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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
“DISEÑO DE HORMIGÓN RÍGIDO DE ALTA RESISTENCIA
UTILIZANDO ESCORIA DE ACERO PARA LA APLICACIÓN EN
PAVIMENTO DE CONCRETO.”
TRABAJO DE GRADUACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL
TÍTULO DE:
INGENIERO CIVIL
AUTORES
BRYAN ERNESTO NINABANDA CANGO
KARINA LORENA SANTAMARÍA JEREZ
TUTOR:
ING. BYRON OMAR MORALES MUÑOZ
QUITO, 28 DE AGOSTO
2017
ii
DERECHOS DE AUTOR
iii
APROBACIÓN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN
iv
DESIGNACIÓN DE LECTORES
v
NOTA DE LECTORES
vi
DEDICATORIA
A Dios por darme unos padres maravillosos, por brindarme sabiduría y paciencia,
que ha permitido que este sueño se haga realidad
A mi familia César, Marina, David, Mateo por su apoyo incondicional en cada uno
de los momentos y etapas de mi vida, sin ellos no hubiera sido posible alcanzar esta
meta.
A mis Tíos y primos que han estado a mi lado siendo el apoyo para lograr mis
metas y que han aportado su granito de arena.
A Karina mi compañera, amiga y enamorada, con quien hemos compartido muchas
experiencias a lo largo del desarrollo del proyecto y de la carrera, quien me ha
brindado su tiempo paciencia, compresión y que hoy se ve reflejado en esta meta
alcanzada.
Atentamente
Bryan Ernesto Ninabanda Cango
vii
DEDICATORIA
A mi Padre Celestial quién me ha guiado toda mi vida, quien me levanta de mis
continuos tropiezos y creador de todos mis seres queridos.
A mis queridos Padres, por su gran amor por todo el esfuerzo que realizaron para
que yo pueda estudiar, con su apoyo incondicional y por sus amonestaciones que
me ayudaron para ser una mejor persona.
A mis amadas hermanas quienes siempre han estado conmigo en las buenas y en
las malas, que demostraron ser mis mejores amigas y siempre velaron por mi
bienestar.
A mis sobrinos por todos los momentos de felicidad que me han dado, y han hecho
que me esfuerce para ser un buen ejemplo para ellos.
A mi amigo, colega, enamorado Bryan Ninabanda, quién me ha dado su apoyo
incondicional, por haberme permitido terminar a su lado una etapa muy importante
de mi vida y por brindarme su amor.
Karina Lorena Santamaría Jerez
viii
AGRADECIMIENTO
Agradezco inmensamente a la Universidad Central del Ecuador y muy
especialmente a la carrera de Ingeniería Civil, quien me acogió en sus aulas a lo
largo de la carrera, a todos mis profesores quienes compartieron sus experiencias
y conocimientos, que me sirvieron para cumplir mi meta.
Agradezco a mis padres que siempre estuvieron en los buenos y malos momentos,
quienes de manera desinteresada y con amor me apoyaron siempre. Este no es mi
logro, es ¡Nuestro Logro!
A mi Tutor Ing. Byron Morales, quien confío en mí, brindó su apoyo y experiencias
durante el desarrollo del proyecto.
Agradezco a los ingenieros Jorge Santamaría y Paul León por su colaboración en
el desarrollo y revisión del proyecto de investigación.
Al personal técnico del Laboratorio Ensayo de materiales, quienes nos apoyaron y
compartieron sus experiencias para el desarrollo del proyecto.
Agradezco a Karina, compañera de tesis y enamorada por permitirme formar parte
de esta hermosa experiencia.
GRACIAS
Bryan Ernesto Ninabanda Cango
ix
AGRADECIMIENTO
Agradezco a la prestigiosa Universidad Central del Ecuador por haberme
permitido formarme como profesional, y haberme otorgado a los mejores
profesores a quienes agradezco por compartir conmigo sus conocimientos y por su
ardua labor que generan a diario para que nuestro país sea mejor.
A mi tutor de tesis Ingeniero Byron Morales, por ayudarme y guiarme en todo este
proceso de investigación, por haberme dado la oportunidad de aprender de sus
conocimientos.
A mis lectores Ingeniero Paul León e Ingeniero Jorge Santamaría, por su tiempo
que dieron para la revisión de mi tesis, y por sus sugerencias para lograr un mejor
trabajo.
Agradezco a mi familia por todo su apoyo, amor y ayuda que me han dado a lo
largo de mis estudios, A mis compañeras de trabajo que permitieron ausentarme
de mis labores para poder estudiar y a mi compañero de tesis Bryan Ninabanda
por permitirme realizar a su lado esta investigación, por haber puesto todo su
esfuerzo para lograr concluir y ser el mejor compañero de tesis.
Gracias.
