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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
EVALUACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE MEZCLAS DE CONCRETO ELABORADAS CON CEMENTO CPCA2
SUSTITUYENDO PARCIALMENTE EL AGREGADO FINO POR ESCORIA DE NÍQUEL EN ALTAS PROPORCIONES
Presentado ante la Ilustre
Universidad Central de Venezuela
Por los Bachilleres:
Arnal, Carlos David
Collazo López, Aura Amarilis
Para optar al Título de
Ingeniero Civil
Caracas, 2014
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
EVALUACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE MEZCLAS DE
CONCRETO ELABORADAS CON CEMENTO CPCA2 SUSTITUYENDO PARCIALMENTE EL AGREGADO FINO POR
ESCORIA DE NÍQUEL EN ALTAS PROPORCIONES
TUTOR ACADÉMICO: Prof. César Peñuela
Presentado ante la Ilustre
Universidad Central de Venezuela
Por los Bachilleres:
Arnal, Carlos David
Collazo López, Aura Amarilis
Para optar al Título de
Ingeniero Civil
Caracas, 2014
III
Por la presente certifico que he leído el Trabajo Especial de Grado
“EVALUACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE MEZCLAS DE CONCRETO
ELABORADAS CON CEMENTO CPCA2 SUSTITUYENDO PARCIALMENTE EL
AGREGADO FINO POR ESCORIA DE NÍQUEL EN ALTAS PROPORCIONES.”,
desarrollado por los bachilleres: Carlos David Arnal y Aura Amarilis Collazo López,
para optar por el título de Ingeniero Civil, y lo encuentro apropiado tanto en su
contenido como en su formato y apariencia externa.
Considerando que cumple con los requisitos exigidos por la Escuela de
Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería de la UNIVERSIDAD CENTRAL DE
VENEZUELA, autorizo que se proceda a la entrega de los ejemplares respectivos
ante el Departamento de Ingeniería Estructural, para que sea sometido a
evaluación por parte del jurado examinador que se le sea designado.
En Caracas, a los 04 días del mes de Junio del año 2014.
Prof. César Peñuela
IV
IV
Dedicatoria
A Dios primeramente por guiar mis pasos por el buen camino, darme
fuerzas para seguir adelante y no desmayar en los problemas que se presentaban,
enseñándome a encarar las adversidades sin desfallecer en el intento. A
Jesucristo mi Salvador y Rey por mostrarme el camino que debo seguir y nunca
abandonarme, pues eres mi amigo incondicional. A ti Espíritu Santo por ser mi
consolador y ayudador en los momentos más difíciles y fuertes vividos, tanto en mi
carrera como en mi vida personal.
A mis padres Aura López de Collazo y Ángel Alfonso Collazo, por todo el
esfuerzo, sacrificio, amor, entrega, comprensión, apoyo incondicional y ser mis
pilares y ejemplo de vida, los amo inmensamente.
A mi Tito, por ser mi fuerte y valiente guerrero demostrándome que todo es
posible si crees y luchas por lo que quieres, gracias por ser mi ángel guardián, por
tus consejos y palabras de ánimo, por enseñarme tanto amado hermano, sé que
aún más allá de la eternidad estás orgulloso de mí, te amo.
Aura Collazo.
V
Dedicatoria
Ante todo a Dios todopoderoso por darme las oportunidades y herramientas
para alcanzar mis metas en esta vida, por guiar mis pasos y darme sus
bendiciones. A mi Reina María Lionza por ser una luz de esperanza y amor en mi
camino. A mi viejo Joaquín Trincado por su protección y por enseñarme con sus
sabios concejos y a todos mis guías y protectores por siempre estar a mi lado.
A mi madre Jennifer Arnal por su apoyo y amor incondicional y por siempre
creer en mí.
A mi novia Etzania Rojas por brindarme su cariño y apoyo en las buenas y
en las malas.
A Juan Rodríguez que más que un amigo lo veo como un padre que a su
manera ha logrado enseñarme muchas cosas.
Carlos Arnal
VI
Agradecimientos
A la Universidad Central de Venezuela, que a través de sus profesores me
dieron la oportunidad de recibir todas las herramientas necesarias para crecer
profesionalmente y desarrollarme como persona. En especial quiero agradecer a
varios profesores que marcaron una huella especial en mi vida: La Prof. Celia
Herrera por ser mi asesora y siempre estar pendiente de mí, al Prof. Steve Merlo
quien con su dedicación y esfuerzo me motiva a buscar la excelencia además de
su calidad como ser humano, a la Prof. Bernarda Romero por retarme a ser una
profesional analítica, crítica y pensante. Las Profesoras Gabriela Tedesco,
Alejandra Gabaldón y Maylin Corros, gracias por su amistad.
A mi tutor, el profesor César Peñuela, por su paciencia, tiempo y
dedicación, por ser un excelente guía y asesor en esta etapa de la carrera.
Gracias por tener fe en que esto podía ser posible y darme esta oportunidad de
adentrar más en el maravilloso mundo del Concreto.
A todos mis compañeros que a lo largo de la carrera me brindaron su
amistad, compartiendo buenos y malos momentos. En especial a Lina, Eglys,
Krisay, Gina, Nailett, Yeison, Laudy, Junior, Solange, Yarmaira y María Fernanda.
Gracias a mis compañeros y amigos Alvic Herrada y Luis Rodríguez por
suministrarnos el cemento para realizar este Trabajo de Grado.
Gracias a mi compañero de Tesis Carlos Arnal por aceptarme como soy,
por soportarme y apoyarme cuando más lo necesitaba, muchas gracias porque
juntos hemos hecho posible este gran sueño.
A la empresa Lomas De Níquel, en especial al señor Gregorio Marrero, por
colaborarnos con el material que necesitábamos para este tema. Al señor
Gerardo, Morillo y al señor Elione por su colaboración y apoyo.
AURA COLLAZO
VII
Agradecimientos
A la Universidad Central de Venezuela y a sus profesores por brindarme la
oportunidad y herramientas de desarrollarme personalmente y con orgullo hacerlo
en la Casa que Vence las Sombras.
A mi tutor Cesar Peñuela por la confianza y paciencia.
A mi compañera de Tesis Aura Collazo por su confianza y apoyo.
Al señor Elione por su colaboración.
CARLOS ARNAL
VIII
Arnal . Carlos D.
Collazo L. Aura A.
“EVALUACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE MEZCLAS DE CONCRETO ELABORADAS CON CEMENTO CPCA2 SUSTITUYENDO PARCIALMENTE EL AGREGADO FINO POR ESCORIA DE NÍQUEL EN ALTAS PROPORCIONES”
Tutor académico: Prof. César Peñuela
Trabajo Especial de Grado. Caracas. UCV. Facultad de Ingeniería.
Escuela de Ingeniería Civil. 2014, 101 pág.
Palabras Clave: Escoria de Níquel, Concreto, Propiedades del Concreto, Ensayos
al Concreto.
RESUMEN
En este Trabajo Especial de Grado se evaluó el comportamiento de mezclas
de concreto con escoria de Níquel como sustituto parcial del agregado fino en
porcentajes de 55, 65, 75 y 85% para resistencias de diseño de 210 kgf/cm². Las
mezclas se realizaron según la norma COVENIN 354:2001 y las propiedades
evaluadas fueron: asentamiento, velocidad de propagación de ondas, peso
unitario, índice esclerométrico, resistencia a compresión a los 7, 14 y 28 días.
En concretos elaborados con escoria de Níquel, la resistencia a compresión
disminuyó proporcionalmente conforme se aumentaba el porcentaje de escoria de
55 hasta 85%. Concluyéndose que mientras más escoria de Níquel hay en el
concreto, menor Velocidad de Propagación, menor Índice Esclerométrico y esto se
traduce en menor resistencia a compresión. La mezcla con el porcentaje óptimo
en este Trabajo Especial de Grado fue la del 55% de escoria de níquel como
sustituto parcial de la arena alcanzando la mayor resistencia a compresión con un
valor de 237,90 Kgf/cm2.
- i -
ÍNDICE
Pág.
ÍNDICE DE CONTENIDO……………………………………………………………….. i
INTRODUCCIÓN....................................................................................................
CAPÍTULO I……………………………………………………………………………….
1
3
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA..................................................................... 3
1.1 El problema de la investigación..................................................................... 3
1.2 Objetivos........................................................................................................ 5
1.2.1 Objetivo General................................................................................. 5
1.2.2 Objetivos Específicos.......................................................................... 5
1.3 Justificación................................................................................................... 6
CAPÍTULO II……………………………………………………………………………... 7
MARCO TEÓRICO................................................................................................... 7
2.1 El Concreto.................................................................................................... 7
2.1.1 Componentes del Concreto................................................................. 7
2.2 Características del concreto fresco................................................................ 8
2.2.1 Reología.............................................................................................. 9
2.2.2 Trabajabilidad...................................................................................... 9
2.2.2.1 Cono de Abrams................................................................................. 10
2.2.3 Retracción........................................................................................... 11
2.2.4 Mecanismo de Lubricación.................................................................. 12
2.3 Agregados...................................................................................................... 12
2.3.1 Niveles de Calidad.............................................................................. 13
2.3.2 Requisitos de Calidad......................................................................... 13
2.3.3 Granulometría................................................................................ ..... 14
2.3.4 Tamaño Máximo.................................................................................. 14
- ii -
2.3.5 Segregación........................................................................................ 14
2.3.6 Módulo de Finura................................................................................ 14
2.3.7 Impurezas............................................................................................ 15
2.3.8 Peso por Unidad de Volumen............................................................. 15
2.3.9 Humedad............................................................................................. 15
2.4. El Cemento.................................................................................................... 15
2.4.1 Clasificación. Tipos de Cementos....................................................... 16
2.4.1.1 Cemento Portland con adiciones.............................................. 16
2.4.2 Calidad del Cemento........................................................................... 17
2.4.3 Tiempo de Fraguado del Cemento...................................................... 17
2.4.4 Resistencias Mecánicas...................................................................... 18
2.4.5 Finura.................................................................................................. 18
2.5 Agua para Concreto................................................................................ ....... 19
2.5.1 Agua de Mezclado............................................................................... 19
2.5.2 Agua de Curado.................................................................................. 19
2.6 Diseño de Mezclas......................................................................................... 20
2.7 Preparación y Mezclado del Concreto........................................................... 21
2.8 Manejo del Concreto...................................................................................... 21
2.8.1 Transporte........................................................................................... 22
2.8.2 Colocación o Vaciado.......................................................................... 22
2.8.3 Compactación..................................................................................... 23
2.8.4 Curado................................................................................................. 23
2.8.5 Desencofrado...................................................................................... 23
2.9 Concreto Endurecido..................................................................................... 24
2.9.1 Peso Unitario....................................................................................... 24
2.9.2 Velocidad de pulso ultrasónico............................................................ 24
2.9.3 Determinación del Rebote (Esclerómetro).......................................... 25
- iii -
2.10 Resistencias Mecánicas................................................................................ 25
2.10.1 Ensayo de Resistencia a la Compresión............................................. 26
2.11 Puzolanas...................................................................................................... 26
2.11.1 Tipos de Puzolanas............................................................................. 27
2.12 Níquel............................................................................................................. 27
2.13 Escoria de Níquel........................................................................................... 28
CAPÍTULO III…………………………………………………………………………….. 29
MÉTODO.................................................................................................................. 29
3.1 Recopilación de información.......................................................................... 30
3.2 Solicitud de Materiales y equipos.................................................................. 30
3.3 Recopilación de Materiales............................................................................ 31
3.4 Caracterización de los Agregados................................................................. 32
3.4.1 Distribución granulométrica de los tamaños de partículas de agregados
finos y gruesos. Según la Norma COVENIN N° 255-1998………………………….
3.4.2 Ensayo para determinación de densidad y absorción……………………..
3.4.3 Contenido de humedad, agregado fino y grueso……………………………
3.5 Diseño de Mezcla..........................................................................................
32
33
36
36
3.5.1 Definición de parámetros de entrada…………………………………………
3.5.2 Cálculo de resistencia promedio requerida (Fcr)…………………………….
3.5.3 Ley de Abrams…………………………………………………………………..
3.5.4 Corrección de α en función del tamaño máximo…………………………….
3.5.5 Cantidad de Cemento Corregida………………………………………………
3.5.6 Cálculo de volumen de aire…………………………………………………….
3.5.7 Cálculo de volumen de agua…………………………………………………...
3.5.8 Volumen absoluto de agregados………………………………………………
3.5.9 Estimación de la cantidad de agregados……………………………………..
3.5.10 Cantidad de agregado fino y grueso…………………………………………
36
37
37
38
38
39
39
40
40
41
- iv -
3.5.11 Corrección por humedad……………………………………………………...
3.6 Sustitución del agregado fino por la escoria de níquel……………………….
41
42
3.6.1 Determinación del peso unitario suelto de la arena y la escoria…………..
3.6.2 Determinación del volumen de arena…………………………………………
3.6.3 Determinación del volumen de escoria de Níquel…………………………...
3.6.4 Determinación del peso de escoria de Níquel……………………………….
3.6.5 Determinación del peso de la arena (agregado fino)……………………….
3.7 Diseño de mezcla según los porcentajes de sustitución parcial de escoria
de Níquel establecidos……………………………………………………………………
42
43
43
44
44
44
3.7.1 Diseños de mezclas a realizar…………………………………………………
3.8 Preparación de las mezclas. Según Norma COVENIN 354:2001
“Concreto. Método para mezclado en el laboratorio”…………………………………
45
45
3.8.1 Mezclado de material……………………………………………………………
3.8.2 Colocación del material en las probetas y curado…………………………..
3.9 Caracterización del concreto fresco…………………………………………….
45
46
48
3.9.1 Medición del asentamiento con el Cono de Abrams. Según norma
COVENIN Nº 339-1994 “Concreto. Método para la medición del asentamiento
con el cono de Abrams”………………………………………………………………….
3.9.2 Medición del Peso Unitario. Según norma COVENIN N° 349-1979
“Método de ensayo gravimétrico para determinar el peso por metro cúbico,
rendimiento y contenido de aire en el concreto”………………………………………
3.10 Caracterización del concreto endurecido………………………………………
3.10.1 Peso unitario……………………………………………………………………
3.10.2 Determinación de la velocidad de pulso ultrasónico. Según norma
COVENIN Nº 1681-1980 “Método de ensayo para determinar la velocidad de
propagación de ondas en el concreto”………………………………………………….
48
49
49
49
50
- v -
3.10.3 Ensayo a compresión de cilindros de concreto. Según norma COVENIN
Nº 338-2002 “Concreto. Método para la elaboración, curado y ensayo a
compresión de cilindros de concreto”………………………………………………..
3.11 Comparación con mezcla patrón……………………………………………….
CAPÍTULO IV…………………………………………………………………………….
51
53
54
RESULTADOS.................................................................................................. ...... 54
4.1 Características de los agregados...................................................................... 54
4.1.1 Granulometría, peso específico y absorción................................................ 54
4.2 Diseño de Mezclas................................................................................. ........... 58
4.2.1 Dosificación de Mezclas……………………………………………………….. 61
4.3 Ensayos realizados al Concreto Fresco…………………………………………..
4.3.1 Asentamiento……………………………………………………………………..
4.3.2 Peso Unitario……………………………………………………………………..
4.4 Ensayos realizados al Concreto Endurecido…………………………………….
4.4.1 Peso Unitario..................................................................................... ..........
63
63
64
65
65
4.4.2 Velocidad y propagación de ondas en las mezclas de concreto................. 70
4.4.3 Índice de Rebote o Índice Esclerométrico (IE)............................................ 75
4.4.4 Resistencia a la compresión………………………………………………….. .. 78
CAPÍTULO V………………………………………………………………………………
ANÁLISIS DE RESULTADOS …………………………………………………………
5.1 Mezclas en estado fresco…………………………………………………….....
5.1.1 Asentamiento..............................................................................................
83
83
83
83
5.1.2 Peso unitario............................................................................................. 84
5.2 Mezclas en estado endurecido...................................................................... 86
5.2.1 Peso unitario................................................................................................ 86
- vi -
5.2.2 Velocidad de pulso ultrasónico.................................................................... 88
5.2.3 Índice Esclerométrico................................................................................... 90
5.2.4 Resistencia a la compresión......................................................................... 91
CAPÍTULO VI ……………………………………………………………………………. 93
CONCLUSIONES..................................................................................................... 93
RECOMENDACIONES…………………………………………………………………..
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………………………….
95
96
ANEXOS................................................................................................................... 99
- vii -
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 4.1. Granulometría de la arena lavada.................................................................. 54
Tabla 4.2. Peso Específico y Absorción de la Arena....................................................... 55
Tabla 4.3. Granulometría de la Escoria de Níquel........................................................... 56
Tabla 4.4. Peso Específico y Absorción de la Escoria de Níquel.................................... 57
Tabla 4.5. Granulometría de la Piedra Picada................................................................. 57
Tabla 4.6. Peso Específico y Absorción de la Piedra Picada.......................................... 58
Tabla 4.7. Datos de Entrada............................................................................................ 58
Tabla 4.8. Diseño de Mezcla........................................................................................... 59
Tabla 4.9. Ecuaciones utilizadas para el diseño de mezclas.......................................... 60
Tabla 4.10. Ecuaciones utilizadas para la sustitución de agregado fino por escoria de
Níquel............................................................................................................................. .
61
Tabla 4.11. Dosificación de la mezcla denominada A´.................................................... 61
Tabla 4.12. Dosificación de mezcla denominada B´........................................................ 62
Tabla 4.13. Dosificación de mezcla denominada C´....................................................... 62
Tabla 4.14. Dosificación de la mezcla denominada D´.................................................... 62
Tabla 4.15. Dosificación de la mezcla denominada E´.................................................... 63
Tabla 4.16. Asentamiento de las mezclas....................................................................... 63
Tabla 4.17. Peso Unitario del Concreto Fresco............................................................... 64
Tabla 4.18. Peso unitario del concreto en estado endurecido de las mezclas a los 7
días..................................................................................................................................
65
Tabla 4.19. Peso unitario del concreto en estado endurecido de las mezclas a los 14
días..................................................................................................................................
67
Tabla 4.20. Peso unitario del concreto en estado endurecido de las mezclas a los 28
días...................................................................................................................... ...........
