INTRODUCCIÓN

Los concretos de hoy requieren en su composición la incorporación de aditivos y adiciones son la

finalidad de mejorar sus propiedades mecánicas u de durabilidad. En este sentido el trabajo de

investigación ha experimentado incorporando microsilice, y superplastificante a la mezcla de concreto

para obtener concretos de alta resistencia para lo cual se ha comparado en base a un concreto patrón.

El avance acelerado en la tecnología de nuevas materias primas en la elaboración de aditivos y

adiciones hace posible la producción de concretos de alta resistencia, hace unos años se hablaba de la

microsilice como componente indispensable para lograr concretos de alta resistencia, la microsilice es

un polvo muy fino que posee propiedades físicas y químicas increíbles, resumidas en su alta

reactividad puzolanica, pero su uso tiene impacto en el medio ambiente. Es así que en la actualidad se

ha desarrollado un material mil veces pequeño, la nanocilice que se presenta en estado líquido y se

supone posee mejores propiedades que la microsilice , teniendo un impacto nulo en el medio

ambiente debido a su estado de microsilice o actuar conjuntamente para lograr concretos de alta

resistencia y también concretos de alta performance.

La microsilice sigue siendo uno de los productos más utilizados del mundo en el concreto. Sus

propiedades permiten concretos de alta resistencia a la compresión, concretos resistentes al agua y a

los agentes químicos, además forman parte de muchos edificios de concreto que vemos hoy en día.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Debido al elevado costo en las construcciones civiles, donde el concreto ocupa el lugar más

importante a la hora de invertir, planear e implementar los materiales de construcción, nace la

necesidad de buscar nuevas soluciones en áreas de óptimos desempeños y mayor economía sin

amenazar la calidad del producto.

Concreto de alta resistencia usando aditivo superplastificante, microsílice con cemento Pórtland tipo

I en el Distrito de Juliaca, Provincia de San Román, de la Región de Puno, es una opción potencial que

por sus características pueden generar una solución para los concretos del futuro, haciendo más

resistentes, económicos y durables.

Sería una buena alternativa para solucionar el problema en la Provincia de San Román, Distrito de

Juliaca, Región de Puno, ya que va en aumento de desarrollo tanto a nivel de obras y

construcciones civiles.

JUSTIFICACIÓN

En el campo de la Ingeniería Civil el concreto es uno de los materiales más utilizados para la

construcción, se produce mediante la mezcla de tres componentes esenciales: cemento, agua y

agregados; el cual tiene como función resistir los esfuerzos. A estos elementos propuestos

anteriormente se le incorpora un cuarto componente que se denomina aditivo. Esto con el fin de

mejorar las construcciones en el Distrito de Juliaca, Provincia de San Román, Región de Puno, de

acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones y a si de esta manera contribuir al desarrollo de

nuevas alternativas para el mejoramiento del concreto.

La aplicación de aditivos y hormigones pétreos es una forma de mejorar las características del mismo

buscando aumentar la resistencia y optimizar sus propiedades ya que son de vital importancia si con

ella se busca aumentar la capacidad a la compresión del hormigón.

La finalidad de esta investigación es hacer un análisis comparativo con diseños de hormigones

convencionales los cuales por lo general utilizan aditivos, entonces de esta manera poder mejorar las

condiciones para un hormigón de alta resistencia.

OBJETIVOS

Objetivo general.

Estudiar Concretos de alta resistencia usando aditivo superplastificante, microsílice con cemento

Pórtland tipo I

Objetivo específico.

1. Determinar las características de la calidad de los agregados a utilizar para las diferentes

mezclas.

2. Proponer las mezclas de concreto a base de aditivos superplastificante, microsílice con

cemento Pórtland tipo I, Con sus respectivos ajustes.

3. Determinar la correlación entre los resultados del ensayo a compresión a 28 días de probetas

cilíndricas para hormigones con resistencia entre 201 y 450 kg/cm2.

4. Describir la necesidad en la utilización de los Hormigones de Alta Resistencia.

ANTECEDENTES

El uso de la microsílice como reemplazo al concreto de inicio en los años 80. En la actualidad el

concreto necesita microsílice como componente para lograr altas resistencias, pero la microsílice al ser

un polvo muy fino, dificulta su manipulación y a la vez se han reportado problemas de salud al estar

expuestos a este polvo. La solución a estos problemas fue sintetizar el material en estado líquido y a la

vez que sea estable. En la tesis “obtención del Concreto de Alta Resistencia”, Vilca Aranda Patricia, en

el 2008 utiliza microsílice para obtener concretos de alta resistencia, obteniendo 1400kg/cm2 a los

180 días con un asentamiento de 3.8”

Si bien a menudo el concreto de alta resistencia es considerado relativamente un nuevo material, este

fue desarrollándose durante estos últimos años. En la década de los 60 y 70 fue introduciéndose en el

mercado de los edificios de gran altura de Chicago.

Se le llama concretos de alta resistencia por su elevada resistencia a la compresión que se tenía en

comparación con los hormigones convencionales que sólo llegaban a una resistencia a la compresión

de unos 15 a 20 MPa (150 a 200 Kg/cm2). Este concreto fue expandiendo gradualmente, tanto que en

1997 ya se estaba utilizando alrededor de todo el mundo y despertando a su vez el interés de muchos

investigadores por conocer mejor las propiedades de éste nuevo y especial súper-concreto.