Karina Lorena Santamaría Jerez
x
CONTENIDO
DERECHOS DE AUTOR....................................................................................... ii
APROBACIÓN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN .......................................... iii
DESIGNACIÓN DE LECTORES ......................................................................... iv
NOTA DE LECTORES .......................................................................................... v
DEDICATORIA .................................................................................................... vi
AGRADECIMIENTO.......................................................................................... viii
LISTA DE TABLAS............................................................................................. xv
LISTA DE ILUSTRACIONES ........................................................................... xvii
LISTA DE GRÁFICAS ..................................................................................... xviii
LISTA DE FOTOGRAFÍAS.............................................................................. xviii
LISTA DE ANEXOS ........................................................................................... xix
RESUMEN ............................................................................................................ xx
ABSTRACT ......................................................................................................... xxi
CAPÍTULO I ........................................................................................................... 1
1. GENERALIDADES ........................................................................................ 1
1.1. INTRODUCCIÓN .................................................................................... 1
1.2. ANTECEDENTES ................................................................................... 2
1.3. JUSTIFICACIÓN ..................................................................................... 3
1.4. OBJETIVOS ............................................................................................. 4
1.4.1. Objetivo General ............................................................................... 4
1.4.2. Objetivos Específicos ........................................................................ 4
1.5. HIPÓTESIS .............................................................................................. 4
CAPÍTULO II ......................................................................................................... 5
2. MARCO TEÓRICO ........................................................................................ 5
2.1. HORMIGÓN ............................................................................................ 5
2.2. HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA................................................ 5
2.3. COMPONENTES DEL HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA ........ 7
2.3.1. Cemento ............................................................................................ 7
2.3.2. Áridos ................................................................................................ 9
2.3.3. Agua ................................................................................................ 10
2.3.4. Aditivos ........................................................................................... 11
xi
2.4. PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DEL HORMIGÓN
FRESCO ............................................................................................................ 13
2.4.1. Trabajabilidad. ................................................................................ 13
2.4.2. Consistencia. ................................................................................... 14
2.4.3. Homogeneidad ................................................................................ 15
2.4.4. Segregación ..................................................................................... 16
2.4.5. Exudación ........................................................................................ 16
2.5. PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DEL HORMIGÓN
ENDURECIDO ................................................................................................. 16
2.5.1. Densidad .......................................................................................... 16
2.5.2. Porosidad ......................................................................................... 17
2.5.3. Permeabilidad .................................................................................. 17
2.5.4. Retracción ....................................................................................... 17
2.6. CURADO DEL HORMIGÓN ............................................................... 18
2.7. RESISTENCIA MECÁNICA ................................................................ 19
2.7.1. Resistencia a la compresión ............................................................ 19
2.7.2. Resistencia a la flexión del hormigón ............................................. 20
2.7.3. Resistencia a la abrasión ................................................................. 20
2.7.4. Comportamiento elástico e inelástico ............................................. 21
2.6.5. Deformación ........................................................................................ 22
2.8. ESCORIA NEGRA ................................................................................ 22
2.8.1. Clasificación de las escorias............................................................ 23
2.8.2. Escorias negras de horno de arco eléctrico (EAF) .......................... 23
2.8.3. Proceso de obtención de las escorias (EAF) ................................... 24
2.8.4. Composición química las escorias negras ....................................... 26
2.9. PAVIMENTO RÍGIDO.......................................................................... 28
2.9.1. Estructura de un pavimento rígido .................................................. 28
2.10. TIPOS DE PAVIMENTOS ................................................................ 30
2.11. Tipo de Juntas ..................................................................................... 32
2.12. FLUJOGRAMA DE DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDOS ........... 34
CAPÍTULO III ...................................................................................................... 36
3. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ................................................... 36
3.1. SELECCIÓN DE LOS AGREGADOS.................................................. 36
3.2. UBICACIÓN .......................................................................................... 36
xii
3.3. JUSTIFICACIÓN DE LA SELECCION DEL MATERIAL ................. 38
3.4. LIMITACIÓN DEL PROYECTO ......................................................... 38
3.5. ENSAYO DENSIDAD DEL CEMENTO ............................................. 39
3.6. ENSAYO CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO .................. 42
3.7. ENSAYO TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO ..................... 45
3.8. ENSAYO DE COLORIMETRÍA .......................................................... 47
3.9. ENSAYO PESO ESPECÍFICO (DENSIDAD REAL) .......................... 53
3.10. CAPACIDAD DE ABSORCIÓN ....................................................... 58
3.11. ENSAYO DE GRANULOMETRÍA .................................................. 62
3.12. ENSAYO DE ABRASIÓN ................................................................ 72
3.13. ENSAYO DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA 76
3.14. ELEMENTOS QUÍMICOS EN LAS ESCORIAS NEGRAS ............ 84
3.14.1. Test TCLP (Procedimiento de lixiviación característico de toxidad)
84
3.14.2. Determinación de metales pesados Método EPA 3050 para Suelos 88
3.15. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN CAPÍTULO III .......................... 91
CAPÍTULO IV ...................................................................................................... 36
4. DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN DE ALTO DESEMPEÑO ...... 92
4.1. GENERALIDADES ............................................................................... 92
4.2. DOSIFICACIÓN .................................................................................... 92
4.3. PROBETAS DE HORMIGÓN .............................................................. 93
4.3.1. Elaboración De Las Probetas .......................................................... 93