68
Tabla 4.21. Ensayo de pulso ultrasónico a la edad de 7 días......................................... 70
- viii -
Tabla 4.22. Ensayo de pulso ultrasónico a la edad de 14 días....................................... 72
Tabla 4.23. Ensayo de pulso ultrasónico a la edad de 28 días....................................... 74
Tabla 4.24. Índice Esclerométrico a la edad de 7 días.................................................... 75
Tabla 4.25. Índice Esclerométrico a la edad de 14 días.................................................. 76
Tabla 4.26. Índice Esclerométrico a la edad de 28 días.................................................. 77
Tabla 4.27. Ensayo de resistencia a la compresión a la edad de 7 días......................... 78
Tabla 4.28. Ensayo de resistencia a la compresión a la edad de 14 días....................... 80
Tabla 4.29. Ensayo de resistencia a la compresión a la edad de 28 días....................... 81
- ix -
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 4.1. Granulometría de la arena lavada.............................................................. 55
Gráfico 4.2. Granulometría de la escoria de níquel....................................................... 56
Gráfico 4.3. Granulometría de agregado grueso........................................................... 57
Gráficos 4.4 y 4.5. Asentamiento de mezclas................................................................ 63
Gráficos 4.6 y 4.7. Peso Unitario del Concreto Fresco.................................................. 64
Gráficos 4.8 y 4.9. Peso unitario del concreto endurecido a los 7 días......................... 66
Gráficos 4.10 y 4.11. Peso unitario del concreto endurecido a los 14 días................... 67
Gráficos 4.12 y 4.13. Peso unitario del concreto endurecido a los 28 días................... 69
Gráficos 4.14 y 4.15. Velocidad de Pulso Ultrasónico de Mezcla a los 7 días.............. 71
Gráficos 4.16 y 4.17. Velocidad de pulso ultrasónico a la edad de 14 días.................. 73
Gráficos 4.18 y 4.19. Velocidad de pulso ultrasónico a la edad de 28 días.................. 74
Gráfico 4.20. Índice Esclerométrico a la edad de 7 días............................................... 76
Gráfico 4.21. Índice Esclerométrico a la edad de 14 días............................................. 77
Gráfico 4.22. Índice Esclerométrico a la edad de 28 días............................................. 78
Gráficos 4.23 y 4.24. Resistencia a la compresión a la edad de 7 días........................ 79
Gráficos 4.25 y 4.26. Resistencia a la compresión a la edad de 14 días...................... 80
Gráfico 4.27 y 4.28. Resistencia a la compresión a la edad de 28 días........................ 82
- x -
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1. Ilustración Cono de Abrams. Medición del asentamiento………………….. 11
Figura 3.1. Patio de almacenamiento de escoria de níquel……………………………… 31
Figura 3.2. Recopilación del material………………………………………………………. 31
Figura 3.3. Peso específico, secado del agregado fino…………………………………... 33
Figura 3.4. Peso específico, peso sumergido del agregado grueso……………………. 35
Figura 3.5. Mezclado de materiales………………………………………………………… 46
Figura 3.6. Enrazado de probetas estandarizadas……………………………………….. 46
Figura 3.7. Desencofrado de los cilindros de concreto…………………………………… 47
Figura 3.8. Identificación de cada cilindro según fecha de ensayo…………………….. 47
Figura 3.9. Colocación de probetas en el tanque con adición de cal…………………… 47
Figura 3.10. Probetas en el tanque con adición de cal…………………………………… 47
Figura 3.11. Medición de asentamiento……………………………………………………. 48
Figura 3.12, 3.13 y 3.14. Medición del peso unitario……………………………………… 49
Figura 3.15, 3.16 y 3.17. Medición y Pesaje de las probetas en estado endurecido….
Figura 3.18. Medición de pulso ultrasónico en cilindros…………………………………..
Figura 3.19. Ensayo de compresión a los cilindros de concreto…………………………
50
51
52
- 1 -
INTRODUCCIÓN
En Venezuela uno de los materiales de construcción más utilizados es el
concreto por sus propiedades de resistencia y seguridad, actualmente con la
creciente demanda de concreto y el aumento constante en el precio de los
agregados ha motivado a los involucrados en la industria de la construcción a
buscar nuevas alternativas en la implementación de materiales, considerando
accesibilidad, sustentabilidad ambiental, bajos costos, rendimiento y mejoras
sobre las características de la mezcla de concreto tradicional.
En vista de la necesidad constructiva antes expuesta, el presente Trabajo
Especial de Grado pretende hacer una evaluación de las características de las
mezclas de concreto sustituyendo parcialmente el agregado fino por escoria de
Níquel en porcentajes de 55, 65, 75 y 85%. A fin de conocer su comportamiento
en cuanto a trabajabilidad, peso unitario, velocidad de pulso ultrasónico, índice
esclerométrico y resistencia a la compresión.
La investigación está estructurada en capítulos, como se indica a
continuación:
Capítulo I: se presenta el planteamiento del problema, justificación de la
investigación y los objetivos trazados.
Capítulo II: se encuentra toda la base teórica, con la que se sustenta la
investigación.
Capítulo III: la metodología empleada para el alcance de los objetivos
trazados.
Capítulo IV: presenta los resultados obtenidos de la investigación.
Capítulo V: análisis de los resultados obtenidos.
- 2 -
Finalmente el Capítulo VI donde se presentan las conclusiones y
recomendaciones, que contribuyan al cierre de la investigación y así propiciar
sugerencias de acciones a futuras investigaciones sobre este tipo de material
empleado.
- 3 -
CAPITULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 El Problema de Investigación
A lo largo de los años se han realizado estudios en las mezclas de concreto
agregando o sustituyendo componentes a la mezcla convencional, lo cual busca
alterar sus características y propiedades, a fin de observar la factibilidad del uso
de materiales alternos que beneficien y reduzcan los costos que se han venido
produciendo por la alta demanda del concreto.
Venezuela es un país minero, donde existen diversos yacimientos de minerales,
dentro de ellos se encuentra la Minera Loma de Níquel C.A. ubicada en los límites de los
estados Miranda y Aragua, situada a unos 54 km de la Autopista Regional del Centro,
donde se obtiene un metal ferromagnético de alta dureza y de color blanco brillante
llamado ferroníquel (FeNi). En el proceso de obtención del ferroníquel se crean 2
fases: una de menor densidad también llamada escoria de Níquel o arena industrial,
constituida principalmente por óxidos de Silicio (Si) y Magnesio (Mg) y otra fase más
pesada o fase metálica con una porción importante de Níquel (Ni) y Hierro (Fe).
La escoria generada durante la primera fase representa un problema para las
empresas encargadas de dicho proceso, debido a que ésta no es aprovechable dentro
del área de la metalurgia y debe ser almacenada en los alrededores del yacimiento, lo
cual disminuye el espacio útil de la mina y afecta el ecosistema de la zona.
Los procesos de elaboración de mezclas de concreto han producido avances
en los últimos años en los que han estado relacionados con el empleo de nuevos
materiales componentes como adiciones minerales y la constante aparición de
nuevos tipos de aditivos químicos. Todo esto con el fin de mejorar las propiedades
del concreto, obtener beneficios de costo y disminuir el impacto ambiental.
Existen normativas que establecen las condiciones de uso de materiales
puzolánicos. En Venezuela existe la norma COVENIN Nº 3135. “Puzolanas.
Determinación del índice de actividad Puzolanica” (1994, Diciembre) que han
- 4 -
apoyado al desarrollo de nuevas tecnologías y al mismo tiempo enriquecido el
conocimiento en cuanto a tecnología del concreto, a través de trabajos especiales
de grado, investigaciones privadas y búsqueda de alternativas de solución a
problemas específicos que abarcan desde lo económico hasta lo ecológico.
Dentro de los Trabajos Especiales de Grado realizados en la Universidad
Central de Venezuela, sustituyendo el agregado fino por otro material, se pueden
mencionar “Caracterización de mezclas de concreto pesado elaboradas con
mineral de hierro como agregado fino”, realizado por las Ingenieras Alayón y
Álvarez (2008), “Evaluación de las características de las mezclas de concreto
pesado sustituyendo parcialmente el agregado fino por mineral de hierro y la
inclusión de aditivos plastificantes”, realizado por el ingeniero Gabriel Fajardo
(2010), y “Evaluación de las características de mezclas de concreto con cemento
CPCA2 sustituyendo parcialmente el agregado fino por escoria de níquel”,
realizado por las Ingenieras Araujo y Sánchez (2013), como parte de las
investigaciones promovidas por el Instituto de Materiales y Modelos Estructurales
(IMME-UCV).
De lo antes mencionado, el siguiente Trabajo Especial de Grado pretende
evaluar la factibilidad de la utilización de la escoria de Níquel como sustituto
parcial del agregado fino en 55%, 65%, 75%, y 85%, para su aprovechamiento a
través de ensayos de laboratorio, comparando el comportamiento físico y
mecánico con una mezcla patrón.
- 5 -
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo General
Evaluar las características de mezclas de concreto elaboradas con cemento
CPCA2 sustituyendo parcialmente el agregado fino por escoria de Níquel en altas
proporciones.
1.2.2 Objetivos Específicos
1.- Diseñar mezclas para concreto con cemento CPCA2, utilizando escoria de
Níquel como sustituto parcial del agregado fino en porcentajes de 55%, 65%,
75% y 85%.
2.- Caracterizar el comportamiento de las mezclas de concreto con escoria de
Níquel en estado fresco, tomando en cuenta los parámetros de asentamiento
y peso unitario.
3.- Caracterizar el comportamiento de las mezclas de concreto con escoria de
Níquel en estado endurecido, tomando en cuenta: peso unitario, velocidad de
pulso ultrasónico, esclerómetro y resistencia a compresión.
4.- Contrastar los resultados obtenidos experimentalmente con valores de
ensayos en mezcla patrón.
- 6 -
1.3 Justificación
En Venezuela uno de los materiales de construcción más utilizados es el
concreto por sus propiedades de resistencia y seguridad, actualmente con la
creciente demanda de concreto y el aumento constante en el precio de los
agregados ha motivado a los involucrados en la industria de la construcción a
buscar nuevas alternativas en la implementación de materiales, considerando
accesibilidad, sustentabilidad ambiental, bajos costos, rendimiento y mejoras
sobre las características de la mezcla de concreto tradicional.
En vista de la necesidad constructiva antes expuesta, el presente Trabajo
Especial de Grado pretende hacer una evaluación de las características de las
mezclas de concreto sustituyendo parcialmente el agregado fino por escoria de
Níquel en un porcentaje de 55, 65, 75 y 85% a fin de conocer su comportamiento
en cuanto a trabajabilidad, peso unitario, velocidad de pulso ultrasónico,
esclerómetro y resistencia a la compresión.
Si se comprueba la factibilidad del uso de la escoria de Níquel como sustituto
parcial del agregado fino en mezclas de concreto:
a) Se contribuiría con el ambiente al encontrar una solución ecológica a la
problemática que generan estos desechos provenientes de la actividad
minera.
b) Reduciría la cantidad de agregado fino empleado en las mezclas de
concreto los cuales la mayoría de las veces provienen de la explotación
desmedida de terrenos de préstamos.
c) Contribuiría en el proceso de la búsqueda de nuevas alternativas en la
industria de la construcción así como también, a proyectos de
investigación que tienen por objeto conseguir la reducción de costos en
la elaboración del concreto.
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CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. El Concreto
Según Porrero et al. (2009), el concreto u hormigón es un material que se
puede considerar constituido por dos partes: una es un producto pastoso y
moldeable, que tiene la propiedad de endurecer con el tiempo, la otra son trozos
pétreos que quedan englobados en esa pasta. A su vez, la pasta está constituida
por agua además de un producto aglomerante o conglomerante, que es el
cemento. El agua cumple la doble misión de dar fluidez a la mezcla así como de
reaccionar químicamente con el cemento dando lugar, con ello, a su
endurecimiento.
2.1.1 Componentes del Concreto
Según Kosmatka y Panarese (1992), el concreto es básicamente una mezcla
de dos componentes: agregados y pasta. La pasta, compuesta de cemento
portland y agua, une a los agregados (arena y grava o piedra triturada) para
formar una masa semejante a una roca pues la pasta endurece debido a la
reacción química entre el cemento y el agua. Los agregados generalmente se
dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas
naturales o manufacturadas con tamaño de partícula que pueden llegar hasta 10
mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla
No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo del agregado que se
emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm.
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Cemento: Los cementos hidráulicos son aquellos que tienen la propiedad de
fraguar y endurecer en presencia de agua, porque reaccionan químicamente con
ella para formar un material de buenas propiedades aglutinantes.
Agua: Es el elemento que hidrata las partículas de cemento y hace que estas
desarrollen sus propiedades aglutinantes.
Agregados: Los agregados para concreto pueden ser definidos como
aquellos materiales inertes que poseen una resistencia propia suficiente que no
perturban ni afectan el proceso de endurecimiento del cemento hidráulico y que
garantizan una adherencia con la pasta de cemento endurecida.
Aditivos: Según Gómezlurado (1997), se utilizan como ingredientes del
concreto y, se añaden a la mezcla inmediatamente antes o durante su mezclado,
con el objeto de modificar sus propiedades para que sea más adecuada a las
condiciones de trabajo o para reducir los costos de producción.
Porrero et al (2009), menciona que aproximadamente un 80% del peso del
concreto u hormigón está compuesto por partículas de origen pétreo, de diferentes
tamaños, material denominado usualmente como agregados, áridos o inertes. Por
esa razón las características de esos materiales son decisivas para la calidad de
la mezcla de concreto. La calidad de los agregados depende de las condiciones
geológicas de la roca madre y, también, de los procesos extractivos. Es por lo
tanto, a las empresas productoras (canteras, areneras, saques) a quienes
corresponde el primer control en el proceso de la calidad de los agregados. Es
recomendable que esa calidad de los inertes sea comprobada por el fabricante de
concreto antes de elaborarlo.
2.2 Características del concreto fresco
Se denomina “concreto fresco” al material mientras permanece en estado
fluido, es decir desde el momento cuando todos los componentes son mezclados
hasta que se inicia el atiesamiento de la masa (período plástico). En ese lapso el
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concreto es transportado, encofrado y luego compactado manualmente o por
vibración.
Son muchas las propiedades del concreto que interesan y pueden ser
críticas. No sólo por su relación con el manejo del concreto en estado húmedo,
sino porque pueden servir como señal anticipada de la propiedades que pueda
tener el material al endurecer posteriormente. Indicios de algún comportamiento
atípico en este estado inicial, avisa en muchos casos que en estado de
endurecimiento también puede ser impropia su calidad. En ese momento
temprano y antes de completarse los vaciados del material, es cuando se deben
ejecutar las correcciones. El comportamiento del concreto fresco depende de: sus
componentes, de las características del mezclado, de su diseño, del medio
ambiente circundante y de las condiciones de trabajo.
2.2.1 Reología
Bajo el término “reología del concreto” se agrupa el conjunto de
características de la mezcla fresca que posibilitan su manejo y posterior
compactación. Desde el punto de vista físico, estas características dependen de
las variaciones de la viscosidad y de la tixotropía de la mezcla a lo largo del
tiempo. En la práctica se define la reología del concreto con base en tres
características: Fluidez, Compactibilidad y Estabilidad a la segregación.
2.2.2 Trabajabilidad
En la tecnología del concreto la palabra “trabajabilidad” se emplea con dos
acepciones distintas. Una, general, con la cual se designa al conjunto de
propiedades del concreto que permiten manejarlo sin que se produzca
segregación, colocarlo en los moldes y compactarlo adecuadamente. La otra
acepción es específica para designar el asentamiento medido por el procedimiento
normalizado del Cono de Abrams. Esta segunda acepción es discutible porque, en
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realidad, el ensayo es sólo parcialmente representativo del conjunto de
propiedades referidas.
Desde hace algún tiempo, estudiosos de la materia señalan la conveniencia
de diferenciar con mayor claridad los conceptos relativos a: i) la plasticidad en sí
de la mezcla (docilidad, consistencia) y, ii) la facilidad de usarla (trabajabilidad,
colocabilidad). Se requieren métodos de ensayos que permitan medir dichas
características pero, hasta el momento no se ha logrado con suficiente éxito. Por
ejemplo, el Plasticímetro LCPC (Laboratorie Central des Ponts et Chaussées), y el
Medidor CES (Centre d’Essais des Structures). Ante estas opciones, el método del
Cono de Abrams sigue teniendo bastante aplicación pues, aún cuando no revela
específicamente ciertas propiedades reológicas de la mezcla, el uso de la
información que ofrece ha permitido la toma de decisiones acertadas.
2.2.2.1 Cono de Abrams
En la preparación de la mezcla de concreto es muy importante que la
combinación cemento/áridos y su relación con el agua, sean las adecuadas para
lograr las propiedades fundamentales de la mezcla fresca primero (consistencia) y
endurecida luego (resistencia). El molde en forma de cono truncado se llena con la
mezcla en 3 capas de la misma altura, compactando con 25 golpes de varilla por
vez, acto seguido se levanta el molde y se mide cuanto ha descendido la mezcla
en el punto central. El valor obtenido, es la medida de la consistencia de la
mezcla. Se la denomina también asentamiento, puede variar entre 2 y 18 cm,
según sea el tipo de estructura y los procedimientos de encofrado, colocación y
compactación.
La Norma venezolana COVENIN 339:2003 “Concreto. Método de ensayo
para la medición del asentamiento con el Cono de Abrams” y ASTM C143,
contempla el método de ensayo para la medición del asentamiento del concreto
fresco (en las obras y en el laboratorio), mediante el uso del Cono de Abrams. El
rango de asentamiento adecuado para aplicar el método va desde ½” (15 mm) a
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8” (203 mm), No es aplicable para mezclas donde existan cantidades
considerables de agregados mayores de 1½” (3,75cm). (Ver figura 2.1).
Figura 2.1. Ilustración Cono de Abrams. Medición del asentamiento.
Fuente: Porrero et al. (2009), “Manual del concreto estructural”, 3ra edición.
2.2.3 Retracción
La retracción es la disminución del volumen del concreto durante el proceso
de fraguado del mismo, y se produce por la pérdida de agua (debida a
evaporación). Dicha pérdida de volumen genera tensiones internas de tracción
que dan lugar a las fisuras de retracción. Dependiendo de la cantidad de finos, de
la cantidad de cemento, del tipo de cemento, de la dosificación agua-cemento, del
espesor de la pieza, y de la temperatura ambiental, la retracción puede ser mayor
o menor, dando lugar a fisuras e incluso grietas.
Los métodos de cálculo para conocer la retracción se realizan en función del
tiempo desde el vaciado del concreto, y depende básicamente de tres
coeficientes: del coeficiente de la humedad ambiental, del coeficiente del espesor
de la pieza y del coeficiente de la evolución de la retracción en el tiempo. Puede
afirmarse que a mayor resistencia del concreto mayor va a ser la retracción que se
produzca; que el concreto en masa retrae más que el concreto armado; que a
mayor temperatura ambiental también será mayor la retracción; que la retracción
crecerá cuanto menor sea el espesor de la pieza hormigonada, y que cuanto
mayor sea la superficie del elemento habrá más retracción.
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2.2.4 Mecanismo de Lubricación
Una forma bastante efectiva para entender mejor las relaciones cualitativas
entre calidad y proporciones de componentes, así como algunas de las principales
características del concreto, es considerar como modelo del material un conjunto
de piezas que se deben mover, unas entre otras, lubrificadas por la pasta de
cemento. Dentro de los límites habituales de consistencia y composición de las
mezclas, esto se aproxima bastante a la realidad. Sin embargo, en condiciones
extremas, el modelo debe ser interpretado con reservas. La principal objeción al
modelo es que no solamente el cemento lubrica, sino que también lo hacen las
partículas más finas de la arena. Esta circunstancia se puede incluir en el modelo,
y de hecho es necesario hacerlo cuando los contenidos de finos en la arena
(pasantes de los cedazos #100 y #200) son importantes.
Otra forma de visualizar el mecanismo de lubricación consiste en modelar el
concreto fresco como un sistema de engranajes lubricados con aceite. La mayor o
menor rugosidad de los agregados equivale a dientes más grandes o pequeños en
los engranajes; la granulometría más gruesa o más fina se equipara a menos o
más engranajes requeridos para cubrir una cierta distancia; la cantidad de
cemento o pasta equivale a la cantidad de aceite y, la fluidez de la pasta, a la
fluidez del aceite, respectivamente.
2.3 Agregados
Según Porrero et al (2009), los agregados, también denominados áridos o
inertes, son fragmentos o granos, usualmente pétreos, cuyas finalidades
específicas son abaratar la mezcla y dotarla de ciertas características favorables,
entre las cuales se destaca la disminución de la retracción de fraguado o
retracción plástica.
Los agregados constituyen la mayor parte de la masa del concreto, ya que
alcanzan a representar entre el 70% y el 85% de su peso, razón por la cual sus
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propiedades resultan tan importantes para la calidad final de la mezcla. De igual
manera las características de los agregados deberán ser aquellas que beneficien
el desarrollo de la trabajabilidad, las exigencias del contenido de cemento, la
adherencia con la pasta y el desarrollo de las resistencias mecánicas.
2.3.1 Niveles de Calidad
Las especificaciones normativas establecen límites para ciertas
características de los agregados que, si no se respetan, pueden producir graves
problemas en la calidad del concreto. Para mezclas de características especiales
pueden requerirse que algunos límites de calidad de los agregados sean más
estrictos que los normativos, por ejemplo: el desgaste, el cociente de forma, el
contenido de ultrafinos y otros. Parece haber una tendencia a solicitar concretos
con niveles de exigencia cada vez más altos, lo cual plantea la necesidad de
analizar la calidad de los agregados con mayor detenimiento.
