arocillo polvillo

7/25/2019 arocillo polvillo

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UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIN DE INGENIERIA DE MATERIALES

ESTUDIO SOBRE LA FACTIBILIDAD DEL USO DEL POLVILLO ARENOSOGRUESO DE PLANTA PERTIGALETE EN CONCRETO

Por:

Jos Miguel Mrquez Garca

INFORME DE PASANTAPresentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo deIngeniero de Materiales

Sartenejas, Octubre de 2010


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UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIN DE INGENIERIA DE MATERIALES

ESTUDIO SOBRE LA FACTIBILIDAD DEL USO DEL POLVILLO ARENOSO

GRUESO DE PLANTA PERTIGALETE EN CONCRETO

Por:


Realizado con la asesora de:Tutor Acadmico: Tierry Jean Paul Poirier

Co-tutor: Carmen AlbanoTutor Industrial: Jess Ramn Arellano Labrador

INFORME DE PASANTAPresentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo deIngeniero de Materiales

Sartenejas, Octubre de 2010


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ESTUDIO SOBRE LA FACTIBILIDAD DEL USO DEL POLVILLO ARENOSO

GRUESO DE PLANTA PERTIGALETE EN CONCRETO

Realizado por:


RESUMEN

Entre los mtodos de mezcla comnmente empleados en Venezuela se destacan el mtododescrito por J. Porrero en el Manual del Concreto Estructural (MMCE) y el mtodo del comit211 del American Concrete Institute (ACI-211). Ambos procuran anticipar la composicinapropiada de cemento, agua y agregados finos y gruesos, en funcin de los valores deasentamiento y resistencia mecnica deseados, tomando como insumos algunascaractersticas de dichos agregados tales como mdulo de finura del agregado fino para laACI-211, o la granulometra completa y geometra de los agregados en el MMCE. Encondiciones equivalentes de propiedades, el MMCE sugiere cantidades mayores de cemento ymayores costos, pero su precisin sobre exigencias granulomtricas permite al usuario afinarcon mayor xito las mezclas de diferentes agregados, en comparacin con la ACI-211.CEMEX Venezuela es deseosa de incluir un polvillo calcreo (PAG) dotado de una

cantidad excesiva de partculas ultrafinas (23% pasante sobre malla 200. COVENIN 277permite un mximo de 15%) para elaborar mezclas de concreto con propiedades satisfactoriasy con costos optimizados. En el presente trabajo se estudiaron mezclas con PAG ensustitucin parcial (15, 30 y 45%) de la arena clsicamente empleada, trabajandorespectivamente segn los mtodos MMCE y ACI-211. Adicionalmente se propuso un tercermtodo mixto, que recurre a la data granulomtrica usada en el MMCE y a los valores deagua/cemento de la ACI-211. Los resultados de resistencia mecnica superaron lasexpectativas en todos los mtodos, y la fluidez fue ptima con el mtodo mixto, incluso convalores altos de sustitucin de la arena por PAG. Un ensayo industrial con 15% de sustitucinconfirm el xito del mtodo mixto.


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NDICE GENERAL

INTRODUCCIN ............................................................................................................ 1

ANTECEDENTES ........................................................................................................... 1

JUSTIFICACIN ............................................................................................................. 2

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ......................................................................... 3

OBJETIVO GENERAL ................................................................................................... 4

OBJETIVOS ESPECFICOS ........................................................................................... 4

CAPTULO I .................................................................................................................... 6

DESCRIPCIN DE LA EMPRESA ................................................................................ 6

CAPITULO II ................................................................................................................... 8MARCO TERICO ......................................................................................................... 8

2.1 EL CONCRETO ......................................................................................................... 8

2.2 LOS AGREGADOS ................................................................................................... 8

2.3 EL AGUA ................................................................................................................. 13

2.4 EL CEMENTO ......................................................................................................... 14

2.5 LOS ADITIVOS ....................................................................................................... 15

2.5.1 Aditivo reductor de agua (POLYHEED 755)............................................................... 162.5.2 Aditivo retardante de fraguado (POZZOLITH 2205)................................................ 17

2.6 PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO ........................................................ 17

2.7 PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO ............................................. 18

2.8 DISEO DE MEZCLAS ......................................................................................... 19

2.9 MECANISMO DE HIDRATACIN Y DESARROLLO DE RESISTENCIAS. ... 19

2.10 EFECTO DE LOS ULTRAFINOS EN LA REOLOGA DEL CONCRETO. ...... 23

CAPITULO III ............................................................................................................... 24DISEO EXPERIMENTAL .......................................................................................... 24

3.1 MATERIALES ......................................................................................................... 24

3.2 EQUIPOS ................................................................................................................. 25

3.3 METODOLOGA PARA EL DISEO DE MEZCLAS DE CONCRETO............. 26

3.3.1 Mtodo del manual del concreto estructural................................................................. 29

3.3.2 Mtodo del comit ACI 211............................................................................................... 38

3.3.3 Mtodo mixto entre el mtodo del manual del concreto estructural y el mtodo ACI

211........................................................................................................................................................ 41

3.4 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL .................................................................. 42


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3.4.1 Procedimiento para realizar el muestreo de agregados.............................................. 42

3.4.2 Procedimiento para realizar el cuarteo de muestras de agregados.......................... 43

3.4.3 Procedimiento para determinar por lavado el contenido de partculas menores a 74

micrones (% pasante 200)............................................................................................................. 44

3.4.4 Procedimiento para determinar la composicin granulomtrica de agregados para

concreto............................................................................................................................................... 45

3.4.5 Procedimiento para determinar el contenido de terrones de arcilla y partculas

desmenuzables. ................................................................................................................................. 46

3.4.6 Procedimiento para la determinacin cuantitativa de impurezas orgnicas en

agregados finos para concreto (colorimetra).......................................................................... 47

3.4.7 Procedimiento para la determinacin el cociente entre la dimensin mxima y la

dimensin mnima en agregados gruesos para concreto (partculas planas y alargadas)48

3.4.8 Mtodo de ensayo para la determinacin el peso unitario del agregado............... 48

3.4.9 Procedimiento para la determinacin de la densidad y la absorcin del agregado fino

............................................................................................................................................................... 50

3.4.10 Procedimiento para la determinacin de la densidad y la absorcin del agregado

grueso.................................................................................................................................................. 51

3.4.11 Procedimiento para el mezclado de concreto............................................................. 52

3.4.12 Procedimiento para determinar el contenido de humedad de los agregados..... 53CAPITULO IV ............................................................................................................... 54

RESULTADOS Y DISCUSION .................................................................................... 54

4.1 CARACTERIZACIN QUMICA .......................................................................... 54

4.2 CARACTERIZACIN FSICA ............................................................................... 57

4.2.1 COMPOSICIN GRANULOMTRICA DE LOS AGREGADOS ..................... 57

4.2.1.1 Polvillo Arenoso Grueso (PAG) ................................................................. 57

4.2.1.2 Polvillo Piedra (Arrocillo) .......................................................................... 58

4.2.1.3 Arena los Olivos 3 ..................................................................................... 59

4.2.1.4 Piedra Picada 1 PTG ................................................................................. 60

4.3 DISEO DE MEZCLAS ......................................................................................... 62

4.3.1 Determinacin del Porcentaje Mximo de PAG Como Sustituyente de Arena.. 62

4.3.2 Diseo de Mezclas Segn el Mtodo del Manual del Concreto Estructural (MMCE)

............................................................................................................................................................... 63

4.3.3 Diseo de Mezclas Segn el Mtodo ACI 211............................................................. 65

4.3.4 Comparacin Granulomtrica de los Diseos ACI 211 y MMCE.......................... 68

4.3.5 Diseo de Mezclas Segn el Mtodo Mixto ACI 211-MMCE................................ 70


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4.4 PROPIEDADES EXPERIMENTALES DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ... 72

4.4.1 Propiedades del Concreto en Estado Fresco.................................................................. 72

4.4.2 Propiedades del Concreto en Estado Endurecido........................................................ 77

4.4.2.1 Mtodo del Manual del Concreto Estructural (MMCE)...77

4.4.2.2 Mtodo del American Concrete Institute (ACI 211)....81

4.4.2.3 Mtodo Mixto (MMCE-ACI 211)...84

CONCLUSIONES .......................................................................................................... 91

RECOMENDACIONES ................................................................................................ 93

REFERENCIAS ............................................................................................................. 94


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NDICE DE FIGURAS

Figura 1.1: Estructura organizacional del departamento de Agregados de la empresa

CEMEX Venezuela, empresa en transicin. .................................................................... 7

Figura 2.1: Evolucin del calor de hidratacin con el tiempo. ...................................... 20

Figura 4.1: Composicion qumica del polvillo arenoso grueso de PTG........................ 55

Figura 4.2: Composicin qumica de la arena Los Olivos 3. ....................................... 56

Figura 4.3: Coloracin de la solucin sobrenadante en el ensayo colorimtrico .......... 56

Figura 4.4: Curva cumulativa del PAG Los lmites normativos corresponden a la norma

COVENIN 255.. ............................................................................................................. 58

Figura 4.5: Curva cumulativa del Polvillo Piedra de PTG. Los lmites normativos

corresponden a la norma COVENIN 255......59

Figura 4.6: Curva cumulativa de la Arena los Olivos 3. Los lmites normativos

corresponden a la norma COVENIN 255.. ..................................................................... 60

Figura 4.7: Curva cumulativa de la Piedra picada 1 de PTG. Los lmites normativos

corresponden a la norma COVENIN 255. ...................................................................... 61

Figura 4.8: Curva cumulativa de la mezcla de agregados combinados con distintos

porcentajes de sustitucin parcial de arena por PAG. .................................................... 63

Figura 4.9: Curva granulomtrica del agregado combinado segn el mtodo ACI-211 y

segn el mtodo del manual del concreto estructural para la mezcla patrn. ................ 69

Figura 4.10: Dosis de cemento calculada siguiendo los mtodos descritos .................. 71

