molde (Kg)
M
2.168
2.168
2.168
Peso del molde + material (Kg)
M+mat
7.388
7.342
7.317
Volumen del molde (m3)
Vm
0.0030
0.0030
0.0030
Densidad (kg/m3)
Y
1740.067 1724.533 1716.167
0.6
1.7504
6.509
0.0028
1699.500
Fuente: Elaboración propia
Tabla 73 Peso volumétrico de concreto celular para una densidad de 1440 kg/m3
Ensayo No.1. Peso volumetrico del concreto celular (ASTM C138)
Densidad de 1440 Kg/m3
Proyecto: "Elaboración y análisis
de concreto celular, utilizando jabón Variable
líquido como agente espumante"
Material: Concreto celular
Peso del molde (Kg)
M
Peso del molde + material (Kg)
M+mat
Volumen del molde (m3)
Vm
Densidad (kg/m3)
Y
Relaciones A/C
0.45
1.7504
5.788
0.0028
1442.071
0.5
2.168
6.428
0.003
1419.933
0.55
2.168
6.372
0.003
1401.467
0.6
1.7504
5.539
0.0028
1352.929
Fuente: Elaboración propia
Mediante los resultados obtenidos se observa una variación entre cada una de las
densidades desarrolladas, sin embargo, se analizará el rendimiento de la mezcla que
otorga un rango aceptable de trabajabilidad con dichas densidades. Para lo que se lleva
el mismo procedimiento que mortero y aplicándose la Ecuación 49.
104
Tabla 74 Rendimiento real en mezclas de concreto celular con densidad de 1760 kg/m3
Rendimiento real en mezclas de concreto celular
Densidad de 1760 Kg/m3
Relaciones A/C
Descripción
Variable
0.45
0.5
0.55
Densidad de laboratorio (kg/m3)
Y
1740.067 1724.533 1716.167
Densidad de diseño (kg/m3)
Yd
1760.044 1760.035 1760.006
Rendimiento
R𝛾
0.989
0.980
0.975
0.6
1699.500
1759.906
0.966
Fuente: Elaboración propia
Tabla 75 Rendimiento real en mezclas de concreto celular con densidad de 1440 kg/m3
Rendimiento real en mezclas de concreto celular
Densidad de 1440 Kg/m3
Relaciones A/C
Descripción
Variable
0.45
0.5
0.55
Densidad de laboratorio (kg/m3)
Y
1442.071 1419.933 1401.467
Densidad de diseño (kg/m3)
Yd𝛾
1439.925 1440.006 1440.047
Rendimiento
R
1.001
0.986
0.973
0.6
1352.929
1439.966
0.940
Fuente: Elaboración propia
Los resultados arrojan buenos indicios ya que el valor esperado para el rendimiento real
debe rondar cercano a 1.
B. Temperatura
Dicho ensayo se realizó en base a la misma normativa ASTM C1064.
Tabla 76 Temperatura de concreto celular para densidad de 1760 kg/m3
Ensayo No.2.Temperatura en concreto celular (ASTM C1064)
Temperatura en concreto celular con densidad de 1760 kg/m3
Relación A/C
0.45
0.5
0.55
0.6
28.4
28.8
28.6
28.6
Temperatura
Fuente: Elaboración propia
Tabla 77 Temperatura de concreto celular para densidad de 1440 kg/m3
Ensayo No.2.Temperatura en concreto celular (ASTM C1064)
Temperatura en concreto celular con densidad de 1440 kg/m3
Relación A/C
0.45
0.5
0.55
0.6
28.7
28.5
28.5
28.4
Temperatura
Fuente: Elaboración propia
105
Los resultados obtenidos fueron verificados con la normativa ACI 305, mostrando que las
temperaturas de las mezclas son satisfactorias. La temperatura en estado fresco es
crucial para el concreto celular, ya que altas temperaturas podrían causar pérdida de
agua temprana y contracción por secado, llevando a fisuras en el elemento debido a la
integración de burbujas en su estructura.
C. Fluidez
En el caso del concreto celular, se destaca su capacidad autocompactante, lo que le
permite llenarse sin necesidad de vibración o compactación. Se evaluó su fluidez
siguiendo los procedimientos de las normas ASTM C230 y C1437, y se guió por un rango
de fluidez según la norma ASTM C270, similar al enfoque utilizado para el mortero.
Aunque la guía ACI no proporciona un rango de fluidez específico, se subraya la
importancia de esta característica, ya que está directamente relacionada con la
resistencia a la compresión óptima en el concreto celular.