2.3.2 Requisitos de Calidad
Porrero et al (2009), señala que para conocer la calidad de los agregados se
deben efectuar ciertos ensayos cuyas condiciones básicas generales son:
- Deben realizarse sobre muestras representativas del yacimiento, y de
sus diferentes zonas.
- Deben ser llevadas a cabo en laboratorios con personal y equipos
adecuados, siguiendo cuidadosamente los sucesivos pasos de un
procedimiento normativo.
No cumplir con estas condiciones básicas invalida la utilidad de la
información de los ensayos. En el Artículo 3.3 de la Norma COVENIN 1753,
“Estructuras de concreto reforzado para edificaciones. Análisis y Diseño”, se
indican las Normas COVENIN que deben cumplir los agregados.
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2.3.3 Granulometría
Porrero et al (2009), define como granulometría a la composición del material
en cuanto a la distribución del tamaño de los granos que lo integran. Esta
característica decide, de manera muy importante, la calidad del material para su
uso como componente del concreto.
2.3.4 Tamaño Máximo
Se denomina tamaño máximo de un agregado al tamaño de sus partículas
más gruesas, medido como abertura del cedazo de menor tamaño que deje pasar
el 95% o más del material. Desde el punto de vista técnico, su relación con las
características de la mezcla es decisiva para la calidad y economía de ésta.
2.3.5 Segregación
Cuando se manejan agregados en los cuales hay presencia de granos con
tamaños muy diferentes, puede presentarse la tendencia a su separación, dando
lugar a lo que se denomina segregación del agregado la cual, a su vez, generará
concretos de calidad heterogénea y dudosa.
2.3.6 Módulo de Finura
Según Porrero et al (2009), se denomina módulo de finura de las arenas a un
parámetro que se obtiene sumando los porcentajes retenidos acumulados en los
cedazos de la serie normativa y dividiendo la suma entre 100. En cierto modo,
este valor es representativo de la finura de la arena; se considera que el módulo
de finura adecuado de una arena para producir concreto dentro de una
granulometría aceptable, debe estar entre 2,3 y 3,1 donde un valor menor de 2,0
indica una arena fina, 2,5 una arena media y más de 3,0 una arena gruesa.
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2.3.7 Impurezas
A los agregados los pueden acompañar algunas impurezas perjudiciales, la
mayoría de origen natural y acompañando a la arena. Las especificaciones
normativas COVENIN 277, “Concreto. Agregados. Requisitos” y ASTM C33,
establecen límites para estas impurezas.
2.3.8 Peso por Unidad de Volumen
El uso principal de las relaciones peso/volumen es para la selección y
manejo de los agregados, por lo que se relaciona, en cierta forma, con su calidad.
2.3.9 Humedad
La humedad se considera como la diferencia en peso entre: el material
húmedo y el mismo secado al horno. Se suele expresar como porcentaje en peso,
referido al material seco. Esta humedad se encuentra en los agregados de dos
maneras diferentes: una es rellenando los poros y microporos internos de los
granos, y la otra es como una película o capa envolvente, más o menos gruesa.
Para la determinación de la humedad y de la absorción existen los siguientes
ensayos normativos: Norma COVENIN 268, “Agregado fino. Determinación de la
densidad y la absorción”; Norma COVENIN 269, “Agregado grueso. Determinación
de la densidad y la absorción”; Norma COVENIN 272, “Método de ensayo para
determinar la humedad superficial en el agregado fino”, y ASTM C128, C127,
C709.
2.4 El Cemento
Según Porrero et al (2009), el cemento es el componente activo del concreto
e influye en todas las características de este material. Sin embargo, el cemento
constituye aproximadamente sólo un 10 a un 20% del peso del concreto, siendo el
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80 a 90% de materiales restantes el que condiciona la posibilidad de que se
desarrolllen las propiedades del concreto.
2.4.1 Clasificación. Tipos de Cementos
La Norma Venezolana COVENIN 28 “Cemento Portland. Especificaciones” y
la norteamericana ASTM C150, consideran cinco tipos de cemento Portland según
su uso y características:
Tipo I: para utilizarse en construcciones de concreto en general
siempre y cuando no se requieran de especificaciones
especiales.
Tipo II: para usarse en obras expuestas a sulfatos o donde se requiera
un calor de hidratación moderado.
Tipo III: se utiliza en obras en las que se requiera altas resistencias
iniciales.
Tipo IV: utilizado en obras donde el calor de hidratación requerido es
bajo.
Tipo V: para utilizarse en obras donde se requiera alta resistencia a los
sulfatos.
2.4.1.1 Cemento Portland con adiciones
Según la norma COVENIN 3134 “Cemento Portland con adiciones.
Requisitos.” Se define como el producto obtenido por la pulverización conjunta de
clinker Portland y otros materiales como caliza, cenizas volantes, puzolanas, con
la adición de agua y Sulfato de Calcio, para ser usados en la producción de
concretos y morteros para usos específicos.
El cemento Portland con adición de caliza se clasifica como:
CPCA1: es aquel cuyo contenido de caliza u otro material calcáreo es menor
o igual al 15% del peso total.
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CPCA2: es aquel cuyo contenido de caliza u otro material calcáreo es mayor
a 15% y menor o igual al 30% del peso total.
2.4.2 Calidad del Cemento
Los índices principales para poder determinar la calidad del cemento son el
fraguado y la resistencia mecánica. De igual manera se debe tener especial
cuidado con la composición química del cemento, la estabilidad del volumen, el
grado de finura, la plasticidad, el calor de hidratación, la pérdida al fuego además
de los residuos insolubles. Los ensayos para determinar la calidad del cemento
deben realizarse tanto por el usuario como por el fabricante en condiciones
específicas de humedad y temperatura con equipos sensibles, delicados y
complejos siguiendo las especificaciones de las Normas COVENIN 28:2002
“Cemento Portland. Especificaciones”, COVENIN 935:1976 “Cemento Portland-
escoria. Especificaciones” y la COVENIN 3134:1994 “Cemento Portland con
adiciones. Especificaciones”, y con el conjunto de normas de ensayos
correspondientes.
2.4.3 Tiempo de Fraguado del Cemento
Al mezclar el cemento con el agua, se produce una pasta de cemento, por
cierto tiempo, esta pasta tiene una consistencia flexible que luego va endureciendo
progresivamente. El tiempo que transcurre desde que se mezcló el cemento con el
agua, hasta que surgió el endurecimiento se llama tiempo de fraguado. El proceso
para detectar el tiempo de fraguado es gradual aunque el fraguado se define en un
tiempo preciso. Eso obliga a establecer parámetros de validez universal como el
usual procedimiento de la aguja de Vicat, ensayo establecido en la Norma
COVENIN 493 “Cemento Portland. Determinación del tiempo de fraguado por la
aguja de Vicat” y ASTM C191.
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El tiempo de fraguado puede ser medido también en morteros y en
concretos, empleando un penetrómetro apropiado tal como el que se establece en
la Norma COVENIN 352, “Método de ensayo para determinar el tiempo de
fraguado de mezclas de concreto por resistencia a la penetración” y ASTM C403.
2.4.4 Resistencias Mecánicas
La resistencia mecánica del cemento suele determinarse a partir de la
resistencia a compresión de morteros de cemento ya que disminuye los costos de
los ensayos, las dificultades y los tamaños de las probetas ensayadas. Para
realizar los diseños de mezclas suele considerarse la resistencia mecánica del
cemento como parámetro fijo, es por ello que deben realizarse procedimientos
especificados en la Norma COVENIN 28:2002 “Cemento Portland.
Especificaciones” y la Norma COVENIN 498:1994 “Cemento Portland.
Determinación de la resistencia a la compresión de morteros, usando las
porciones de prismas rotos por flexión”. Las resistencias obtenidas a partir de
estos métodos para el cemento no indican directamente los valores de resistencia
que se obtendrán para el concreto obtenido con este material ya que su calidad
dependerá también de otros factores y componentes.
2.4.5 Finura
El cemento es un polvo demasiado fino para poder determinar el tamaño de
sus partículas por un procedimiento granulométrico con base en tamices. Hay
varios métodos para determinar esta característica, pero en la práctica los de uso
más extendido son dos: el turbidímetro Wagner (Norma COVENIN 488, “Cemento
Portland. Determinación de la finura por medio del turbidímetro” y ASTM C115), y
el permeabilímetro Blaine (Norma COVENIN 487, “Cemento Portland.
Determinación de la finura por medio del aparato Blaine de permeabilidad” y
ASTM C204), siendo este último el de más frecuente referencia.
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Según Porrero et al (2009), los cementos usualmente presentan finuras
Blaine en el orden de 2800 a 3500 cm2/g. y cuando presentan valores mayores a
los 4000 cm2/g. el concreto presenta problemas de retracción, dificultad de
mezclado y sedimentación del cemento perdiendo la capacidad adherente de la
pasta.
2.5 Agua para Concreto
El agua es imprescindible en el mezclado, fraguado y curado del concreto por
lo cual se debe trabajar con aquella que esté libre de contaminantes que puedan
afectar esos procesos. En las zonas urbanas suele trabajarse con agua potable
debido a que se considera adecuada a pesar de la cloración, que puede afectar
los aditivos además del desarrollo de las resistencias. Por otra parte en las zonas
rurales, el agua de los pozos, ríos y lagos debe ser evaluada física y
químicamente en un laboratorio competente para su uso en los procesos de
mezclado, fraguado y curado.
2.5.1 Agua de Mezclado
Según Porrero et al (2009), el agua de mezclado cumple dos funciones:
hidratar el cemento en la pasta y proporcionar lubricación y fluidez a la mezcla de
concreto. Suele equivaler al 25% del peso del cemento y el resto se evapora para
formar poros que se llenan parcialmente de aire que pueden producir concretos
menos resistentes si no se utiliza un volumen de agua adecuado.
2.5.2 Agua de Curado
Es el agua la que permitirá la continuidad del proceso de reacción agua-
cemento, que se inicia al momento de realizar la mezcla, que permitirá el
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desarrollo de las resistencias deseadas en el concreto. La cantidad de agua de
curado dependerá de la tasa de evaporación que es generada a partir de las
condiciones climáticas (temperatura, humedad y velocidad del ciento), de la
cantidad de calor generado al hidratarse el cemento así como, de las dimensiones
de la pieza.
Por lo general el agua de curado no requiere cumplir con requisitos de
calidad tan estrictos como el agua de mezclado pero es recomendable que no
presente impurezas o materia orgánica que puedan manchar el acabado de la
pieza además es importante tener especial cuidado con la cantidad de cloro
presente en el agua para evitar que las sales penetren los poros del concreto
hasta llegar al acero e iniciar un proceso de corrosión. La Norma COVENIN
338:2002 recomienda colocar las probetas directamente bajo agua saturada de cal
para su proceso de curado. La renovación del agua depende del número de
probetas que se están curando, como promedio se recomienda renovarla cada 15
días.
2.6 Diseño de Mezclas
Se conoce como diseño de mezcla al procedimiento mediante el cual se
calculan las cantidades que debe haber de todos y cada uno de los componentes
que intervienen en una mezcla de concreto, para obtener de ese material el
comportamiento deseado, tanto en su estado plástico como después, en estado
endurecido. Los requisitos que una dosificación apropiada debe cumplir son:
a) Economía y manejabilidad en estado fresco.
b) Resistencias, aspecto y durabilidad en estado endurecido.
En algunos casos puede ser importante el color, peso unitario y textura
superficial. Las cantidades de los componentes sólidos, agregados así como el
cemento, suelen expresarse en kilogramos por metro cúbico de mezcla. El agua
puede expresarse en litros o kilogramos entendiendo, para el diseño de mezclas,
que un kilogramo de agua equivale a un litro de agua.
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Un método de diseño de mezcla puede llegar a ser muy complejo si
considera un gran número de variables además de una gran precisión o exactitud
en la expresión de sus relaciones. Pero debe al mismo tiempo, ser de fácil manejo
y operatividad. Lo acertado es lograr un equilibrio entre ambos extremos. Existen
numerosos métodos para diseñar mezclas, que pueden asemejarse o pueden
diferir entre sí profundamente, de acuerdo con las variables que manejen y las
relaciones que establezcan; esto indica que ninguno de ellos es perfecto. De
acuerdo con las condiciones reales de los materiales y de la tecnología del
concreto, pueden ser preferidos unos u otros, e inclusive llegar a una unión de
varios diseños para obtener lo mejor de cada uno.
2.7 Preparación y Mezclado del Concreto
Acorde al tipo de concreto que se desea preparar, los volúmenes requeridos
y el lugar de mezclado se deben tener consideraciones que permitan obtener los
resultados deseados de la mezcla. Se debe tener especial cuidado en el
almacenamiento de los componentes para evitar contaminaciones previas al
mezclado, así mismo a la hora de llevar a cabo su dosificación se debe llevar un
control de las cantidades tomadas y sus medidas, además de, utilizar envases
adecuados para su depósito y transporte.
2.8 Manejo del Concreto
Una vez realizada la mezcla de concreto debe ser transportada hasta los
encofrados donde serán vaciadas y compactadas hasta lograr el fraguado para
finalmente ser desencofradas. Es importante realizar estos procesos en el
momento y manera adecuada para evitar que el concreto pueda dañarse.
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2.8.1 Transporte
Al transportar el concreto desde el lugar de mezclado hasta su vaciado se
debe evitar la pérdida de material o derrames, contar con los equipos y personal
necesarios para no atrasar el proceso de vaciado con respecto al anterior, no
perder tiempo para evitar una evaporación parcial del agua de mezclado, evitar la
segregación del material ya que de producirse, disminuirá las condiciones de
resistencia y durabilidad.
Entre los diversos procedimientos o equipos para transportar concreto se
citan aquí los siguientes: carretillas y buggies, canaletas y tubos, elevadores,
grúas y torres grúas, camiones transportadores con volteo, cintas transportadoras,
bombeo y tremies.
2.8.2 Colocación o Vaciado
Una vez realizada la mezcla para ser transportada hasta los encofrados o
moldes de se inicia el proceso de colocación o vaciado, para esto los moldes
deben haber sido limpiados internamente, haberse comprobado sus armadura así
como tratados con una superficie que evite la adherencia de la mezcla para
facilitar el desencofrado.
De igual manera es importante considerar las dimensiones del elemento a
vaciar para garantizar el llenado del mismo envolviendo los aceros de refuerzo por
el concreto. También es de suma importancia tomar en cuenta que si el elemento
a vaciar es menor a 40 cm. de espesor debe hacerse en tres capas, al ser mayor
en dos capas para garantizar una buena compactación, además de hacerse lo
más rápido posible para evitar planos de separación. Así mismo no se
recomiendan caídas del material mayores a 3 metros desde el punto de caída
hasta el de llegada para evitar segregaciones.
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2.8.3 Compactación
La compactación es un proceso por medio del cual se densifica la mezcla de
concreto reduciendo la cantidad de vacíos en ella, evitando planos de separación
entre capas. Los vacíos pueden aparecen por evaporación del agua de mezclado
o por manejo de la masa de concreto durante su transporte y colocación, es por
ello que es necesario disminuir los espacios vacíos que pueden generar puntos de
vulnerabilidad sin resistencia mecánica.
Existen dos procesos de compactación: manual o por vibrado. En el primero
se golpea verticalmente, se penetra con la barra o se aplasta con pisón la mezcla
de concreto hasta desaparecer gran parte de los espacios vacíos. El segundo
aprovecha la condición tixotrópica del concreto para hacerlo menos viscoso
permitiéndole acomodarse en el molde, con él se expulsa gran parte del aire
atrapado subiendo a la superficie parte del agua unificando la masa, eliminando
planos de contacto.
2.8.4 Curado
Una vez colocado y compactado el concreto, debe ser curado, especialmente
en edades tempranas. El curado es la operación mediante la cual se protege el
desarrollo de las reacciones de hidratación del cemento, evitando la pérdida
parcial del agua de reacción por efecto de la evaporación superficial. En el Artículo
5.8 de la Norma COVENIN 1753 se establecen los requerimientos para el curado
del concreto tanto en condiciones ambientales como bajo condiciones de curado
acelerado.
2.8.5 Desencofrado
El tiempo que el encofrado debe permanecer colocado, protegiendo algunas
de las caras de las piezas vaciadas, dependerá de la resistencia del material, del
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nivel de cargas que recibe y del que deba recibir el elemento. Un retiro prematuro
de los encofrados puede provocar daños en el concreto. Tomando en
consideración que el tiempo de desencofrado es una función de la resistencia del
concreto, el método preferido es el ensayo de muestras de concretos curados en
obra.
2.9 Concreto Endurecido
2.9.1 Peso Unitario
Se calcula al dividir el peso del material entre el volumen que este ocupa. En
el sistema técnico, se mide en kilopondios por metro cúbico (kp/m³). En el Sistema
Internacional de Unidades, en newton por metro cúbico (N/m³). (Porrero, 2009).
2.9.2 Velocidad de pulso ultrasónico
Según la norma COVENIN 1681-1980 “Método de ensayo para determinar la
velocidad de propagación de ondas en el concreto”, se debe emplear un aparato
de ensayo que cuente con un generador de pulsos eléctricos de alta frecuencia,
un transductor (transforma pulsos eléctricos en impulsos mecánicos), un circuito
receptor, un dispositivo de calibración y una unidad de lectura que permita
registrar tiempos comprendidos en un rango mínimo de 20 microsegundos a 1000
microsegundos con aproximación del 1%.
Se recomienda que las zonas de aplicación de los transductores estén
limpias y secas, se procederá a presionar los transductores firmemente contra la
superficie del concreto, se debe aplicar previamente vaselina u otro material
similar en la superficie de contacto, a menos, que se utilicen transductores
puntuales a fin de garantizar un buen acoplamiento entre el transductor y el
concreto.
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2.9.3 Determinación del Rebote (Esclerómetro)
Cuando el procedimiento para estimar la resistencia en sitio sea la
determinación del rebote mediante ensayos esclerométricos, se recomienda
obtener la curva de correlación, elaborando al menos 12 cilindros. Por cada edad
de ensayo o nivel de resistencia se realizarán no menos de 10 mediciones de
rebote sobre los cilindros normativos (la Norma COVENIN 1609 recomienda 20
mediciones para el ensayo en sitio y no menos de 30 cilindros de concreto para
trazar la curva de correlación). El cilindro deberá estar sometido a una carga en
compresión promedio equivalente de 35 kgf/cm2 durante la realización de las
lecturas de rebote. El contenido de humedad y la textura del cilindro para estos
ensayos deben ser similares a las condiciones anticipadas en la obra.
2.10 Resistencias Mecánicas
La resistencia mecánica del concreto se debe al cemento y es la propiedad
del material que tiene mayor influencia en los fines estructurales, ya que las
estructuras de concreto armado se encuentran sometidas a solicitaciones variadas
como compresión, corte, tracción, flexotracción, agentes agresivos, entre otras.
Para detectar o comparar calidades resistentes de cementos con base en el
ensayo de probetas de concreto, las mezclas deben ser estrictamente iguales en
todos los aspectos, incluidas las condiciones del ensayo, excepto naturalmente, el
cemento que se desea comparar. Sin embargo, no es práctico ni económico
realizar el control de todos los estados tensionales, por lo que se acostumbra a
realizar el ensayo destructivo a compresión simple en probetas normalizadas y a
partir de los resultados obtenidos se infieren los valores de otras características
mecánicas tales como la resistencia a la tracción o al corte.
En normas correspondientes al cálculo de estructuras de concreto armado se
correlaciona empíricamente la resistencia del concreto bajo los diversos estados
- 26 -
de solicitación con el valor de la resistencia a compresión simple, por esto es
importante conocer esta propiedad y definir sus criterios de interpretación.