Figura 4.11: Variacin del asentamiento medido en cono de Abrams con el porcentaje

de sustitucin de arena por PAG en la mezcla de concreto segn cada diseo de mezclas

utilizado. ......................................................................................................................... 73

Figura 4.12: Ensayo de cono de Abrams para las mezclas diseadas segn ACI 211donde se aprecia cualitativamente las segregabilidad y heterogeneidad de las mezclas. 74

Figura 4.13: Variacin de la resistencia a la compresin con el contenido de PAG para

los diferentes mtodos de diseo de mezclas. Edad de ensayo 7 das. (Fcr 7 das= 85%

Fcr) ................................................................................................................................. 78

Figura 4.14: Variacin de la resistencia a la compresin con el contenido de PAG para

los diferentes mtodos de diseo de mezclas. Edad de ensayo 28 das .......................... 79


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Figura 4.15: Superficie de fractura representativa de los cilindros ensayados a los 28

das de curado hmedo de las mezclas elaboradas segn el mtodo del manual del

concreto estructural......................................................................................................... 80

Figura 4.16: Efecto del incremento de la dosis de cemento en el costo del metro cbico

de concreto de mezclas elaboradas con diferentes porcentajes de PAG diseadas por

MMCE. Asentamiento de 5 pulgadas para todas las mezclas ........................................ 81

Figura 4.17: Arenas con igual mdulo de finura, pero diferente granulometra. .......... 84

Figura 4.18: Caractersticas importantes a nivel industrial del concreto con PAG ....... 86

Figura 4.19: Evolucin de la resistencia a la compresin en mezclas a escala industrial

del concreto dosificado segn el mtodo de diseo MMCE-ACI 211 ........................... 88


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NDICE DE TABLAS

Tabla 2.1: Lmites granulomtricos para agregados para concreto exigidos por norma

COVENIN 255 (en porcentajes pasantes). ....................................................................... 9

Tabla 2.2: Requerimientos establecidos por norma COVENIN 2385 para el agua de

mezclado. ........................................................................................................................ 14

Tabla 2.3: Composicin mineralgica del cemento portland y las caractersticas

principales de los mismo. ............................................................................................... 15

Tabla 2.4: Tipos de aditivos y su efecto en la mezcla de concreto. ............................... 16

Tabla 3.1: Agregados ..................................................................................................... 24

Tabla 3.2: Aditivos y propiedades requeridas para el diseo de mezclas ...................... 25

Tabla 3.3: Equipos ......................................................................................................... 25

Tabla 3.4: Ensayos fsicos y qumicos a ser realizados para caracterizar los agregados26

Tabla 3.5: Parmetros bsicos para el diseo de mezcla patrn. ................................... 27

Tabla 3.6: Lmites granulomtricos recomendados para agregados mezclados y tamao

mximo de una pulgada. ................................................................................................. 30

Tabla 3.7: Factores de correccin de la relacin agua/cemento por tipo de agregados. 32

Tabla 3.8: Factores de correccin para la dosis de cemento debido al tipo de agregado.

........................................................................................................................................ 33

Tabla 3.9: Dosis de agua aproximada para la elaboracin de concretos convencionales.

........................................................................................................................................ 38

Tabla 3.10: Relacin agua/cemento requerida para alcanzar la resistencia mecnica

estimada a los 28 das. .................................................................................................... 39

Tabla 3.11: Volumen de agregado grueso por metro cbico de concreto. .................... 40

Tabla 3.12: Rendimiento del concreto fresco. ............................................................... 40Tabla 4.1: Propiedades fsicas que caracterizan los agregados utilizados en concreto. 61

Tabla 4.2: Dosificacin del diseo de mezclas segn el Mtodo del manual del concreto

estructural. Los agregados se consideran saturados con superficie seca. ....................... 64

Tabla 4.3: Dosificacin del diseo de mezclas segn el Mtodo del manual del concreto

estructural modificado. Los agregados se consideran saturados con superficie seca. ... 65

Tabla 4.4: Dosificacin del diseo de mezclas segn el Mtodo ACI 211. Los

agregados se consideran saturados con superficie seca. ................................................. 67


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Tabla 4.5: Dosificacin del diseo de mezclas segn el Mtodo Porrero-ACI 211. Los

agregados se consideran saturados con superficie seca. ................................................. 70

Tabla 4.6: Alteracin de la relacin agua/cemento causa por la presencia de ultrafinos

en los agregados. ............................................................................................................ 76

Tabla 4.7: Contenido de aire atrapado terico y experimental, medido en porcentaje. 77


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NDICE DE SMBOLOS Y ABREVIATURAS

Relacin agua/cemento [adim]

c Relacin agua/cemento corregida por tipo de agregado [adim]

m Relacin agua/cemento modificada [adim]

Factor de mezclado de los agregados finos y gruesos [adim]

Fraccin de PAG que sustituye a la arena lavada de ro [adim]

Porcentaje de aditivo plastificante [%].

Porcentaje de aditivo retardante [%].

Eficiencia del aditivo [adim] Fraccin de arrocillo en el agregado fino [adim]

Desviacin estndar [Kgf/cm ]

A Densidad de la Arena [Kg/m ]

ad1 Densidad del aditivo plastificante [Kg/m ]

ad2 Densidad del aditivo retardante [Kg/m ]

Ar Densidad del Arrocillo [Kg/m ]

MT Densidad del agregado combinado [Kg/m ]P Densidad de la Piedra de Pertigalete [Kg/m ]

PAG Densidad del polvillo arenoso grueso [Kg/m ]

a Agua de amasado [L/m ]

%P200 Material pasante malla #200 [%]

af Cantidad de agua de amasado final [L/m ]

A Arena lavada de ro

Am Arena ModificadaAr Arrocillo

B Factor de correccin de la dosis de cemento por tipo de agregado.

[adim]

C dosis de cemento [Kg/m3]

Cc Dosis de cemento corregida por tipo de agregado [Kg/m ]

F Agregado fino

Fc Resistencia de diseo [Kgf/cm2]

Fcr Resistencia mecnica media del concreto [Kgf/cm ]


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H Porcentaje de humedad [%]

Ka Factor de correccin de la relacin agua/cemento por tipo de

agregado. [adim]

Maaf Masa de agua en el agregado fino [Kg/m ]

Mafc Masa de agregado fino corregida por humedad [Kg/m ]

MAT Mezcla de agregado grueso y fino

MF-A Mdulo de finura de la arena los Olivos 3 (Adim)

MF-AF Mdulo de finura del agregado fino [adim]

MF-Ar Mdulo de finura del polvillo piedra [adim]

MF-PAG Mdulo de finura del polvillo arenoso grueso [adim]

Mfs Masa del agregado fino en condicin de saturado con superficie seca

[Kg/m3]

P Piedra de planta Pertigalete.

Pp Tamao mximo del agregado (mm)

T Asentamiento medido en cono de Abrams

V Volumen de aire atrapado [L/m3]

Rend Rendimiento del concreto fresco [Kg/m ]

ACI American Concrete Institute

COVENIN Comit Venezolano de Normas Industriales

FRX Fluorescencia de Rayos X

LOI Perdidas al fuego (Loss on Ignition)

MMCE Mtodo del Manual del Concreto Estructural

MMCE-ACI211 Mtodo Mixto entre el Mtodo del Manual del Concreto Estructural

y el Mtodo del Comit 211 del ACI

PAG Polvillo Arenoso GruesoPTG Pertigalete

PUC Peso Unitario Compacto [Kg/m ]

PUS Peso Unitario Suelto [Kg/m ]

SIMPCA Servicios Industriales de Maquinaria Pesada Compaa annima


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INTRODUCCIN

CEMEX Venezuela S.A.C.A, empresa en transicin es la empresa productora de cemento y

agregados ms grande de Venezuela, cuenta con cuatro (4) plantas productoras de cemento y

nueve (9) plantas productoras de agregados a nivel nacional. Esta investigacin se centr en

los agregados de planta Pertigalete, ubicada en Anzotegui. La materia prima para la

obtencin de agregados proviene del material de rechazo de la lnea de produccin de

cemento. En 1972 planta Pertigalete inici la explotacin de la formacin el Cuantil para

obtener caliza dolomtica para la produccin de cemento y agregados; su vida til calculada se

estim en 45 aos. En la actualidad se espera que planta Pertigalete contine usando esta

materia prima por un periodo de 3 aos. En vista que la materia prima con la que funciona laplanta ya est llegando al final, el material de rechazo de cemento es cada vez menos

apropiado para la extraccin de agregados, por el alto contenido de material arcilloso con

materia orgnica en descomposicin y frentes de voladura altamente diaclasados que hacen

que el material tenga alto contenido de contaminantes, ya que la minera selectiva no es una

opcin en dicha cantera, por esta razn el rendimiento de agregados en la planta es de slo el

40% y el restante 60% es un subproducto denominado polvillo arenoso grueso (PAG) no apto,

en primera instancia, para concreto.

ANTECEDENTES

La adicin de agregados finos dolomticos bajo la forma de PAG, puede presentar un inters

tcnico, adems del inters financiero que supone usar un material a priori desechable. Enefecto Morao en su estudio Influencia en las Caractersticas Mecnicas de adiciones de

Calizas de distinto Tamao de Grano, En Cementos Portland Con Diferentes Contenidos De

C3A (Morao, 2006), seleccion dos muestras de calizas de similar composicin qumica y

mineralgica, pero distinta composicin petrogrfica las cuales fueron molidas y separadas en

dos grupos granulomtricos, el primero de 45m y otro de 90m. Utilizando este agregado

como adicin en base al contenido de cemento en las siguientes cantidades 5, 10, 15 y 20%

determin que el comportamiento de la caliza usada como adicin en el concreto depende de

sus caractersticas petrogrficas y adems determin que la resistencia mecnica del concreto

en ensayos de compresin y flexin aumenta con el uso de calizas de grano grueso (90m)


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junto con cemento de alto contenido de C3A y que stas pueden actuar como adiciones activas

en la mezcla de concreto (pueden poseer propiedades puzolnicas dependiendo de sus

caractersticas petrogrficas).