Tabla 78 Fluidez de concreto celular para densidad de 1760 kg/m3
Ensayo No.3. Fluidez de las mezclas de mortero ASTM C1437
Fluidezy en
concreto
Proyecto: "Elaboración
análisis
de celular con densidad de 1760kg/m3
concreto celular, utilizando jabón
Relaciones A/C
líquido como agente espumante"
Material: mortero
0.45
0.5
0.55
0.6
Diámetro 1 (cm)
Diámetro 2 (cm)
Diámetro 3 (cm)
Diámetro 4 (cm)
Diametro promedio final (cm)
Diámetro inicial (cm)
% de Fluidez
19.5
19.7
18.7
19.3
19.300
10.160
90.000
21.9
22.000
21.800
21.900
21.900
10.160
116.000
24
25.500
24.700
24.300
24.600
10.160
142.000
25
26.000
24.900
25.600
25.400
10.160
150.000
Fuente: Elaboración propia
106
Tabla 79 Fluidez de concreto celular para densidad de 1440 kg/m3
Ensayo No.3. Fluidez de las mezclas de mortero ASTM C1437
Fluidezy en
concreto
Proyecto: "Elaboración
análisis
de celular con densidad de 1440kg/m3
concreto celular, utilizando jabón
Relaciones A/C
líquido como agente espumante"
Material: mortero
0.45
0.5
0.55
0.6
Diámetro 1 (cm)
Diámetro 2 (cm)
Diámetro 3 (cm)
Diámetro 4 (cm)
Diametro promedio final (cm)
Diámetro inicial (cm)
% de Fluidez
20.3
20.200
20.500
20.500
20.400
10.160
101.000
22.5
23.000
22.800
23.000
22.800
10.160
124.000
24.7
24.800
25.000
25.000
24.900
10.160
145.000
F.E
F.E
F.E
F.E
10.160
-
Fuente: Elaboración propia
Nota: El término F.E detalla una Fluidez Excesiva de la mezcla en el ensayo ASTM
C1437, por lo que se evidencia la capacidad autoconformante y autocompactante que el
concreto celular presenta como mezcla en estado fresco.
De acuerdo a los valores obtenidos se concluye que la fluidez de las mezclas irá
incrementando conforme aumenta la relación A/C. De acuerdo al rango de fluidez de
110±5 establecido por la ASTM C270, en la densidad de 1760 kg/m3 se aprecia que la
relación a/c de 0.50 es la más aproximada a este rango y en la densidad de 1440 kg/m3
se aprecia que la relación a/c de 0.45 es la más aproximada a este rango.
6.4. Ensayos del concreto celular en estado endurecido
A. Resistencia a la compresión
El ensayo propone medir el esfuerzo a la compresión en las muestras de concreto celular,
siendo un parámetro que refleja durabilidad y resistencia al agrietamiento según Elizondo
(2006). Diseñado bajo la guía ACI y compartiendo funcionalidades con el concreto, se
realiza una prueba según la norma ASTM C39/C39M-01 con especímenes cilíndricos de
3” o 7.5 cm de diámetro y 6” o 15 cm de altura para densidades mayores a 800 kg/m3.
Además, se evaluaron parámetros de los ensayos de compresión según la guía ACI
523.3R-14, destacando los esfuerzos a la compresión estimados para densidades de
1440 kg/m3 y 1760 kg/m3 en la tabla 80.
107
Tabla 80 Propiedades y composición del concreto celular
Fuente: ACI 523.3R-14
En el caso de la densidad de 1760 kg/m3 existen relaciones a/c de 0.45, 0.50 y 0.60, las
cuales muestran los resultados en la resistencia a la compresión; no obstante, para una
relación a/c de 0.55 no se encuentra dicho resultado, por lo que se interpoló (tabla 81).
La relación arena-cemento y el factor de cemento, ya son abordados en los capítulos
anteriores, por lo que dichos valores en la tabla 80 se omitieron.
Tabla 81 Compresión estimada interpolada para relación a/c de 0.55
Densidad de colado (kg/m3)
1760
Relación a/c
0.55
Esfuerzo a la compresión estimado, PSI (Kg/cm2)
2250 (158.19)
Fuente: Elaboración propia
Para la densidad de 1440 kg/m3 se brindan estimaciones en la compresión para
relaciones a/c de 0.45 y 0.50, por lo que las relaciones de 0.55 y 0.60 al carecer de
valores, no hubo un parámetro para medir el resultado de la resistencia a compresión y
simplemente se expresaron los resultados de ellas.
Los resultados obtenidos en la prueba a compresión para una densidad de 1760 kg/m3
se muestra en la tabla 82. Donde las compresiones con relación A/C de 0.45, a la edad
de 28 días, desarrollaron una resistencia apta de acuerdo a su homólogo en la ACI
523.3R-14, sin embargo, las relaciones A/C de 0.50, 0.55 y 0.60 obtuvieron un
comportamiento diferente, ya que a los 28 días ninguna logró alcanzar el parámetro
deseado.
En el caso de las muestras de concreto celular con densidad de 1440 kg/m3, los
resultados obtenidos figuran en la tabla 83, donde su resistencia a la compresión
108
disminuye considerablemente con respecto a la densidad de 1760 kg/m3, aunque se
resalta que las resistencias promedio para las relaciones a/c de 0.45 y 0.50 satisfacen
los parámetros para estas densidades en la ACI 523.3R-14. Al no haber parámetros para
relaciones de 0.55 y 0.60 no se expone un cumplimiento de los resultados, no obstante,
se enfatiza que a menor relación a/c la resistencia a la compresión disminuye, por lo que
se ve un patrón lógico en dichos resultados.