En principio, la forma de obtención de una mayor resistencia era disminuir el índice de vacíos del

hormigón, dicho de otra forma, una mayor compacidad de éste, lo cual se puede lograr disminuyendo

la relación agua/cemento a los niveles mínimos para la hidratación un cemento, utilizando súper

plastificantes y reductores de agua para obtener asentamiento inicial de unos 200 mm, pero sólo 75 a

100 mm puesta en obra. Por ello fueron incorporándose los retardadores de fraguado para tratar de

mantener un mayor asentamiento en obra.

A partir de esas primeras experiencias fueron aumentando los conocimientos de la relación entre la

calidad de los agregados y la calidad del concreto: tamaño máximo de los agregados gruesos, módulo

de finura de los agregados finos, el tipo de cemento utilizado, el tipo de súper plastificante utilizado y

otros agregados que se fueron introduciendo en la elaboración del concreto, que hoy llega a

resistencias superiores a los 100 MPa (1000 Kg./cm2), con la utilización de los súper plastificantes a

base de policarboxilatos, la silica activa (humo de sílice), filler calizo, etc. Un ejemplo de aplicación del

concreto de alta resistencia de los últimos tiempos son las torres Petronas de Kuala Lumpur, el edificio

más alto del mundo actualmente, con una altura de 451 metros. Construidas con el CAR, que le dieron

una mayor rigidez a la estructura, comparada con las construidas con perfiles de acero, que disminuye

la oscilación lateral. Hay que destacar que además de la mayor resistencia a la compresión,

También se ve mejorada su durabilidad en comparación del hormigón convencional, a la

carbonatación, al ataque de cloruros, etc., por ello, se los denomina también concreto de alto

desempeño (CAD).

MARCO TEORICO

En este capítulo se desarrollan los diferentes conceptos de la tecnología del concreto básica como son: cemento, agregados, agua y aditivos, al mismo tiempo se estudia su comportamiento desde el punto de vista térmico y fraguado, debido a su importancia. En cuanto al método de criterio se explican las diferentes teorías que lo rigen, así como sus antecedentes, evolución e importancia para la determinación de la resistencia del concreto utilizando aditivos como el microsílice y superplastificante con cemento portland tipo I. Con la finalidad de sustentar todos los conceptos relacionados para la aplicabilidad.

Definición De Alta Resistencia.

El término “alta resistencia” es relativo, pues supone la obtención de resistencias superiores a las más altas obtenidas comúnmente. De esta manera, la clasificación de alta resistencia debe utilizarse para denominar los hormigones cuyo diseño y control deben utilizarse materiales y tecnologías especiales.

de acuerdo a la experiencia de los últimos años en hormigones en obra y en plantas de hormigón premezclados, se puede clasificar como hormigones de alta resistencia a aquellos cuya resistencia a la compresión a los 28 días es superior a 50 Mpa.

Factores Que Influyen En La Obtención De Altas Resistencias.

Para obtener hormigones de alta resistencia es necesario reestudiar y dar debida importancia a cada uno de los factores que intervienen en ellos, incluso en aquellos que en hormigones corrientes, se dejan generalmente de lado, por ser de poca significación.

El tipo de cemento y la razón agua/cemento, son entre los componentes del hormigón tradicional, los que siempre se tienen en cuenta, por que se da por hecho, que es la resistencia de la pasta, o la del mortero, el eslabón más débil del sistema, ya que la resistencia de los áridos, es casi siempre muy superior a aquellas.

En hormigones de alta resistencia la situación es diferente y por eso hay que preocuparse de la naturaleza de cada uno de sus componentes.

No se sabe cuál es el límite máximo absoluto que puede alcanzar el hormigón, pero es un desafío siempre abierto perseguir el logro de resistencias cada vez más altas.Cemento.

En los hormigones en general y en los de alta resistencia en particular, el empleo de dosis de cemento muy altas, suele conducir a la obtención de mezclas viscosas de poca trabajabilidad. En volúmenes importantes de hormigón hay que añadir el inconveniente adicional que supone la generación de un elevado calor de hidratación que puede inducir un proceso de fisuración térmica importante. Por lo anterior es práctica habitual de los hormigones de alta resistencia la sustitución de parte del cemento por una adición mineral que, además de minimizar los problemas señalados, mejora las características de resistencia y de durabilidad de dichos hormigones.

Para lograr “altas resistencias”, es recomendable restringir el uso de los cementos comerciales a aquellos carentes de adiciones, debido a que el propio hormigón de alta resistencia llevará un porcentaje de adición (microsílice), que necesita clínquer puro hidratado para reaccionar puzolánicamente, produciendo un incremento en la resistencia.

Por otro lado, si las condiciones de exposición del hormigón son agresivas (aguas ácidas–sulfatadas), se recomienda un cemento con adiciones (puzolanas), debido a que el deterioro del hormigón por ataques ácidos, se debe principalmente a la reacción entre estos agentes químicos y el hidróxido de calcio del cemento hidratado (cal liberada). Como se sabe la puzolana reacciona con parte de la cal liberada, por lo cual los hormigones con este tipo de cemento serian menos dañados, que en el caso del cemento Pórtland puro.

Áridos.

En los hormigones de alta resistencia, la unión entre el agregado y la pasta de cemento hidratada debe ser lo suficientemente resistente, como para permitir una importante transferencia de tensiones a través de la inter fase “pasta- agregado”. A la vez, la resistencia de la fase pasta de cemento es muy alta, y algunas veces más alta que la resistencia de los propios áridos.