Neto y Campiteli en su estudio Influence Limestone Additions on the Rheological

Properties and Water Retention Value of Portland Cement Slurries (Klieger y Hooton,

1990), determinaron que la presencia de partculas de calizas con tamaos de grano inferiores

a 10m tienen un gran poder lubricante y que su presencia no afecta la cantidad de agua

necesaria para lograr un determinado asentamiento. Adems de estas ventajas ya mencionadas

agregan que los materiales calizos permiten solventar deficiencias en la curva granulomtrica,

ayudan a obstruir los poros capilares con lo que se evita la percolacin de agua y se mejora lasegmentacin de los poros capilares para concretos con altas relaciones agua/cemento lo que

aumenta la durabilidad del concreto. Tambin se observan mejoras en la reologa del concreto

debido a que las finas partculas de caliza aumentan la cohesin de la mezcla y adems estos

materiales muestran fuertes tendencias a actuar como adiciones activas en el concreto.

En el estudio reciente Simultaneous Influences of Microsilica and Limestone Powder onProperties of Portland Cement Paste (Allahverdi y Shiva, 2010) se demostr que el uso de

polvos calizos incrementan los requerimientos de agua de amasado en morteros debido a la

alta capacidad de absorcin que tienen estos polvos, este efecto ocurre para cualquier

porcentaje de polvos calizos usados en la mezcla. Tambin encontraron que este efecto es ms

importante en mezclas que contiene cantidades superiores al 12% de microslice. Los polvos

calizos no slo afectan la reologa del concreto, sino tambin el desarrollo de resistencia, pues

encontraron que para cualquier porcentaje de polvos calizos usados como sustituyentes decemento, la resistencia mecnica disminuye respecto a la mezcla patrn.

JUSTIFICACIN

En la actualidad es comn el uso de materiales de desecho como agregado en la produccin

de concreto, ya sea para disminuir la cantidad de un agregado particular por ser costoso o

porque presenta retos de logstica para su disposicin en obra. Todo material de desecho


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puede ser utilizado como carga en concreto siempre y cuando no afecte negativamente las

propiedades mecnicas y durabilidad de ste. Las ltimas tendencias en la investigacin

cientfica acerca del uso de nuevos agregados alternativos en concreto estn orientadas hacia

el uso de materiales de desecho que permitan disminuir los pasivos ambientales de las

empresas y a disminuir los costos de produccin para obtener mejores rendimientos.

Debido a lo anteriormente expuesto, surgi la idea de estudiar si el polvillo arenoso grueso

(PAG) puede ser utilizado como sustituyente de la arena en la fabricacin de concreto

premezclado, ya que esto permitira disminuir los costos de produccin del concreto, pues se

utilizara un material de bajo costo unitario y a la vez se despejara el patio de agregados de la

planta. De esta forma se disminuye este pasivo ambiental y se aumenta el espacio disponiblepara almacenar agregados con mayor valor econmico.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La planta de mayor tamao para la produccin de cemento y agregados de la empresaCEMEX VENEZUELA SACA, empresa en transicin, es planta Pertigalete ubicada en

Puerto La Cruz, estado Anzotegui. La seccin de agregados labora con el material de

rechazo de la seccin de cementos (material extrado de cantera que no cumple con la

composicin qumica mnima requerida para fabricar cemento) que pasa por un proceso de

trituracin primaria en una trituradora de mandbulas y posteriormente el material pasante

llega a la etapa de trituracin secundaria donde se utiliza un impactor para producir el tamao

de partcula deseado. Esta configuracin de la planta no es convencional dado que la seccinde agregados naci debido a la variabilidad de material extrado de cantera y por lo tanto sus

equipos son propios de las operaciones de produccin de cemento y no de la produccin de

agregados. De aqu el hecho que la trituradora secundaria genera tanto material de rechazo,

pues sta opera con un 40% de rendimiento, es decir, del total de material que entra al proceso

de trituracin el 60% se pierde como desecho en forma de polvillo arenoso grueso (PAG). De

aqu la gran problemtica que tiene la seccin de agregados pues hay una gran cantidad de

material (PAG) que se almacena en patio y que no se puede comercializar como agregado

para concreto.


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La gran cantidad de material que se produce como desecho no es el nico problema que

representa el PAG para la planta Pertigalete, sino que adems por contener una gran cantidad

de fino (producidos en el impactor) contamina los agregados gruesos que tambin se

almacenan en el patio, pues los vientos de la zona son capaces de arrastrar el material fino y

depositarlo sobre estos ltimos. Este hecho ha generado problemas con los agregados gruesos

de tal manera que se han tenido que implementar de manera rutinaria controles de calidad que

generalmente son poco frecuentes en este tipo de agregado, lo que aumenta los costos de

produccin. En algunos casos la contaminacin del agregado grueso con ultrafinos del PAG

ha generado problemas a la hora del despacho, pues stos incumplen los requerimientos de

material pasante malla #200.

OBJETIVO GENERAL

El objetivo general de este estudio es evaluar el posible uso del polvillo arenoso grueso

como sustituyente de la arena en el concreto, analizando sus propiedades en estado fresco y

endurecido para determinar la proporcin ptima de PAG a usar en el diseo de mezclas con

la finalidad de disminuir la cantidad de desechos de planta Pertigalete y minimizar el costo deproduccin del concreto premezclado.

OBJETIVOS ESPECFICOS

Caracterizar ntegramente los agregados utilizados en la preparacin delconcreto.

Realizar el diseo de mezclas de referencia a ser utilizado para evaluar el efecto

de la sustitucin de PAG por arena.

Evaluar el efecto de la sustitucin de Arena por distintas fracciones de PAG en

las propiedades del concreto fresco (asentamiento y contenido de aire).

Evaluar el efecto de la sustitucin de Arena por PAG en las propiedades del

concreto endurecido (resistencia a la compresin a los 7 y 28 das). Evaluar los costos asociados al uso de PAG en la mezcla de concreto.


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El presente trabajo est dividido en captulos que se presentan de manera lgica y secuencial

para mostrar todo lo referente a la investigacin. El captulo I es una descripcin de la

empresa para la que se realiz la investigacin, el captulo II es una sntesis de los aspectos

tericos necesarios para entender y desarrollar esta investigacin. En el captulo III se

describe la metodologa utilizada para desarrollar la investigacin, los procedimientos

requeridos para caracterizar los agregados y preparar las mezclas de concreto. Los resultados

obtenidos, sus anlisis y contraste se presentan en el captulo IV. Finalmente se muestran las

conclusiones a las que se lleg al culminar la investigacin y las recomendaciones pertinentes

que otros investigadores deben considerar.


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CAPTULO IDESCRIPCIN DE LA EMPRESA

En el presente captulo se describe, de forma resumida, la empresa donde se desarroll el

trabajo de investigacin aqu presentado, mostrando de antemano una pequea resea

histrica y posteriormente su visin, misin y objetivos que hacen de CEMEX

VENEZUELA, empresa en transicin una empresa lder en Venezuela.

La empresa inicia en 1943 sus operaciones en Venezuela, bajo la denominacin social

Corporacin Venezolana de Cementos, VENCEMOS. Desde sus comienzos se caracteriz por

mantener altos niveles de excelencia en procesos, productos y en sus recursos humanos,

consolidndose como lder en el mercado nacional y por ser la principal empresa exportadora

de cemento y clnker de Venezuela. En 1994, CEMEX inicia operaciones en Venezuela con lacompra de VENCEMOS, que para aquel entonces era la empresa cementera ms grande del

pas. En la actualidad CEMEX VENEZUELA pas a ser administrada por el gobierno

nacional despus del proceso de nacionalizacin iniciado en el 2008 y lleva por nombre

CEMENTOS DE VENEZUELA.

CEMEX VENEZUELA, empresa en transicin actualmente produce, distribuye y

comercializa cemento, concreto premezclado, agregados y materiales de construccin. Cuenta

con tres (3) plantas de cementos, ubicadas en Pertigalete (Estado Anzotegui), Barquisimeto,

(Estado Lara) y Maracaibo (Estado Zulia) as como una Molienda de clnker, ubicada en

Ciudad Guayana (Estado Bolvar). Adicionalmente, abastecen el mercado de concreto

premezclado con una red de unidades de operacin y centros de distribucin ubicados en todo

el territorio nacional. Adems cuenta con nueve (9) Plantas de Agregados a nivel nacional, las

cuales estn ubicadas en Pertigalete y Paradero (Estado Anzotegui), La Concepcin, La

Ceiba y ConPiedra (Estado Bolvar), San Joaqun (Estado Carabobo) , Aragita y Mercedes

de Ca (Estado Miranda) e Isla de Toas (Estado Zulia).


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CEMEX VENEZUELA, empresa en transicin tiene como misin satisfacer las necesidades

de construccin de Venezuela y crear valores sociales para sus grupos de inters. Su visin es

ser el productor de cemento y concreto premezclado ms grande de Venezuela. Por esta razn

sus operaciones estn ubicadas estratgicamente para atender los principales centros

demogrficos y de exportacin. Por ejemplo, la cercana de sus plantas a la costa les permite

atender a otros mercados de la regin.

Cemex Venezuela se esfuerza por alcanzar la excelencia en su desempeo, desarrollando as

relaciones de largo plazo construidas sobre la confianza y valores esenciales de colaboracin,

integridad y liderazgo.

La investigacin realizada se realiz en el departamento de agregados de CEMEX

Venezuela, cuya estructura organizacional se muestra a continuacin:

Figura 1.1: Estructura organizacional del departamento de Agregados de la empresa CEMEXVenezuela, empresa en transicin.