Tabla 82 Resistencia a la compresión en concreto celular con densidad de 1760 kg/m3
Relación A/C
0.45
0.5
0.55
0.6
Ensayo No.4.Resistencias a la compresion (ASTM C39)
Resistencia a la compresion en concreto celular con densidad de 1760 kg/m3
Resistencia
Identificacion Edad (días)
Carga de ruptura (Lbf)
Resistencia (Psi) (kg/cm2) Promedio (kg/cm2)
CC-0.4571
9340
1321.34
92.90
CC-0.4572
CC-0.4573
CC-0.45141
CC-0.45142
CC-0.45143
CC-0.45281
CC-0.45282
CC-0.45283
CC-0.5071
CC-0.5072
CC-0.5073
CC-0.50141
CC-0.50142
CC-0.50143
CC-0.50281
CC-0.50282
CC-0.50283
CC-0.5571
CC-0.5572
CC-0.5573
CC-0.55141
CC-0.55142
CC-0.55143
CC-0.55281
CC-0.55282
CC-0.55283
CC-0.6071
CC-0.6072
CC-0.6073
CC-0.60141
CC-0.60142
CC-0.60143
CC-0.60281
CC-0.60282
CC-0.60283
7
14
28
7
14
28
7
14
28
7
14
28
10050
8970
13160
12900
13810
19830
20070
19150
8590
8910
8130
11390
12220
11730
14060
15220
15610
7850
7790
8300
9950
10770
10580
12550
13130
12020
6190
6850
5930
7940
8970
8300
10080
9350
9110
1421.78
1268.99
1861.75
1824.97
1953.71
2805.36
2839.32
2709.16
1215.23
1260.5
1150.16
1611.35
1728.77
1659.45
1989.08
2153.18
2208.36
1110.55
1102.06
1174.21
1407.63
1523.64
1496.76
1775.46
1857.51
1700.48
875.7
969.07
838.92
1123.28
1268.99
1174.21
1426.02
1322.75
1288.8
99.96
89.22
130.90
128.31
137.36
197.24
199.63
190.48
85.44
88.62
80.87
113.29
121.55
116.67
139.85
151.39
155.27
78.08
77.48
82.56
98.97
107.13
105.24
124.83
130.60
119.56
61.57
68.13
58.98
78.98
89.22
82.56
100.26
93.00
90.61
94.03
132.19
195.78
84.98
117.17
148.84
79.37
103.78
125
62.89
83.59
94.62
Fuente: Elaboración propia
109
Tabla 83 Resistencia a la comprensión en concreto celular de 1440 kg/m3
Ensayo No.4.Resistencias a la compresion (ASTM C39)
Resistencia a la compresion en concreto celular con densidad de 1440 kg/m3
Resistencia
Relación A/C Identificacion Edad (días)
Carga de ruptura (Lbf)
Resistencia (Psi) (kg/cm2) Promedio (kg/cm2)
CCL-0.4571
6760
956.34
67.24
CCL-0.4572
6110
864.39
60.77
7
62.53
CCL-0.4573
5990
847.41
59.58
CCL-0.45141
8400
1188.35
83.55
CCL-0.45142
8950
1266.16
89.02
14
84.51
0.45
CCL-0.45143
8140
1151.57
80.97
CCL-0.45281
9420
1332.65
93.7
0.50
0.55
0.6
CCL-0.45282
CCL-0.45283
CCL-0.5071
CCL-0.5072
CCL-0.5073
CCL-0.50141
CCL-0.50142
CCL-0.50143
CCL-0.50281
CCL-0.50282
CCL-0.50283
CCL-0.5571
CCL-0.5572
CCL-0.5573
CCL-0.55141
CCL-0.55142
CCL-0.55143
CCL-0.55281
CCL-0.55282
CCL-0.55283
CCL-0.6071
CCL-0.6072
CCL-0.6073
CCL-0.60141
CCL-0.60142
CCL-0.60143
CCL-0.60281
CCL-0.60282
CCL-0.60283
28
7
14
28
7
14
28
7
14
28
9130
9610
5680
5490
5300
7480
7900
7250
9060
8800
8610
5120
4530
4090
6210
6970
6450
8400
8050
7910
3930
4200
4070
5980
5810
6250
7490
7200
7620
1291.63
1359.53
803.55
776.67
749.79
1058.2
1117.62
1025.66
1281.72
1244.94
1218.06
724.33
640.86
578.62
878.53
986.05
912.49
1188.35
1138.84
1119.03
555.98
594.18
575.79
845.99
821.94
884.19
1059.62
1018.59
1078.01
90.81
95.59
56.5
54.61
52.72
74.4
78.58
72.11
90.12
87.53
85.64
50.93
45.06
40.68
61.77
69.33
64.16
83.55
80.07
78.68
39.09
41.78
40.48
59.48
57.79
62.17
74.5
71.62
75.79
93.37
54.61
75.03
87.76
45.56
65.09
80.77
40.45
59.81
73.97
Fuente: Elaboración propia
110
Gráfico 6 Resistencia a la compresión de concreto celular con densidad de 1760 kg/m3
Fuente: Elaboración propia
Gráfico 7 Resistencia a la compresión de concreto celular con densidad de 1440 kg/m3
Fuente: Elaboración propia
Si bien algunos especímenes muestran resultados insatisfactorios con respecto a los
parámetros de la guía ACI 523.3R-14, es de remarcar el rendimiento general que obtuvo
el concreto celular sabiendo que el agente espumante usado (jabón lavaplatos líquido),
a pesar de no emplearse en sistemas de fabricación industrial, proporcionó valores
cercanos o mayores a los óptimos.