4.4. ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA ESPECIFICADA DEL
HORMIGÓN (f´c= 42MPa) .............................................................................. 95
4.5. ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA PROMEDIO REQUERIDA (f´cr) 95
4.6. MÉTODO DEL VOLUMEN ABSOLUTO (ACI 11-4R-98 Y ACI363-
2R-98) ................................................................................................................ 97
4.6.1. Procedimiento para el diseño de las mezclas .................................. 97
4.7. MEZCLAS DE PRUEBA .................................................................... 107
4.7.1. Mezcla de Prueba 1 (Arena- Ripio), relación A/C=0.38, método:
ACI 211-4R-93 ............................................................................................ 108
4.7.2. Mezcla de Prueba 2 (Arena- Ripio), relación A/C=0.34, método:
ACI 211-4R-98 ............................................................................................ 109
4.7.3. Mezcla De Prueba 3 (Escoria- Ripio), relación A/C=0.34, método:
ACI 211-4R-98 ............................................................................................ 110
xiii
4.7.4. Mezcla de Prueba 4 (Escoria- Ripio), relación A/C=0.34, método:
ACI 211-4R-98 ............................................................................................ 111
4.8. MEZCLA 5 (ARENA-RIPIO RELACION A/C= 0.38) Y MEZCLA 6
(ESCORIA-RIPO A/C= 0.38) ......................................................................... 112
4.8.1. Mezcla 5 Combinación (Arena- Ripio- Agua) método: ACI 211-4r-
93 113
4.8.2. Mezcla 6 Combinación (Escoria- Ripio) Metodo: Aci 211-4r-98
114
4.9. MEZCLA 7 DEFINITIVA RELACION AGUA /CEMENTO = 0.36
(ESCORIA- RIPIO- AGUA- CEMENTO PORTLAND) ............................... 115
CAPÍTULO 5 ...................................................................................................... 117
5. RESULTADO DE LOS ENSAYOS PROPUESTOS ................................. 117
5.1. DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN. 117
5.1.1. Resultados de la resistencia a la compresión de las mezclas de
prueba 120
5.1.2. Resultado de la resistencia a la compresión Mezcla 5 (Arena-Ripio-
Cemento Portland) ....................................................................................... 122
5.1.3. Resultado de la resistencia a la compresión Mezcla 6 (Escoria-
Ripio-Cemento Portland) ............................................................................. 124
5.1.4. Resultados de la Mezcla 5 Y Mezcla 6 ......................................... 126
5.1.5. Resultado de la resistencia a la compresión Mezcla Definitiva 7
(Escoria-Ripio-Cemento Portland) .............................................................. 128
5.1.6. Análisis e interpretación de resultados Mezclas 6 Y Mezcla 7 ..... 130
5.1.7. Resistencia característica de la mezcla 7 según Montoya- Meseguer-
Morán 131
5.1.8. Densidad de los cilindros de hormigón según la norma NTE INEN
1573 133
5.2. DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL
HORMIGÓN EN VIGAS SEGÚN NTE INEN 2554 ..................................... 137
5.2.1. Resultados ensayo a flexión de la Mezcla 6 (Escoria – Ripio) ..... 139
5.2.2. Resultados ensayo a flexión de la Mezcla 7 definitiva (Escoria –
Ripio) 140
5.3. DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL
HORMIGÓN ................................................................................................... 144
5.3.1. Determinación Teórica .................................................................. 145
5.3.2. Determinación experimental del módulo de elasticidad del hormigón
145
xiv
5.3.3. Procedimiento según la ASTM C469-02 ...................................... 148
5.3.4. Resultados obtenidos en el laboratorio ......................................... 149
5.3.5. Curva Esfuerzo vs Deformación – Cilindro 1 ............................. 150
5.3.6. Curva Esfuerzo Vs Deformación – Cilindro 2 .............................. 152
5.3.7. Curva Esfuerzo Vs Deformación – Cilindro 3 ............................ 154
5.3.8. Resumen de resultados obtenidos ................................................. 155
5.4. RESISTENCIA AL DESGASTE POR ABRASIÓN........................... 156
5.4.1. Ensayo de la resistencia al desgaste por abrasión según la norma
NTE INEN 3040 .......................................................................................... 156
5.4.2. Procedimiento descrito en la norma NTE INEN 3040.................. 158
5.4.3. Resultados obtenidos en las placas ............................................... 160
5.5. TEST TCLP (PROCEDIMIENTO DE LIXIVIACIÓN
CARACTERÍSTICO DE TOXIDAD) DEL HORMIGÓN ENDURECIDO -
MEZCLA 7 ...................................................................................................... 161
5.5.1. Muestra placa de hormigón ........................................................... 161
5.5.2. Muestra del agua de la placa sumergido durante 28 días .............. 162
5.5.3. Análisis e interpretación de resultados .......................................... 163
CAPÍTULO VI .................................................................................................... 167
6. APLICACIÓN TEÓRICA Y PRÁCTICA DEL DISEÑO DE HORMIGÓN
DE ALTA RESISTENCIA ................................................................................. 167
6.1. DISEÑO TEÓRICO DEL ESPESOR DE LA LOSA DE UN
PAVIMENTO RÍGIDO................................................................................... 167
6.1.1. Recopilación de información ........................................................ 168
6.1.2. Cálculo del espesor de la losa ....................................................... 169
6.1.3. Juntas de hormigón ....................................................................... 171
6.1.4. Diseño de juntas de aislamiento .................................................... 171
6.1.5. Análisis Comparativo De Resultados Obtenidos .......................... 175
6.2. FUNDICION DE UNA FRANJA CON EL DISEÑO DE HORMIGÓN
DE ALTA RESISTENCIA UTILIZANDO ESCORIA DE ACERO ............. 176
CAPITULO VII .................................................................................................. 182
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................... 182
7.1. CONCLUSIONES ................................................................................ 182
7.2. RECOMENDACIONES ...................................................................... 185
8. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................ 187
9. ANEXOS ..................................................................................................... 192
xv
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Tipos de cemento ..................................................................................... 7
Tabla 2. Requisitos químicos ................................................................................. 9
Tabla 3. Requisitos físicos ..................................................................................... 9
Tabla 4. Consistencia del hormigón ..................................................................... 15
Tabla 5. Composición química de la escoria ....................................................... 27
Tabla 6. Composición química de la escoria españolas usadas para hormigones 27
Tabla 7. Escala de color ....................................................................................... 48
Tabla 8. Tamaño de la muestra para ensayos del árido grueso ............................ 62
Tabla 9. Escoria triturada (tclp epa1311) ............................................................. 85
Tabla 10. Límites de descarga al sistema de alcantarillado público .................... 86
Tabla 11. Cuadro comparativo entre los límites de descarga permisibles y el
ensayo tclp de la escoria ................................................................................ 87
Tabla 12. Criterios de calidad para suelos ........................................................... 88
Tabla 13. Resultados ensayo químico escoria negra ............................................ 89
Tabla 14. Cuadro comparativo del ensayo en la escoria y los límites permisibles
....................................................................................................................... 89
Tabla 15. Cuadro resumen de las propiedades físicas y mecánicas de los
materiales ....................................................................................................... 90
Tabla 16. Requisitos para determinar el método de compactación ...................... 94
Tabla 17. Resistencia promedio a la compresión requerida cuando no hay datos