Direccin

Gerencia TcnicaGerencia de Operaciones

Seguridad IndustrialSoporte Operativo

Gerencia de Planificacin

Minera

Jefe de

Mantenimiento

Planificador Mtto

Aragita

Planificador Mtto

San Joaqun

Planificador Mtto

Oriente

Planificador Mtto

Conpiedra

Planificador Mtto

La Concepcin

Lder de

ProyectoJefe de

CalidadCluster Centro

(San Joaqun,

Ferrocarril)

Cluster Oriente

(PTG, Paradero)

Cluster Sur

(Conpiedra,

Concepcin, Ceiba)

Planificacin Ambiental

y Gestin Social

Jefe Exploracin

Geolgica

Direccin

Gerencia TcnicaGerencia de Operaciones

Seguridad IndustrialSoporte Operativo

Gerencia de Planificacin

Minera

Jefe de

Mantenimiento

Planificador Mtto

Aragita

Planificador Mtto

San Joaqun

Planificador Mtto

Oriente

Planificador Mtto

Conpiedra

Planificador Mtto

La Concepcin

Lder de

ProyectoJefe de

CalidadCluster Centro

(San Joaqun,

Ferrocarril)

Cluster Oriente

(PTG, Paradero)

Cluster Sur

(Conpiedra,

Concepcin, Ceiba)

Planificacin Ambiental

y Gestin Social

Jefe Exploracin

Geolgica


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CAPTULO II

MARCO TERICO

En este captulo se desarrollan las bases tericas necesarias para entender y ejecutar el

presente trabajo de investigacin haciendo nfasis en el mecanismo de desarrollo deresistencias del concreto y en el efecto de los ultrafinos en la reologa del concreto.

2.1 EL CONCRETO

El concreto es un material cermico formado por una matriz continua que tiene la capacidad

de endurecer con el tiempo (mediante reacciones qumica de hidratacin) y que est

constituida por cemento, agua y aditivos. En esta matriz continua est inmersa una segunda

matriz discontinua formada por materiales ptreos a los que se le denomina agregados y

constituyen entre el 70 y 85% de la masa total de concreto. (Porrero et al, 2003).

2.2 LOS AGREGADOS

Los agregados tambin son conocidos como ridos o inertes ya que no actan en las

reacciones de hidratacin. Generalmente son de origen natural y su calidad depende de las

condiciones geolgicas de rocas de la cual se extraen y de los procesos fsicos de extraccin

utilizados para obtenerlos. (Porrero et al, 2003).


22/108

9

En la actualidad se estn utilizando como agregados materiales de desecho como es el caso

de agregados obtenidos por trituracin de concreto endurecido proveniente de demoliciones

de estructuras. Este tipo de agregados slo puede ser usado en concretos no estructurales

(Martnez y Mendoza, 2006).

Los agregados se caracterizan principalmente por su composicin granulomtrica que es

una medida de la distribucin de tamaos de partcula que componen al agregado. Este es un

parmetro de control de calidad muy importante a tener en cuenta. La distribucin

granulomtrica se determina de forma indirecta mediante el uso de tamices normalizados que

permiten dividir una muestra representativa en fracciones retenidas en cada cedazo y de ah se

puede determinar su composicin granulomtrica. La norma COVENIN 255 establece losrequisitos granulomtricos tanto para agregados finos como para agregados gruesos, estos

requisitos se muestran en la tabla 2.1.

Tabla 2.1:Lmites granulomtricos para agregados para concreto exigidos por norma COVENIN 255

(en porcentajes pasantes).

Arena3/8 # 4 #8 #16 #30 #50 #100 #200

Mnimo 100 95 80 50 25 10 2 0

Mximo 100 100 100 85 60 30 10 3

Arrocillos y Polvillos (3/8-0)

3/8 # 4 #8 #16 #30 #50 #100 #200

Mnimo 95 60 40 25 15 10 5 0

Mximo 100 90 60 40 30 25 20 15

Piedra 1

1 3/4 1/2 3/8 # 4

Mnimo 90 50 15 0 0

Mximo 100 90 45 20 7

En la prctica es usual dividir los agregados en dos partes: una constituida por los agregados

de grano fino denominado arena y la otra formada por agregados de grano grueso a la que se


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10

le denomina agregado grueso o grava. La mezcla de estas dos fracciones debe cumplir las

exigencias de las normas de construccin, por esta razn se define un parmetro de mezclado

de los agregados que se denomina factor beta ().

(2.1)

Valores altos del factor beta indican granulometras finas ms estables y menos propensas a

la segregacin, pero ms costosas. Mientras que valores bajos del factor beta indican

granulometras gruesas ms econmicas con mayor fluidez, pero poco estables y con posibles

problemas de segregacin (Porrero et al, 2003).

Otra caracterstica del agregado es el tamao mximo de sus partculas que se define como la

menor abertura del cedazo por la cual pasa ms del 95% del agregado grueso. Este influye en

la economa del concreto, pues slo es prctico utilizar el mayor tamao mximo que la

geometra del elemento vaciado permite cuando la resistencia mecnica del concreto est por

debajo de los 210Kgf/cm2, pues a medida que aumenta la resistencia mecnica del concreto

un aumento del tamao mximo produce un aumento de la dosis de cemento requerida y por

lo tanto genera un concreto ms costoso. Por regla general, es recomendable usar agregados

con tamaos mximos menores a una pulgada cuando la resistencia necesaria es mayor a 350

Kgf/cm2. (Porrero et al, 2003).

Para las arenas existe un parmetro que mide de forma ponderada el tamao de granopromedio y se denomina mdulo de finura que se obtiene al sumar los porcentajes

acumulados retenidos en los cedazos de la serie normativa COVENIN y dividirlos por cien

(sin considerar el cedazo #200). El mdulo de finura debe estar entre 2,3 y 3,1 para que est

dentro de la granulometra especificada por norma. Mdulos de finura inferiores a 2,0 indican

arenas muy finas, mientras que un valor por encima de 3,1 indica arenas muy gruesas lo que

puede generar deficiencias granulomtricas que pueden generar concretos poco estables con

alta tendencia a la segregacin. (Porrero et al, 2003).


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11

A las partculas del agregado que pasan la malla #200 (tamaos de partcula menor a 74

micrmetros) se les denomina ultrafinos y segn la norma COVENIN 255 debe estar

limitados a un mximo del 3% en arenas. Los ultrafinos por ser polvos pasan a formar parte

de la pasta afectando la fluidez del concreto, aumentando los requerimientos de agua, sobre

todo si son de origen calizo por las caractersticas untuosas que le confieren a la pasta. En

estudios recientes se ha observado que el uso de materiales calizos en concretos favorece el

desarrollo de las resistencias mecnicas, pero su influencia est condicionada por el tamao

de grano de la caliza, pues los estudios arrojaron que calizas finamente molidas con tamao

de grano entre 45 y 90 micrones generan mejores resistencias mecnicas que los agregados

calizos con tamaos menores. (Morao, 2006).

El contenido de materia orgnica en los agregados puede generar grandes problemas en el

concreto desde problemas estticos porque grandes cantidades de materia orgnica generan

manchas en las superficies de elementos de concreto de obra limpia hasta retrasos en el

fraguado y problemas en el desarrollo de resistencias. La materia orgnica puede actuar como

pantalla entre la pasta del cemento y los agregados reduciendo la adherencia entre stos lo que

genera una prdida de resistencia mecnica, pero tambin puede actuar como pantalla entre

los granos de cemento y el agua de mezclado impidiendo las reacciones de hidratacin y porlo tanto afectando los tiempos de fraguado. Por esta razn es muy importante conocer el

contenido de material orgnico, especialmente del agregado fino, para evitar los problemas

mencionados. (Neville, 1986).

Dependiendo de las condiciones geolgicas que imperaron durante la formacin de la roca

madre de la cual se extraen los agregados, es posible que stos desarrollen una tendencia areaccionar con los sulfatos del medio que los rodea, estas reacciones generalmente producen

disolucin del agregado lo que genera prdida de masa del concreto. Esta sensibilidad del

agregado a reaccionar con los sulfatos se denomina disgregabilidad. Este es un parmetro de

control de calidad que se realiza con poca frecuencia una vez que es conocida la cantera de

donde se extraen los agregados, pero que es muy importante cuando se desea estudiar la

factibilidad de usar un cierto agregado en el concreto. Segn la norma COVENIN 277 est

permitido como mximo una prdida de masa de 10 % del agregado si se evala la

desgregabilidad con sulfato de sodio y del 15% si se evala con sulfatos de magnesio.


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Como el concreto est compuesto mayoritariamente por agregados, la resistencia del

concreto est ntimamente relacionada con la resistencia del agregado, de ah la importancia

de determinar la resistencia del los materiales ptreos utilizados para fabricar el concreto. Una

medida de la resistencia del agregado grueso se determina mediante el ensayo de desgaste de

los ngeles que segn norma COVENIN 277 permite como mximo un desgaste del 40%.

Este porcentaje de material desgastado se ve fuertemente afectado por la presencia de

partculas planas y alargadas, estas partculas se definen como todas aquellas cuya mxima

dimensin dividida entre su menor dimensin sea mayor a tres (3). Esta definicin solamente

aplica para el agregado grueso y su contenido en agregados para concreto est restringido al

25% en peso. Para determinar la morfologa del agregado fino se utiliza una tcnica ms

compleja que permite determinar la superficie especfica mediante la tcnica del azul de

metileno.

La humedad se define como la cantidad de agua adsorbida sobre la superficie del agregado

y que tiene la capacidad de actuar como agua de mezclado una vez preparada la mezcla de

concreto. La humedad del agregado fino es ms sensible a las condiciones atmosfricas que la

humedad del agregado grueso debido a que este ltimo tiene menor superficie especifica. Por

esta razn es muy importante determinar la humedad del agregado fino al inicio del da antesde realizar la primera mezcla de concreto, esto con la finalidad de hacer la correccin en el

agua de mezclado y as no afectar la resistencia del concreto. (Porrero et al, 1979).

La densidad de los agregados se utiliza para dosificar las mezclas diseadas por el mtodo

del manual del concreto estructural donde se considera el volumen absoluto que ocupa cada

componente de la mezcla. (Porrero et al, 2003).