111
6.5. Análisis comparativo de las propiedades físicas y mecánicas entre concreto
celular y mortero convencional
Cabe destacar que en este apartado se compararán las propiedades obtenidas del
mortero diseñado por ACI 523.3R-14, que tiene una densidad igual a 1760kg/m3 y las
propiedades obtenidas en el concreto celular diseñado con una densidad de 1760kg/m3,
esto con el objetivo de que partan de un parámetro en común y se puedan apreciar mejor
las diferencias entre cada material.
6.5.1. Propiedades físicas
A. Densidad o peso volumétrico
En las secciones 6.1 y 6.3 del capítulo presente, se evaluaron las densidades o pesos
volumétricos en estado fresco en el mortero y concreto celular para una densidad de
1760kg/m3, donde los resúmenes de los resultados se detallan en la siguiente tabla:
Tabla 84 Resumen de densidad o peso volumétrico obtenido en laboratorio en mezclas
de mortero y concreto celular
Resumen de densidad o peso volumetrico obtenido en laboratorio en mezclas de
mortero y concreto celular (ASTM C138)
Mezclas de mortero diseñadas según ACI 523.3R-14, densidad de 1760kg/m3
Relaciones A/C
0.45
0.5
0.55
0.6
Densidad (kg/m3)
1762.357 1729.964 1719.321 1707.767
Mezclas de concreto celular para una densidad de 1760kg/m3
Relaciones A/C
Densidad (kg/m3)
0.45
0.5
0.55
0.6
1740.067 1724.533 1716.167 1699.500
Fuente: Elaboración propia
La densidad obtenida en laboratorio para las mezclas de mortero es ligeramente mayor
que la de concreto celular, a pesar de partir de la misma densidad de diseño de 1760
kg/m3. Esta diferencia se atribuye a la presencia de espuma en el concreto celular, lo que
lo hace más liviano. Otro factor que podría influir es el tiempo de mezclado en el concreto
liviano, según una tesis de maestría realizada en la Ciudad de México.
112
Si se deja mezclar 3 minutos, se obtendrá una densidad de 1800kg/m3, si se
mezcla 5 minutos se obtiene una densidad de 1500kg/m3 y si se mezcla por 8
minutos se puede obtener una densidad de 1300 kg/m3. (Elizondo, 2006, p.17)
B. Fluidez
Tabla 85 Resumen de fluidez en mezclas de mortero y concreto celular
Resumen de fluideces obtenido en laboratorio en mezclas de mortero y concreto
Mezclas de mortero diseñadas según ACI 523.3R-14, densidad de 1760kg/m3
Relaciones A/C
0.45
0.5
0.55
0.6
%fluidez
80.000
96.000 115.000
135.000
Mezclas de concreto celular para una densidad de 1760kg/m3
Relaciones A/C
0.45
0.5
0.55
0.6
%fluidez
90.000
116.000
142.000
150.000
Fuente: Elaboración propia
La tabla 85 muestra un resultado esperado y bastante lógico, en el cual los porcentajes
de fluidez en el concreto celular son mayores que en el mortero convencional, debido al
agente espumante como factor clave, haciendo que surjan burbujas o celdas de aire en
la mezcla, donde estas reducen su densidad y la convierten más fluida.
C. Absorción
Para analizar la absorción de agua en el concreto celular y el mortero convencional, se
tomaron cuatro especímenes (dos de cada tipo) de 3x6 pulgadas con una relación A/C
de 0.45. Estos especímenes se sumergieron durante 24 horas, se secaron
superficialmente, se llevaron al horno por 24 horas y luego se pesaron para obtener un
peso seco. La absorción de agua se calculó utilizando la ecuación 52.
Ecuación 52 Porcentaje de absorción
%𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 =
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑆𝑆 − 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜
∗ 100
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜
Donde:
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑆𝑆 = 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑆𝑒𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛
113
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 = 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑢𝑒𝑠 𝑑𝑒 ℎ𝑎𝑏𝑒𝑟 𝑠𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 ℎ𝑜𝑟𝑛𝑜 𝑝𝑜𝑟 24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
%𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛𝐶𝐶−1 =
1.918 𝑘𝑔 − 1.666 𝑘𝑔
∗ 100 = 15.126 %
1.666 𝑘𝑔
Tabla 86 Porcentaje de absorción en mezclas de mortero y concreto celular para una
densidad de 1760kg/m3
Ensayo No.5.Porcentaje de absorción de Concreto Celular y Mortero
Porcentaje de absorcion para densidad= 1760kg/m3
Relación A/C Identificacion
Peso SSS (kg)
Peso seco (kg)
% Absorción
CC-1
1.918
1.666
15.126
CC-2
1.883
1.64
14.817
0.45
M-1
2.036
1.821
11.807
M-2
2.017
1.822
10.703
Fuente: Elaboración propia
Gráfico 8 Porcentaje de absorción en mezclas de mortero y concreto celular para una
densidad de 1760kg/m3
Fuente: Elaboración propia
Los resultados muestran que, para una relación A/C de 0.45, el concreto celular presenta
un mayor porcentaje de absorción en comparación con el mortero convencional. Esta
disparidad se atribuye a la alta porosidad del concreto celular, que contiene burbujas de
aire o espuma, creando una red de poros interconectados que retienen más agua que el
mortero convencional. La investigación logra cumplir el objetivo general al demostrar que
el concreto celular es más ligero, evidenciado por su menor peso en estados saturado y
seco en comparación con el mortero. Además, al disminuir la densidad del concreto
114
celular a 1440 kg/m3, se observa cómo esta disminución afecta la absorción,
proporcionando resultados coherentes con la condición de ligereza buscada.