Observando la rotura de superficies en probetas en hormigones de alta resistencia, las grietas pasan tan a menudo, a través de las partículas de agregado como a través de la misma pasta de cemento.

Esto indica que la resistencia de las partículas de agregado, es el factor limitante en la resistencia a la compresión del hormigón. Por lo tanto, las propiedades del agregado, especialmente la fracción gruesa, tiene considerable influencia en las propiedades de los hormigones de alta resistencia.

Uno de los temas corresponde al tamaño máximo del agregado grueso chancado, al disminuir el tamaño del árido grueso se consigue eliminar zonas potenciales de debilidad que provienen de la roca madre, es así como fracciones de partículas más pequeñas de agregado grueso son más resistentes que partículas más grandes.

Por otro lado, en estos hormigones, en los que la calidad de la pasta mejora, la rotura del hormigón se produce por falla de adherencia entre el árido y la pasta de cemento y se sabe que las tensiones de adherencia disminuyen al aumentar el área superficial del árido, o sea, al disminuir el tamaño máximo.

Consecuentemente se puede encontrar que para hormigones de alta resistencia con resistencia a la compresión entre 60 y 100 Mpa, el tamaño máximo del agregado grueso, a utilizar tiene que ser menor o igual a 20 mm. (3/4”).

En cuanto a la forma del agregado grueso, las gravas y gravillas de canto rodado son excelentes, el agregado chancado es igual de bueno siempre y cuando la forma de la partícula chancada sea la más parecida a un cubo, con un mínimo de partícula elongada y lajeada, de lo contrario se producirían efectos adversos en la trabajabilidad y resistencia.

La granulometría de los áridos tiene también, más importancia que en los hormigones corrientes, porque como la cantidad de cemento y de otros materiales finos aumenta para alcanzar las resistencias buscadas, el porcentaje de fino de los áridos tiene que ser disminuidos y el intervalo de variación de la banda granulométrica debe estrecharse.

Superplastificante.

Sin entrar en detalles de superficies cargadas eléctricamente, los superplastificantes producen defloculación en las partículas de cemento fluidificando la mezcla, de modo que un muy bajo contenido de agua, es suficiente para una adecuada trabajabilidad. En consecuencia, es posible obtener mezclas con descenso de cono 180 a 200 mm. Con una razón de agua/cemento, dentro del rango del 0,2 a 0,3 (basado en agua libre de la mezcla).

La drástica reducción de agua en la mezcla produce una reducción en la distancia entre partículas de cemento. En consecuencia una muy densa matriz de cemento es formada a diferencia de un hormigón normal, incorporándose rápidamente los productos de hidratación del cemento. La virtud de esta matriz de alta densidad sumada a los enlaces químicos producidos por la hidratación, es lograr una muy alta resistencia a la compresión además de una muy baja porosidad. Relación Agua/Cemento.

La relación agua/cemento es un factor muy importante para obtener hormigones de alta resistencia, ya que la resistencia del hormigón es inversamente proporcional a la razón agua/cemento, por lo que debemos tratar de obtener aquella mínima razón que nos permita una buena trabajabilidad considerando los demás componentes del hormigón.

La combinación de dos efectos, razón agua/cemento y la densidad de la matriz, permite que la razón agua/cemento influya sobre la resistencia solamente sobre un cierto valor mínimo de esta razón.

Por lo tanto, para cementos Pórtland y los superplastificantes disponibles, con los métodos usuales de mezclado y colocación, y las prácticas de curado, se ha encontrado que el valor óptimo de esta razón agua/cemento es cercano a 0,22.

Para valores más altos que 0,22 existe influencia de la razón agua/cemento sobre la resistencia; valores más bajos son perjudiciales por que no se puede obtener en forma adecuada una alta densidad para la estructura de la pasta de cemento. (High-Performance Concrete Demystified, 1996)

Compatibilidad Cemento- Superplastificante.

El problema en esencia es que no todos los cementos Pórtland nacionales tienen el mismo comportamiento reológico cuando son usados con un determinado superplastificante a una baja razón agua/cemento.

Similarmente no todos los superplastificantes que cumplen con los estándares nacionales reaccionan en la misma forma con un determinado cemento Pórtland. Por lo tanto se debe de entender que no todos los cementos son compatibles con todas las mezclas, y en el caso de los hormigones de alta resistencia el problema de la compatibilidad cemento-superplastificante es mucho mayor.

Estudios en la interacción entre cemento y superplastificante conducidos en la universidad de Sherbrooke han identificado el factor importante en su compatibilidad.

Para el cemento son importantes los contenidos de C3A C4AF, la reactividaddel C3A (depende de su forma morfológica y del grado de sulfurización del clínquer), el contenido del sulfato de calcio y la forma final del sulfato de calcio en el cemento base.

Para el superplastificante, los factores importantes son la longitud de la cadena molecular, la posición del grupo sulfonato en la cadena, y la presencia de sulfonatos residuales, los cuales afectan las propiedades de defloculación del cemento.

Sobre la base de estos factores, los investigadores postulan un cemento ideal para hormigones de alta resistencia, desde un punto de vista del comportamiento reológico: de molienda no muy fina, con muy bajo contenido de C3A, y con una fase intersticial cuya reactividad es fácilmente controlada por los iones sulfatos derivados desde la solución de los sulfatos presentes en el cemento.