La absorcin de los agregados se requiere para determinar la humedad absoluta de los

agregados cuando se determina la humedad segn una base de clculo del agregado seco, pues

en el diseo de mezclas se considera que el agregado se encuentra en estado de saturado con

superficie seca, es decir, no tiene la capacidad de absorber agua. Es de suma importancia

manejar los valores de absorcin reales de cada agregado para evitar prdidas de asentamiento

no relativas al diseo, pues los agregados secos tienden a absorber agua lo que genera una


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prdida de asentamiento causado por fallas en el control de calidad de los agregados y no

inherente a la calidad del mismo.

En cuanto al peso unitario suelto (PUS) se utiliza para determinar la cantidad, en metros

cbicos, de agregado que hay en una tonelada. Es til para determinar el espacio requerido en

patio para almacenar el agregado que entra a la planta de concreto premezclado. El peso

unitario compacto (PUC) se utiliza para dosificar el agregado grueso en mezclas de concreto

diseadas segn el comit 211 de la ACI (American Concrete Institute). Este mtodo de

diseo dosifica los agregados finos en base al mdulo de finura del mismo sin considerar la

distribucin granulomtrica exigida por norma COVENIN 255.

La colorimetra es un mtodo indirecto para determinar la presencia de impurezas orgnicas

en los agregados finos para concreto con la finalidad de descartar posibles problemas en el

desarrollo de resistencias a edades tempranas y en la aparicin de manchas oscuras en

elementos de concreto de obra limpia (Neville,1986).

2.3 EL AGUA

El agua es un componente imprescindible para el concreto, ya que gracias a ella se

desarrollan las reacciones de hidratacin del cemento, hace fluida y trabajable la mezcla de

concreto y propicia el desarrollo de resistencia del concreto endurecido durante la etapa de

curado. Por tan importante rol que desempea el agua en el concreto, se debe cuidar que staest libre de impurezas y contaminantes que afecten la fluidez, fraguado y durabilidad del

concreto.

En la tabla 2.2 se muestran los requisitos que debe cumplir el agua para ser utilizada en la

fabricacin de concreto.


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Tabla 2.2: Requerimientos establecidos por norma COVENIN 2385 para el agua de mezclado.

Impurezas Contenido mximo (ppm)

Slidos disueltos 5000

Cloruros 500-2000

Materia orgnica 250-5000

pH 5-7,5

2.4 EL CEMENTO

El cemento es el componente que permite el desarrollo de la resistencia mecnica delconcreto y el componente con mayor costo unitario en la mezcla. El cemento se obtiene de la

calcinacin de piedra caliza y arcilla a temperaturas cercanas a los 1450C para promover la

sinterizacin, seguidamente se somete a un enfriamiento brusco para obtener especies

qumicas con fases metaestables. El producto obtenido de esta forma se denomina clinker y

ste debe ser sometido posteriormente a un proceso de molienda donde se adiciona yeso con

la finalidad de controlar el falso fraguado del cemento durante el mezclado de concreto

(Taylor, 1967).

El cemento portland est compuesto principalmente por cinco (5) especies mineralgicas

que se muestran en la tabla 2.3.


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Tabla 2.3: Composicin mineralgica del cemento portland y las caractersticas principales de los

mismo.

Componente Cantidad Calor de

hidratacin

(cal/g)

Caractersticas principales

C3S

Alita

25-55 120 Altas resistencias inciales y alto calor de

hidratacin

C2S

Belita

15-50 62 Desarrollo lento de resistencias y moderado calor

de hidratacin

C3A


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Los aditivos tienen campos especficos de accin, por esta razn existen diferentes tipos

dependiendo de la propiedad que modifican en el concreto. En la tabla 2.4 se listan los

diferentes tipos de aditivos que existen y su efecto sobre la mezcla de concreto.

Tabla 2.4:Tipos de aditivos y su efecto en la mezcla de concreto.

Tipo Efecto

A Reductores de agua

B Retardantes de fraguado

C Aceleradores de fraguado

D Reductores de agua y retardantes de fraguado

E Reductores de agua y acelerantes de fraguadoF Reductores de agua de alto rango (superplastificantes)

G Reductores de agua de alto rango y retardadores

Tomado de la tabla VII.1 del manual del concreto estructural, pag. 168.

En el presente trabajo de investigacin se utilizaron dos (2) aditivos diferentes, uno como

reductor de agua (plastificante) y otro como retardante de fraguado. Es importante destacar

que los aditivos retardantes de fraguado generalmente actan como plastificantes a bajas

dosis, por esto se debe determinar la eficiencia del aditivo plastificante al utilizarlo en

conjunto con un aditivo retardante de fraguado.

2.5.1 Aditivo reductor de agua (POLYHEED 755)

El POLYHEED 755 es un aditivo reductor de agua de rango medio fabricado por BASF,

este aditivo que permite reducir el agua hasta en 20% manteniendo el asentamiento,

mejorando la colocabilidad, el acabado y minimizando la exudacin del concreto.

Se recomienda usar dosis entre 195mL y 780mL de aditivos por cada 100Kg de material

cementante. Si se desea un efecto reductor de agua convencional se recomienda el uso de


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195mL a 325mL por cada 100Kg de cementante, pero si se requiere una reductor de agua de

rango medio se aconsejable usar entre 325mL y 780mL para lograr bueno resultados.

El aditivo POLYHEED 755 est formulado en base a etilendiamida como agente activo.

2.5.2 Aditivo retardante de fraguado (POZZOLITH 2205)

El POZZOLITH 2205 fabricado por BASF, est formulado en base a trietanolamina y

dietanolamina como agentes activos. Se recomienda usar en dosis entre 130mL y 325mL porcada 100Kg de material cementante. Este aditivo mejora la trabajabilidad y reduce la

segregacin de la mezcla.

2.6 PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO

La dosificacin de los componentes de la mezcla de concreto debe realizarse de manera tal

que se garantice una colocabilidad, resistencia, durabilidad y densidad adecuada para cumplir

las exigencias de la estructura que se construir. (Olivares et al, 1975).

La colocabilidad es una definicin amplia que abarca los conceptos de trabajabilidad y

consistencia. Se denomina trabajabilidad a la propiedad del concreto que determina lacapacidad que posee una mezcla para permitir el vaciado, la debida compactacin y la

obtencin de un acabado satisfactorio sin correr riesgos excesivos de segregacin y

exudacin. Esta propiedad se mide de manera cualitativa y se reconoce en base a la

experiencia prctica. La consistencia es la humedad de la mezcla y se mide cuantitativamente

en trminos del asentamiento. (Olivares et al, 1975).

La segregacin es la tendencia natural que poseen los componentes de la mezcla de concreto

a separarse generando problemas de uniformidad y homogeneidad que se traducen en prdida


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de colocabilidad y durabilidad del concreto. La segregacin depende fuertemente de la

granulometra del agregado combinado, concretos con bajos factores beta son muy propensos

a la segregacin, prdida de cohesin y moldeabilidad. En tanto, factores beta muy altos

favorecen la cohesin y la moldeabilidad aunque las mezclas tienden a tornarse pastosas

debido a una alta viscosidad. (Olivares et al, 1975).

2.7 PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO

No slo la facilidad para colocar, compactar y acabar un elemento fabricado con concreto es

la meta de un mtodo de diseo particular, sino que tambin se cumpla con los requerimientosde durabilidad, permeabilidad y resistencia establecidos.

La durabilidad es la capacidad del concreto para resistir los factores ambientales que pueden

reducir su capacidad de servicio como lo son los ciclos de congelamiento y deshielo, agentes

qumicos agresivos provenientes del suelo que sustenta las bases de una edificacin, el lavado

con agua de mar entre otros. Debido a estos factores se busca hacer concretos con bajapermeabilidad, la cual se logra reduciendo la relacin agua/cemento, pero esta tcnica

produce concretos con problemas de fluidez y muy costosos por lo que actualmente es ms

eficiente usar adiciones activas como microslice o cenizas volantes como agentes

impermeabilizantes logrndose mejores efectos que modificando otros parmetros ya

mencionados (Nilforoushan, 2005).

Para evaluar la calidad de una mezcla de concreto se debe realizar un monitoreo del

desarrollo de resistencia del concreto a las edades convencionalmente de 3, 7, 14, y 28 das.

De esta forma se tiene un registro total de la resistencia alcanzada y de la velocidad con la que

evoluciona la resistencia mecnica. En concreto se determina la resistencia mecnica

mediante ensayos de compresin uniaxial y sta se toma como el promedio aritmtico de al

menos dos cilindros ensayados a la misma edad y con resultados que tengan una desviacin

estndar inferior a 8Kgf/cm2para garantizar resultados confiables. (Norma COVENIN 338,

2002).


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2.8 DISEO DE MEZCLAS

El diseo de mezclas es una secuencia metodolgica que permite determinar la cantidad de

cada uno de los componentes que integrarn la mezcla de concreto con la finalidad de obtener

un material con el comportamiento deseado tanto en estado fresco como en estado

endurecido. Cualquier diseo de mezclas debe estar orientado en la bsqueda de la economa

y la manejabilidad de la mezcla siempre cumpliendo con los requisitos de resistencias y

durabilidad. (Porrero et al, 2003).

Las dosificaciones obtenidas por cualquier mtodo de diseo de mezclas deben serconsideradas nicamente como un punto de partida y no como una dosificacin final, pues

sta se debe conseguir en base a mezclas de pruebas que permitan realizar los ajuste

necesarios para adaptarse a los agregados que se estn usando y a las condiciones ambientales

donde se elaboran las mezclas. Los mtodos de diseos de mezclas slo permiten

dimensionar, a grosso modo, la cantidad de los componentes, pero en ningn momento stos

deben ser tomados de una forma estricta porque estos mtodos para ser accesibles a cualquier

operador deben ser de fcil manejo y operatividad y por ende no pueden considerar todas lasvariables intrnseca a los materiales usados, pues el grado de complejidad sera elevado y el

mtodo perdera cualquier aplicabilidad por ser poco prctico aunque muy preciso.