Tabla 87 Porcentaje de absorción en mezclas de concreto celular para una densidad de
1440kg/m3
Ensayo No.5.Porcentaje de absorción de Concreto Celular
Porcentaje de absorcion para densidad= 1440kg/m3
Relación A/C
Identificacion
Peso SSS (kg)
Peso seco (kg)
% Absorción
0.45
CC-3
CC-4
1.610
1.601
1.311
1.304
22.807
22.776
Fuente: Elaboración propia
A medida que la densidad baja, la absorción aumenta; identificando que, la menor
densidad está asociada con una mayor cantidad de espuma, haciendo que haya mayor
porosidad.
Gráfico 9 Porcentaje de absorción en mezclas de mortero y concreto celular para una
densidad de 1440kg/m3
Fuente: Elaboración propia
6.5.2. Propiedades mecánicas
A. Resistencia a la compresión
La investigación se centró en analizar el concreto celular en comparación con un mortero
de densidad similar, específicamente 1760 kg/m3. Se seleccionaron muestras de
concreto celular y mortero por ACI que mostraron mejor resistencia a la compresión, con
115
especial atención a la relación agua/cemento de 0.45. La tabla 88 resume los resultados
generales, destacando la resistencia a la compresión de ambas mezclas en estas
condiciones específicas.
Tabla 88 Resumen de las resistencias a la comprensión brindadas por el concreto
celular y el mortero diseñado por ACI
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE MUESTRAS CON DENSIDAD DE DISEÑO DE 1760 KG/M3
Concreto celular
Relación a/c
Edad Resistencia promedio (PSI)
Resistencia promedio (kg/cm2)
7
1337.37
94.03
0.45
14
1880.14
132.19
28
2784.61
195.78
Mortero por ACI
Relación a/c
Edad Resistencia promedio (PSI)
Resistencia promedio (kg/cm2)
7
2349.36
165.18
0.45
14
3176.02
223.3
28
3762.65
264.55
Fuente: Elaboración propia
Gráfico 10 Comparación de resistencias a la compresión brindadas por Concreto celular
y Mortero por la ACI con relación a/c de 0.45
Fuente: Elaboración propia
De acuerdo a la gráfica anterior se logra apreciar una menor resistencia a la compresión
del concreto celular en comparación al mortero diseñado por ACI. Si bien este resultado
demuestra la concepción lógica que, a mayor inclusión de aire en una muestra, baja la
resistencia a la compresión, esta condición no indica que el material carezca de
116
usabilidad en la construcción; al contrario, puede llegar a satisfacer muchos usos en el
campo.
Con un valor de resistencia cercano a los 200 kg/cm2, los ejemplos de usabilidades del
concreto celular son variados, entre ellos la ACI 523.3R-14 (2014) expone “aplicaciones
prefabricadas y moldeadas en el lugar” (p.1).
117
CAPITULO VII: COSTO DE ELABORACIÓN DE CONCRETO CELULAR Y
MORTERO CONVENCIONAL
En este capítulo se compararon los costos de producción de 1 m3 de mortero inicial y
concreto celular de 1760 kg/m3, ambos con relación agua-cemento de 0.45. Se
consideraron los precios de las materias primas y se incluyeron los costos de elaboración
de la espuma y del generador de espuma en el caso del concreto celular. Se omite el
costo de agua potable y electricidad en UNI-RUPAP ya que son subsidiados por el estado
de Nicaragua y en el caso de AGRENIC la empresa asumió estos gastos.
A. Costo de elaboración de mortero inicial
El mortero inicial se caracteriza por su simplicidad al utilizar solo 3 componentes. Sin
embargo, esto incrementa el uso de cemento y arena, lo que ocasionaría un
encarecimiento de la mezcla. La tabla 89 expone los costos de cada materia prima.
Tabla 89 Costo de elaboración de Mortero inicial
Costo de materiales para elaboración de una mezcla de mortero con volumen de 1m3 (R a/c: 0.45)
Materias primas
U/M
Cantidad
Costo Unitario (C$)
Costo Total (C$)
Arena
M3
0.5547
240
133.13
Cemento
Bolsa
15.54
394
6122.76
Total
6255.89
Fuente: Elaboración propia
Nota: Precios de arena y cemento están ajustados a la fecha de adquisición (junio de
2023).
B. Costo de elaboración de concreto celular
•
Costo de equipo para producción de espuma preformada
Es de importancia considerar el costo del generador de espuma, ya que, aunque no esté
relacionado directamente con la comparativa, aporta a el conocimiento de su producción
unitaria. Se sabe que, al ser un equipo manufacturado, se establecieron precios por cada
pieza que componen el generador de espuma, resultando los valores de la tabla 90.