disponibles para establecer una desviación estándar de la muestra. .............. 96
Tabla 18. Resumen de resultados de las propiedades de los componentes del
hormigón de alta resistencia con escoria de acero. ........................................ 98
Tabla 19. Asentamiento recomendado para hormigones de alta resistencia con y
sin superplastificante...................................................................................... 98
Tabla 20. Tamaño máximo del agregado grueso ................................................. 99
Tabla 21. Volumen recomendado del agregado grueso por unidad de volumen de
hormigón. ..................................................................................................... 100
Tabla 22. Primera estimación de la mezcla agua y aire fresco contenido de base
de hormigón sobre el uso de la arena vacíos con el 35% ............................ 101
Tabla 23. Máximo recomendado w / (c+p) para hormigones sin hrwr .............. 102
Tabla 24. Máximo recomendado w / (c+p) para hormigones con hrwr ............. 103
Tabla 25. Resumen de resultados obtenidos ...................................................... 126
Tabla 26. Resumen de resultados obtenidos ...................................................... 130
Tabla 27. Resistencia característica de la mezcla definitiva 7 ........................... 132
Tabla 28. Densidad de los cilindros correspondientes a la mezcla 5 ................. 134
Tabla 29. Densidad de los cilindros correspondientes a la mezcla 6 ................. 134
Tabla 30. Densidad de los cilindros correspondientes a la mezcla 7 ................. 135
Tabla 31. Comparación de módulos de rotura entre mezclas 6 y 7 ................... 141
Tabla 32. Comparación del módulo de rotura (28 días) y la resistencia a la
compresión (28 días) de las mezclas 6 y 7................................................... 142
Tabla 33. Comparación de módulo de rotura obtenido en laboratorio con el
módulo de rotura teórico .............................................................................. 143
xvi
Tabla 34. Factores que afectan el módulo de elasticidad de un concreto .......... 144
Tabla 35. Resumen del módulo de elasticidad obtenido en laboratorio ............ 155
Tabla 36. Comparación de módulos estáticos de elasticidad teóricos y de
laboratorio .................................................................................................... 155
Tabla 37. Medida de la resistencia al desgaste por abrasión en el hormigón .... 160
Tabla 38. Ensayo TCLP - placa de hormigón .................................................... 162
Tabla 39. Ensayo TCLP - agua de la placa de hormigón sumergido ................. 163
Tabla 40. Cuadro comparativo de resultados ..................................................... 163
Tabla 41. Propiedades del hormigón de la mezcla 7 .......................................... 168
Tabla 42. Parámetros de diseño de la “interconexión: escalón n°2 (av. Simón
Bolívar periférico sur occidental) ................................................................ 169
Tabla 43. Cálculo de la longitud de la junta transversal .................................... 172
Tabla 44. Cálculo del acero longitudinal ........................................................... 173
Tabla 45. Cálculo de la longitud de la barra de anclaje ..................................... 174
Tabla 46. Comparación de resultados el diseño de hormigón rígido convencional
y hormigón rígido con escoria de acero ....................................................... 175
Tabla 47. Dosificación de la mezcla 7. ............................................................. 177
xvii
LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. Resistencia en función de la relación a/c. ........................................ 6
Ilustración 2. Cono de abrams. Ensayos de hormigón en estado fresco y
endurecido ...................................................................................................... 15
Ilustración 3. Influencia del curado húmedo ........................................................ 19
Ilustración 4. Comportamiento elástico e inelástico del hormigón. ..................... 21
Ilustración 5. Acopio y triturada escoria. ............................................................. 24
Ilustración 6. Horno de arco eléctrico. ................................................................. 25
Ilustración 7. Separación de escoria. .................................................................... 26
Ilustración 8. Sección transversal de un pavimento rígido. ................................. 28
Ilustración 9. Junta transversal de contracción .................................................... 32
Ilustración 10. Junta transversal de construcción ................................................. 32
Ilustración 11. Junta transversal de expansión ..................................................... 33
Ilustración 12. Junta longitudinal de contracción ................................................ 33
Ilustración 13. Juntas longitudinales de construcción .......................................... 34
Ilustración 14. Diseño de pavimento rígido – método aashto 93hto 93 ............... 35
Ilustración 15. Ubicación de la cantera construarenas ......................................... 37
Ilustración 16. Patrón colorimétrico ..................................................................... 47
Ilustración 17. Capacidad de absorción de los agregados .................................... 53
Ilustración 18. Esquema de los modelos de fractura típicos ............................... 119
Ilustración 19. Distribución estadística normal .................................................. 131
Ilustración 20. Aplicación de cargas en vigas para determinación del módulo de
rotura. ........................................................................................................... 137
Ilustración 21. Módulo secante del hormigón según la astm ............................. 146
Ilustración 22. Diagrama de desplazamientos .................................................... 147
Ilustración 23. Partes fundamentales de la máquina para la prueba de desgaste de
los adoquines................................................................................................ 157
Ilustración 24. Cálculo del espesor de la losa del pavimento rígido por medio del
programa “método aashto para el diseño de pavimento (1993) por luis r.
Vásquez”. ..................................................................................................... 170
Ilustración 25. Espesores del pavimento rígido con escoria de acero ................ 170
Ilustración 26. Esquema del pavimento rígido diseñado .................................... 174
Ilustración 27. Laboratorio de ensayo de materiales - universidad central del
ecuador ......................................................................................................... 176
xviii
LISTA DE GRÁFICAS
Gráfica 1. Resumen de resistencias a la compresión entre el diseño patrón y el
diseño investigado........................................................................................ 126
Gráfica 2. Diferencia de resistencia entre las mezclas 6 y 7 .............................. 130
Gráfica 3. Densidad de las mezclas 5 y 6........................................................... 135
Gráfica 4. Densidad de las mezclas 6 y 7........................................................... 136
Gráfica 5. Comparación de los módulos de rotura de la mezcla 6 y 7 ............... 141
Gráfica 6. Módulos de rotura vs resistencia a la compresión. ........................... 142
Gráfica 7. Comparación de resultados (plomo) .................................................. 164
Gráfica 8. Comparación de resultados (cinc) ..................................................... 164
Gráfica 9. Comparación de resultados (cadmio) ................................................ 165
LISTA DE FOTOGRAFÍAS
Fotografía 1. Planta de trituración construarenas ................................................. 37
Fotografía 2. Colocación de capping en los cilindros de hormigón ................... 117
Fotografía 3. Máquina universal de 100 tn, universidad central del ecuador,
carrera ingeniería civil ................................................................................. 118
Fotografía 4. Medición de la masa del cilindro.................................................. 133
Fotografía 5. Medición de la altura y diámetro de los cilindros ........................ 133
Fotografía 6. Vigas de hormigón - mezcla 7 (escoria – ripio) ........................... 142
Fotografía 7. Compresómetro ............................................................................ 147