Adiciones Al Cemento.

En su forma básica, el hormigón es una mezcla de cemento Pórtland, arena, árido y agua. El principal material cementante en el hormigón es el cemento Pórtland. Hoy en día la mayoría de las mezclas de hormigón contienen adiciones al cemento que constituyen una porción del material cementante en el hormigón. Estos materiales son generalmente subproductos de otros procesos o materiales de origen natural. Ellos pueden o no ser procesados antes de ser utilizados en los hormigones. Algunos de estos materiales son denominados puzolanas, debido a que, por si mismos, no tienen propiedades cementantes, pero cuando se utilizan con el cemento Pórtland, reaccionan para formar componentes cementantes. Otros materiales, como la escoria si exhiben propiedades cementantes.

Para su uso en el hormigón, las adiciones al cemento necesitan cumplir con los requerimientos de las normas establecidas.

Cenizas volantes.

Son un subproducto de los hornos que se emplean en el carbón mineral como combustible para la generación de energía y constituyen en sí, las partículas no combustibles removidas de la chimenea de gases. La cantidad de ceniza volante en el hormigón puede variar entre un 5 y el 65% en peso de los materiales cementantes, según la fuente y la composición de la ceniza volante y el desempeño requerido del hormigón. Las características de las cenizas volantes pueden variar significativamente según la fuente del carbón mineral que se quema. Las cenizas de clase F son normalmente producidas

de la quema de la antracita o de carbones bituminosos y generalmente poseen un contenido bajo de calcio. Las cenizas de clase C son producidas cuando se queman carbones sub-bituminosos y poseen típicamente propiedades puzolánica

Escorias molidas de alto horno. Son subproductos no metálicos producidos en un alto horno, cuando el mineral de hierro es reducido a hierro dulce. La escoria líquida es enfriada rápidamente para formar gránulos, que son molidos hasta una finura similar a la del cemento Pórtland. Las escorias molidas de alto horno tienen por si misma propiedades cementantes pero estas son mejoradas cuando se utilizan con cementoPórtland.

Humo de sílice. Es un material puzolánico de alta reactividad y es un subproducto de la producción de metal silíceo o ferro-silíceo. Se recolecta de la chimenea de gases de los hornos de arco eléctrico. El humo de sílice es un polvo extremadamente fino, con partículas alrededor de 100 veces más pequeñas que un grano promedio de cemento. El humo de sílice está disponible generalmente como un polvo densificado. Generalmente se utiliza entre el 5 y el 12% en peso de los materiales cementantes para las estructuras de hormigón que necesitan altas resistencias o una permeabilidad significativamente reducida al agua. Debida a su extrema finura, deberán garantizarse procedimientos especiales para su manipulación, el vaciado y curado del hormigón con este material. Puzolanas naturales. Varios materiales naturales poseen, o pueden ser procesados para poseerpropiedades puzolánicas. Las puzolanas naturales tienen generalmente un origen volcánico, estos materiales silíceos tienden a ser reactivos si son enfriados rápidamente. En los Estados Unidos las puzolanas naturales comercialmente disponibles incluyen el Metacaolín y las Arcillaso esquistos calcinados. Estos materiales son producidos mediante la calcinación controlada de minerales de origen natural. El Metacaolín es producido a partir de arcillas, caoliníticas relativamente puras y se emplean entre un 15 y un 20 % en peso de los materiales cementantes. Las arcillas y los esquistos calcinados son utilizados a mayores porcentajes en peso. Otras puzolanas naturales son los cristales volcánicos, zeolíticos, cenizas de cáscara de arroz y tierra de diatomeas.

Utilización de adiciones al cemento.

Pueden ser utilizados para mejorar el desempeño del hormigón en estado fresco y endurecido. Son principalmente utilizados para mejorar la trabajabilidad, la durabilidad y la resistencia. Estos materiales le permiten al productor de hormigón diseñar y modificar la mezcla, para satisfacer la aplicación deseada. Las mezclas de hormigón con elevados contenidos de cemento Pórtland son susceptibles a fisuración y a una mayor generación de calor. Estos efectos pueden ser controlados en alguna medida mediante la utilización de adiciones al cemento.

Los materiales cementantes suplementarios tales como las cenizas volantes, las escorias y el humo de sílice le permiten a la industria del concreto utilizar centenares de millones de toneladas de subproductos, de otra forma serian vertidos en el terreno como desechos. Por otro lado su utilización reduce el consumo de cemento Pórtland por unidad de volumen de hormigón. El cementoPórtland tiene un elevado consumo de energía y de emisiones asociadas con su producción. Este consumo energético se disminuye cuando se reduce la cantidad de cemento Pórtland utilizado en el hormigón.

Propiedades Del Hormigón Con Adiciones.

En general las adiciones al cemento mejoran la consistencia y trabajabilidad del hormigón fresco, porque se le añade un volumen adicional de finos a la mezcla. El hormigón con humo de sílice es utilizado típicamente con bajos contenidos de agua, con aditivos reductores de agua de alto rango y estas mezclas tienden a ser cohesivas y más viscosas que el hormigón corriente. Las cenizas volantes y las escorias generalmente reducen la demanda de agua para el asentamiento requerido del hormigón. El tiempo de fraguado del hormigón puede ser retardado, con algunas adiciones, utilizadas en porcentajes elevados. Estos pueden ser beneficiosos en climas calientes. El retardado es eliminado en invierno reduciendo el porcentaje de las adiciones al cemento en el hormigón.