119
Tabla 90 Costo de fabricación de generador de espuma
Costo de fabricación de generador de espuma
Materiales
U/M
Cantidad Costo unitario (C$) Costo Total (C$)
Tubo PVC 2" para agua potable
Unidad
1
629.27
629.27
Tubo PVC 3/4" para agua potable
Unidad
1
210
210
Reductor PVC liso 2" para agua potable
Unidad
2
35.39
70.78
Adaptador PVC macho 2" para agua potable
Unidad
2
27.55
55.1
Adaptador PVC hembra 2" para agua potable
Unidad
1
33.04
33.04
Tee PVC lisa 2" para agua potable
Unidad
1
76.71
76.71
Tapón PVC hembra rosca 2" para agua potable
Unidad
1
64.71
64.71
Tapón PVC hembra liso 3/4" para agua potable
Unidad
1
13.49
13.49
Adaptador PVC hembra 3/4" para agua potable
Unidad
1
10.42
10.42
Tee PVC lisa 3/4" para agua potable
Unidad
1
15.42
15.42
Codo PVC liso 3/4" para agua potable
Unidad
1
10.29
10.29
Llave de bola PVC 3/4" para agua potable
Unidad
1
53.14
53.14
Buje reductor NPT de 3/4" a 1/4"
Unidad
1
178.17
178.17
Teflón
Unidad
1
20.22
20.22
Pega PVC gris
Unidad
1
126.03
126.03
Paste de aluminio
Unidad
12
10
120
Total
1686.79
Fuente: Elaboración propia
Nota: Todos los precios incluyen IVA
En la tabla 91 se expresa los costos que posee cada material incorporado en la
elaboración de 1 m3 de mezcla de concreto celular.
Tabla 91 Costos de materiales en elaboración de concreto celular con densidad de
1760 kg/m3
Costo de materiales para elaboración de una mezcla de concreto celular con volumen de 1m3 (R a/c: 0.45)
Materias primas
U/M
Cantidad
Costo Unitario (C$)
Costo Total (C$)
Arena
M3
0.4017
240
96.41
Cemento
Bolsa
11.26
394
4436.44
Jabón DAWN Ultra
Litro
3.21
183.72
589.74
Total
5122.59
Fuente: Elaboración propia
Con los resultados obtenidos, se puede concluir la economía que el jabón líquido
lavaplatos puede proporcionar a una mezcla de concreto celular con respecto al mortero
inicial. La explicación de este suceso parte en la disminución de cantidades de cemento
y arena. La cantidad disminuida en ambos materiales son sustituidas por la integración
de espuma preformada a través de estructuras de burbujas de aire, provocando un
aumento en el volumen general.
120
Considerando los resultados anteriores se analizó el costo de la mezcla de concreto
celular con densidad de 1440 kg/m3 y misma relación a/c de 0.45, para ver el
comportamiento de la mezcla con una mayor inclusión de espuma preformada.
Tabla 92 Costos de materiales en elaboración de concreto celular con densidad de
1440 kg/m3
Costo de materiales para elaboración de una mezcla de concreto celular con volumen de 1m3 (R a/c: 0.45)
Materias primas
U/M
Cantidad
Costo Unitario (C$)
Costo Total (C$)
Arena
M3
0.3286
240
78.86
Cemento
Bolsa
9.21
394
3628.74
Jabón DAWN Ultra
Litro
4.74
183.72
870.83
Total
4578.43
Fuente: Elaboración propia
A como se puede observar, el incremento de espuma preformada no influye
negativamente en el costo final del material, ya que, al ser de menor densidad, hay
disminución en las cantidades de arena y cemento. Por lo tanto, cuando se trata de costos
de la mezcla, el concreto celular es mayormente influido por la cantidad de arena y
cemento que por la cantidad de espuma preformada.
121
CAPITULO VIII: ANÁLISIS DE HIPÓTESIS
En la presente tesis, se estableció una hipótesis donde se expuso que el concreto celular
cumple con la resistencia a la compresión a pesar de tener menor densidad, teniendo
como variable la adición de jabón líquido como agente espumante.
En esta hipótesis se comparó el concreto celular con el mortero inicial. Por lo tanto,
mediante los resultados anteriores se corrobora la disminución de densidad del concreto
celular de 1760 kg/m3 con respecto al mortero inicial. De igual forma se recopilaron los
valores de resistencia a la compresión estipulados en el Reglamento Nacional de la
Construcción para ver el cumplimiento del concreto celular ante éste.
Analizando el concreto celular, se apreció un cumplimiento en la resistencia a la
compresión para las relaciones A/C de 0.45, 0.50 y 0.55, únicamente la 0.60 no cumplió
esta condición del RNC-07 (ver tabla 93 y gráfico 11).