Fotografía 8. Placa de 15 x 15 x 10 cm. ............................................................. 158
Fotografía 9. Colocación de material abrasivo .................................................. 158
Fotografía 10. Huella en las placas ensayadas .................................................... 159
Fotografía 11. Placa de hormigón de 5x5x10cm ............................................... 162
Fotografía 12. Placa sumergida .......................................................................... 163
Fotografía 13. Pavimento deteriorado del laboratorio ensayo de materiales UCE
..................................................................................................................... 177
Fotografía 14. Sub base empedrada ................................................................... 178
Fotografía 15. Humedecimiento de la superficie a ser fundida ......................... 179
Fotografía 16. Vertido del hormigón ................................................................. 180
Fotografía 17. Cilindros testigos ........................................................................ 180
Fotografía 18. Acabado final de placa de hormigón con escoria de acería........ 181
Fotografía 19. Trituración del hormigón ............................................................ 199
xix
LISTA DE ANEXOS
Anexo 1. Metales en lixiviados tclp epa 1311 ................................................... 192
Anexo 2. Informe de resultados de los metales pesados, método epa 3050 para
suelos. .......................................................................................................... 194
Anexo 3. Envejecimiento de la escoria .............................................................. 195
Anexo 4. Resultados químicos del envejecimiento............................................. 196
Anexo 5. Informe de la medida de la resistencia al desgaste por abrasión en
hormigón. Método de la rueda ancha........................................................... 197
Anexo 6. Ensayo del desgaste a la abrasión ........................................................ 198
Anexo 7. Resultado del ensayo de tcl de la muestra de hormigón triturado ...... 199
Anexo 8. Resultado del ensayo de tclp de la placa de hormigón. ....................... 201
Anexo 9. Resultado del ensayo de tclp de la muestra de agua. ........................... 202
Anexo 10. Ensayo de colorimetría del agregado fino y consistencia normal del
cemento ........................................................................................................ 203
Anexo 11. Lavado de la escoria .......................................................................... 203
Anexo 12. Mezcla del hormigón de alta resistencia con escoria de acero .......... 204
Anexo 13. Determinación del asentamiento usando el cono de abrams ............ 204
Anexo 14. Varillado del hormigón...................................................................... 205
Anexo 15. Cilindros de hormigón de 10x20 cm ................................................. 205
Anexo 16. Ensayo de resistencia a la compresión .............................................. 206
Anexo 17. Resistencia a la flexión del hormigón en vigas ................................. 206
Anexo 18. Resistencia al desgaste por abrasión................................................. 207
Anexo 19. Construcción de la placa en el laboratorio de ensayo de materiales
universidad central del ecuador ................................................................... 207
Anexo 20. Cálculo de ejes equivalentes ............................................................. 208
Anexo 21. Valores del coeficiente de transferencia de carga j ......................... 209
Anexo 22. Calidad de drenaje ............................................................................. 209
Anexo 23. Valores del coeficiente de drenaje cd ............................................... 209
Anexo 24. Relación entre el valor relativo de soporte (c.b.r) y el módulo de
reacción de la subrasante (k). ....................................................................... 210
Anexo 25. Selección del cbr de diseño .............................................................. 210
Anexo 26. Cbr de diseño .................................................................................... 211
xx
RESUMEN
TEMA: “DISEÑO DE HORMIGÓN RÍGIDO DE ALTA RESISTENCIA
UTILIZANDO ESCORIA DE ACERO PARA LA APLICACIÓN EN PAVIMENTO
DE CONCRETO”
El presente proyecto de investigación, se ha fundamentado en la necesidad de
obtener un hormigón de alto desempeño, reemplazando el agregado fino natural por
escoria negra de horno de arco eléctrico, con la finalidad de poder utilizar en
pavimentos rígidos, evitando la generación de un impacto ambiental tanto a la
sociedad como a la naturaleza.
Para respaldar el cumplimiento en la obtención de un hormigón de alta resistencia
con escoria de acero para pavimentos rígidos, se sigue todas las normas y
especificaciones técnicas, con el objetivo de conseguir una resistencia especificada
de 42 MPa. Se calcularon las dosificaciones utilizando las recomendaciones del
comité ACI 211.4R-98, con las mezclas se realizan ensayos de resistencia a la
compresión. La mezcla definitiva superó a la resistencia especificada en un 19%,
con la cual se procede a la determinación de las propiedades mecánicas del
hormigón endurecido, determinación del contenido de metales pesados mediante el
procedimiento de lixiviación característico de toxidad (TCLP), planteamiento de un
diseño teórico de una losa de hormigón de un pavimento rígido y a la construcción
de una placa.
PALABRAS CLAVES: HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA / ESCORIA
NEGRA DE HORNO DE ARCO ELÉCTRICO / ENSAYOS EN AGREGADOS /
DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN / PROPIEDADES MECÁNICAS DEL
HORMIGÓN / PAVIMENTO RÍGIDO/ PROCEDIMIENTO DE LIXIVIACIÓN
CARACTERÍSTICO DE TOXIDAD
xxi
ABSTRACT
TOPIC: “DESIGN OF RIGID HIGH-RESISTANCE CONCRETE BY USING
STEEL SLAG FOR CONCRETE FEED APPLICATION”
The present research project has been based on the need to obtain a high-
performance concrete by replacing the natural fine aggregate with black slag of
electric arc furnace, in order to be able to use this material in rigid pavements,
avoiding the generation of an environmental impact to both society and nature.
To support compliance in obtaining high strength concrete with steel slag for rigid
pavements, all standards and technical specifications are followed in order to
achieve a specified strength of 42 MPa. The dosages were calculated using the
recommendations of the ACI committee 211.4R-98, with the mixtures are carried
out tests of resistance to the compression. The final mixture exceeded the specified
resistance by 19%, with which the mechanical properties of the hardened concrete
were determined, the determination of the heavy metal content by the characteristic
leaching method (TCLP), theoretical design of a concrete slab of a rigid pavement
and the construction of a plaque.
KEY WORDS: HIGH RESISTANCE CONCRETE / BLACK ESCROW OF
ELECTRIC ARC OVEN / AGGREGATE TESTS / CONCRETE MIX DESIGN /
MECHANICAL CONCRETE PROPERTIES / PAVEMENT RIGID/ TOXIC
CHARACTERISTIC OF A LEACHING PROCEDURE
1
CAPÍTULO I
1. GENERALIDADES
1.1. INTRODUCCIÓN
La presente investigación convierte a la escoria negra de horno de arco eléctrico en
un material de construcción incorporándola como agregado fino en la elaboración
de hormigones de alta resistencia, con el objetivo de aplicar en los diseños de
pavimentos rígidos y a su vez reducir el impacto ambiental que puede generar la
acumulación de escoria de acero. En el Ecuador no se da la debida importancia a
las escorias, países como Estados Unidos, Japón, España y Chile usan la escoria de
acero para la construcción de carreteras y autopistas.
Dada la importancia de las carreteras dentro de la economía de un país, los costos
de transporte de pasajeros y mercancías dependen en gran medida de la calidad de
los pavimentos, por lo cual se buscan materiales que presenten mejores
características y que garanticen la serviciabilidad de las carreteras es por ello que
un hormigón de alto desempeño es ideal para la construcción de carreteras.
Para llevar a cabo un hormigón de alto desempeño con la inclusión de la escoria
negra es indispensable realizar la caracterización física de la misma, y a su vez una
evaluación mediante ensayos de lixiviados que permita conocer el nivel de
contaminación que se puede llegar a presentar en el hormigón. Parte de los
agregados usados en la investigación provienen de una cantera de la parroquia de
Pifo.