2.10.1 Resistencia a la Compresión
Es la característica mecánica más importante del concreto, pues sirve para
juzgar su calidad; para determinarla se emplea el promedio de los resultados de
ensayos válidos, sobre un conjunto de probetas normalizadas, en una fecha
determinada y siguiendo un procedimiento establecido. Se hace referencia a
ensayos válidos porque eventualmente el resultado de alguna o varias probetas
puede ser rechazado por ciertas anormalidades.
Se debe trabajar siempre con un conjunto mínimo de probetas para contar
con una confiabilidad estadística, el número mínimo acostumbrado suele ser tres
por cada edad y condición de ensayo. El número de muestras puede variar
dependiendo del grado de probabilidad esperado, de la importancia de la obra y
de la precisión con la que se ha venido trabajando.
2.11 Puzolanas
Según la Norma COVENIN 483-1992, “Cementos y sus constituyentes.
Definiciones”, se define como puzolanas el producto natural que, finamente
molido, es capaz de fijar cal a temperatura ambiente, en presencia de agua,
formando compuestos con propiedades hidráulicas.
El término puzolana es también aplicado a materiales silíceos o alúmino –
silíceo, de origen natural o artificial que por sí mismos pueden tener poca o
ninguna actividad hidráulica pero que, finamente divididos y en presencia de agua,
reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio para formar compuestos que
poseen propiedades cementantes.
- 27 -
2.11.1 Tipos de Puzolanas
Existen dos tipos de puzolana, naturales y artificiales. La puzolana natural es
una roca que se encuentra en la naturaleza y para utilizarla es preciso triturarla, es
la más usada en este grupo; también puede ser encontrada en forma de ceniza o
escoria y en fósiles de naturaleza. La puzolana artificial se obtiene a partir de la
trituración y cocción de arcillas o rocas sedimentarias sometidas a un posterior
enfriamiento rápido, también se obtiene de subproductos industriales como las
escorias metalúrgicas y las cenizas volantes.
Actualmente, las puzolanas se utilizan como aditivos para conferir más
propiedades hidráulicas a los cementos, pero ya se conocían en la época de los
romanos. De hecho, la utilización de las puzolanas naturales, básicamente
procedentes de rocas volcánicas les permitía obtener cal hidráulica y preparar las
conocidas argamasas que eran morteros de cal que se utilizaban para la
realización de obras de carácter civil como caminos, puentes, acueductos, entre
otros.
2.12 Níquel
El níquel es, después del manganeso, el metal más usado en
ferroaleaciones, pero también tiene otras numerosas aplicaciones, proporciona a
las aleaciones dureza, tenacidad, ligereza, cualidades anticorrosivas, térmicas, y
eléctricas. Se emplea, principalmente, en aleaciones, tales como: latones, bronces
al níquel y aleaciones con cobre.
En Venezuela, en el Estado Miranda, se encuentra el yacimiento de mayor
dimensión del país, se calcula que tiene reservas de Níquel de aproximadamente
4,6 millones de toneladas métricas (Tm), que se encuentra en estado natural en
combinación con el Hierro. En la actualidad, la minera Lomas de Níquel C.A. se
encuentra a cargo de la explotación de dichos materiales (UNEXPO, 2011).
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2.13 Escoria de Níquel
La escoria de Níquel proviene de los procesos metalúrgicos llevados a cabo
para la producción del metal ferro-níquel por la empresa Minera Loma de Níquel
(MLdN) ubicada en el Km. 54 vía Tiara, Edo. Miranda.
Durante el proceso de separación de Níquel con el Hierro, se genera un
compuesto de baja densidad considerado desecho, conformado por óxido de
Hierro, Sílice y Magnesio. Este compuesto es conocido como escoria de Níquel.
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CAPITULO III
MÉTODO
En este capítulo se presenta de manera explícita las acciones llevadas a
cabo durante la ejecución del Trabajo Especial de Grado, las cuales hacen
referencia a conjuntos de ensayos y actividades complementarias, necesarias
para el análisis completo de la mezcla patrón y de las mezclas realizadas
sustituyendo parcialmente el agregado fino por escoria de Níquel, posteriormente
se establecen comparaciones con la finalidad de describir el comportamiento del
concreto con dicha sustitución.
Los procesos necesarios para alcanzar los objetivos propuestos serán
definidos a continuación en nueve etapas:
I. Recopilación de información
II. Solicitud de materiales y equipos
III. Recopilación de materiales
IV. Caracterización de los agregados
V. Diseño de las mezclas
VI. Preparación de las mezclas
VII. Caracterización del concreto fresco
VIII. Caracterización del concreto endurecido
IX. Comparación con mezcla patrón.
- 30 -
3.1 Recopilación de información
Se basó en la captación de material bibliográfico y digital que aportó
conocimiento referente al tema.
Se tomaron como referencia varios Trabajos Especiales de Grado,
promovidos por la UCV, los cuales se pueden mencionar algunos:
- “Caracterización de mezclas de concreto pesado elaboradas con mineral
de hierro como agregado fino”, realizado por las ingenieras Alayón y
Álvarez (2008).
- “Evaluación de las características de las mezclas de concreto pesado
sustituyendo parcialmente el agregado fino por mineral de hierro y la
inclusión de aditivos plastificantes”, realizado por el ingeniero Gabriel
Fajardo (2010).
- “Evaluación de las características de mezclas de concreto con cemento
CPCA2 sustituyendo parcialmente el agregado fino por escoria de níquel”,
realizado por las Ingenieras Araujo y Sánchez (2013)
Se revisaron varios temas de la Norma COVENIN, los cuales se irán
mencionando en cada una de las actividades llevadas a cabo.
3.2 Solicitud de Materiales y equipos
Se pasó por escrito una carta dirigida al personal encargado de la minera
Loma de Níquel para solicitar 150 kg de escoria de Níquel, la cual fue respondida
inmediatamente, por parte de la directiva. Dicha minera se encuentra ubicada en
la Autopista Regional del Centro Km 54, nueva vía a Tiara Km 19 en el estado
Miranda, Caipauro, Venezuela. (Ver figura 3.1)
- 31 -
Figura 3.1. Patio de almacenamiento de escoria de níquel. Fuente: Elaboración propia
Los equipos que se utilizaron para realizar los ensayos fueron facilitados
por el Instituto de Materiales y Modelos Estructurales (IMME).
3.3 Recopilación de Materiales
Una vez solicitados y teniendo el debido permiso para retirarlos, se procedió
a compilar todos y cada uno de los materiales necesarios para cumplir con los
objetivos del presente Trabajo Especial de Grado. El cemento se compró en
ferreterías y los agregados fueron facilitados por el Instituto de Materiales y
Modelos Estructurales (IMME). (Ver figura 3.2)
Figura 3.2. Recopilación del material. Fuente: Elaboración propia
- 32 -
3.4 Caracterización de los Agregados
Para la caracterización de los agregados se llevaron a cabo los
procedimientos establecidos en las normas COVENIN Nº 255-1998, “Agregados.
Determinación de la composición granulométrica”, COVENIN Nº 268-1998
“Agregado fino. Determinación de la densidad y la absorción” y la norma
COVENIN Nº 269-1998 “Agregado grueso. Determinación de la densidad y la
absorción”.
3.4.1 Distribución granulométrica de los tamaños de partículas de
agregados finos y gruesos. Según la Norma COVENIN N° 255-1998
Antes de iniciar el diseño de mezcla los agregados fueron tamizados para
conseguir los tamaños máximos y verificar las impurezas de cada uno. Para ello
se emplearon los tamices proporcionados por la nave de ensayos del Instituto de
Materiales y Modelos Estructurales (IMME): 1”, 3/4”, ½”, 3/8”, ¼”, #4, #8, #16, #30,
#50, #100.
Se tomó una muestra de 500 gr de arena y se secó durante 24 horas. Se
procedió a agitar con las manos, durante unos minutos aproximadamente, el
conjunto de tamices a fin de determinar la composición granulométrica del
agregado, a través del porcentaje de pasante de cada tamiz.
Por las características y aspecto visual de la escoria de Níquel, se
realizaron los procedimientos granulométricos para agregados finos.
Para el agregado grueso se tomó una muestra de 22 kg, y se colocó en el
horno durante 24 horas.
Los tamices utilizados para la granulometría del agregado grueso fueron los
siguientes: 1 ½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8” y ¼”. Los mismos se encontraban dispuestos en
una tamizadora mecánica.
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3.4.2 Ensayo para determinación de densidad y absorción
Norma COVENIN 268-1998 “Agregado fino. Determinación de la densidad y
absorción”.
Se tomó una muestra de agregado fino, la misma se sumergió en agua
durante (24+ 4) h aproximadamente para saturar los poros. Luego, se removió el
agua y se procedió a secar el material en un recipiente metálico, aplicándole calor
con una hornilla eléctrica y revolviéndolo hasta quedar saturado con superficie
seca (Fotografía 3.2). A continuación, se seleccionó una muestra de 500 g de
material para introducirla en un picnómetro con agua y proceder a tomar su peso
nuevamente; previamente, se había tomado el peso del picnómetro con el agua.
Por último, se secó el agregado en el horno a una temperatura de (105 ± 5) °c y se
tomó su peso. (Ver figura 3.3)
Figura 3.3. Peso específico, secado del agregado fino.
Fuente: Elaboración propia
Para determinar el peso específico saturado con superficie seca, se aplicó la
siguiente ecuación (Manual Visualizado, 2003):
Ecuación 3.1. Peso específico saturado con superficie seca del agregado fino
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Donde:
: Peso específico saturado con superficie seca.
A: Peso en el aire de la muestra saturada con superficie seca.
B: Peso del picnómetro con el agua y la muestra.
C: Peso del picnómetro con agua.
D: Peso en el aire de la muestra seca.
Por otro lado, para el cálculo del porcentaje de absorción, se aplicó la siguiente
ecuación 3.2.
Ecuación 3.2. Absorción del agregado
Donde:
Ab: Porcentaje de absorción.
A: Peso en el aire de la muestra saturada con superficie seca.
D: Peso en el aire de la muestra seca.
Cabe destacar que a la escoria por tener características visuales similares
al agregado fino también se les realizaron los ensayos de peso específico y
porcentajes de absorción antes descritos.
En la realización del ensayo del peso específico y absorción del agregado
grueso se tomó como referencia la Norma COVENIN 269:1998 “Agregado grueso.
Determinación de las densidades y absorción”, y se procedió de la siguiente
manera:
Se tomó una muestra de material grueso de 10 kg y se remojó en un
recipiente con agua durante aproximadamente (24±4) h.
Después de haberse cumplido el tiempo de espera estipulado, se procedió
a sacar el material del remojo y secarlo con un paño hasta quedar saturado con
superficie seca.
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Seguidamente, se tomó una muestra de ese material saturado con
superficie seca de unos 5 kg, para inmediatamente colocarla en un recipiente e
introducirla en el agua para determinar su peso sumergida. (Ver figura 3.4)
Luego, se sacó el material del agua y se introdujo en el horno a una
temperatura de (110 ± 5) °c, durante (24±4) h, para su secado.
Por último, se tomó el peso del material seco.
Figura 3.4. Peso específico, peso sumergido del agregado grueso
Fuente: Elaboración propia
Una vez culminado este proceso, se calculó el peso específico del
agregado grueso utilizando la siguiente ecuación:
Ecuación 3.3. Peso específico saturado con superficie seca del agregado grueso.
Donde:
g: Peso específico saturado con superficie seca.
B: Peso en el aire de la muestra saturada con superficie seca.
C: Peso en el agua de la muestra saturada con superficie seca.
Para el cálculo de la absorción de la piedra picada, también se usó la
ecuación 3.2 expresada anteriormente.
- 36 -
3.4.3 Contenido de humedad, agregado fino y grueso
El mismo día de la mezcla, se calculó el contenido de humedad de los
agregados. Tomando una muestra de lo que ya estaba en bolsa. Se secó en el
microondas por una hora y se volvió a pesar.
Se aplicó la siguiente ecuación para calcular el porcentaje de humedad:
x 100
Ecuación 3.4. Contenido de Humedad
3.5 Diseño de Mezcla
Una vez culminado el análisis a los agregados constituyentes de la mezcla,
se procedió al diseño de la misma, tratando de establecer un buen criterio que
permita cumplir con las necesidades de la presente investigación.
El método de diseño de mezcla que se presenta en este Trabajo Especial
de Grado, es el aplicado en el “Manual del Concreto Estructural”, Porrero et al.
(2009), el cual ha sido probado en laboratorios y en plantas de preparación
comercial de concreto con excelentes resultados.
3.5.1 Definición de parámetros de entrada
Se establecieron los parámetros de entrada, los cuales constituyen la
información básica para llegar a la dosificación de las mezclas deseadas, estos
parámetros son:
Tipo de agregado fino y grueso.
, : Peso específico del agregado fino y grueso.
Aba, Abg: Absorción del agregado fino y grueso.
ωa, ωg: Humedad del agregado fino y grueso.
α: Relación agua cemento.
Fcr: Resistencia promedio.
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P: Tamaño máximo del agregado grueso.
T: Asentamiento esperado.
β: Relación que denota el contenido de arena con relación al agregado total
A/(A+G).
3.5.2 Cálculo de resistencia promedio requerida (Fcr)
Para el diseño de mezcla, se estableció como resistencia de cálculo (Fc),
un valor de 210 kg/cm2.
Por tener un control bueno al momento de realizar la mezcla se considera
una desviación estándar (σ) 32 kgf/cm3 ya que a cada uno de los agregados se le
determinó el índice granulométrico y de calidad, se controló la humedad de los
agregados.
Fcr = f´c + Zσ
Ecuación 3.5. Resistencia promedio requerida
Donde:
f´c: Resistencia a la compresión.
Zσ: Desviación estándar para un control bueno.
3.5.3 Ley de Abrams
Para determinar la relación agua/cemento, se utilizó la ecuación 3.6,
tomando como resistencia a los 28 días, el valor obtenido en la resistencia
promedio requerida.
Ecuación 3.6. Relación agua/cemento
- 38 -
Donde:
α: Relación agua/cemento.
: Resistencia media a la compresión del concreto a los 28 días.
3.5.4 Corrección de α en función del tamaño máximo
Corrección de α en función del tamaño máximo (KR) y el tipo de agregados
(KA) a emplear, obteniendo la relación agua/ cemento corregido (αc) mediante la
ecuación 3.7.
αc = α * KR * KA
Ecuación 3.7. Corrección de α
3.5.5 Cantidad de Cemento Corregida
Con αc se calculó la cantidad de cemento (C) a incorporar en la mezcla
tomando en cuenta la relación triangular, seguidamente corrigió (Cc) por tamaño
máximo (C1) y por tipo de agregados (C2), ver ecuaciones 3.8 y 3.9.
C = 117,2 *
Ecuación 3.8. Relación triangular
Donde:
T: Asentamiento con el cono de Abrams.
C: Dosis de cemento.
α: Relación agua/cemento.
Cc = C * C1 * C2
Ecuación 3.9. Cemento Corregido
- 39 -
3.5.6 Cálculo de volumen de aire
Aún con la adecuada compactación manual del concreto, en la mezcla
queda aire atrapado; es por ello que en el diseño de mezcla se incorporó un
volumen para tomar en cuenta este aspecto, y el mismo se calcula con la ecuación
3.10.
Ecuación 3.10. Volumen de aire atrapado
Donde:
V: Volumen de aire atrapado.
Cc: Dosis de cemento.
P: Tamaño máximo de agregado.
3.5.7 Cálculo de volumen de agua
El cálculo del volumen de agua se realizó a partir de la relación agua
cemento, y se determinó mediante la siguiente ecuación 3.11:
a = Cc* αc
Ecuación 3.11. Volumen de agua
Donde:
a: Dosis de agua presente en la mezcla.
Cc: Dosis de cemento.
αc: Relación agua/cemento corregida.
A efectos prácticos y con poco error, un litro de agua se puede considerar
como un kilogramo de agua.
- 40 -
3.5.8 Volumen absoluto de agregados
Para conocer el volumen de los agregados combinados, fue necesario el
cálculo de su peso específico combinado, el cual se realizó utilizando la siguiente
ecuación:
Ecuación 3.12. Peso específico de los agregados combinados
Donde:
: Peso específico de los agregados combinados.
: Peso específico del agregado fino.
: Peso específico del agregado grueso.
: Relación arena/agregado.
3.5.9 Estimación de la cantidad de agregados
A + G = * (1000 – 0.3 * Cc – a – V)
Ecuación 3.13. Dosis de agregado
Donde:
A: Dosis de agregado fino.
G: Dosis de agregado grueso.
: Peso específico de los agregados combinados.
V: Volumen de aire atrapado.
Cc: Dosis de cemento corregido.
a: Peso del agua.
- 41 -
3.5.10 Cantidad de agregado fino y grueso
Una vez hallada la dosis de agregados combinados, se procedió al cálculo
de la cantidad de cada agregado por separado, utilizando las siguientes
ecuaciones:
Ecuación 3.14. Cantidad de agregado fino
Ecuación 3.15. Cantidad de agregado grueso
Donde:
G: Dosis de agregado grueso (kgf)
A: Dosis de agregado fino (kgf)
β: Relación arena/agregado
3.5.11 Corrección por humedad
En las distintas fases del método utilizado para el diseño de mezcla, se
consideró que los agregados se encontraban saturados con superficie seca, una
condición en la cual no ceden ni toman agua; sin embargo, en la práctica, esta
condición no se da, es por esta razón que se debió realizar la corrección de la
dosis de agua. Para ello, se aplicaron las siguientes ecuaciones:
Peso de Agregado Saturado con superficie seca:
Ecuación 3.16. Peso saturado con superficie seca de los agregados
- 42 -
Donde:
Gsss: Peso del agregado saturado con superficie seca (kgf)
GW: Peso del material húmedo (kgf)
Ab: Capacidad del agregado que tiene para absorber agua (adimensional)
w: Humedad del agregado (adimensional)
Esta ecuación es válida para el cálculo de ambos tipos de agregados (finos y
gruesos).
Cantidad de agua a usar en la mezcla:
Ecuación 3.17. Cantidad de agua para la mezcla
Donde:
: Cantidad de agua a ser utilizada en la mezcla (l/m3)
: Cantidad de agua según el diseño
; : Dosis de agregados (arena y piedra) supuestos saturados con superficie
seca.
; : Pesos de los agregados en cualquier condición húmeda
3.6 Sustitución del agregado fino por la escoria de níquel
Para sustituir el agregado fino por la escoria de Níquel se consideró el
volumen tanto de la escoria como de la arena ya que tienen diferentes pesos
unitarios sueltos.
3.6.1 Determinación del peso unitario suelto de la arena y la escoria
Ecuación 3.18. Peso unitario suelto arena
- 43 -
Donde:
: Peso unitario suelto arena.
P: Peso de la arena en la tara normalizada.
V: Volumen de la tara.
Para el cálculo del peso unitario suelto de la escoria también se aplicó la
ecuación 3.18.
3.6.2 Determinación del volumen de arena
A
Ecuación 3.19. Volumen de arena
Dónde:
A: Volumen de la arena.
: Peso de la arena resultante del diseño de mezcla.
: Peso unitario suelto.
3.6.3 Determinación del volumen de escoria de Níquel
E = A * E
Ecuación 3.20. Volumen de escoria de níquel
Dónde:
E: Volumen de escoria de Níquel.
A: Volumen de arena.
% E: Porcentaje de escoria de Níquel a sustituir.
- 44 -
3.6.4 Determinación del peso de escoria de Níquel
E = usE * VE
Ecuación 3.21. Peso de escoria de Níquel
Dónde:
E: Peso de escoria de Níquel.
usE: Peso unitario suelto de la escoria de Níquel.
VE: Volumen de la escoria de Níquel.
3.6.5 Determinación del peso de la arena (agregado fino)
A = (VA VE) * usA
Ecuación 3.22. Peso de la arena
Dónde:
A: Peso de la arena.