Debido a los finos adicionales, la cantidad y la tasa de exudación en estos hormigones es frecuentemente baja esto es especialmente significativo cuando se utiliza humo de sílice. Una exudación baja, conjuntamente con el retardado del fraguado puede causar fisuración por retracción plástica y por esto se pueden hacer necesarias algunas precauciones especiales durante el vaciado y el acabado.

MARCO CONCEPTUAL

MICROSÍLICE (SÍLICE EN POLVO).

El humo de sílice, sílica fume, o microsílice, es un material puzolánico que agregado al cemento puede producir hormigones de alta resistencia, se conoce desde hace cincuenta años por las renombradas propiedades que le ocasión al hormigón: mayor resistencia, menor permeabilidad, mayor resistencia ataque de ácidos y sulfatos.

Es un subproducto de la industria de fundición del silicio y el hierro-silicio, tiene su origen en la condensación de los vapores de sílice (SIO2) producidos en un horno de arco eléctrico sumergido, durante la reducción del cuarzo a silicio, tan pronto como los vapores de (SIO2) entran en contacto con el oxígeno presentes en el aire, en la parte fría del horno, estos se enfrían y condensan en forma de esferas microscópica, las partículas de microsílice son aproximadamente 100 veces mas pequeñas que el cemento.

. Incorporación de microsílice en hormigones.

Existen dos modalidades para incorporar la microsílice a hormigones, como adición y como reemplazo parcial del cemento.

Como adición se usa manteniendo el contenido de cemento invariable, con el objeto de conseguir propiedades especiales en estas mezclas, como resistencia e impermeabilidad.

Las cantidades comúnmente usadas en los hormigones y morteros, son del orden de un 5 a un 20 % del peso del cemento.

Dada su extremada finura y alto contenido de sílice (más de un 90% de dióxido de silicio, SIO2) la microsílice o humo de sílice, es un altamente efectivo material puzolánico. Este reacciona puzolánicamente con la cal liberada durante la hidratación del cemento, dando lugar al “silicato de calcio hidratado”, compuesto cementante estable.

. Propiedades de los hormigones con microsílice

Para el hormigón fresco:

El color es más oscuro que el hormigón tradicional

Con respecto a su consistencia, es más cohesivo y menos propenso a la segregación que el convencional.

Se reduce la exudación debido a la gran afinidad de ésta con el agua. Se debe tener cuidado con las grietas superficiales producto de una temprana perdida de humedad.

Para el hormigón endurecido:

El efecto de la microsílice como contribución en el desarrollo de laresistencia del hormigón, se produce entre los 3 y 28 días. La resistencia a la flexión y a la tracción evolucionan en forma similar a la compresión.

Permeabilidad y porosidad: los hormigones con microsílice incorporada tienen menos porosidad y por lo tanto son menos permeables que el hormigón tradicional. Los poros existentes corresponden a los de la pasta de cemento misma (0,01 µm) y no a los formados con el agregado (huecos).

Resistencia a los sulfatos: dado que la microsílice reacciona eficientemente con la cal liberada en la reacción de hidratación, los hormigones con microsílice, son más resistentes a los sulfatos que los hormigones comunes.

Resistencia a la abrasión: como se ha mencionado, la resistencia a la abrasión está directamente relacionada con la resistencia a la compresión de los hormigones. Por esta razón la microsílice provee al hormigón de un mejoramiento sustancial en este aspecto.

Desventajas de hormigones con microsílice incorporada.

Manejo: El manejo de la microsílice, difiere del manejo requerido para el cemento, debido a su tamaño extremadamente pequeño. La microsílice por su extremada finura y baja densidad suelta, tiene problemas de manejo, lo cual obliga a diseñar sistemas adecuados de cargío, transporte, almacenamiento y mezclado. Hay sistemas en los cuales se utiliza la microsílice, en forma suelta o no compactada, peletizada y en pasta o barro de sílice. Todas estas formas tienen sus ventajas y

desventajas, las cuales afectan su manejo, dosis, eficiencia o reactividad puzolánica. (En la tabla adjunta se presentan las características de las diferentes formas de microsílice).

Salud: Investigaciones realizadas sobre este aspecto han concluido que hay riesgo de contraer silicosis, es por esto, que se recomienda a los operarios utilizar la protección adecuada y al mismo tiempo, diseñar sistemas que minimicen la generación de polvo en suspensión.

Retracción Plástica: la experiencia indica que el hormigón, con microsílice incorporada, aumenta la tendencia a desarrollar grietas por retracción plástica. La causa es que en estos hormigones la exudación es virtualmente eliminada y no hay un exceso de agua.