2.9 MECANISMO DE HIDRATACIN Y DESARROLLO DE RESISTENCIAS.

La hidratacin es un proceso de transformacin qumica de los componentes sintticos del

cemento Portland en slico-aluminatos precipitados. Este cambio qumico se inicia

inmediatamente despus de mezclar el cemento con agua y genera calor debido a la liberacin

de energa de las fases metaestables obtenidas por el enfriamiento rpido del clinker. En la

figura 2.1 se muestra la evolucin del calor de hidratacin en funcin del tiempo.


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Figura 2.1: Evolucin del calor de hidratacin con el tiempo.

Tomado del Curso de Cemento del Departamento de agregados, Cemex Venezuela.

El primer pico que se observa en la figura 2.1 se debe a la hidratacin instantnea del

aluminato triclcico (C3A) antes de ser controlada por la precipitacin de sulfoaluminatos en

la superficie del grano de cemento. Este pico es caracterstico del aluminato triclcico, pues

este es el componente del cemento que tiene la mayor velocidad de hidratacin y el que

tambin libera mayor cantidad de energa como se aprecia en la tabla 2.3. Los iones sulfato

provienen de la disolucin del yeso (CsH2) reaccionan con el aluminato triclcico para formaruna barrera fsica entre la partcula de cemento y el agua que se denomina etringita

(C6As3H31) y que es responsable de los problemas de susceptibilidad del concreto a

concentracin de sulfatos del medio. La ecuacin 2.2 mostrada a continuacin representa la

reaccin qumica antes descrita.

C3A + 2CsH2+ 25H C6As3H31 (2.2)

La hidratacin descontrolada del aluminato triclcico es muy breve, slo dura unos minutos,

y generalmente no se aprecia porque ocurre durante el mezclado del concreto, por esta razn

se debe garantizar un mezclado constantes durante los primeros 5 minutos para evitar

problemas de falso fraguado (Taylor, 1967).


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Los dems componentes del cemento tambin reaccionan al estar en contacto con el agua,

pero a una velocidad mucho menor y el proceso de hidratacin se ve retardado debido a la

formacin de una delgada pelcula de slico-aluminatos (Tobermorita) que cubren a la

partcula de cemento. Esta etapa se conoce como periodo durmiente y es la etapa donde el

concreto manifiesta sus propiedades en estado fresco y permite el vaciado, compactacin y

acabado. En la figura 2.1 se representa el periodo durmiente como la zona 2. Este periodo

suele durar entre 40 y 120 minutos dependiendo de la finura del cemento y de la temperatura

del medio. (Taylor, 1967).

Durante el periodo durmiente las reacciones de hidratacin continan desde afuera hacia

adentro en la partcula de cemento y la capa formada a su alrededor crece a expensas delconsumo de agua por las reacciones, formacin de portlandita (CH) y slico-aluminatos (C-S-

H), de esta forma la mezcla comienza a perder fluidez y se torna plsticas siendo esto el inicio

del fraguado del concreto. Las reacciones de hidratacin prosperan y los compuestos slico-

aluminatos comienzan a formar una red entrelazada que aporta la resistencia del concreto.

Las reacciones qumicas de hidratacin del silicato triclcico (C3S) ocurren enaproximadamente 30 das, por esta razn es que la resistencia del concreto se normaliz a los

28 das de curado. La reaccin de hidratacin de la alita se muestra en la ecuacin 2.3:

2C3S+ 6HC3S2H3+3CH (2.3)

La belita al igual que la alita tambin se hidrata y aporta en la resistencia del concreto, pero

su velocidad de hidratacin es ms lenta y demora un (1) ao en desarrollar toda su resistencia

potencial. Es por esta razn que si al concreto se le garantiza un suministro continuo de agua,

ste continuar ganando resistencias. La ecuacin 2.4 muestra la reaccin de hidratacin de

silicato diclcico.

2C2S+ 4HC3S2H3+CH (2.4)


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22

Como se puede apreciar en las ecuaciones 2.3 y 2.4 existe un subproducto de hidratacin

que se denomina Portlandita (hidrxido de calcio) que no influye en la resistencia mecnica

del concreto, pero que afecta la durabilidad del mismo en condiciones donde el concreto est

en contacto con el agua marina debido a que el agua de mar es pobre en calcio, pero rica en

magnesio y por esto ocurre un proceso de lixiviacin de calcio. La reaccin de

desplazamiento de la portlandita por brucita (Mg(OH)2) implica un cambio de volumen del

100% lo que introduce esfuerzo de traccin en la matriz del concreto que pueden generar

agrietamiento y prdidas de servicio de las estructuras de concreto. En la ecuacin 2.5 se

indica la reaccin de lixiviacin de calcio por accin del agua de mar.

MgSO4+ Ca(OH)2 Mg(OH)2+ CaSO4 (2.5)

La solucin para asegurar la durabilidad del concreto es minimizar la cantidad de

portlandita libre que existe en la matriz del concreto, por esta razn se debe garantizar una

cantidad suficiente de arena que aporte slice al concreto para que la portlandita reaccione

generando tobermorita secundaria que si aporta resistencia al concreto y mejora la durabilidad

del mismo sin disminuir la relacin agua/cemento. El efecto de la presencia de slice en losagregados finos se muestra en la ecuacin 2.6.

CH + S C-S-H (2.6)

En la actualidad el suministro de agregados de buena calidad se ha reducido debido alagotamiento de las fuentes y a problemas ambientales para la explotacin de nuevas canteras

y saques, aunque la demanda del concreto se ha incrementado rpidamente con el aumento de

la poblacin. Por esta razn, es imperativo tratar de utilizar materiales que en tiempos pasados

era impensable usarlos como agregados para concreto siempre garantizando la durabilidad y

confiabilidad en el concreto.


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23

2.10 EFECTO DE LOS ULTRAFINOS EN LA REOLOGA DEL CONCRETO.

Los ultrafinos presentes en los agregados para concreto pueden tener grandes beneficios para

la mezcla de concreto, siempre que stos estn compuestos por materiales silceos o calizos,

pues las arcillas tienden a generar problemas de hidratacin del cemento y prdida de

adherencia entre la pasta y los agregados (Porrero et al, 2003).

Los ultrafinos por ser polvos influyen sobre el mecanismo de lubricacin del concreto en

conjunto con el cemento, pues tienen la capacidad de formar pasta, favoreciendo la estabilidad

de la mezcla y mejorando la trabajabilidad del concreto. Por ser agentes modificadores delmecanismo de lubricacin tienen la capacidad de alterar la relacin agua/cemento,

disminuyndola, en forma proporcional a la presencia de los mismos en la mezcla. De esta

forma incrementan los requerimientos de agua de mezclado necesarios para obtener un

asentamiento deseado, favoreciendo por otra parte la retraccin y la exudacin del concreto.

(Porrero et al, 2003).


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CAPTULO IIIDISEO EXPERIMENTAL

Este captulo contiene el marco metodolgico utilizado para alcanzar los objetivos

planteados. Aqu se desarrolla la metodologa aplicada para el diseo de mezclas siguiendo

tres (3) mtodos distintos de diseo, tambin se describe en forma resumida los

procedimientos experimentales utilizados para la caracterizacin de los agregados. Losmateriales y equipos usados durante el desarrollo del presente trabajo de investigacin.

3.1 MATERIALES

En la tabla 3.1 se listan los materiales utilizados para desarrollar el presente trabajo deinvestigacin, cada agregado fue muestreado en una cantidad suficiente para componer una

pila de material que sera ntegramente caracterizado y que alcanzara para realizar todos los

ensayos y mezclas.

Tabla 3.1: Agregados

Agregado Cantidad (Kg) Procedencia Fecha de muestreo

Arena lavada de ro 1000 Barcelona 15-03-2010

Polvillo piedra 600 Pertigalete 04-03-2010

PAG 500 Pertigalete 04-03-2010

Piedra 1 1200 Pertigalete 04-03-2010

En la tabla 3.2 se muestran las propiedades caractersticas de los aditivos usados, las cuales

son necesarias para el diseo de mezclas.


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25

Tabla 3.2: Aditivos y propiedades requeridas para el diseo de mezclas

Aditivo Gravedad

especfica

Eficiencia Dosis usada (% respecto al

contenido de cemento)

Reductor de agua

POLYHEED 755

1,068 7 0,4806

Retardante de fraguado

POZZOLITH 2205

1,19 3 0,357

3.2 EQUIPOS

En la tabla 3.3 se listan los equipos utilizados para realizar los ensayos de caracterizacin y

mezclado de concreto a nivel de laboratorio.

Tabla 3.3: Equipos

Equipo Marca Modelo

Trompo mezclador SIVETI BABY C-190

Mquina de ensayos

mecnicos

ELE International 1887A002

Tamizadoras agregados

finos

Controls -------------

Tamizadora agregados

gruesos

Controls ------------

Recipiente para medir

contenido de aire

FORNEY LA-0316

Estufa HALER -----------

Balanza OHAUS XK-B1

Bscula OHAUS TS4000D

Cedazos ASTM Dimetro 8

Vernier MITUTOYO -----------

Termmetro SPERS 76 mm


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26

Adems de los equipos antes mostrados se utilizaron pala, palustres, cepillos de alambre,

escobas, entre otros, pero no se mencionan debido a que su uso no influye en la

reproducibilidad de los resultados obtenidos en el presente estudio.

3.3 METODOLOGA PARA EL DISEO DE MEZCLAS DE CONCRETO

La lnea de produccin de agregados de planta Pertigalete (PTG) produce un 60% de

polvillo arenoso grueso (PAG) que es considerado un desecho por su alto contenido de

ultrafinos. Por esta razn, se estudi la factibilidad del uso del PAG como sustituyente de la

arena en el concreto premezclado. Para alcanzar dicho objetivo, el estudio se dividi en fasesinterrelacionadas que se describen a continuacin:

Primera fase: Caracterizacin qumica y fsica de los agregados usados en el concreto

(arena, piedra, arrocillo y PAG). Los ensayos realizados para caracterizar los agregados se

muestran en la tabla 3.4.

Tabla 3.4: Ensayos fsicos y qumicos a ser realizados para caracterizar los agregados.