: Volumen de la arena
VE: Volumen de la escoria de Níquel
usA: Peso unitario suelto de la arena
3.7 Diseño de mezcla según los porcentajes de sustitución parcial de
escoria de Níquel establecidos
Se realizarán 9 cilindros con la mezcla patrón y 9 cilindros para cada
porcentaje de adición de escoria de Níquel.
- 45 -
3.7.1 Diseños de mezclas a realizar
Mezcla Patrón (A´) de: (3 muestras por cada mezcla, para 7, 14, 28 días)
Cemento Portland CPCA2, f’c= 210 kgf/cm2
Mezclas con sustitución de escoria de Níquel: (3 muestras por cada mezcla,
para 7, 14, 28 días)
- Mezcla (B´): Cemento Portland CPCA2, f’c= 210 kgf/cm2 sustituyendo con
55% el agregado fino con escoria de Níquel.
- Mezcla (C´): Cemento Portland CPCA2, f’c= 210 kgf/cm2 sustituyendo con
65% el agregado fino con escoria de Níquel.
- Mezcla (D´) Cemento Portland CPCA2, f’c= 210 kgf/cm2 sustituyendo con
75% el agregado fino con escoria de Níquel.
- Mezcla (E´): Cemento Portland CPCA2, f’c= 210 kgf/cm2 sustituyendo con
85% el agregado fino con escoria de Níquel.
3.8 Preparación de las mezclas. Según Norma COVENIN 354:2001
“Concreto. Método para mezclado en el laboratorio”
Los agregados a utilizar serán arena lavada y piedra picada con tamaño
máximo de 1”.
3.8.1 Mezclado de material
El mezclado consiste en el pesado de los materiales de acuerdo a los
cálculos obtenidos previamente en el diseño de mezclas, se inició el proceso de
mezclado utilizando una mezcladora de eje vertical y con capacidad para 75 L.
Al poner en funcionamiento la mezcladora se agregó la piedra picada con un
tercio de la cantidad total de agua, luego se incorporará la arena lavada y el
cemento, por último se añadirá la cantidad restante de agua y se deja mezclar por
2 min. Se realizará el ensayo del cono de Abrams. (Ver figura 3.5)
- 46 -
Figura 3.5. Mezclado de materiales. Fuente: Elaboración propia
3.8.2 Colocación del material en las probetas y curado
Se procedió al vaciado de las probetas, cuyas dimensiones son: 15 cm de
diámetro y 30 cm de altura.
Posteriormente se procedió a la colocación de la mezcla en los moldes
cilíndricos previamente aceitados, ejecutando el vaciado en tres capas, todas con
un espesor aproximado a un tercio del volumen de la probeta, cada capa se
compactó dando 25 golpes distribuidos en su sección transversal haciendo uso de
una barra compactadora normalizada penetrando la capa anterior tan solo 1”. Se
dejó que la mezcla reposara unos 20 minutos para finalizar enrasando el molde en
la superficie con la barra compactadora con el fin de retirar el exceso de mezcla y
cualquier agregado que sobresaliese de la superficie o rellenar cualquier poro.
(Ver figura 3.6)
Figura 3.6. Enrazado de probetas estandarizadas Fuente: Elaboración propia.
- 47 -
Se realizó el desencofrado pasadas 24 horas y se inició el proceso de curado
sumergiendo los cilindros debidamente identificados en un tanque con adición de
cal dentro de la Nave de Ensayos, éste proceso finaliza al momento de realizar el
ensayo de resistencia a la compresión. (Ver figuras 3.7, 3.8, 3.9 y 3.10)
Figura 3.7. Desencofrado de los Figura 3.8. Identificación de cada Cilindros de concreto cilindro según fecha de ensayo Fuente: Elaboración propia. Fuente: Elaboración propia.
Figura 3.9. Colocación de probetas en el tanque con adición de cal Fuente: Elaboración propia.
Figura 3.10. Probetas en el tanque con adición de cal Fuente: Elaboración propia.
- 48 -
3.9 Caracterización del concreto fresco
3.9.1 Medición del asentamiento con el Cono de Abrams. Según norma
COVENIN Nº 339-1994 “Concreto. Método para la medición del asentamiento
con el cono de Abrams”
Se humedecerá el cono de Abrams y se coloca en una superficie horizontal
rígida, plana y no adsorbente. El molde se sujetará firmemente por las aletas con
los pies y se llenará con la mezcla de concreto, vaciando ésta en tres capas cuyos
espesores deben ser aproximadamente un tercio del volumen.
Se compactará cada capa dando 25 golpes distribuidos en su sección
transversal haciendo uso de una barra compactadora normalizada.
Luego de haber colocado y compactado la última capa, se enrasará
utilizando la misma barra compactadora. Inmediatamente se retirará el molde
alzándolo cuidadosamente en dirección vertical evitando movimientos laterales.
El asentamiento se medirá después de alzar el molde tomando la diferencia
de altura del molde y la altura promedio de la base superior del cono deformado.
(Ver figura 3.11)
Figura 3.11. Medición de asentamiento. Fuente: Elaboración propia
- 49 -
3.9.2 Medición del Peso Unitario. Según norma COVENIN N° 349-1979
“Método de ensayo gravimétrico para determinar el peso por metro cúbico,
rendimiento y contenido de aire en el concreto”
Se humedeció el recipiente normalizado y se procederá a pesarlo sin mezcla
reportando un valor, seguidamente se llenará con la mezcla de concreto mediante
tres capas consecutivas de 1/3 de altura, se compactará cada capa dando 25
golpes distribuidos en su sección transversal haciendo uso de una barra
compactadora normalizada y finalmente 15 golpes por el contorno del recipiente
con un martillo de goma para pesarlo posteriormente. (Ver figura 3.12 al 3.14)
Figura 3.12, 3.13 y 3.14. Medición del peso unitario Fuente: Elaboración propia
3.10 Caracterización del concreto endurecido
3.10.1 Peso unitario
Los cilindros a utilizar en el ensayo a compresión deben medirse y pesarse
con exactitud.
Se calculó el peso unitario (a) según la fórmula de densidad.
P =
Ecuación 3.23. Peso Unitario
- 50 -
Dónde:
M: Peso de la probeta
V: Volumen de la probeta calculado con la altura y el diámetro promedio del
cilindro.
Se toma como peso unitario el promedio de los pesos unitarios de todos los
cilindros ensayados a compresión. (Ver figura 3.15 al 3.17)
Figura 3.15, 3.16 y 3.17. Medición y Pesaje de las probetas en estado endurecido Fuente: Elaboración propia
3.10.2 Determinación de la velocidad de pulso ultrasónico. Según
norma COVENIN Nº 1681-1980 “Método de ensayo para determinar la
velocidad de propagación de ondas en el concreto”
Se calibró el equipo de acuerdo a las especificaciones del fabricante, luego
se verificará que las zonas de aplicación de los transductores estén limpias, lisas,
secas y libres de revestimiento.
Se aplicó vaselina en las superficies de contacto, luego se presionarán los
transductores contra dichas superficies y se toma la lectura del tiempo de paso de
la onda.
Finalmente se calculará la velocidad de propagación de la onda, mediante
la ecuación 3.24.
- 51 -
V =
Ecuación 3.24. Velocidad de pulso ultrasónico
Dónde:
V= Velocidad de propagación de la onda (m/s)
L= Base de medición (m)
t= Tiempo de paso de la onda (s)
Las lecturas de tiempo del generador de pulsos están dadas en
microsegundos (cs), por tanto se realizarán las transformaciones pertinentes para
la obtención de las velocidades en m/s. (Ver figura 3.18)
Figura 3.18. Medición de pulso ultrasónico en cilindros Fuente: Elaboración propia
3.10.3 Ensayo a compresión de cilindros de concreto. Según norma
COVENIN Nº 338-2002 “Concreto. Método para la elaboración, curado y
ensayo a compresión de cilindros de concreto”
Se tomaron tres medidas de altura y diámetro, utilizando un vernier. Con el
promedio de esas medidas se obtiene el diámetro y la altura de cálculo.
A continuación se tomarán tres pesos de cada probeta, utilizando una balanza
electrónica.
- 52 -
Posteriormente se colocaron las probetas en la máquina de ensayos teniendo
cuidado de centrarlas adecuadamente en el área de prueba para comprimirlas
hasta que falle el material. (Ver figura 3.19).
Seguidamente se tomaron los resultados de carga y esfuerzos a los cuales
fallaron las probetas, y se realizó una inspección visual de los distintos tipos de
falla.
Figura 3.19. Ensayo de compresión a los cilindros de concreto Fuente: Elaboración propia
Para calcular el esfuerzo del concreto se utilizó la siguiente ecuación
Rc =
Ecuación 3.25. Resistencia a compresión
Dónde:
Rc: Resistencia a compresión (Kgf/cm2)
P: Carga máxima aplicada (Kgf)
A: Área de la sección transversal del cilindro (cm2)
Los cilindros fueron ensayados a las edades de: 7, 14 y 28 días luego del
vaciado. Con estos resultados se realizaron las gráficas de desarrollo de
resistencia para cada tipo de concreto.
- 53 -
3.11 Comparación con mezcla patrón
De los resultados obtenidos a través de los distintos ensayos realizados a
las mezclas de concreto tanto en estado fresco como en estado endurecido, se
podrán determinar semejanzas o diferencias presentadas por las mezclas con
sustitución parcial de agregado fino respecto a la mezcla patrón.
De esta forma las propiedades a comparar son las siguientes:
• Mezclas de concreto en estado fresco: asentamiento y peso unitario.
• Mezclas de concreto en estado endurecido: peso unitario, velocidad de
pulso ultrasónico, índice esclerométrico y resistencia a compresión.
- 54 -
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
Una vez cumplida la metodología con la que se llevó a cabo cada una de las
actividades requeridas para la realización del presente trabajo, se presentan los
siguientes resultados:
4.1 Características de los agregados
4.1.1 Granulometría, peso específico y absorción
Agregado Fino
Tabla 4.1. Granulometría de la arena lavada
ARENA LAVADA Peso suelto (g) 500
Cedazo (mm) Peso
Retenido (g)
Peso Retenido
Acumulado (g)
% Retenido
% Pasante
9,51 (3/8") 21.20 21.20 4.24 95.76
6,35 (1/4") 46.80 68.00 13.6 86.4
4,76 (#4) 25.60 93.60 18.72 81.28
2,38 (#8) 61.20 154.80 30.96 69.04
1,19 (#16) 62.20 217.00 43.4 56.6
595μ (#30) 81.50 298.50 59.7 40.3
297μ (#50) 122.40 420.90 84.18 15.82
149μ (#100) 53.80 474.70 94.94 5.06
FONDO 24.90 499.60 99.92
- 55 -
Gráfico 4.1. Granulometría de la arena lavada
Tabla 4.2. Peso Específico y Absorción de la Arena
MUESTRA A (g) B (g) C (g) D (g) ϒ Ab (%)
Arena Lavada
500 1580 1276 488 2,55 2,46
A: Peso en el aire de la muestra saturada con superficie seca.
B: Peso del picnómetro con la muestra y el agua.
C: Peso del picnómetro con agua.
D: Peso de la muestra seca.
ϒ: Peso específico de la muestra saturada con superficie seca.
Ab: % de absorción.
- 56 -
Tabla 4.3. Granulometría de la Escoria de Níquel
Gráfico 4.2. Granulometría de la escoria de níquel.
ESCORIA DE NÍQUEL Peso suelto (g) 500
cedazo (mm) Peso
Retenido (g)
Peso Retenido
Acumulado
(g)
% Retenido
% Pasante
9,51 (3/8") 0.00 0.00 0.00 100.00
6,35 (1/4") 0.00 0.00 0.00 100.00
4,76 (#4) 7.80 7.80 1.56 98.44
2,38 (#8) 88.10 95.90 19.18 80.82
1,19 (#16) 233.20 329.10 65.82 34.18
595μ (#30) 131.40 460.50 92.10 7.90
297μ (#50) 34.40 494.90 98.98 1.02
149μ (#100) 4.20 499.10 99.82 0.18
FONDO 0.90 500.00
- 57 -
Tabla 4.4. Peso Específico y Absorción de la Escoria de Níquel
Muestra A (gr) B (gr) C (gr) D (gr) ϒ Ab (%)
Escoria de Níquel
500 1605.1 1276 498.6 2.93 0.28
Agregado Grueso
Tabla 4.5. Granulometría de la Piedra Picada
Gráfico 4.3. Granulometría de agregado grueso
PIEDRA PICADA Peso suelto (g) 22000
cedazo (mm) Peso
Retenido (g)
Peso Retenido Acumulado (g)
% Retenido
% Pasante
25,4 (1") 960 960 4.36 95.64
19 (3/4") 6250 7210 32.77 67.23
12,7 (1/2") 8600 15810 71.86 28.14
9,51 (3/8") 3650 19460 88.45 11.55
6,35 (1/4") 1250.00 20710 94.14 5.86
4,76 (#4) 200.00 20910 95.05 4.95
2,38 (#8) 0.00 20910 95.05 4.95
FONDO 1090.00 22000 100.00
- 58 -
Tabla 4.6. Peso Específico y Absorción de la Piedra Picada
Muestra A (gr) B (gr) C (gr) ϒ Ab (%)
Piedra Picada
3947 4000 2477 2.69 1.34
A: Peso en el aire de la muestra seca.
B: Peso en el aire de la muestra saturada con superficie seca.
C: Peso en el agua de la muestra saturada con superficie seca.
ϒ: Peso específico de la muestra saturada con superficie seca.
Ab: % de absorción
4.2 Diseño de Mezclas
Para el diseño de mezcla se consideraron mezclas con una resistencia de
210kg/cm2
Tabla 4.7. Datos de Entrada
DATOS DE ENTRADA
Tipo de Agregado
Agregado Fino
Agregado Grueso
Tamaño Máximo del Agregado Grueso
Arena Lavada
Piedra Picada 1"
Peso Específico del Agregado Fino
2,55
Peso Específico del Agregado Grueso
2,63
Absorción del Agregado Fino Aba=
2,46
Absorción del Agregado Grueso
Abg=
1,34
Humedad del Agregado Fino ωa=
x 100 0,2 %
Humedad del Agregado Grueso
ωg=
x 100 0,4 %
- 59 -
Tabla 4.8. Diseño de Mezcla
Resistencia Fijada Fc= 210 Kgf/cm2
Desviación Estándar para el Grado de Control
σ= 32 Kgf/cm2
Resistencia Promedio Requerida
Fcr= 250 Kgf/cm2
Relación Agua/Cemento α= 0,59 adimensional
Factor para Corrección de Tamaño Máximo
Kr= 1,00 adimensional
Factor para Corrección por Tipo de Agregado
Ka= 1,00 adimensional
Relación Agua/Cemento para el diseño
αc= αd=
0,59 adimensional
Asentamiento T= 10 Cm
Cantidad de Cemento C= 336 Kgf/m3
Factor para corrección C por tamaño máximo
C1= 1,00 adimensional
Factor para corrección C por agregado
C2= 1,00 adimensional
Cantidad de Cemento para el diseño
Cc= Cd=
336 Kgf/m3
Volumen del cemento VC= 100,30 l/m3
Volumen de aire Va= 13,23 l/m3
Cantidad de agua a= 198 l/m3
Relación de Combinación β= 0,55 adimensional
Dosis de Finos A= 980 Kgf/m3
Dosis de Gruesos G= 802 Kgf/m3
Vol de finos VA= 378,38 l/m3
Vol de Gruesos VG= 309,65 l/m3
Cantidad de agua corregida am= 227 l/m3
- 60 -
Tabla 4.9. Ecuaciones utilizadas para el diseño de mezclas
Fcr = Fc + zσ = 210 Kgf/cm2
αc = αd = α * kr * ka = 0,59 Adimensional
T = entre 6 y 11 = 10 cm
C = 117,2 * (T0,16)/( α)1,3 = 336 Kgf/m3
Cc = C * C1 * C2 = 336 Kgf/m3
VC = Cc * 0,3 = 100,30 l/m3
Va= Cc/P = 13,23 l/m3
a= Cc* αc = 198 l/m3
ϒ(A + G) = β * ϒA + (1- β) * ϒG = 2,59 Adimensional
A + G = ϒ(A + G) * (1000 – 0,3 * C – a –
V) = 1782 l/m3
A = β * (A + G) = 980 Kgf/m3
Vol A = A/ ϒ(A + G) = 378,38 l/m3
G = (A + G) - A = 802 Kgf/m3
Vol G = G/ ϒ(A + G) = 309,65 l/m3
am= = 227 l/m3
- 61 -
Tabla 4.10. Ecuaciones utilizadas para la sustitución de agregado fino por escoria de Níquel
1,5745 Kgf/L
A =
27,38 Kgf/L
1,7144 Kgf/L
VE= Varena * (porcentaje a
sustituir)
VE (55%) = 27,38*0,55 = 15,06 L
VE (65%) = 27,38*0,65 = 17,80 L
VE (75%) = 27,38*0,75 = 20,54 L
VE (85%) = 27,38*0,85 = 23,27 L
PE= Pus * VE
PE (55%) = 1,7144*15,06 = 25,82 Kg
PE (65%) = 1,7144*17,80 = 30,52 Kg
PE (75%) = 1,7144*20,54 = 35,21 Kg
PE (85%) = 1,7144*23,27 = 39,89 Kg
PA= (VA - VE) * PUSA
PA (55%) = (27,38 – 15,06)*1,5745 = 19,40 Kg
PA (65%) = (27,38 – 17,80)*1,5745 = 15,08 Kg
PA (75%) = (27,38 – 20,54)*1,5745 = 10,77 Kg
PA (85%) = (27,38 – 23,27)*1,5745 = 6,47 Kg
4.2.1 Dosificación de Mezclas
Tabla 4.11. Dosificación de la mezcla denominada A´
Mezcla A (Patrón) Kgf/m3 1 Cilindro 9 Cilindros
Cemento (Kg) 336 1,68 15,12
Agua (Lts) 227 1,14 10,26
Agregado Fino (Arena Lavada)(Kg) 958 4,79 43,11
Agregado Grueso (Piedra Picada)(Kg) 795 3,98 35,82
- 62 -
Tabla 4.12. Dosificación de mezcla denominada B´
Mezcla B (55% de Escoria de Níquel) 1 Cilindro
9 Cilindros
Cemento (Kg) 1,68 15,12
Agua (Lts) 1,14 10,26
Agregado Fino (Arena Lavada)(Kg) 2,16 19,44
Escoria de Níquel (kg) 2,87 25,83
Agregado Grueso (Piedra Picada)(Kg) 3,98 35,82
Tabla 4.13. Dosificación de mezcla denominada C´
Mezcla C´ (65% de Escoria de Níquel) 1 Cilindro
9 Cilindros
Cemento (Kg) 1,68 15,12
Agua (Lts) 1,14 10,26
Agregado Fino (Arena Lavada)(Kg) 1,68 15,12
Escoria de Níquel (kg) 3,39 30,51
Agregado Grueso (Piedra Picada)(Kg) 3,98 35,82
Tabla 4.14. Dosificación de la mezcla denominada D´
Mezcla D´ (75% de Escoria de Níquel) 1 Cilindro
9 Cilindros
Cemento (Kg) 1,68 15,12
Agua (Lts) 1,14 10,26
Agregado Fino (Arena Lavada)(Kg) 1,20 10,80
Escoria de Níquel (kg) 3,91 35,19
Agregado Grueso (Piedra Picada)(Kg) 3,98 35,82
- 63 -
Tabla 4.15. Dosificación de la mezcla denominada E´
Mezcla E´ (85% de Escoria de Níquel) 1 Cilindro
9 Cilindros
Cemento (Kg) 1,68 15,12
Agua (Lts) 1,14 10,26
Agregado Fino (Arena Lavada)(Kg) 0,72 6,48
Escoria de Níquel (kg) 4,43 39,87
Agregado Grueso (Piedra Picada)(Kg) 3,98 35,82
4.3 Ensayos realizados al Concreto Fresco
4.3.1 Asentamiento
Tabla 4.16. Asentamiento de las mezclas
Mezcla AE´ A´ (Patrón) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Asentamiento (cm) 9 15 17,5 18 19
Asentamiento (in) 3,5 5,9 6,9 7,1 7,5
Gráficos 4.4 y 4.5. Asentamiento de mezclas
9
15 17,5 18 19
0
5
10
15
20
As
en
tam
ien
to T
(c
m)
Mezclas AE´
Gráfico 4.4: ASENTAMIENTOS DE MEZCLAS AE´
- 64 -
4.3.2 Peso Unitario Tabla 4.17. Peso Unitario del Concreto Fresco
Mezcla AE´ Peso de Tara (Kg)
Volumen de
Tara (m3)
Peso de Mezcla
+ Tara (Kg)
Peso de Mezcla
(Kg)
Peso Unitario (Kg/m3)
A´ (Patrón) 8,89 0,0148 43,32 34,43 2326,35
B´ (55%) 8,89 0,0148 44,32 35,43 2393,92
C´ (65%) 8,89 0,0148 44,72 35,83 2420,95
D´ (75%) 8,89 0,0148 44,72 35,83 2420,95
E´ (85%) 8,89 0,0148 44,72 35,83 2420,95
Gráficos 4.6 y 4.7. Peso Unitario del Concreto Fresco
10 9
12 12,5 12,5 13 15
17,5 18 19
0
5
10
15
20A
se
nta
mie
nto
T (
cm
)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.5: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013)ASENTAMIENTOS DE MEZCLAS
2326,35
2393,92 2420,95 2420,95 2420,95
2000
2100
2200
2300
2400
2500
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Pe
so
Un
ita
rio
de
C
on
cre
to H
um
ed
o (
Kg
/m3)
Mezcla
Gráfico 4.6: PESO UNITARIO DE CONCRETO FRESCO DE MEZCLAS AE´
- 65 -
4.4 Ensayos realizados al Concreto Endurecido
4.4.1 Peso Unitario
Tabla 4.18. Peso unitario del concreto en estado endurecido de las mezclas a los 7 días.