Concreto: material semejante a la piedra que se obtiene mediante una mezcla cuidadosamente proporcionada de cemento, arena y grava u otro agregado y agua.Cemento:Tiene las propiedades de adhesión y cohesión necesarias para unir agregados inertes y conformar una masa sólida de resistencia y durabilidad adecuadasAgregado: Material inerte que se presta a ser ligado por una matriz para conformar una masa aglomeradaAditivos: Sustancia auxiliar que modifica ciertas características del concreto. Se añade en un rango de 0.1% hasta 5% del peso del cemento.Adición: Modifica ciertas características del concreto. Su dosificación es mayor del 5% del peso del cemento, y su volumen debe tenerse en cuenta en los cálculos del diseño.Mortero:Mezcla de pasta u agregado fino, la cual es muy utilizada en la pega de ladrillos para hacer muros de mampostería o el recubrimiento de estos mismos.Segregación: Es la separación de los materiales que constituyen una mezclaHeterogénea, de manera que su distribución deje de ser uniforme por falta de cohesión.Micro sílice:Es una material muy puro que se utiliza para la fabricación de porcelanas y para almidonar. También es utilizada en ciertos medicamentos y cuando la materia no es muy pura, se utiliza en fabricación de papel. Conserva su color blanco durante la cocción. Composición: silicato de aluminio hidratado formado por la descomposición de feldespato y otros silicatos de aluminio. Esta descomposición se debe a los efectos prolongados de la erosión. El caolín también es utilizado en la preparación de

pinturas de caucho o emulsionadas, ya que por su blancura es de alto grado de rendimiento, al mismo tiempo se utiliza como espesante.

Superplastificante:

Los aditivos plastificantes y superplastificantes de hormigón, son aditivos para hormigón capaces de mejorar las propiedades del hormigón. Se emplean para conferir al hormigón fresco un mejor comportamiento en cuanto a trabajabilidad y bombeabilidad, pero también se busca con su uso mejorar significativamente la resistencia y la durabilidad del hormigón final.

MARCO LEGAL

NORMATIVAS

NORMAS TÉCNICAS PERUANAS (INDECOPI)

NTP 334.009:2005 CEMENTOS. Cemento Portland. Requisitos.

NTP 334.051:2006 CEMENTOS. Método de ensayo para determinar la resistencia a la compresión de morteros de Cemento Portland usando especímenes cúbicos de 50mm de lado. 4a ed.

NTP 334.082:2001 CEMENTOS. Cementos Portland adicionados. Especificación de la performance.

NTP 334.087:2008 CEMENTOS. Adicionales minerales en pastas, morteros y concretos; microsílice. Especificaciones.

NTP 334.088:2006 CEMENTOS. Aditivos químicos en pastas, morteros y hormigón (concreto). Especificaciones.

NTP 334.089:1999 CEMENTOS. Aditivos incorporados de aire en pastas, morteros y hormigón (concreto). Especificaciones.

NTP 334.090:2007 CEMENTOS. Cementos Portland adicionados. Requisitos.

NTP 334.104:2001 CEMENTOS. Adiciones minerales del hormigón (concreto) puzolana natural cruda o calcinada y ceniza. Especificaciones.

NTP 334.148:2004 CEMENTOS. Método de ensayo normalizado para la determinación de cloruro de soluble en agua en mortero y concreto.

NTP 334.156:2006 CEMENTOS. Cemento Portland expansiva. Requisitos.

NTP 339.186:2008 HORMIGÓN (CONCRETO). Barras con resaltes y lisas de acero de baja aleación para hormigón (concreto) armado. Especificaciones. 2a. ed.

NTP 341.031:2008 HORMIGÓN (CONCRETO). Barras de acero al carbono con resaltes y lisas para hormigón (concreto) armado. Especificaciones. 3a. ed.

NTP 341.068:2008 HORMIGÓN (CONCRETO). Alambre de acero con resaltes para refuerzo del hormigón (concreto). Especificaciones. 2a. ed.

NTP 350.002:2008 HORMIGÓN (CONCRETO). Alambre soldado liso de acero para refuerzo del hormigón (concreto) Especificaciones. 2ª. ed.

NTP 400.037:2002 AGREGADOS. Especificaciones normalizadas para agregados en hormigón (concreto).

HIPOTESIS

El uso de Aditivos son productos que se adicionan en pequeña proporción al concreto durante el mezclado en porcentajes entre 0.1% y 5% (según el producto o el efecto deseado) de la masa o peso del cemento, con el propósito de producir una modificación en algunas de sus propiedades originales o en el comportamiento del concreto en su estado fresco y/o en condiciones de trabajo en una forma susceptible de ser prevista y controlada para concretos de alta severidad fue a desarrollar una tecnología apropiada para obtener concretos de altas resistencia, haciendo uso de superplastificantes y adiciones de microsílice con cementos portland tipo I, en el Distrito de Juliaca, Provincia de San Román, de la Región de Puno. La metodología seguida plantea optimizar la proporción de los agregados para obtener la menor cantidad de vacíos. Luego, efectuar un diseño patrón con la mejor proporción de agregados, para después diseñar el concreto con aditivo tomando como base el concreto patrón y finalmente diseñar el concreto con aditivo más microsilice adoptando como referencia los diseños anteriores.

Uno de los resultados de la investigación, fue obtener concretos de resistencias a la compresión de 210 kg/cm2 a 450 kg/cm2 a los 28 días.

Los materiales utilizados para la preparación de los concretos fueron el agregados fino y grueso, de la cantera “YOCARA”; y piedra chancada, de la cantera CABANILLAS, Cemento Portland Tipo I, de Cementos Rumi, aditivo superplastificante Viscocrete 1110 de Sika; microsílice Sikafume

VARIABLES

a) Variable independiente

Comportamiento del concreto con Cemento Tipo I en , en el Distrito de Juliaca, Provincia de San Román, de la Región de Puno – zona frígida

b) Variable dependiente

Aditivos o Microsiliceo SuperPlastificanteo Hiperplastificante

METODOLOGIA DEL ESTUDIO

En éste capítulo se describe la metodología utilizada para el desarrollo del presente trabajo. Las actividades comprenden la caracterización de los materiales, diseño de mezclas de concreto utilizando tres métodos diferentes, elaboración de mezcla de prueba con sus correspondientes ensayos tanto en estado fresco como endurecido, rediseño de mezclas, elaboración de mezclas definitivas y pruebas en estado fresco.