Las mezclas fueron realizadas siguiendo los procedimientos establecidos en la ACI
211.4R-93. Debido a la baja relación agua cemento se incorpora un aditivo químico
2
que mejora las propiedades de hormigón fresco y endurecido con el fin de garantizar
el alto desempeño del hormigón. Para la aceptación de la calidad del hormigón se
realizan ensayos de resistencia a la compresión a los 7, 14, y 28 días de cada una de
las mezclas propuestas, y para la determinación del módulo de rotura se realizan
ensayos a flexo tracción de vigas a los 28 días. Adicionalmente se realiza ensayos
de abrasión y se determina el módulo de elasticidad.
1.2. ANTECEDENTES
Un primer trabajo corresponde a Cuásquer & Altamirano (2015), quienes realizaron
la: “Evaluación del uso de escorias de acero en la producción de hormigón”. En este
trabajo se propone la elaboración de un hormigón de 21 MPa utilizando escoria de
acero en diferentes porcentajes conjuntamente con la arena, observándose que la
incorporación del 100 % de escoria como agregado fino en el hormigón da buenos
resultados. Dada la demanda de materiales de acero en el Ecuador provoca un
incremento de escoria negra por lo cual parte la iniciativa de usar este material como
parte constituyente de un hormigón de alto desempeño.
En Andec la demanda de productos de acería en el Ecuador es de 800 mil toneladas
anuales, Adelca produce cerca de 10.000 toneladas anuales de escoria de los cuales
una determinada cantidad es vendida a las industrias cementeras para su
reutilización, sin embargo, gran parte de estas escorias son emplazadas en rellenos
de acuerdo a la disposición del Ministerio del Ambiente. En varios países, por
medio de investigaciones científicas y actividades prácticas que ellos han realizado,
demuestran que el desarrollo integral y el uso apropiado de la escoria ha sido un
sustituto de materias primas vírgenes empleadas en la industria de materiales de
construcción.
3
1.3. JUSTIFICACIÓN
La escoria al ser el reemplazo de una arena natural en la fabricación de un hormigón
contribuye no solo al medio ambiente, sino convierte a este material como fuente
de una cantera viable para el uso en la construcción. En concordancia a las
necesidades que se presentan en la a ciudad de Quito, siendo una de ellas el campo
de la vialidad se pretende elaborar un hormigón de alto desempeño que cumpla con
las características tanto físicas y mecánicas requeridas para un pavimento rígido,
para ello se realizarán ensayos en el hormigón a partir de los cuales se obtendrán
valores cuantitativos que nos permitan establecer la viabilidad en cuanto al uso de
las escorias negras en la construcción.
4
1.4. OBJETIVOS
1.4.1. Objetivo General
Diseñar un hormigón rígido de alta resistencia utilizando escoria de
acero para la aplicación en pavimentos de concreto.
1.4.2. Objetivos Específicos
● Determinar las propiedades físicas y químicas de la escoria que conformara
el concreto
● Determinar la dosificación del hormigón de alta resistencia con el uso de la
escoria.
● Realizar los ensayos de resistencia mecánica del hormigón de alta
resistencia con escoria de acero.
● Analizar los resultados obtenidos en el laboratorio y compararlos con un
patrón de hormigón normalizado.
● Diseñar el espesor de la losa de hormigón para un pavimento rígido.
● Aplicar el diseño de hormigón rígido de alta resistencia utilizando escoria
de acero en un punto de monitoreo.
● Observar el comportamiento del hormigón de alta resistencia con escoria de
acero, sometido a condiciones ambientales
1.5. HIPÓTESIS
La inclusión de Escoria negra de horno eléctrico permitirá elaborar un hormigón de
alta resistencia, cuya finalidad radicará en su aplicación a pavimentos de concreto.
5
CAPÍTULO II
2. MARCO TEÓRICO
2.1. HORMIGÓN
Hormigón o concreto es el resultado de la mezcla de un conglomerante (cemento)
con áridos (arena, grava, piedra triturada) y agua, cuya mezcla se la conoce como
mortero. La mezcla de cemento con agua forma una pasta con propiedades
adherentes que en el transcurso del tiempo fragua y forma una pasta rígida
(Chiluisa, 2014).
2.2. HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA
Un hormigón de alto desempeño es aquel cuya resistencia a la compresión ensayada
a los 28 días en probetas cilíndricas supera los 42 MPa (ACI211.4R-93, 1998). La
resistencia del hormigón está en función de dos parámetros siendo la más influyente
la relación agua-cemento, a menor relación agua-cemento se tiene mayor resistencia
en un hormigón y de la calidad de los agregados.
La ecuación de Féret (1896), expresa la influencia de la relación agua-cemento en
la resistencia del hormigón a la compresión, donde w expresa el volumen de agua,
c el volumen del cemento y k es una constante que depende del tipo de cemento con
el que se trabaje (Camposano, 2011).
Ecuación 1. Ecuación de FÉRET (1898)
𝑓′𝑐 = 𝑘 1
(1+𝑤
𝑐 )2
(Camposano, 2011).
6
Las curvas de las ecuaciones de Féret están graficadas para un rango de variación,
considerado factible hasta mediados del siglo pasado, de la relación a/c entre 0.4 y
0.8. Sin embargo, si esas curvas se extrapolan para una relación a/c menor que 0.4,
los incrementos teóricos de resistencias son notables (Camposano, 2011).
Ilustración 1. Resistencia en función de la relación a/c.
Fuente: (Camposano, 2011)
Como se observa en la Ilustración.1 a medida que se reduce la relación a/c se
obtiene mayor resistencia, esto se da ya que las partículas de cemento estarán más
juntas, evitando espacios libres y existirá menos porosidad capilar, resultando la
mezcla dura e inmanejable. Al momento de bajar la relación a/c se debe tomar en
cuenta que el agua estrictamente indispensable para la hidratación del cemento debe
ser de 0.30, es decir que el 30% del agua empleada se destina únicamente al proceso
de hidratación de cemento, mientras el agua que se coloque mayor del 30% será el
agua sobrante y tiene como finalidad dar al hormigón mayor trabajabilidad
(Camposano, 2011).
7
En varias investigaciones se ha demostrado que los hormigones de alta resistencias
presentan una elevada resistencia a la compresión, mejora la resistencia a la tracción
por flexión (MR) y se caracterizan por tener una considerable resistencia a la
abrasión, su permeabilidad es baja y tienen mayor durabilidad en el tiempo
(Camposano, 2011).