Mezcla AE´ Probeta
D1 (cm)
D2 (cm)
D Promedio
(cm) Altura (cm)
Peso (kg)
Volumen (m3)
Peso Unitario (Kg/m3)
Peso Unitario
Promedio (Kg/m3)
A´ (Patrón)
A1-7 14,95 15,10 15,03 30,05 12,317 0,005 2311,75
2306,08
A2-7 15,00 15,00 15,00 29,90 12,260 0,005 2320,31
A3-7 15,10 14,98 15,04 30,05 12,205 0,005 2286,17
B´ (55%)
B1-7 14,90 15,10 15,00 30,10 12,616 0,005 2371,83
2388,63
B2-7 15,10 14,80 14,95 30,10 12,736 0,005 2410,43
B3-7 14,95 15,20 15,08 30,10 12,806 0,005 2383,65
C´ (65%)
C1-7 15,00 15,00 15,00 30,10 12,726 0,005 2392,51
2410,86
C2-7 15,00 15,00 15,00 30,10 12,843 0,005 2414,50
C3-7 15,00 14,90 14,95 30,10 12,816 0,005 2425,57
D´ (75%)
D1-7 15,00 15,00 15,00 30,20 12,915 0,005 2420,00
2434,01
D2-7 15,00 15,05 15,03 30,10 12,853 0,005 2408,35
D3-7 15,00 14,90 14,95 29,80 12,940 0,005 2473,69
E´ (85%)
E1-7 15,30 15,50 15,40 29,80 13,271 0,006 2390,87
2405,10
E2-7 15,00 15,00 15,00 30,00 12,744 0,005 2403,88
E3-7 15,00 14,90 14,95 29,80 12,662 0,005 2420,55
2330,00 2326,35 2352,86 2360,00 2370,00 2374,29
2393,92 2420,95 2420,95 2420,95
2000
2050
2100
2150
2200
2250
2300
2350
2400
2450
A(Patron)
A´(Patron)
B (15%) C (25%) D (35%) E (45%) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Pe
so
Un
ita
rio
de
Co
nc
reto
Hu
me
do
(K
g/m
3)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Grafico 4.7: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013)PESO UNITARIO DE CONCRETO FRESCO DE MEZCLAS AE´A LOS 7 DÍAS
- 66 -
Gráficos 4.8 y 4.9. Peso unitario del concreto endurecido a los 7 días
2306,08
2388,63 2410,86 2434,01
2405,10
2.000
2.050
2.100
2.150
2.200
2.250
2.300
2.350
2.400
2.450
2.500
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Pe
so
Un
ita
rio
Co
mc
reto
En
du
rec
ido
(K
g/m
3)
Mezclas
Gráfico 4.8: PESO UNITARIO DE CONCRETO ENDURECIDO DE MEZCLAS AE´A LOS 7 DÍAS
2292,85 2306,08 2304,83 2323,07
2341,02 2342,71
2388,63 2410,86
2434,01 2405,10
2.000
2.050
2.100
2.150
2.200
2.250
2.300
2.350
2.400
2.450
2.500
A(Patron)
A´(Patron)
B (15%) C (25%) D (35%) E (45%) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Pe
so
Un
ita
rio
Co
mc
reto
En
du
rec
ido
(K
g/m
3)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.9: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013)PESO UNITARIO DE CONCRETO ENDURECIDO A LOS 7 DÍAS MEZCLAS AE & AE´
- 67 -
Tabla 4.19. Peso unitario del concreto en estado endurecido de las mezclas a los 14 días
Mezcla AE´ Probeta
D1 (cm)
D2 (cm)
D Promedio
(cm) Altura (cm)
Peso (kg)
Volumen (m3)
Peso Unitario (Kg/m3)
Peso Unitario
Promedio (Kg/m3)
A´ (Patrón)
A1-14 15,00 14,80 14,90 30,00 12,314 0,005 2354,05
2322,64
A2-14 15,00 15,10 15,05 30,00 12,240 0,005 2293,49
A3-14 15,10 14,80 14,95 30,20 12,301 0,005 2320,39
B´ (55%)
B1-14 14,90 15,10 15,00 30,00 12,716 0,005 2398,59
2400,21
B2-14 15,10 14,90 15,00 30,00 12,673 0,005 2390,48
B3-14 15,00 14,90 14,95 30,10 12,742 0,005 2411,56
C´ (65%)
C1-14 15,10 14,80 14,95 30,10 12,882 0,005 2438,06
2428,84
C2-14 15,00 15,00 15,00 30,20 12,875 0,005 2412,50
C3-14 15,10 14,90 15,00 30,00 12,914 0,005 2435,94
D´ (75%)
D1-14 15,00 14,90 14,95 30,00 12,896 0,005 2448,85
2452,90
D2-14 15,00 14,90 14,95 30,00 13,017 0,005 2471,82
D3-14 14,90 15,00 14,95 30,00 12,839 0,005 2438,02
E´ (85%)
E1-14 15,10 14,90 15,00 30,10 12,849 0,005 2415,63
2431,03
E2-14 14,90 14,90 14,90 30,10 12,816 0,005 2441,88
E3-14 14,90 14,90 14,90 29,90 12,698 0,005 2435,58
Gráficos 4.10 y 4.11. Peso unitario del concreto endurecido a los 14 días
2322,64
2400,21 2428,84 2452,90
2431,03
2.000
2.050
2.100
2.150
2.200
2.250
2.300
2.350
2.400
2.450
2.500
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Pe
so
Un
ita
rio
Co
mc
reto
En
du
rec
ido
(K
g/m
3)
Mezclas
Gráfico 4.10: PESO UNITARIO DE CONCRETO ENDURECIDO DE MEZCLAS AE´A LOS 14 DÍAS
- 68 -
Tabla 4.20: Peso unitario del concreto en estado endurecido de las mezclas a los
28 días
Mezcla AE´ Probeta
D1 (cm)
D2 (cm)
D Promedio
(cm) Altura (cm)
Peso (kg)
Volumen (m3)
Peso Unitario (Kg/m3)
Peso Unitario
Promedio (Kg/m3)
A´ (Patrón)
A1-28 14,80 14,95 14,88 30,00 12,195 0,005 2339,14
2336,30
A2-28 15,00 15,00 15,00 29,95 12,279 0,005 2320,03
A3-28 14,80 14,90 14,85 30,00 12,209 0,005 2349,72
B´ (55%)
B1-28 15,00 14,85 14,93 30,00 12,736 0,005 2426,57
2404,13
B2-28 15,00 15,00 15,00 30,00 12,704 0,005 2396,33
B3-28 15,00 15,00 15,00 30,10 12,710 0,005 2389,50
C´ (65%)
C1-28 15,00 15,10 15,05 30,20 12,999 0,005 2419,58
2410,23
C2-28 15,10 14,90 15,00 30,20 12,923 0,005 2421,50
C3-28 15,00 15,10 15,05 30,20 12,838 0,005 2389,61
D´ (75%)
D1-28 15,00 15,00 15,00 30,20 12,881 0,005 2413,63
2408,90
D2-28 15,00 15,10 15,05 30,30 12,950 0,005 2402,50
D3-28 15,70 15,10 15,40 30,20 13,560 0,006 2410,58
E´ (85%)
E1-28 15,00 15,00 15,00 30,00 12,661 0,005 2388,22
2409,63
E2-28 15,00 14,90 14,95 30,10 12,792 0,005 2421,03
E3-28 14,80 15,00 14,90 29,90 12,615 0,005 2419,66
2301,85 2322,64 2316,27 2318,21 2321,99
2339,43
2400,21 2428,84
2452,90 2431,03
2.000
2.050
2.100
2.150
2.200
2.250
2.300
2.350
2.400
2.450
2.500
A(Patron)
A´(Patron)
B (15%) C (25%) D (35%) E (45%) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Pe
so
Un
ita
rio
Co
mc
reto
En
du
rec
ido
(K
g/m
3)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.11: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013)PESO UNITARIO DE CONCRETO ENDURECIDO A LOS 14 DÍAS
- 69 -
Gráficos 4.12 y 4.13. Peso unitario del concreto endurecido a los 28 días
2336,30
2404,13 2410,23 2408,90 2409,63
2.000
2.050
2.100
2.150
2.200
2.250
2.300
2.350
2.400
2.450
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Pe
so
Un
ita
rio
Co
mc
reto
En
du
rec
ido
(K
g/m
3)
Mezclas
Gráfico 4.12: PESO UNITARIO DE CONCRETO ENDURECIDO DE MEZCLAS AE´A LOS 28 DÍAS
2272,99
2336,30
2288,94 2319,10 2325,60 2329,79
2404,13 2410,23 2408,90 2409,63
2.000
2.050
2.100
2.150
2.200
2.250
2.300
2.350
2.400
2.450
A(Patron)
A´(Patron)
B (15%) C (25%) D (35%) E (45%) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Pe
so
Un
ita
rio
Co
mc
reto
En
du
rec
ido
(K
g/m
3)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.13: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013) PESO UNITARIO DE CONCRETO ENDURECIDO A LOS 28 DÍAS
- 70 -
4.4.2 Velocidad y propagación de ondas en las mezclas de concreto
Tabla 4.21. Ensayo de pulso ultrasónico a la edad de 7 días
Mezcla Probeta Altura (cm) Altura (m) Tiempo (μs) Tiempo (s)
Velocidad de Pulso
Ultrasónico (m/s)
Velocidad de Pulso
Ultrasónico Promedio (m/s)
A (Patrón)
A1-7 30,05 0,3005 79,44 0,0000794 3782,60
3793,30
A2-7 29,90 0,2990 79,53 0,0000795 3759,73
A3-7 30,05 0,3005 78,30 0,0000783 3837,56
B (55%)
B1-7 30,10 0,3010 81,15 0,0000812 3709,11
3774,61
B2-7 30,10 0,3010 78,21 0,0000782 3848,44
B3-7 30,10 0,3010 79,92 0,0000799 3766,26
C (65%)
C1-7 30,10 0,3010 78,50 0,0000785 3834,49
3771,63
C2-7 30,10 0,3010 79,54 0,0000795 3784,21
C3-7 30,10 0,3010 81,44 0,0000814 3696,18
D (75%)
D1-7 30,20 0,3020 78,60 0,0000786 3842,26
3751,68
D2-7 30,10 0,3010 81,53 0,0000815 3691,89
D3-7 29,80 0,2980 80,09 0,0000801 3720,90
E (85%)
E1-7 29,80 0,2980 83,59 0,0000836 3565,12
3632,46
E2-7 30,00 0,3000 82,37 0,0000824 3641,91
E3-7 29,80 0,2980 80,75 0,0000808 3690,36
- 71 -
Gráficos 4.14 y 4.15. Velocidad de Pulso Ultrasónico de Mezcla a los 7 días.
3793,30 3774,61 3771,63 3751,68 3632,46
2.800
3.000
3.200
3.400
3.600
3.800
4.000
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Ve
loc
ida
d d
e P
uls
o U
ltra
so
nic
o(m
/s)
Mezclas
Gráfico 4.14: VELOCIDAD DE PULSO ULTRASÓNICO DE MEZCLA AE´ A LOS 7 DÍAS
3801,79 3793,30 3856,23 3881,99 3895,35 3912,76
3774,61 3771,63 3751,68
3632,46
2.800
3.000
3.200
3.400
3.600
3.800
4.000
A(Patron)
A´(Patron)
B (15%) C (25%) D (35%) E (45%) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Ve
loc
ida
d d
e P
uls
o U
ltra
so
nic
o(m
/s)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.15: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013) VELOCIDAD DE PULSO ULTRASÓNICO DE MEZCLAS A LOS 7 DÍAS
- 72 -
Tabla 4.22. Ensayo de pulso ultrasónico a la edad de 14 días
Mezcla Probeta Altura (cm) Altura (m) Tiempo (μs) Tiempo (s)
Velocidad de Pulso
Ultrasónico (m/s)
Velocidad de Pulso
Ultrasónico Promedio (m/s)
A (Patrón)
A1-14 30,00 0,3000 67,94 0,0000679 4415,79
3860,68
A2-14 30,00 0,3000 85,11 0,0000851 3524,95
A3-14 30,20 0,3020 82,94 0,0000829 3641,28
B (55%)
B1-14 30,00 0,3000 74,71 0,0000747 4015,79
3853,05
B2-14 30,00 0,3000 61,73 0,0000617 4859,90
B3-14 30,10 0,3010 112,17 0,0001122 2683,44
C (65%)
C1-14 30,10 0,3010 66,99 0,0000670 4493,04
3848,26
C2-14 30,20 0,3020 74,87 0,0000749 4033,50
C3-14 30,00 0,3000 99,40 0,0000994 3018,25
D (75%)
D1-14 30,00 0,3000 92,45 0,0000924 3245,04
3825,77
D2-14 30,00 0,3000 71,20 0,0000712 4213,56
D3-14 30,00 0,3000 74,65 0,0000747 4018,71
E (85%)
E1-14 30,10 0,3010 88,66 0,0000887 3394,95
3794,23
E2-14 30,10 0,3010 77,00 0,0000770 3909,26
E3-14 29,90 0,2990 73,31 0,0000733 4078,48
- 73 -
Gráficos 4.16 y 4.17. Velocidad de pulso ultrasónico a la edad de 14 días
3860,68 3853,05 3848,26 3825,77 3794,23
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Ve
loc
ida
d d
e P
uls
o
Ult
ras
on
ico
(m/s
)
Mezclas
Gráfico 4.16: VELOCIDAD DE PULSO ULTRASÓNICO DE MEZCLA AE´ A LOS 14 DÍAS
3866,52 3860,68 3870,06 3901,58 3906,71 3920,99 3853,05 3848,26 3825,77 3794,23
2.800
3.000
3.200
3.400
3.600
3.800
4.000
A(Patron)
A´(Patron)
B (15%) C (25%) D (35%) E (45%) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Ve
loc
ida
d d
e P
uls
o U
ltra
so
nic
o(m
/s)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.17: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013)VELOCIDAD DE PULSO ULTRASÓNICO DE MEZCLAS A LOS 14 DÍAS
- 74 -
Tabla 4.23. Ensayo de pulso ultrasónico a la edad de 28 días
Mezcla Probeta Altura (cm) Altura (m)
Tiempo (μs)
Tiempo (s)
Velocidad de Pulso
Ultrasónico (m/s)
Velocidad de Pulso
Ultrasónico Promedio (m/s)
A (Patrón)
A1-28 30,00 0,3000 77,73 0,0000777 3859,40
3842,40
A2-28 29,95 0,2995 79,44 0,0000794 3770,34
A3-28 30,00 0,3000 76,97 0,0000770 3897,47
B (55%)
B1-28 30,00 0,3000 77,60 0,0000776 3865,98
3822,96
B2-28 30,00 0,3000 79,30 0,0000793 3783,10
B3-28 30,10 0,3010 78,80 0,0000788 3819,80
C (65%)
C1-28 30,20 0,3020 79,42 0,0000794 3802,78
3814,18
C2-28 30,20 0,3020 79,42 0,0000794 3802,78
C3-28 30,20 0,3020 78,71 0,0000787 3836,96
D (75%)
D1-28 30,20 0,3020 80,66 0,0000807 3743,97
3803,49
D2-28 30,30 0,3030 79,32 0,0000793 3819,73
D3-28 30,20 0,3020 78,51 0,0000785 3846,77
E (85%)
E1-28 30,00 0,3000 81,30 0,0000813 3690,04
3777,80
E2-28 30,10 0,3010 78,40 0,0000784 3839,29
E3-28 29,90 0,2990 78,60 0,0000786 3804,07
Gráficos 4.18 y 4.19. Velocidad de pulso ultrasónico a la edad de 28 días
3842,40 3822,96 3814,18 3803,49 3777,80
2.800
3.000
3.200
3.400
3.600
3.800
4.000
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Ve
loc
ida
d d
e P
uls
o U
ltra
so
nic
o(m
/s)
Mezclas
Gráfico 4.18: VELOCIDAD DE PULSO ULTRASONICO DE MEZCLA AE´ A LOS 28 DIAS
- 75 -
4.4.3 Índice de Rebote o Índice Esclerométrico (IE)
Tabla 4.24. Índice Esclerométrico a la edad de 7 días
Mezclas Mediciones 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 PROMEDIO PROMEDIO
A (Patrón)
A1-7 18 16 18 18 14 16 18 16 16 16 16 16 18 22 14 18 18 16 14 16 16,7
15,3
A2-7 16 16 14 16 14 14 14 18 14 16 16 18 16 14 14 16 14 14 14 16 15,2
A3-7 12 14 20 14 12 14 18 14 12 14 14 14 16 16 14 12 12 12 12 12 13,9
B (55%)
B1-7 12 12 12 14 12 10 10 12 10 10 10 12 14 14 12 12 12 10 12 14 11,8
13,3
B2-7 16 14 18 16 14 14 14 14 12 12 14 16 18 14 14 10 12 12 12 14 14,0
B3-7 14 16 14 14 14 16 16 16 16 14 14 12 14 12 14 12 12 14 14 14 14,1
C (65%)
C1-7 12 12 14 14 14 10 14 12 12 14 14 14 14 14 16 12 12 14 12 12 13,1
13,3
C2-7 12 12 14 16 14 14 14 16 16 12 12 12 12 14 14 12 16 14 16 14 13,8
C3-7 12 16 12 14 12 12 12 12 14 14 16 12 16 14 14 10 14 12 12 12 13,1
D (75%)
D1-7 14 12 12 14 14 14 12 14 12 12 14 14 12 12 14 12 12 12 14 12 12,9
12,9
D2-7 12 14 14 12 14 14 12 12 14 12 12 14 12 12 12 14 12 14 14 14 13,0
D3-7 14 14 12 12 14 12 12 12 12 14 14 14 12 12 14 12 14 12 14 12 12,9
E (85%)
E1-7 14 12 14 12 12 14 10 12 12 14 12 16 14 14 12 12 12 12 12 12 12,7
12,4
E2-7 14 14 10 14 12 10 14 12 14 14 14 14 12 12 10 14 10 12 10 10 12,3
E3-7 12 14 12 10 12 14 12 14 12 12 12 12 12 12 12 14 12 12 12 12 12,3
3921,87 3842,40
3928,01 3932,12 3940,06 3944,53 3822,96 3814,18 3803,49 3777,80
2.800
3.000
3.200
3.400
3.600
3.800
4.000
4.200
A(Patron)
A´(Patron)
B (15%) C (25%) D (35%) E (45%) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Ve
loc
ida
d d
e P
uls
o U
ltra
so
nic
o(m
/s)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.19: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013)VELOCIDAD DE PULSO ULTRASONICO DE MEZCLAS A LOS 28 DIAS
- 76 -
Gráfico 4.20. Índice Esclerométrico a la edad de 7 días
Tabla 4.25: Índice Esclerométrico a la edad de 14 días
Mezcla Mediciones 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 PROMEDIO PROMEDIO
A (Patrón)
A1-14 16 16 18 20 16 18 18 14 18 16 16 18 22 18 16 16 16 16 16 14 16,9
16,2
A2-14 16 18 18 18 16 12 14 12 14 16 14 18 18 18 14 14 16 18 16 14 15,7
A3-14 14 16 18 14 18 14 16 14 16 14 16 20 18 18 16 16 16 16 16 16 16,1
B (55%)
B1-14 16 16 16 16 14 14 14 14 14 16 14 14 16 16 16 16 16 16 16 16 15,3
15,4
B2-14 16 14 18 16 14 16 16 14 14 16 14 16 16 14 16 16 16 16 16 16 15,5
B3-14 16 14 14 16 14 16 14 18 14 16 16 14 16 16 16 14 14 16 16 16 15,3
C (65%)
C1-14 16 18 18 16 16 16 14 14 14 16 16 20 20 16 16 12 14 12 14 14 15,6
14,5
C2-14 14 12 16 14 12 16 16 20 16 14 12 12 16 14 14 12 12 12 12 12 13,9
C3-14 12 14 14 12 12 18 18 18 16 18 12 14 12 12 12 12 16 14 14 12 14,1
D (75%)
D1-14 14 16 14 14 14 14 14 16 14 14 12 12 14 14 12 12 14 14 14 14 13,8
14,2
D2-14 14 12 14 14 14 12 14 14 16 12 12 14 14 14 12 12 16 18 16 14 13,9
D3-14 14 14 16 14 18 12 12 14 14 12 14 16 16 16 16 14 16 16 16 16 14,8
E (85%)
E1-14 12 12 14 12 12 12 14 14 12 14 12 12 14 14 12 14 14 14 14 12 13,0
12,6
E2-14 12 12 14 12 12 16 16 14 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 14 12 12,7