Tabla 93 Resistencia a la
Gráfico 11 Resistencia a la
compresión de concreto celular
compresión de concreto celular con
con densidad de 1760kg/m3
densidad de 1760kg/m3 y RNC-07
Resistencia a la compresión de concreto
celular con densidad de 1760kg/m3
Relación A/C Edad (días) Promedio (kg/cm2)
7
94.03
0.45
14
132.19
28
195.78
7
84.98
0.5
14
117.17
28
148.84
7
79.37
0.55
14
103.78
28
125
7
62.89
0.6
14
83.59
28
94.62
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia
123
CAPITULO IX: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
9.1. Conclusiones
•
El objetivo general de la investigación fue lograr mezclas de concreto celular con
jabón líquido como agente espumante para obtener un material más ligero que el
mortero tradicional. El concreto celular de 1760 kg/m3 demostró tener un peso
inferior al mortero convencional en estado endurecido, cumpliendo así con la
hipótesis establecida. Además, las relaciones a/c de 0.45, 0.50 y 0.55 cumplieron
con los parámetros de resistencia establecidos por el RNC-07.
•
En el análisis de las propiedades físico-mecánicas de las materias primas, se
observó que los resultados estuvieron dentro de rangos normales en la mayoría
de los casos. Sin embargo, en el árido fino, se registró un porcentaje de absorción
mayor que los rangos establecidos por la ACI E1-16, atribuible a la presencia de
más partículas finas que gruesas. Esta observación se respaldó con el módulo de
finura, que se ubicó en los límites inferiores según la norma ASTM C33.
•
Para la obtención de una dosificación óptima del aditivo espumante, se alineó a la
normativa ASTM C796, donde, después de varios métodos de tanteo se llegó a
una densidad de espuma de 44.211 kg/m3.
•
Se efectuaron dos densidades de diseños de mezclas de concreto celular (1440
kg/m3 y 1760 kg/m3) mediante la guía ACI 523.3R-14, observando que la cantidad
de espuma está ligada a la cantidad de cemento, por lo tanto, si se disminuye la
relación A/C, no solo se obtendrá mayor porción de espuma y cemento, sino que
también alcanzará una mejor resistencia a la compresión.
•
Los valores de resistencia a la compresión para una densidad de 1760 kg/m3 con
una relación a/c de 0.45 cumplen con el parámetro de 182.80 kg/cm2 establecido
por la guía ACI 523.3R-14. En la densidad de 1440 kg/m3, las relaciones a/c de
0.45 y 0.50 satisfacen los valores estipulados, mientras que en las relaciones de
0.55 y 0.60, sin datos guía, se observa que a menor relación a/c la compresión
disminuye.
•
Las densidades de ensayos en las mezclas de mortero son un poco mayores
comparadas con las de concreto celular a pesar de que ambas fueron diseñadas
con la misma densidad. Esto se debe a la adición de espuma y el tiempo de
mezclado.
125
•
Los porcentajes de fluidez en el concreto celular fueron mayores que en el mortero
convencional, siendo este un resultado esperado ya que se tiene la variable
espuma que produce un efecto fluido en la mezcla.
•
Debido a la influencia de la espuma preformada en las mezclas de concreto
celular, al endurecerse se crea una alta porosidad en las muestras. Lo que
ocasiona mayores valores de absorción en relación al mortero convencional.
•
Las muestras elaboradas de concreto celular de 1760 kg/m3 exponen una menor
resistencia a la compresión en comparación con el mortero diseñado con la misma
densidad, lo cual es un resultado lógico por la mayor cantidad de aire presentado
en el primero. No obstante, en base a las normas que exponen una resistencia a
la compresión óptima como lo son la guía ACI 523.3R-14 y el RNC-07, este
material sigue satisfaciendo la resistencia mínima y podría ser usado para las
aplicaciones que propone la guía ACI 523.3R-14.
•
Los resultados obtenidos en los ensayos de resistencia a la compresión realizados
al concreto celular de 1760kg/m3, demuestran que a pesar de no tener la misma
propiedad mecánica que el mortero convencional debido a su estructura porosa,
muestra un buen comportamiento, lo cual le permitiría adoptar funcionalidades
tales como: construcción de elementos prefabricados, bloques ligeros de
mampostería, sistema de construcción monolítico, construcción de techos y losas
o rellenos estructurales.
•
En el análisis de costos de las mezclas de mortero convencional y concreto celular,
se remarca el aumento de la primera en un 22% con respecto a la segunda. Este
comportamiento surge a causa del incremento en la cantidad de cemento y arena,
ya que para el concreto celular estas cantidades deben bajar para la inclusión de
un volumen de aire a través de la integración de la espuma preformada. No
obstante, al considerarse los costos ocasionados por el generador de espuma, el
costo equipo-materiales aumenta a un 9% con respecto al mortero convencional.
126
9.2. Recomendaciones
Con el propósito de continuar con esta línea novedosa de investigación en el país, se les
recomienda a los futuros investigadores los siguientes acápites:
•
Antes de iniciar la elaboración del concreto celular, se debe estudiar y analizar las
características que presentan las materias primas.
•
Siendo el agente espumante el factor esencial en las mezclas de concreto celular,
se recomienda un estudio profundizado sobre éste, y a su vez la compatibilidad
que puede presentar con otros agregados.
•
Tomar en consideración los cambios significativos que puede propiciar la mezcla
final, debido a variaciones en la dosis y el tiempo de mezclado.