2.3. COMPONENTES DEL HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA
2.3.1. Cemento
Es el aglomerante de la mezcla de hormigón conocido como cemento portland, al
ser mezclado con agua forma una pasta que fragua y endurece por medio de algunas
reacciones y procesos de hidratación. Para la elaboración del cemento se pulveriza
la piedra caliza y la arcilla, las cuales entran a hornos con temperatura de 1500 a
1600 grados centígrados, formando un material gris oscuro conocido como Clinker,
el cual es mezclado con el regulador de fraguado (yeso), posteriormente es
introducido en los molinos de bolas para la molienda, una vez que se obtenga la
finura deseada el producto obtenido será el cemento (Flores, 2014). Existen 5 tipos
de cementos portland, para diversos usos como se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1. Tipos de Cemento
TIPO DE CEMENTO CARACTERÍSTICAS
Tipo I Cemento Portland
estándar.
Se usa para hormigones de uso normal, sin ninguna
propiedad especial
Tipo II Cemento Portland
modificado.
Se usan para hormigones que estén expuestos a los
ataques moderados de sulfatos, por ejemplo,
cuando están en contacto con aguas subterráneas y
suelos
8
Tipo III Cemento Portland
de alta resistencia a edades
tempranas.
Utilizado cuando se requieren resistencias a edades
tempranas, se usan especialmente en lugares fríos.
Tipo IV Cemento Portland
de bajo calor
Se usan cuando se requiere que el calor durante el
proceso de hidratación sea mínimo
Tipo V Cemento Portland
de alta resistencia a
sulfatos
Utilizadas en hormigones que estarán expuestos a
altas concentraciones de sulfatos, como tuberías de
aguas residuales, etc.
Fuente: (Chiluisa, 2014)
2.3.1.1. Cemento Puzolánico
Son cementos caracterizados por tener puzolanas sean artificiales o naturales,
generalmente constituyen entre el 15% y 40% del material cementante, aumenta la
resistencia al ataque de sulfatos, aumentan la permeabilidad, y trabajabilidad del
hormigón (Chiluisa, 2014).
2.3.1.2. Cemento Selvalegre Plus
Es un cemento puzolánico tipo IP, diseñado para construcciones de hormigón en
general, cumple con la norma NTE INEN 490, y posee licencia ambiental.
Disponible en el mercado en sacos de 50kg (UNACEM, 2015).
Características
Permite alcanzar resistencias a la compresión a los 28 días entre 35 y 50 MPa bajo
condiciones normales. Se caracteriza por desprender menor calor de hidratación
que los cementos puros, permitiendo la manipulación de grandes volúmenes de
hormigón (UNACEM, 2015).
9
Tabla 2. Requisitos químicos
PARÁMETRO NTE INEN 490 SELVALEGRE PLUS
Pérdida de calcinación ≤ 5% 1,40%
Magnesio (MgO) ≤ 6% 2,30%
Sulfatos (SO3) ≤ 4% 2,40%
Fuente: Ficha técnica Selvalegre Plus, UNACEM 2015.
Tabla 3. Requisitos físicos
PARÁMETRO NTE INEN 490 SELVALEGRE PLUS
Fraguado Inicial ≥ 45≤ 420min 140 min
Expansión ≤ 0.8% 0,04%
Contenido de aire ≤ 12% 4,50%
Fuente: Ficha técnica Selvalegre Plus, UNACEM 2015.
2.3.2. Áridos
Son materiales granulares, que generalmente presentan una distribución
granulométrica adecuada, influyen directamente en la resistencia y durabilidad del
hormigón. Los áridos deben cumplir con los requisitos establecidos en la norma
NTE INEN 872 - 2011. La norma europea UNE –EN 12620 considera como
agregado fino a las escorias siderúrgicas enfriadas por aire, siempre y cuando
cumplan con determinados estándares de calidad.
2.3.2.1. Agregado Grueso
Este material ocupa el mayor volumen en la mezcla de hormigón e influye en la
resistencia es por ello que deben seleccionarse cuidadosamente, el agregado debe
estar limpio sin ningún recubrimiento superficial, tener buena resistencia a la
abrasión la cual se recomienda sea menor al 35% si va hacer usado en pavimentos,
10
presentar una granulometría adecuada. La densidad aparente oscila entre 2.3 y 2.9
gr/cm3, cuanto mayor sea su densidad mejor será la calidad del agregado (Ávila,
2014).
Es importante seleccionar el tamaño máximo de agregado grueso, al diseñar un
hormigón de alta resistencia, existe la posibilidad que la falla potencial del
hormigón se de en la zona de transición interracial entre la pasta y el agregado. Los
agregados de tamaño máximo nominal inferiores a ¾ plg proporcionan mayor
resistencia potencial en el hormigón (ACI211.4R-93, 1998).
2.3.2.2.Agregado Fino
Para hormigones de alta resistencia es importante la forma del agregado fino y su
granulometría. La forma del agregado y su textura superficial tienen alta influencia
en la demanda de agua en la mezcla y en la resistencia a la compresión del
hormigón. El uso de agregados finos con un MF menor que 2.5, genera hormigones
viscosos, con baja trabajabilidad, con mayor demanda de agua y la consiguiente
disminución de resistencia. (Camposano, 2011)
2.3.3. Agua
El agua es un componente importante en las mezclas de hormigón y morteros, ya
que permite que el cemento desarrolle su capacidad ligante. El agua debe ser limpia,
en lo posible pura y libre de impurezas, apta para el consumo humano por lo cual
se recomienda usar agua potable (ADOCEM, 2015). Desempeña diferentes
funciones en la fabricación del concreto tales como: agua en la mezcla, de curado
y en algunos casos en el lavado de los agregados.
11
El agua de mezclado influye en la trabajabilidad e hidrata al material cementante,
el 30% del agua de mezcla es requerido para el proceso de hidratación mientras que
el resto contribuye a la docilidad del hormigón. Mientras el agua en el curado tiene
como principal función hidratar al hormigón endurecido, garantizando que se
obtenga la resistencia de diseño esperada. El uso del agua para el curado del
hormigón es el método más usado (Camposano, 2011).