E3-14 12 10 12 12 12 12 12 12 12 12 16 14 14 12 12 10 12 14 10 12 12,2
15,3
13,3 13,3 12,9 12,4
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Índ
ice
Es
cle
rom
étr
ico
)
Mezclas
Gráfico 4.20: INDICE ESCLEROMÉTRICO A LOS 7 DÍAS
- 77 -
Gráfico 4.21. Índice Esclerométrico a la edad de 14 días
Tabla 4.26. Índice Esclerométrico a la edad de 28 días
Mezcla Mediciones 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 PROMEDIO PROMEDIO
A (Patrón)
A1-28 16 18 14 18 14 20 18 18 18 18 18 16 18 16 16 16 16 20 18 16 17,1
16,6
A2-28 18 18 18 22 16 14 16 18 16 18 14 14 16 14 14 10 14 14 14 14 15,6
A3-28 16 12 14 16 18 18 18 18 20 18 16 22 20 20 14 18 16 14 18 16 17,1
B (55%)
B1-28 12 16 18 16 14 16 16 16 12 14 18 16 16 14 14 14 18 20 16 16 15,6
16,0
B2-28 14 18 14 16 16 14 16 18 18 14 16 16 16 18 16 14 16 14 16 14 15,7
B3-28 16 16 14 16 16 18 18 18 18 18 16 18 16 16 18 18 18 16 16 16 16,8
C (65%)
C1-28 16 16 18 16 18 18 16 18 14 12 16 20 18 16 18 14 16 14 14 16 16,2
15,7
C2-28 16 14 14 14 12 10 12 14 18 14 14 16 14 18 14 14 14 16 14 16 14,4
C3-28 14 18 14 16 14 14 18 18 18 16 14 16 20 18 16 16 18 16 18 18 16,5
D (75%)
D1-28 12 16 16 12 14 20 18 18 16 14 16 14 14 14 12 12 16 16 18 16 15,2
15,2
D2-28 12 12 16 16 14 16 16 16 16 14 12 16 16 12 12 12 14 14 14 16 14,3
D3-28 14 20 16 14 16 16 18 18 16 16 16 16 18 16 14 14 18 18 14 16 16,2
E (85%)
E1-28 14 12 14 12 12 12 12 14 16 16 14 14 12 12 14 14 14 14 12 12 13,3
13,2
E2-28 12 14 12 14 12 14 14 14 16 12 14 14 12 16 12 12 12 12 12 14 13,2
E3-28 16 12 14 12 12 12 14 12 12 12 14 16 14 14 12 12 12 14 12 12 13,0
16,2 15,4
14,5 14,2 12,6
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Índ
ice
Es
cle
rom
étr
ico
)
Mezclas
Gráfico 4.21: INDICE ESCLEROMÉTRICO A LOS 14 DÍAS
- 78 -
Gráfico 4.22. Índice Esclerométrico a la edad de 28 días
4.4.4 Resistencia a la compresión
Tabla 4.27. Ensayo de resistencia a la compresión a la edad de 7 días
Mezcla Probeta D1
(cm) D2
(cm)
D Promedio
(cm) Área (cm2)
Carga Max (Kgf)
Esfuerzo (Kgf/cm2)
Esfuerzo Promedio (Kgf/cm2)
A (Patrón)
A1-7 14,95 15,10 15,03 177,30 30238 170,54
176,25
A2-7 15,00 15,00 15,00 176,71 33003 186,76
A3-7 15,10 14,98 15,04 177,66 30459 171,45
B (55%)
B1-7 14,90 15,10 15,00 176,71 32603 184,49
187,04
B2-7 15,10 14,80 14,95 175,54 34532 196,72
B3-7 14,95 15,20 15,08 178,49 32109 179,90
C (65%)
C1-7 15,00 15,00 15,00 176,71 30403 172,05
182,13
C2-7 15,00 15,00 15,00 176,71 33603 190,15
C3-7 15,00 14,90 14,95 175,54 32332 184,19
D (75%)
D1-7 15,00 15,00 15,00 176,71 33003 186,76
186,16
D2-7 15,00 15,05 15,03 177,30 32238 181,82
D3-7 15,00 14,90 14,95 175,54 33332 189,89
E (85%)
E1-7 15,30 15,50 15,40 186,27 27576 148,05
149,15
E2-7 15,00 15,00 15,00 176,71 26803 151,67
E3-7 15,00 14,90 14,95 175,54 25932 147,73
16,6 16,0 15,7 15,2
13,2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Índ
ice
Es
cle
rom
étr
ico
Mezclas
Gráfico 4.22: INDICE ESCLEROMÉTRICO A LOS 28 DÍAS
- 79 -
Gráficos 4.23 y 4.24. Resistencia a la compresión a la edad de 7 días
176,25
187,04 182,13 186,16
149,15
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Res
iste
nc
ia a
Co
mp
res
ion
(K
g/c
m2
)
Mezclas
Gráfico 4.23: RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE MEZCLAS AE´ A LOS 7 DÍAS
180,71 176,25
188,25 189,40 189,97
195,28
187,04 182,13
186,16
149,15
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
A(Patron)
A´(Patron)
B (15%) C (25%) D (35%) E (45%) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Res
iste
nc
ia a
Co
mp
res
ion
(K
g/c
m2
)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.24: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013) RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE MEZCLAS A LOS 7 DÍAS
- 80 -
Tabla 4.28. Ensayo de resistencia a la compresión a la edad de 14 días
Mezcla Probeta D1
(cm) D2
(cm)
D Promedio
(cm) Área (cm2)
Carga Max (Kgf)
Esfuerzo (Kgf/cm2)
Esfuerzo Promedio (Kgf/cm2)
A (Patrón)
A1-14 15,00 14,80 14,90 174,37 36462 209,11
207,06
A2-14 15,00 15,10 15,05 177,89 35474 199,41
A3-14 15,10 14,80 14,95 175,54 37332 212,67
B (55%)
B1-14 14,90 15,10 15,00 176,71 35803 202,60
208,21
B2-14 15,10 14,90 15,00 176,71 38003 215,05
B3-14 15,00 14,90 14,95 175,54 36332 206,98
C (65%)
C1-14 15,10 14,80 14,95 175,54 34132 194,44
202,52
C2-14 15,00 15,00 15,00 176,71 35603 201,47
C3-14 15,10 14,90 15,00 176,71 37403 211,66
D (75%)
D1-14 15,00 14,90 14,95 175,54 35132 200,14
204,70
D2-14 15,00 14,90 14,95 175,54 36532 208,12
D3-14 14,90 15,00 14,95 175,54 36132 205,84
E (85%)
E1-14 15,10 14,90 15,00 176,71 28403 160,73
171,57
E2-14 14,90 14,90 14,90 174,37 29662 170,11
E3-14 14,90 14,90 14,90 174,37 32062 183,88
Gráficos 4.25 y 4.26. Resistencia a la compresión a la edad de 14 días
207,06 208,21 202,52 204,70
171,57
100
120
140
160
180
200
220
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Res
iste
nc
ia a
Co
mp
res
ion
(K
g/c
m2
)
Mezclas
Gráfico 4.25: RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE MEZCLAS AE´ A LOS 14 DÍAS
- 81 -
Tabla 4.29. Ensayo de resistencia a la compresión a la edad de 28 días
Mezcla Probeta D1
(cm) D2
(cm)
D Promedio
(cm) Área (cm2)
Carga Max (Kgf)
Esfuerzo (Kgf/cm2)
Esfuerzo Promedio (Kgf/cm2)
A (Patrón)
A1-28 14,80 14,95 14,88 173,78 41427 238,38
233,75
A2-28 15,00 15,00 15,00 176,71 41603 235,42
A3-28 14,80 14,90 14,85 173,20 39392 227,44
B (55%)
B1-28 15,00 14,85 14,93 174,95 41297 236,05
237,90
B2-28 15,00 15,00 15,00 176,71 41403 234,29
B3-28 15,00 15,00 15,00 176,71 43003 243,35
C (65%)
C1-28 15,00 15,10 15,05 177,89 42274 237,63
231,26
C2-28 15,10 14,90 15,00 176,71 40403 228,63
C3-28 15,00 15,10 15,05 177,89 40474 227,51
D (75%)
D1-28 15,00 15,00 15,00 176,71 39203 221,84
225,98
D2-28 15,00 15,10 15,05 177,89 40474 227,51
D3-28 15,70 15,10 15,40 186,27 42576 228,58
E (85%)
E1-28 15,00 15,00 15,00 176,71 32003 181,10
190,68
E2-28 15,00 14,90 14,95 175,54 33932 193,30
E3-28 14,80 15,00 14,90 174,37 34462 197,64
208,94 207,06 209,20 209,67 214,06
220,47
208,21 202,52 204,70
171,57
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
A(Patron)
A´(Patron)
B (15%) C (25%) D (35%) E (45%) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Res
iste
nc
ia a
Co
mp
res
ion
(K
g/c
m2
)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.26: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013) RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE MEZCLAS A LOS 14 DÍAS
- 82 -
Gráfico 4.27 y 4.28. Resistencia a la compresión a la edad de 28 días
233,75 237,90
231,26 225,98
190,68
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Res
iste
nc
ia a
Co
mp
res
ion
(K
g/c
m2
)
Mezclas
Gráfico 4.27: RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE MEZCLAS AE´ A LOS 28 DÍAS
230,08 233,75 233,58
240,72 242,53
244,76
237,90 231,26
225,98
190,68
180
190
200
210
220
230
240
250
260
A(Patron)
A´(Patron)
B (15%) C (25%) D (35%) E (45%) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Res
iste
nc
ia a
Co
mp
res
ion
(K
g/c
m2
)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.28: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013) RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE MEZCLAS A LOS 28 DÍAS
- 83 -
CAPÍTULO V
ANÁLISIS DE RESULTADOS
5.1 Mezclas en estado fresco
5.1.1 Asentamiento
Análisis
Se puede apreciar un aumento continuo del asentamiento a medida que se va aumentando la proporción de escoria de Níquel como sustituto parcial de la arena. Estos resultados nos indican que a medida que se aumenta el porcentaje de escoria de níquel aumenta el asentamiento y en la práctica se pudo observar mezclas de concreto más fluidas y con mayor trabajabilidad.
La escoria de Níquel le proporciona mayor asentamiento a la mezcla de concreto debido a que su porcentaje de absorción es menor (Ab. Escoria = 0.28%) en comparación con el porcentaje de absorción de la arena (Ab. Arena= 2.46%), por tanto esta agua que deja de absorber la arena influye sobre la mezcla dándole mayor fluidez.
Cabe destacar que la mezcla patrón se diseñó para un asentamiento de 10 cm, obteniéndose una muy buena aproximación de 9 cm.
9
15 17,5 18
19
0
5
10
15
20
25
Asen
tam
ien
to T
(cm
)
Mezclas AE´
Gráfico 4.4: ASENTAMIENTOS DE MEZCLAS AE´
- 84 -
Análisis
En el siguiente grafico se realizó una comparación entre los resultados del
TEG presentado por las ingenieras Araujo y Sánchez (2013) y los resultados
obtenidos por nosotros continuando en esta línea de investigación. Se puede
observar de igual forma un aumento continuo del asentamiento a medida que se
sustituye la arena por escoria de Níquel, sustituciones que van desde un 15%
hasta el 85%. Estos resultados nos refuerzan que la escoria de Níquel agrega
fluidez y trabajabilidad a las mezclas de concreto.
5.1.2 Peso unitario
10 9 12 12,5 12,5 13
15 17,5 18 19
0
5
10
15
20A
se
nta
mie
nto
T (
cm
)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.5: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013)ASENTAMIENTOS DE MEZCLAS AE & AE´
2326,35 2393,92
2420,95 2420,95 2420,95
2000
2050
2100
2150
2200
2250
2300
2350
2400
2450
2500
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Peso
Un
itari
o d
e C
on
cre
to H
um
ed
o
(Kg
/m3)
Mezclas
Gráfico 4.6: PESO UNITARIO DE CONCRETO FRESCO DE MEZCLAS AE´
- 85 -
Análisis
De acuerdo a la biografía consultada en promedio el Peso Unitario del concreto fresco con tamaño máximo del agregado de 1” es de 2375 Kg/m3.
Las mezclas patrón A´ reflejan un valor promedio de peso unitario de 2336,35 kg/m3 y las mezclas B´, C´, D´ y E´, van incrementando ese valor conforme se va aumentando su porcentaje de escoria de Níquel debido a que su Peso Unitario Seco es mayor (Puse= 1,7144 Kgf/L) al Peso Unitario Seco de la Arena (Pusa= 1,5745 Kgf/L), es decir; la escoria pesa más que la arena, sin embargo; se percibe que no hay gran variación del peso por unidad de volumen.
Análisis
En el siguiente grafico se realizó una comparación entre los resultados del TEG de Araujo y Sánchez (2013) y los hallados en el presente estudio. Se puede observar de igual forma un aumento continuo en el Peso Unitario del concreto fresco, debido a que la escoria de Níquel es más pesado por unidad de volumen que la arena.
2330,00 2326,35 2352,86 2360,00 2370,00 2374,29
2393,92 2420,95 2420,95 2420,95
2000
2050
2100
2150
2200
2250
2300
2350
2400
2450
A(Patron)
A´(Patron)
B (15%) C (25%) D (35%) E (45%) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Pe
so
Un
ita
rio
de
Co
nc
reto
Hu
me
do
(K
g/m
3)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Grafico 4.7: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013)PESO UNITARIO DE CONCRETO FRESCO DE MEZCLAS AE´A LOS 7 DÍAS
- 86 -
5.2 Mezclas en estado endurecido
5.2.1 Peso unitario
2306,08
2388,63 2410,86 2434,01
2405,10
2.000
2.100
2.200
2.300
2.400
2.500
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Pes
o U
nit
ari
o C
om
cret
o
End
ure
cid
o (
Kg/
m3)
Mezclas
Gráfico 4.8: Peso Unitario de Concreto Endurecido de Mezclas AE´a los 7 dias
2322,64
2400,21 2428,84 2452,90 2431,03
2.000
2.100
2.200
2.300
2.400
2.500
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Pes
o U
nit
ari
o C
om
cret
o
End
ure
cid
o (
Kg/
m3)
Mezclas
Gráfico 4.10: Peso Unitario de Concreto Endurecido de Mezclas AE´a los 14 dias
2336,30 2404,13 2410,23 2408,90 2409,63
2.000
2.100
2.200
2.300
2.400
2.500
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Pes
o U
nit
ari
o C
om
cret
o
End
ure
cid
o (
Kg/
m3)
Mezclas
Gráfico 4.12: Peso Unitario de Concreto Endurecido de Mezclas AE´a los 28 dias
Análisis
De acuerdo a la bibliografía
consultada en Porrero et al. (2009),
en promedio con un tamaño máximo
del agregado de 1” el Peso Unitario
del concreto endurecido varía entre
2200 y 2350 Kgf/m3.
Los valores del peso unitario del
concreto dependen del tipo y
proporción de los agregados, del
contenido de cemento y del volumen
de vacíos.
Se puede observar en los
gráficos que el peso unitario en
estado endurecido aumenta a medida
que aumenta la proporción de escoria
de Níquel en sustitución de la arena.
También se puede apreciar que
existe un aumento desde la mezcla
patrón A´ hasta la mezcla D´ donde
existe un pequeño decline con
pérdida de peso.
Se nota también que estos
valores aumentan con el avance de la
edad de ensayo.
Este aumento del Peso Unitario
lo podemos asociar con que el Peso
Unitario Seco de la escoria de Níquel
es mayor que el Peso Unitario Seco
de la arena.
- 87 -
2.000
2.100
2.200
2.300
2.400
2.500
A (
Pat
ron
)
A´
(Pat
ron
)
B (
15%
)
C (
25%
)
D (
35%
)
E (4
5%)
B´
(55%
)
C´
(65
%)
D´
(75%
)
E´ (
85%
)
Pes
o U
nit
ari
o C
om
cret
o
End
ure
cid
o (
Kg/
m3)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.11: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013) Peso Unitario de Concreto Endurecido
a los 14 dias
2.0002.0502.1002.1502.2002.2502.3002.3502.4002.450
A (
Pat
ron
)
A´
(Pat
ron
)
B (
15%
)
C (
25%
)
D (
35%
)
E (4
5%)
B´
(55%
)
C´
(65
%)
D´
(75%
)
E´ (
85%
)Pes
o U
nit
ari
o C
om
cret
o
End
ure
cid
o (
Kg/
m3)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.13: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013)Peso Unitario de Concreto Endurecido a
los 28 dias
2292
,85
23
06
,08
2304
,83
2323
,07
23
41
,02
23
42
,71
2388
,63
2410
,86
24
34
,01
2405
,10
2.0002.0502.1002.1502.2002.2502.3002.3502.4002.4502.500
A (
Pat
ron
)
A´
(Pat
ron
)
B (
15%
)
C (
25
%)
D (
35%
)
E (4
5%)
B´
(55%
)
C´
(65
%)
D´
(75%
)
E´
(85
%)
Pes
o U
nit
ari
o C
om
cret
o
End
ure
cid
o (
Kg/
m3)
Mezclas
Gráfico 4.9: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013) Peso Unitario de Concreto Endurecido
a los 7 dias Mezclas AE & AE´
Análisis
En los siguientes gráficos se realizó una comparación entre los resultados del TEG de Araujo y Sánchez (2013) y los resultados del presente estudio. Se puede observar de igual forma un aumento continuo en el Peso Unitario del concreto endurecido, debido a que la escoria de Níquel es más pesado por unidad de volumen que la arena.