Ensayo PAG Arena Polvillo Piedra

Composicin qumica (FRX) x x

Distribucin granulomtrica (COVENIN

255)

x x x x

Contenido de material pasante 200

(COVENIN 258)

x x x x

Densidad y Absorcin (COVENIN 268 y

269)

x x x x

Contenido de Partculas Planas (COVENIN

264)

x

Colorimetra (COVENIN 256) x x x

Contenido de humedad x x x x

Desgaste Los ngeles (COVENIN 266) x


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27

Para determinar la composicin qumica del polvillo arenoso grueso (PAG) se visit la

planta Pertigalete y se realiz un muestreo al azar en toda la extensin de la pila. En total se

tomaron 12 muestras de unos 45 Kg cada una. De estas muestras se tom una porcin de

aproximadamente 1 Kg y se envi al laboratorio de control de calidad de Cementos para

determinar la composicin qumica mediante Fluorescencia de Rayos X (FRX).

De los ensayos realizados durante la caracterizacin del material resultaron crticos la

composicin granulomtrica y la determinacin de la densidad, pues stos son parmetros que

dictaminan cual ser el diseo de mezclas, sobre todos porque se desea conocer la cantidad

ptima de PAG a ser utilizada en la mezcla.

Segunda fase: Diseo de mezclas usando distintas proporciones de PAG como sustituyente

de la arena.

Para estudiar la influencia del PAG como sustituyente de la arena en el concreto se tom

como referencia una mezcla de concreto elaborada con la arena, el arrocillo y piedra de

Pertigalete. Los parmetros de diseo de dicha mezcla se muestran en la tabla 3.5.

Tabla 3.5: Parmetros bsicos para el diseo de mezcla patrn.

Resistencia mecnica normalizada 250 Kg/cm^2

Asentamiento en cono de Abrams 5 pulgadas

Tamao mximo de agregado 1 pulgada

Aire incluido NO

Las mezclas de estudio estaban compuestas por cuatro (4) agregados distintos que son:

arena lavada de ro proveniente de los Olivos 3 en Barcelona, arrocillo de Pertigalete (polvillo

piedra), piedra triturada de planta Pertigalete y polvillo arenoso grueso (PAG), tambin de

planta Pertigalete. Para determinar la cantidad de agregados a ser usados en la mezcla, se

asumi una ley de mezclas que se describe a continuacin:


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El agregado fino total (F) a ser usado en la mezcla estaba compuesto por una fraccin de

arrocillo (Ar) y una fraccin de arena modificada (Am).

F=*Ar+(1-)*Am (3.1)

Donde:

F: Agregado fino (% pasante)

Ar: Arrocillo (% pasante)

Am: Arena Modificada (% pasante)

: Fraccin de arrocillo en el agregado fino (adim)

La arena modificada como tal estaba compuesta por una fraccin de arena lavada de rio (A)

y una fraccin de PAG.

Am = *PAG + (1-)*A (3.2)

Donde:

Am: Arena Modificada (% pasante)

A: Arena lavada de ro (% pasante)

PAG: Polvillo Arenoso Grueso (% pasante)

: Fraccin de PAG que sustituye a la arena lavada de ro.

De la combinacin de las dos ecuaciones anteriores se obtuvo la ley de mezclas de los tres

(3) agregados que constituyen el agregado fino utilizado en el diseo y elaboracin de las

mezclas de prueba.

F = *Ar+(1- )**PAG + (1- )* (1-)*A (3.3)


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29

3.3.1 Mtodo del manual del concreto estructural

El agregado total (MAT) utilizado en el concreto estaba compuesto por una parte de

agregado fino total (F) y piedra de triturada (P) de planta Pertigalete.

MAT = *F+(1-)*P (3.4)

Donde:

MAT: Mezcla de agregado grueso y fino (% pasante)F: Agregado fino (% pasante)

P: Piedra de planta Pertigalete. (% pasante)

: Factor beta de mezclado de los agregados fino y grueso. (adim)

De esta forma la mezcla de agregado combinado se describe mediante la siguiente ecuacin:

MAT= * *Ar+ *(1- )**PAG+ *(1- )* (1-)*A+(1-)*P (3.5)

Las fracciones de PAG que su utilizaron en el diseo de mezclas se determinaron por tanteo

mediante el uso de un programa en Excel, de forma tal que la mezcla de agregados (MAT)

estuviese dentro del rango de distribuciones granulomtricas permitidas segn norma

COVENIN 277 para un tamao mximo de una pulgada (Ver tabla 3.5).

Usando el mtodo de diseo por peso descrito en el manual de concreto estructural se

determinaron las cantidades de los componentes de la mezcla. Este proceso se describe a

continuacin:


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Conocida la distribucin granulomtrica de los agregados se procedi a calcular el rango de

factores beta () en la que se pueden utilizar los agregados partiendo de los rangos

recomendados por El manual del concreto fresco, 1979.

Tabla 3.6: Lmites granulomtricos recomendados para agregados mezclados y tamao mximo de

una pulgada.

Cedazo 1 3/8 #4 #8 #16 #30 #50 #100 #200

Mnimo 90 70 55 45 30 20 15 10 5 1 0

Mximo 100 90 75 68 55 45 35 25 16 8 5

Se calcul un factor beta () para cada cedazo, tanto mnimo como mximo, y del conjunto

de factores beta mnimo se escogi el mximo valor. Del conjunto de factores beta mximo se

tom el mnimo.

min=(Pmin-Ppiedra)/ (Pfino-Ppiedra) (3.6)

max=(Pmax-Ppiedra)/ (Pfino-Ppiedra) (3.7)

El factor beta () a ser utilizado en la mezcla fue un valor comn para todas las mezclas

preparadas incluida la mezcla patrn, esto se hizo para conservar la proporcin entre los

agregados y de esta forma solamente estudiar el efecto de la sustitucin de arena por PAG sin

tener efectos no considerados debidos a cambios en la gradacin de la mezcla.

La resistencia mecnica promedio del concreto se calcul de las siguientes ecuaciones

proporcionadas por la norma COVENIN 1753 seccin 5.4.2.1.

Fcr = Fc + 1,34 (3.8)


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Fcr = Fc + 2,34 -35 (3.9)

Donde:Fc: Resistencia de diseo (Kgf/cm2)

Fcr: Resistencia mecnica media del concreto (Kgf/cm2)

: Desviacin estndar. (Kgf/cm2)

Del resultado de estas ecuaciones se tom el mayor valor de la resistencia mecnica media

teniendo en cuanta que la desviacin estndar de al menos 30 ensayos consecutivos paraconcreto en la planta SIMPCA, Puerto Ordaz es de 35 Kgf/cm2. Segn los requerimientos de

la norma COVENIN 1753 que establece que el concreto estructural no debe ser diseado con

una fraccin defectuosa superior al 9%, en base a esto, la resistencia a la compresin a los 28

das debera ser de 300KgF/cm2.

Una vez definida la resistencia mecnica media del concreto a elaborar se determin la

relacin agua/cemento () mediante el uso de la Ley de Abrams.

= 3,147-1,065*log (Fcr) (3.10)

Esta ecuacin es vlida para agregados gruesos calizos triturados y arena lavada de rio.

Por ser el agregado fino una mezcla de agregados triturados y naturales se utiliz un factor

de correccin para la relacin agua/cemento, se tom el factor de correccin ms conservador

para evitar posibles problemas en el desarrollo de resistencias del concreto.


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Tabla 3.7: Factores de correccin de la relacin agua/cemento por tipo de agregados.

Tipo de agregado Factor de correccin (Ka)

Arena triturada con piedra triturada 1.14

Tomado de la tabla VI.8 del Manual del concreto estructural, 2003.

De esta forma la relacin agua/cemento se expresa de la siguiente forma:

c = Ka* (3.11)

Donde:

c: Relacin agua/cemento corregida por tipo de agregado (adim)

Ka: Factor de correccin de la relacin agua/cemento por tipo de agregado. (adim)

Al utilizar un aditivo reductor de agua se debi recalcular la cantidad de agua de amasado

necesaria en la mezcla. El aditivo no slo tiene efecto sobre la cantidad de agua de amasado,

sino que tambin acta sobre la resistencia mecnica esperada debido a que al disminuir el

agua de amasado y mantener la dosis de cemento se afecta la relacin agua/cemento

(disminuye) lo que incide directamente sobre la resistencia mecnica esperada.

Segn el manual del concreto estructural, el efecto de los aditivos reductores de agua se

cuantifica calculando una relacin agua/cemento modificada por el efecto del aditivo, y este

clculo depende exclusivamente de la eficiencia del mismo. A su vez la eficiencia de los

aditivos depende de su dosificacin en base a la dosis de cemento.

m = c*(1-) (3.12)

Donde:

m: Relacin agua/cemento modificada (adim)


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c: Relacin agua/cemento corregida por tipo de agregado (adim)

: Eficiencia del aditivo (adim)

Conocida la relacin agua/cemento se procedi a calcular la dosis de cemento (C) necesariaen la mezcla mediante la ecuacin que describe la relacin triangular.

C=117,2*T0,16*m-1,3 (3.13)

Donde:C: dosis de cemento (Kg/m^3)

T: Asentamiento medido en cono de Abrams (cm)

m: Relacin agua/cemento modificada (adim)

Esta ecuacin es vlida para asentamientos entre 1 y 8 pulgadas y para agregados gruesos

calizos triturados y arena lavada de rio.

Al igual que la relacin agua/cemento, la dosis de cemento requiri ser corregida por tipo de

agregado, para lo cual se aplic el mismo criterio anterior.

Tabla 3.8: Factores de correccin para la dosis de cemento debido al tipo de agregado.

Tipo de agregado Factor de correccin (B)

Arena triturada con piedra triturada 1.28

Tomado de la tabla VI.12 del Manual del concreto estructural, 2003.

De esta forma la dosis de cemento se expresa de la siguiente forma:

Cc = B*C (3.14)


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Donde:

Cc: Dosis de cemento corregida por tipo de agregado (Kg/m^3).