Posteriormente se efectuaron las pruebas en estado endurecido, incluyendo la velocidad de pulso ultrasónico. Se validaron los resultados y se obtuvo de la literatura información sobre coeficientes de penetración de cloruros para establecer una correlación de éstos con las correspondientes velocidades de pulso ultrasónico. se hace una representación esquemática de la metodología.

Durante el diseño de mezclas se estudiaron los métodos de curvas de Duff Abrams, American Concrete Institute (ACI) y High-Performance Concrete (HPC).

Posteriormente se diseñaron las mezclas de concreto utilizando dichos métodos para determinar el contenido de ingredientes correspondientes para 1m3 de concreto.

Estos métodos son prácticamente los más usados en la industria del concreto debido al respaldo experimental que los soporta. Para efectos de comparación y para diferenciar a las mezclas de concreto estudiadas en éste trabajo se utilizaron las siguientes nomenclaturas: la primera mezcla diseñada con el método de Duff Abrams con una relación agua/cemento de 0.55 se denominó ABR, la segunda con el método de volúmenes absolutos y con una relación agua/cemento de 0.40, ACI; y la tercera con relación agua/cemento de 0.41 con el método de concreto de alto desempeño (HPC). Cabe mencionar que la cuarta y quinta mezclas se diseñaron también con el método de HPC, pero contenían 20 y 40% de cenizas volantes y se denominaron HPC20 y HPC40, respectivamente.

Se elaboraron mezclas de prueba para los concretos en estudio con el propósito de evaluar parámetros tales como revenimiento, contenido de aire y resistencia a la compresión, los cuales permitieran definir si dichos concretos cumplían con requisitos mínimos de trabajabilidad y resistencia o en su caso realizar las modificaciones al diseño. En este contexto las Normas Técnicas y Complementarias del Reglamento de Construcción del Distrito Federal (NTCDF) establecen una resistencia máxima a compresión de 70 MPa para una zonas sísmicas; por lo tanto, las mezclas que

obtuvieron una resistencia mayor o igual a dicho valor se rediseñaron para encontrar resistencias menores y que fueran aptas para uso estructural.

Con el objetivo de recopilar el material que sea necesario para la realización de esta investigación, se comenzará con una fase exploratoria, en la cual se realizará un minucioso análisis de la literatura existente, comenzando con la recopilación de bibliografía relacionada al concreto, mortero, la microciencia y nanotecnología, su grado de desarrollo, los micro materiales, profundizando en el microsílice, material base de esta investigación. Se estudiará información respecto de los factores principales que afectan la durabilidad del concreto, de los cuales se seleccionará uno de ellos para realizar la parte experimental de esta investigación.

Una vez conocido el agente agresivo a utilizar en la experimentación, se definen el tipo de ensayo, procedimientos y análisis a realizar en el laboratorio, para lo cual es necesario realizar una planificación de estos de acuerdo a los objetivos que se quiere alcanzar en esta investigación, ya que por medio de estos ensayos se expondrá el concreto con micromoléculas de sílice a este agente y se analizarán los efectos producidos en él.

Se procederá a la preparación de probetas que serán utilizadas en el ensayo y los análisis acordes con la investigación. Se realiza un ensayo de inmersión de pequeños discos de concreto con árido fino (mortero), los cuales se sumergen en una solución de sulfato, de tipo y concertación determinada.

En forma previa se realiza un secado especial, obteniendo el peso seco de cada una de ellas. Una vez sumergidas y transcurrido un tiempo determinado, las muestras se sacaran de la solución por grupos en tres tiempos diferentes, se volverán a secar y pesar en estado seco, por lo que se estudiará la degradación en cuanto a la diferencia de peso (pérdida de masa).

Cuando halla finalizado este proceso se procederá a analizar la estructura de las probetas por medio de microscopía realizando un análisis morfológico y otro químico por energía dispersiva de rayos X, en la muestra que resulto mas afectada y aquella que resulto menos afectada por la acción del agente agresivo, de acuerdo a los resultados del análisis anterior. También se analizará el PH de las soluciones posterior retiro de las muestras

DISCUCION DE RESULTADO

Se podría pensar que la situación dada para la disminución de peso seco en duda el beneficio que otorga la microsílice al concreto, en el sentido que se debería esperar que ésta proteja de algún modo a las muestras del medio agresivo. Esto se explica de la forma siguiente, ya que la teoría indica que al introducir micro partículas en la formación de un material, existe un efecto de incremento notable del área superficial de éste por unidad de volumen, de alrededor de cinco millones de metros cuadrados en el caso del concreto con micropartículas de sílice, lo que proporciona una mayor reactividad química, que provoca en una primera instancia, haya una mayor pérdida de masa en las muestras a medida que se incrementa el porcentaje de microsílice en ellas. Esto ocurre debido que al principio de la reacción de hidratación del cemento, tanto éste como la microsílice son sustancias de tipo amorfo. A medida que transcurre el tiempo, comienzan a formarse micro cristales de CSH (CSH:

C=CaO, S=SiO2, H=H2O), silicatos de calcio hidratados y de acuerdo a las reacciones químicas estudiadas, parte de estos silicatos al tomar contacto con la solución de sulfato de sodio producen la formación de yeso y etringita.