- 88 -
5.2.2 Velocidad de pulso ultrasónico
3793,30 3774,61 3771,63 3751,68 3632,46
2.800
3.000
3.200
3.400
3.600
3.800
4.000
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Vel
oci
dad
de
Pu
lso
U
ltra
son
ico
(m/s
)
Mezclas
Gráfico 4.14: Velocidad de Pulso Ultrasónico de Mezcla AE´ a los 7 dias
3860,68 3853,05 3848,26 3825,77 3794,23
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Vel
oci
dad
de
Pu
lso
U
ltra
son
ico
(m/s
)
Mezclas
Gráfico 4.16: Velocidad de Pulso Ultrasónico de Mezcla AE´ a los 14 dias
Análisis
Para el concreto endurecido, se ha demostrado que cambios en la Velocidad de Pulso Ultrasónico, son proporcionales al contenido de cavidades, estructura de poros, fisuras y microfisuras en el concreto.
Se puede decir que en los concretos endurecidos, a mayores Velocidades de Propagación se tienen mayores resistencias y a menores Velocidades de Propagación menores resistencias.
Dicho esto se aprecia como la velocidad del pulso ultrasónico de las probetas de concreto disminuyen mientras se aumenta la escoria de Níquel como sustituto de la arena con respecto a la mezcla patrón.
Lo que se podría decir, que a medida que se sustituye la arena por escoria de Níquel se crean internamente en el concreto, estructuras de poros, posibles fisuras y microfisuras, además podríamos inducir hasta este nivel de ensayos una disminución de la resistencia a compresión.
3842,40 3822,96 3814,18 3803,49 3777,80
2.800
3.000
3.200
3.400
3.600
3.800
4.000
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Velo
cid
ad
de P
uls
o U
ltra
so
nic
o(m
/s)
Mezclas
Gráfico 4.18: VELOCIDAD DE PULSO ULTRASONICO DE MEZCLA AE´ A LOS 28 DIAS
- 89 -
2.800
3.000
3.200
3.400
3.600
3.800
4.000
4.200
Velo
cid
ad
de P
uls
o U
ltra
so
nic
o(m
/s)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.19: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013) VELOCIDAD DE PULSO ULTRASONICO DE MEZCLAS A LOS 28
DIAS
2.800
3.000
3.200
3.400
3.600
3.800
4.000
Velo
cid
ad
de P
uls
o U
ltra
so
nic
o(m
/s)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.17: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013)VELOCIDAD DE PULSO ULTRASÓNICO DE MEZCLAS A LOS 14
DÍAS
2.800
3.000
3.200
3.400
3.600
3.800
4.000
Vel
oci
dad
de
Pu
lso
Ult
raso
nic
o(m
/s)
Mezclas
Gráfico 4.15: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013)Velocidad de Pulso Ultrasonico de Mezclas a los 7 dias
Análisis
En los siguientes gráficos se realizó una comparación entre los resultados del TEG de Araujo y Sánchez (2013) y los presentados en el actual Trabajo de Grado.
Se aprecia claramente como en la primera parte de las sustituciones de A (Patrón) hasta E (45%) el concreto refleja una velocidad de pulso ultrasónico en aumento, lo que se podría decir que el concreto mejoró sus propiedades como la homogeneidad, densidad y resistencia.
A partir de la mezcla E (45%) comienza un descenso de la velocidad del pulso ultrasónico desde B´(55%) hasta E´(85%) y como se mencionó antes, esto refleja una pérdida de calidad del concreto, ya que internamente se producen estructuras de poros, posibles fisuras o microfisuras.
La mezcla E (45%) arroja las mayores velocidades de pulso ultrasónico, por lo tanto refleja la mezcla más homogénea y posiblemente la de mayor resistencia.
- 90 -
5.2.3 Índice Esclerométrico
15,3 13,3 13,3 12,9 12,4
0
5
10
15
20
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Índ
ice
Escl
ero
mét
rico
)
Mezclas
Gráfico 4.20: Indice Esclerométrico a los 7 dias
16,2 15,4 14,5 14,2
12,6
0
5
10
15
20
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Índ
ice
Escl
ero
mét
rico
)
Mezclas
Gráfico 4.21: Indice Esclerométrico a los 14 dias
16,6 16,0 15,7 15,2 13,2
0
5
10
15
20
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)
Índ
ice
Esc
lero
mé
tric
o
Mezclas
Gráfico 4.22: Indice Esclerométrico a los 28 dias
Análisis
El índice Esclerométrico nos permite determinar la dureza superficial del concreto, con la que se puede inferir la resistencia mecánica del concreto.
El comportamiento que se observa es un descenso continuo de este índice en comparación con la mezcla patrón. Lo que nos dice que a medida que se sustituye la arena por la escoria de Níquel las mezclas de concreto disminuyen su dureza superficial y a través de esto se puede inducir que su resistencia a compresión también disminuye.
Este comportamiento se le puede atribuir a que se crearon internamente y superficialmente estructuras de poros que afectan la calidad del concreto.
- 91 -
5.2.4 Resistencia a la compresión
176,25 187,04 182,13 186,16
149,15
100
120
140
160
180
200
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)Res
iste
nci
a a
Co
mp
resi
on
(K
g/cm
2)
Mezclas
Gráfico 4.23: Resistencia a Compresión de Mezclas AE´ a los 7 dias
207,06 208,21 202,52 204,70
171,57
100
120
140
160
180
200
220
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)Res
iste
nci
a a
Co
mp
resi
on
(K
g/cm
2)
Mezclas
Gráfico 4.25: Resistencia a Compresión de Mezclas AE´ a los 14 dias
233,75 237,90 231,26 225,98
190,68
140
160
180
200
220
240
A´ (Patron) B´ (55%) C´ (65%) D´ (75%) E´ (85%)Res
iste
nci
a a
Co
mp
resi
on
(K
g/cm
2)
Mezclas
Gráfico 4.27: Resistencia a Compresión de Mezclas AE´ a los 28 dias
Análisis
En los siguientes gráficos se observa como la resistencia a compresión promedio aumenta desde la mezcla patrón A´ (176,25 Kg/cm2) a la mezcla B´ (187,04 Kg/cm2) con un porcentaje de sustitución de arena por escoria de Níquel de 55% y luego tiene una ligera disminución en la resistencia hasta la mezcla D´ (186,16 Kg/cm2) con una sustitución de 75%, es entonces en la mezcla de máxima sustitución de la arena por escoria con un 85% se pierde de manera significativa la resistencia.
Entonces la sustitución de la arena por escoria de Níquel mejora la resistencia mecánica de la mezcla hasta una sustitución del 55% con un aumento en promedio de un 0,6% a los 7 días, un 0,55 % a los 14 días y 1,78% a los 28 días.
La condición más desfavorable es la sustitución de un 85% de arena por escoria de Níquel, donde las mezclas pierden resistencia con respecto a la patrón de 15,4%, 17,1% y 18,4% en 7, 14 y 28 días respectivamente.
Para nuestro estudio la mezcla más favorable es la B´ con una sustitución de arena por escoria de Níquel de 55% y la más desfavorable es la mezcla E´ con una sustitución del 85%.
Es importante destacar que la mezcla patrón A´ fue diseñada para una resistencia de 210 Kg/cm2 a los 28 días y se obtuvo una máxima resistencia de 237,90 Kg/cm2 en la mezcla B´ (55%) a los 28 días.
- 92 -
180,
71
176,
25
188,
25
189,
40
189,
97
195,
28
187,
04
18
2,1
3
186,
16
149,
15
100110120130140150160170180190200
Res
iste
nci
a a
Co
mp
resi
on
(K
g/cm
2)
Mezclas
Gráfico 4.24: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013)Resistencia a Compresión de Mezclas a los 7 dias
208,
94
207,
06
209,
20
209,
67
214,
06
220,
47
208,
21
202,
52
204,
70
17
1,5
7
140150160170180190200210220230240
Res
iste
nci
a a
Co
mp
resi
on
(K
g/cm
2)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.26: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013)Resistencia a Compresión de Mezclas a los 14 dias
230,
08
233,
75
233,
58
240,
72
242,
53
244,
76
237,
90
231,
26
225,
98
190,
68
180
190
200
210
220
230
240
250
260
Res
iste
nci
a a
Co
mp
resi
on
(K
g/cm
2)
Mezclas Mezclas AE: Araujo y Sánchez (2013) del 15 al 45%
Gráfico 4.28: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL T.E.G. ARAUJO Y SÁNCHEZ (2013)Resistencia a Compresión de Mezclas a los 28 dias
Análisis
En los siguientes gráficos se realizó una comparación entre los resultados del TEG de Araujo y Sánchez (2013) y los expuestos en el presente estudio.
Se observa que la primera parte de las sustituciones desde A (Patrón) hasta E (45%) la escoria de Níquel aumenta la resistencia del concreto en un 8%, 5,52% y 6,38% en 7, 14 y 28 días respectivamente.
A partir de la mezcla E (45%) hasta la mezcla E´ (85%) la resistencia disminuye en promedio 23,6%, 22,18% y 22,1% a los 7, 14 y 28 días respectivamente.
Estos resultados nos reflejan que la mezcla más óptima fue E (45%) con una resistencia de 244,76 Kg/cm2 a los 28 días.
- 93 -
CAPÍTULO VI
CONCLUSIONES
En este Trabajo Especial de Grado se estudió el comportamiento de las
mezclas de concreto en estado fresco y endurecido con sustituciones parciales de
la arena por escoria de Níquel en un 55%, 65%, 75% y 85% y comparando los
resultados con una mezcla patrón, se llegaron a las siguientes conclusiones:
1. La escoria de Níquel le proporciona mayor asentamiento a las mezclas de
concreto debido a que su porcentaje de absorción es menor (Ab. Escoria =
0.28%) que el porcentaje de absorción de la arena (Ab. Arena= 2.46%), por
lo tanto esta agua que deja de absorber la escoria influye directamente
sobre la mezcla dándole mayor fluidez y trabajabilidad.
2. La escoria de Níquel aumenta muy poco el peso unitario del concreto fresco
(entre un 3 y 4%), esto es debido a que el Peso Unitario Seco de la escoria
de Níquel es mayor (Puse= 1,7144 Kgf/L) al Peso Unitario Seco de la Arena
(Pusa= 1,5745 Kgf/L), es decir, la escoria pesa más que la arena, sin
embargo, se percibe que no hay gran variación del peso por unidad de
volumen entre estos materiales.
3. Al igual que en el concreto fresco, en el concreto endurecido la escoria de
Níquel aumenta poco el peso unitario de las mezclas (entre 3 y 6%),
debido a que la densidad de la escoria de Níquel y la arena son parecidos.
4. Al someter las probetas de concreto al ensayo de Velocidad de Pulso
Ultrasónico, se concluye que a medida que se sustituye la arena por escoria
de Níquel va disminuyendo la velocidad de propagación con respecto a la
mezcla patrón, generándose internamente en el concreto, estructuras de
poros, posibles fisuras y microfisuras. Estas condiciones comprometen la
calidad del concreto, disminuyendo su resistencia a compresión.
5. Al someter las probetas de concreto al ensayo de Esclerometría, se
concluye que a medida que se sustituye la arena por escoria de Níquel va
- 94 -
disminuyendo el índice esclerométrico respecto a la mezcla patrón, que nos
permite determinar la dureza superficial del concreto, con la que se puede
inferir el comportamiento de la resistencia mecánica del concreto. Estas
condiciones se atribuyen a la creación interna y superficial de estructuras
de poros.
6. La resistencia a compresión de la mezcla con una sustitución del 55% de
arena por escoria de Níquel, aumenta ligeramente la resistencia con
respecto a la mezcla patrón (6% a los 7 días, 0,6% a los 14 días y 1,8% a
los 28 días). Es a partir de la mezcla B´(55%) hasta la mezcla E´(85%) que
se llega a disminuir la resistencia a compresión en un 17%. Es decir la
escoria de Níquel disminuye la resistencia a compresión del concreto.
7. En este Trabajo Especial de Grado la mezcla óptima se observa en la
sustitución del 55% de arena por escoria de Níquel con la mayor resistencia
registrada.
8. Mientras más escoria de Níquel hay en el concreto, menor Velocidad de
Propagación, menor Índice Esclerométrico y esto se traduce en menor
resistencia a compresión.
9. Es importante destacar el comportamiento que se observa al comparar los
resultados del Trabajo Especial de Grado de Araujo y Sánchez (2013) y los
resultados de este Trabajo Especial de Grado con mezcla que van desde
sustituciones del 15% hasta 85% de arena por escoria de Níquel. Se
observó que la mezcla de sustitución del 45% representa la de mejores
condiciones, con la mayor velocidad de propagación y a mayor resistencia.
En conclusión la mezcla del 45% de sustitución de arena por escoria de
Níquel representa la mezcla óptima al superponer el estudio de los dos
Trabajo Especiales de Grado.
En General se concluye que el uso de la escoria de Níquel en altas
proporciones hasta una sustitución del 75% como sustituto del agregado
fino en el concreto es técnicamente factible ya que mejora las propiedades
mecánicas del concreto.
- 95 -
RECOMENDACIONES
1. Realizar y analizar el comportamiento en estado endurecido de mezclas de
concreto con la sustitución parcial del 45% y 55% de arena por escoria de
Níquel, ya que estos porcentajes arrojaron las mezclas con mejores
condiciones ante ensayos mecánicos como la resistencia a compresión, se
propone que sea sometida a la intemperie, pruebas de fuego e impacto con
el propósito de evaluar la durabilidad en el tiempo.
2. Mantener un control adecuado en el almacenamiento y traslado de los
agregados ya que la alteración de estos con la presencia de partículas no
deseadas podría perjudicar los resultados de los diferentes ensayos que se
efectúen al concreto.
3. Evaluar mezclas con las dosificaciones establecidas en este trabajo de
investigación combinándolas con otros tipos de cemento.
4. Una vez evaluada la durabilidad se podría implementar el uso de estas
dosificaciones en obras como aceras, pavimentos, machones, adoquines,
muros perimetrales, entre otros que no requieran de resistencias mayores a
las obtenidas, debido a que la resistencia máxima obtenida es inferior a 250
kgf/cm².
5. Implementar el uso de la escoria de Níquel como sustituto parcial del
agregado fino, ya que se contribuiría con el medio ambiente al disminuir
esta escoria. Además se estaría reduciendo el uso del agregado fino que
generalmente se usa en la industria de la construcción.
- 96 -
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Alayón y Álvarez (2008). Caracterización de mezclas de concreto pesado
elaboradas con mineral de hierro como agregado fino. Trabajo especial de
grado para optar al título de Ingeniero Civil, Escuela de Ingeniería Civil,
Facultad de Ingeniería, Universidad Central de Venezuela.
2. Araujo, Y. y Sánchez, G. (2013). Evaluación de las características de
mezclas de concreto con cemento CPCA2 sustituyendo parcialmente el
agregado fino por escoria de níquel. Trabajo especial de grado para optar al
título de Ingeniero Civil, Escuela de Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería,
Universidad Central de Venezuela.
3. ASTM C 33/C 33M - 13 “Standard Specification for Concrete Aggregates”.
4. ASTM C 115-10 “Standard Test Method for Fineness of Portland Cement by
the Turbidimeter”.
5. ASTM C 127-04 “Standard Test Method for Determining Density, Relative
Density (Specific Gravity), and Absorption of Coarse Aggregates”.
6. ASTM C 128-04a “Standard Test Method for Determining Density, Relative
Density (Specific Gravity), and Absorption of Fine Aggregate”.
7. ASTM C 143/C 143M – 08 “Standard test method for determining the slump
in particular hydraulic cement based”.
8. ASTM C 150/C 150M - 12 “Standard Specification for Portland Cement”.
9. ASTM C 191 - 08 “Standard Test Methods for Time of Setting of Hydraulic
Cement by Vicat Needle”.
10. ASTM C 204-07 “Standard Test Methods for Fineness of Hydraulic Cement
by Air-Permeability Apparatus”.
11. ASTM C 403/C 403M – 08 “Standard Test Method for Time of Setting of
Concrete Mixtures by Penetration Resistance”.
- 97 -
12. ASTM C 709 - 09 “Standard Terminology Relating to Manufactured Carbon
and Graphite”.
13. COVENIN 28:2002 “Cemento Portland. Especificaciones”.
14. COVENIN 255-1998, “Agregados. Determinación de la composición
granulométrica. (1ra revisión)”.
15. COVENIN 263:1978 “Método de ensayo para determinar el peso unitario del
agregado”.
16. COVENIN 268:1998 “Agregado fino. Determinación de la densidad y
absorción”.
17. COVENIN 269:1998 “Agregado grueso. Determinación de la densidad y
absorción”.
18. COVENIN 272:1978 “Método de ensayo para determinar la humedad
superficial en el agregado fino”.
19. COVENIN 277:2000 “Concreto. Agregados. Requisitos”.
20. COVENIN 338:2002 “Concreto. Método para la elaboración, curado y ensayo
a compresión de cilindros de concreto”.
21. COVENIN 339:2003 “Método para la medición del asentamiento con el cono
de Abraham”.
22. COVENIN 352:1979 “Método de ensayo para determinar el tiempo de
fraguado de mezclas de concreto por resistencia a la penetración”.
23. COVENIN 354-2001 “Concreto. Método para mezclado en el laboratorio”.
24. COVENIN 487:1993 “Cemento Portland. Determinación de la finura por
medio del aparato Blaine de permeabilidad”.
25. COVENIN 488:1987 “Cemento Portland. Determinación de la finura por
medio del turbidímetro”.
26. COVENIN 493:1992 “Cemento Portland. Determinación del tiempo de
fraguado por la aguja de Vicat”.
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27. COVENIN 498:1994 “Cemento Portland. Determinación de la resistencia a la
compresión de morteros, usando las porciones de prismas rotos por flexión”.
28. COVENIN 935:1976 “Cemento Portland-escoria. Especificaciones”.
29. COVENIN 1681-1980 “Método de ensayo para determinar la velocidad de
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30. COVENIN 1753:1981 “Estructuras de concreto reforzado para edificaciones.
Análisis y Diseño”.
31. COVENIN 1753:1987 “Proyecto y diseño de obras en concreto estructural”.
32. COVENIN 3134:1994 “Cemento Portland con adiciones. Especificaciones”.
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ANEXOS
Anexo 1. Diagrama de Fallas de Cilindros sometidos a Compresión
Fuente: http://www.elconstructorcivil.com/
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Anexo 2. Esclerométrometro Anexo 3. Ensayo de esclerometría Fuente: Elaboración propia Fuente: Elaboración propia
Anexo 4. Falla del Cilindro A1-07 Anexo 5. Falla del Cilindro B2-14 Fuente: Elaboración propia Fuente: Elaboración propia
Anexo 6. Falla del Cilindro C3-28 Anexo 7. Falla del Cilindro D1-07 Fuente: Elaboración propia Fuente: Elaboración propia.
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Anexo 8. Falla del Cilindro E3-14 Anexo 9. Falla del Cilindro E3-28 Fuente: Elaboración propia Fuente: Elaboración propia
Anexo 10. Fractura en el cilindro E3-28 Anexo 11. Falla de Borde Cilindro A2-14 Fuente: Elaboración propia Fuente: Elaboración propia
Anexo 12. Visualización de agregados Anexo 13. Presencia de esquisto Fuente: Elaboración propia Fuente: Elaboración propia