B: Factor de correccin de la dosis de cemento por tipo de agregado. (adim)

Aunque el concreto sea colocado y compactado con las tcnicas apropiadas, siempre

contendr una cierta cantidad de aire atrapado (este aire no es incluido o incorporado) que

afecta los clculos de volumen absoluto de la mezcla. Segn el manual del concreto

estructural la cantidad de aire atrapado se puede cuantificar mediante la siguiente expresin:

V=Cc/Pp (3.15)

Donde:

V: Volumen de aire atrapado (L/m3)

Cc: Dosis de cemento corregida por tipo de agregado (Kg/m^3)

Pp: Tamao mximo del agregado (mm)

El volumen absoluto del cemento en la mezcla depender de la densidad del cemento que

para efectos prcticos se considera igual a 3,33g/cc. Este fue el valor utilizado en los diseos

de mezclas realizados.

La cantidad de agua de amasado, se calcul partiendo de la relacin agua/cemento y de la

dosis de cemento requerida en la mezcla.

a=Cc*m (3.16)

Donde:

a: Agua de amasado (L/m3)

Cc: Dosis de cemento corregida por tipo de agregado (Kg/m3)


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m: Relacin agua/cemento modificada (adim).

La cantidad de agua de amasado debe ser corregida por la humedad de los agregados finos

usados (arena, arrocillo y PAG) para evitar prdidas de resistencia al incluir ms agua de lanecesaria ya que de esta forma la relacin agua/cemento aumentar y por consiguiente la

resistencia mecnica esperada disminuir.

La cantidad de agua que se introduce en la mezcla por efectos de la humedad de los

agregados se cuantific de la siguiente forma:

Maaf=0,01*Mfs*H (3.17)

Donde:

Maaf: Masa de agua en el agregado fino (Kg/m3)

Mfs: Masa del agregado fino en condicin de saturado con superficie seca (Kg/m3)

H: Porcentaje de humedad (%)

Luego como el agregado fino fue dosificado en peso tiene una cierta cantidad de agua que

contribuye con su peso, realmente se est dosificando menos agregado fino del calculado, por

esta razn se debe corregir la cantidad de agregado fino como sigue:

Mafc=0,01*Mfs*(100+H) (3.18)

Donde:

Mafc: Masa de agregado fino corregida por humedad (Kg/m3)

Mfs: Masa del agregado fino en condicin de saturado con superficie seca (Kg/m3)

H: Porcentaje de humedad (%)


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Despus de la correccin por humedad la cantidad total de agua de amasado en la mezcla de

concreto fue:

af = am Maaf (3.19)

Donde:

af: Cantidad de agua de amasado final (L/m3)

La cantidad de agregados necesarios en la mezcla se determin mediante el mtodo de losvolmenes absolutos descrito en el manual del concreto estructural. Para ello es necesario

conocer el peso especfico de los agregados combinados. Este se calcul mediante una ley de

mezclas que se describe a continuacin:

MT= * *Ar+ *(1- )**PAG+ *(1- )* (1-)*A+(1-)*P (3.20)

Donde:

MT: Densidad del agregado combinado (Kg/m3).

Ar: Densidad del Arrocillo (Kg/m3).

A: Densidad de la Arena (Kg/m3).

PAG: Densidad del polvillo arenoso grueso(Kg/m3).

P: Densidad de la Piedra de Pertigalete (Kg/m3).

En la mezcla de concreto se utilizaron dos aditivos, uno reductor de agua y otro retardante

de fraguado, que fueron dosificados en base a la dosis de cemento. Debido a este hecho la

cantidad de agregados necesarios para elaborar un metro cbico de concreto fue la siguiente:

MT= MT*(1000-0,3*Cc-a-V-0,01*Cc*(/ad1+/ad2) (3.21)


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Donde:

MT: Cantidad de agregado combinado (Kg/m3).

MT: Densidad del agregado combinado (Kg/m3).

Cc: Dosis de cemento corregida por tipo de agregado (Kg/m3).

a: Cantidad de agua de amasado (L/m3

).V: Volumen de aire atrapado (L/m3).

ad1: Densidad del aditivo plastificante (Kg/m3).

ad2: Densidad del aditivo retardante (Kg/m3).

: Porcentaje de aditivo plastificante (%).

: Porcentaje de aditivo retardante (%).

Ya conocida la cantidad de agregado total requerida en la mezcla de concreto se calcul la

cantidad de cada uno de los agregados iniciales.

Ar= * *MT (3.22)

PAG= (1- )** *MT (3.23)

A= (1- )* (1-)* *MT (3.24)

P= (1-)*MT (3.25)

Realizado el diseo de mezclas se procedi a fabricar 50 litros de concreto por mezcla

diseada. Se utiliz esta cantidad debido a que se realizaron ensayos de compresin a dos (2)

edades distintas usando dos cilindros por ensayos.


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A cada mezcla se le midi en asentamiento en cono de Abrams, el cual fue ajustado segn el

caso aadiendo ms pasta a la mezcla, esto para ajustar la mezcla y estudiar el efecto del PAG

en el consumo de agua de amasado.

3.3.2 Mtodo del comit ACI 211

Siguiendo el mtodo del comit ACI 211 la proporcin de los componentes de la mezcla se

determinaron de la siguiente manera:

De manera opuesta al mtodo del manual del concreto estructural, en el mtodo ACI 211 se

fija primeramente la dosis de agua de amasado necesaria para alcanzar un asentamiento

deseado y sta depende del tamao mximo del agregado y de la cantidad de aire incorporado

en el concreto. En la tabla 3.9 se presenta la cantidad de agua de mezclado recomendada

segn el comit 211 del ACI.

Tabla 3.9: Dosis de agua aproximada para la elaboracin de concretos convencionales.

Asentamiento (cm)

Dosis de agua (L/m )

Tamao mximo del agregado grueso

P=20 mm P=25 mm P=50 mm

3 a 5 185 180 160

8 a 10 200 195 175

15 a 18 210 205 180

% aprox. Aire

atrapado

2 1,5 1

Concreto sin aire incorporado

Tomado de la tabla 5.3.3 de mtodos para el diseo de mezclas de concreto de la asociacin

venezolana de productores de cementos, ao 1975.

Seguidamente se determin la relacin agua/cemento necesaria para alcanzar la resistencia

mecnica fijada segn criterio de la norma COVENIN 1753 seccin 5.4.2.1. En la tabla 3.10se muestran la relacin agua/cemento recomendada para alcanzar una resistencia dada.


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Tabla 3.10: Relacin agua/cemento requerida para alcanzar la resistencia mecnica estimada a los 28

das.

Resistencia a la compresin a los 28

das (KgF/cm2)

Relacin agua/cemento

Sin aire incorporado

350 0,48300 0,55

250 0,62

Tomado de la tabla 5.3.4 (a) de mtodos para el diseo de mezclas de concreto de la asociacin

venezolana de productores de cementos, ao 1975.

La dosis de cemento requerida se determin como el cociente entre la dosis de agua (tabla

3.9) dividida por la relacin agua/cemento (tabla 3.10).

El contenido de agregados grueso depende nica y exclusivamente del peso unitario

compacto de la piedra y del mdulo de finura del agregado fino. El mdulo de finura del

agregado fino depende del porcentaje de sustitucin de arena por PAG y se determin

mediante una ley de mezclas para cada porcentaje de sustitucin de arena.

MF-AF= *MF-Ar + *MF-PAG +(1- )(1- )*MF-A (3.26)

Donde:

MF-AF: Mdulo de finura del agregado fino (adim)

MF-Ar: Mdulo de finura del polvillo piedra (adim)MF-PAG: Mdulo de finura del polvillo arenoso grueso (adim)

MF-A: Mdulo de finura de la arena los Olivos 3 (adim)

La tabla 3.11, tomada de la tabla 5.3.6 de Mtodos para el diseo de mezclas de concreto

de la asociacin venezolana de productores de cemento publicada en 1975. En ella se tabula la

proporcin de agregado grueso recomendado segn el mtodo ACI 211 y ste depende del


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mdulo de finura del agregado fino (calculado segn la ecuacin 3.26) y del peso unitario

compacto del agregado grueso.

Tabla 3.11: Volumen de agregado grueso por metro cbico de concreto.Tamao

mximo del

agregados

grueso (mm)

Mdulo de finura

2,80 2,9 3,00 3,1

25 0,67 0,66 0,65 0,64

La cantidad de agregado fino se determina por diferencia entre el rendimiento del concreto

(Tabla 3.11) y los dems componentes ya calculados, como se indica en la ecuacin 3.27.

F = Rend a C P (3.27)

Donde:

Rend: Rendimiento del concreto (Kg/m3)

El rendimiento del concreto depende del tamao mximo del agregado grueso y para realizar

un primer clculo se considera que ste no vara significativamente con el tipo de agregado.

El comit 211 del ACI recomienda usar para un primer clculo los rendimientos tabulados en

la tabla 3.12.

Tabla 3.12Rendimiento del concreto fresco.

Tamao mximo del agregado grueso

(mm)

Rendimiento del concreto (Kg/m3)

20 2355

25 2375

40 2420


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3.3.3 Mtodo mixto entre el mtodo del manual del concreto estructural y el mtodo ACI

211

El tercer mtodo de diseo de mezclas surgi de la necesidad de lograr una mezcla con lafluidez requerida usando la mayor proporcin posible de PAG. De los resultados obtenidos

con los mtodos anteriores se plantearon los siguientes cambios:

1. Dosificar los agregados siguiendo la frmula de clculo propuesta por el mtodo del

manual de concreto estructural (ecuacin 3.21).

2.

Los agregados se mezclan siguiendo el criterio del manual del concreto estructural enbase al clculo del factor beta ().

3. El contenido de aire atrapado se establece como lo recomienda el mtodo ACI 211

(tabla 3.9).

4. La dosis de agua y la relacin agua/cementos se toman del mtodo ACI 211.

El mtodo de diseo de mezclas aqu propuesto se basa en la necesidad de optimizar la dosis

de cemento en el concreto, ya que ste es el componente de mayor costo unitario en la mezcla,

adems los aditivos se dosifican en base al cemento y son stos en a

arocillo polvillo

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