Por otra parte, que el caso de A/C 0.55 sea más irregular se puede explicar por qué al tener mayor cantidad de cemento, existe una menor presencia de vacíos entre las partículas y un material menos poroso, por lo que el agente agresor tiene un proceso de penetración más restringido y tal vez necesite de un mayor tiempo de acción en una primera instancia.

Al establecer la disminución de peso seco de los discos de mortero en relación a la situación que ocurre en ambas razones de A/C desde el 0.5% de adición de micro sílice en adelante se puede considerar esperada, ya que a medida que el cemento se hidrata, las partículas de microsílice se van combinando con los elementos del mortero, distribuyéndose en todos los huecos o espacios vacíos entre los agregados y las partículas de cemento, proporcionando de esta manera un concreto más cohesionado, mucho más homogéneo, con menor porosidad, tamaño de poros y vacíos entre las partículas, es decir, un concreto con mejores características en forma interna y superficial, que ya actúa como un agente que dificulta la acción de los sulfatos en el tiempo, por encima de ser un agente que proporciona el aumento de reactividad química, que es lo que ocurrió en el tiempo anterior. Lo que ocurre entre 0% y 0.5% de adición de microsílice, se expresa debido a que el ataque de la solución de sulfato de sodio aún se encuentra en proceso de transición entre lo explicado en el párrafo anterior (respecto de la reactividad) y lo que ocurre en este tiempo (que sería el comportamiento esperado). Éste proceso de transición tiene una tendencia de comenzar a regularizarse a lo esperado, sin cambios

tan abruptos entre un punto y otro para el caso de A/C 0.65 y una mínima diferencia en la disminución entre 0% y 0.5% de adición de microsílice para A/C 0.55. Comportándose además de forma esperada al igual que en el tiempo anterior pero con menores disminuciones.

La transición se da en torno a este rango 0% y 0.5% de adición de microsílice debido a que éste es justamente el intervalo donde las partículas se encuentran menos ordenadas, con más espacios entre las partículas lo que genera menor homogeneidad y aglomeración de constituyentes, en relación de las otras adicciones, lo que provoca que la transición sea un poco más lenta entre estos puntos, en relación al resto.

Es de importancia destacar que para los tres tiempos se observó claramente que las muestras con A/C 0.65 tenían mayores disminuciones de peso seco, que las muestras con A/C 0.55, lo que se traduce en una mayor pérdida de material. Además las muestras con más cantidad de cemento (A/C 0.55) tuvieron un comportamiento mejor en relación a lo esperado, sobre todo en los casos de comparación de peso seco de muestras.

De acuerdo a lo que la literatura indica el agente agresor que ataca al concreto, que en este caso corresponde una solución de sulfato de sodio de concentración severa, puede hacerlo por tres formas o mecanismos de infiltración, que definen la facilidad con que los agentes pueden entrar o salir de un medio semi-permeable como lo es el concreto:

Absorción. El proceso por el cual el concreto capta una solución acuosa, la cuales atraída por medio de capilaridad. El grado con el cual el líquido entra es llamado absorbencia y depende del tamaño e interconexión de los poros capilares en el concreto y del grado de humedad que existe de la superficie.

Permeabilidad. La siguiente propiedad caracteriza cuantitativamente la facilidad con la cual un fluido pasa, bajo la acción de una presión diferencial. Esta propiedad depende del grado de presión y del tamaño de interconexión de los poros capilares en el concreto.

La difusión. el proceso por el cual un vapor, gas o el ion pueden pasar en el concreto bajo la acción de una cierta concentración. La difusión define el grado de movimiento del agente de acuerdo a la concentración de éste en la superficie del concreto, el tipo de agente que ingresa y cualquier reacción con la hidratación de la pasta de cemento, y el tamaño e interconexión de los poros capilares en el concreto.

Se puede apreciar que estos tres mecanismos de infiltración dependen en forma unánime del tamaño e interconexión de los poros que tenga el concreto, entonces es claro que a medida que el mortero aumenta su razón A/C, trae como consecuencias: aumento de espacios vacíos entre granos, más porosidad, poros de tamaños más grandes, etc., y se reduzcan las adiciones de microsílice, que trae como consecuencias: menor homogeneidad y cohesividad, que se aumente la porosidad y tamaños de poros,

etc., se facilite entonces la infiltración y por ende el ataque del agente químicamente agresivo, que en este caso es una solución de sulfato de sodio.

RECOMENDACIONES

La ebaloracion de estos tipos tipos de concreto debe ser estrictamente controlada tanto en la temperatura del ambiente y humedad relativa, además de las temperaturas de todoslos materiales utilizados.

Mantener el curado bajo a una misma temperatura hasta la fecha de ensayo, los concretos de alta resistencia son muy susceptibles a los cambios de temperatura.

Realizar investigación con remplazo de microsilice y superplastificante en el caso de microsilice con porcentajes de reemplazo menores al 10% y para el caso de superplastificante menores al 5%.

Tener en cuenta el acabado superficial de especímenes cilíndricos a ser ensayado, investigar a cerca de diferentes tipos de capping.

Investigar el comportamiento de los concretos de alta resistencia utilizando aditivos retar dantes.

Investigar la performance de los concretos de alta resistencia elaborados con polvo de cuarzo.

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