•
Para la obtención de un mejor resultado, elaborar las mezclas de concreto celular
bajo techo, evitando la exposición del material al sol, esto con el objetivo de que
la muestra no pierda su comportamiento espumante y no sufra un secado rápido.
•
En el caso de una producción de grandes cantidades de volúmenes de concreto
celular, se sugiere la adquisición de equipos industrializados que puedan ahorrar
el factor costo y tiempo.
•
No utilizar concretos celulares con densidades de 1440kg/m3 para usos
estructurales, ya que no presenta un buen comportamiento de acuerdo a las
normas nacionales.
•
Investigar sobre los diferentes métodos de curado que tiene el concreto celular
como los descritos en la norma ASTM C495, o en su defecto un curado en
autoclave. Esto con la finalidad de determinar un comportamiento físico-mecánico
distinto al desarrollado en esta investigación.
•
Ensayar con más dosificaciones de diseño, para obtener diferentes densidades y
resistencias y, verificar el comportamiento que tiene el concreto celular ante estas
variables.
•
El presente estudio se limitó solo a pruebas de compresión, fluidez, densidad y
absorción. Sin embargo, se recomienda realizar otros ensayos de importancia para
caracterizar su resistencia al fuego, aislamiento térmico y acústico.
•
Instar a las autoridades a incorporar este material en el país, empezando con
investigaciones más profundizadas y decretando normas de construcción con este
nuevo elemento constructivo.
127
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131
ANEXO A. DATOS GENERALES
Anexo A.1 Ficha técnica Maximix Liviano Celular
Fuente: INTACO
Anexo A.2 Clasificación de los cementos según ASTM C1157
Fuente: Elaboración Propia
I
ANEXO B. CARACTERIZACIÓN DE LAS MATERIAS PRIMAS
Anexo B.1 Parámetros de los agregados
Fuente: ACI Education Bulletin E1 (1999).
Anexo B.2 Peso secos sucios y lavados de ensaye No.1
Fuente: Elaboración propia
Anexo B.3 Peso secos sucios y lavados de ensaye No.2
Fuente: Elaboración propia
II
Anexo B.4 Peso secos sucios y lavados de ensaye No.3
Fuente: Elaboración propia
Anexo B.5 Valor de pH de jabón DAWN Ultra original
Fuente: P&G
Anexo B.6 pH del jabón
Anexo B.8 Tamizado del
material fino
Anexo B.7 Tiempo de
fraguado
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia Fuente: Elaboración propia
III
ANEXO C. DISEÑOS DE MEZCLA DE MORTERO Y CONCRETO CELULAR
Anexo C.1 Materiales y equipos usados para la elaboración del generador de espuma
Fuente: Elaboración propia
Anexo C.2 Peso de espuma más recipiente enrasado
Fuente: Elaboración propia
IV
ANEXO D. ELABORACION DE MEZCLAS DE MORTERO Y CONCRETO CELULAR
Anexo D.1 Elaboración de moldes cilíndricos de 3x6” de PVC
Fuente: Elaboración propia
Anexo D.2 Proceso de mezclado y llenado de mortero
Fuente: Elaboración propia
Anexo D.3 Pesaje de arena, cemento, agua y espuma para concreto celular
Fuente: Elaboración propia
V
Anexo D.4 Proceso de añadición de espuma, mezclado y llenado de concreto celular
Fuente: Elaboración propia
Anexo D.5 Proceso de curado de los especímenes
Fuente: Elaboración propia
Anexo D.6 Apreciación de las burbujas en la mezcla y espécimen de concreto celular
Fuente: Elaboración propia
VI
ANEXO E. EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS EN LAS
MEZCLAS
Anexo E.1 Peso del molde más mezcla de mortero convencional con densidad de
1760kg/m3, relación A/C=0.45
Fuente: Elaboración propia
Anexo E.2 Temperatura, fluidez y resistencia a la compresión del mortero para relación
A/C=0.45, densidad de 1760kg/m3
Fuente: Elaboración propia
VII
Anexo E.3 Peso del molde más mezcla de concreto celular con densidad de
1760kg/m3, relación A/C=0.45
Fuente: Elaboración propia
Anexo E.4 Temperatura, fluidez y resistencia a la compresión del Concreto celular para
relación A/C=0.45, densidad de 1760kg/m3
Fuente: Elaboración propia
VIII
Anexo E.5 Peso del molde más mezcla de concreto celular con densidad de
1440kg/m3, relación A/C=0.45
Fuente: Elaboración propia
Anexo E.6 Temperatura y resistencia a la compresión del Concreto celular para relación
A/C=0.45, densidad de 1440kg/m3
Fuente: Elaboración propia
Anexo E.7 Peso Saturado Superficialmente Seco y Peso Seco del Concreto celular para
relación A/C=0.45, densidad de 1760kg/m3
Fuente: Elaboración propia
IX
Anexo E.8 Peso Saturado Superficialmente Seco y Peso Seco del mortero convencional
para relación A/C=0.45, densidad de 1760kg/m3
Fuente: Elaboración propia
Anexo E.9 Peso Saturado Superficialmente Seco del concreto celular para relación
A/C=0.45, densidad de 1440kg/m3
Fuente: Elaboración propia
X