2.3.4. Aditivos
Son productos que se incorporan en pequeña cantidad (no mayor del 5% en masa
con relación al contenido de material cementante) en el hormigón fresco durante el
proceso de amasado en el hormigón. Su principal función es producir una
modificación en el comportamiento del hormigón fresco y endurecido. Los aditivos
permiten la realización de hormigones con propiedades diferentes a los hormigones
tradicionales (ADOCEM, 2015). La cantidad de aditivo está en relación a un
porcentaje del peso de cemento. En el mercado existe una gran variedad de aditivos.
Según la Norma técnica ASTM-C494, se clasifican en:
TIPO A: Reductor de agua
TIPO B: Retardante
TIPO C: Acelerante
TIPO D: Reducto de agua retardante
TIPO E: Reductor de agua acelerante
TIPO F: Súper reductor de agua
TIPO G: Súper reductor de agua retardante
12
2.3.4.2. Influencia del aditivo en el hormigón
La gran variedad de aditivos y, aún más, la enorme cantidad de productos
inorgánicos y orgánicos que intervienen en su composición, se debe a que las
distintas características y propiedades del hormigón y de los morteros se pueden ver
influenciadas por numerosos compuestos, produciendo modificaciones.
Hormigón fresco
Incrementa la trabajabilidad, en hormigones con baja relación a/c.
Modifica la velocidad de exudación.
Reducir la segregación.
Facilitar el relleno de los encofrados.
Facilitar el bombeo.
Hormigón endurecido
Disminuye el calor de hidratación.
Aumenta la resistencia mecánica del hormigón.
Aumenta la durabilidad del hormigón.
Disminuye el flujo capilar del agua.
Mejora la adherencia entre el concreto y el acero de refuerzo
Mejora la resistencia al impacto y abrasión.
Disminuye las fisuras y porosidad en el hormigón.
2.3.4.3. Aditivo Glenium 3400 NV
Aditivo químico de policarboxilatos, desarrollado como reductor de agua en
hormigones, produce mezclas con diferentes niveles de trabajabilidad. Cumple con
los requisitos de la norma ASTM C 494 para los aditivos reductores de agua tipo
13
A, y para los reductores de agua de alto rango, tipo F. Este aditivo se caracteriza
por no contener cloruros y no es corrosivo siendo ideal para el hormigón con escoria
de acero (BASF, 2008).
El concreto producido con GLENIUM 3400 NV logra una resistencia inicial a la
compresión significativamente más alta en comparación con las mezclas de
concreto. La dosificación se lo realiza en el rango de 195 a 360 ml/100 kg de
material cementante dan mezclas con desempeño mayor. El aditivo puede
adicionarse a la mezcla con el agua inicial o bien al final (BASF, 2008).
2.4. PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DEL HORMIGÓN
FRESCO
2.4.1. Trabajabilidad.
Se la define por la mayor o menor facilidad para realizar el mezclado, transporte,
colocación y compactación del hormigón. Los factores que influyen en la
trabajabilidad son: la cantidad y características de los materiales cementantes,
consistencia del concreto, tamaño, forma y textura de los agregados; cantidad de
agua, temperatura, aire incluido y aditivo (Ávila, 2014). La trabajabilidad describe
varias propiedades del hormigón fresco.
Las propiedades que están relacionadas con la trabajabilidad son: la consistencia,
segregación, movilidad, exudación, y la facilidad que se tenga al realizar un
acabado, la consistencia es un buen indicador de la trabajabilidad. La distribución
uniforme de los agregados y el aire incorporado en el hormigón ayudan en el control
de la segregación y mejoran la trabajabilidad (Ávila, 2014).
14
2.4.2. Consistencia.
Se define como la menor o mayor facilidad que tiene el hormigón fresco para
deformarse, se ve influenciado por varios factores: cantidad de agua de amasado,
tamaño máximo, granulometría y forma de los áridos (Camposano, 2011). Para
determinar la consistencia existen varios procedimientos, siendo los más usados el
cono de Abrams, la mesa de sacudidas y el consistómetro Vebe.
Consistómetro Vebe
El Consistómetro vebe es un aparato de ensayo de laboratorio que permite, no
solo medir la consistencia dada por el asentamiento del hormigón en el cono, si no
también, da una idea de la docilidad del hormigón fresco. Su uso se da en casos en
los que el cono de Abrams carece de sensibilidad como ocurre con los hormigones
muy secos, en donde podrían existir asientos nulos (LADICIM, 2015).
Mesa de sacudidas
Este ensayo determina la consistencia del hormigón fresco mediante la medida del
esparcimiento del hormigón sobre un plato plano sometido a sacudidas. Este
método de ensayo se describe en la norma ASTM C-124 (LADICIM, 2015).
Cono de Abrams
El cono de Abrams es un molde troncocónico de 30 cm de altura y con diámetros
de 10 y 20 cm, se coloca el hormigón fresco dentro del cono y se compacta con una
varilla. Se levanta el cono de Abrams cuidadosamente permitiendo que el hormigón
se asiente. Se mide con un flexómetro la distancia vertical entre la altura original y
de la superficie del hormigón desplazado, ese valor es el asentamiento del hormigón
(LADICIM, 2015).
15
Ilustración 2. Cono de Abrams. Ensayos de hormigón en estado fresco y endurecido
Fuente: (Chiluisa, 2014)
Tabla 4. Consistencia del hormigón
Consistencia Asiento en Cono de Abrams (cm) Compactación
Seca 0 – 2 Vibrado
Plástica 3 – 5 Vibrado
Blanda 6 – 9 Picado con barra
Fluida 10 – 15 Picado con barra
Líquida 16 – 20 Picado con barra
Fuente: (Chiluisa, 2014)
2.4.3. Homogeneidad
La homogeneidad en el hormigón es la distribución uniforme de todos los
componentes que conforman el hormigón, de tal forma que todos los materiales
ocupan su lugar de forma uniforme, para obtener homogeneidad en el hormigón se
debe dar un buen amasado y para poderse mantener requiere de un cuidadoso
transporte y colocación adecuada (Ávila, 2014).
16
2.4.4. Segregación
La segregación produce una separación de los materiales que conforman el
hormigón, las cuales pueden presentarse de dos formas: separación de los agregados
(grueso y fino), o por la separación de los agregados con el cemento, esto se da
cuando existe un exceso de agua de mezclado o de aditivo (Chiluisa, 2014).
2.4.5. Exudación
La exudación es la tendencia que posee el agua para subir hacia la superficie del
hormigón, se la puede determinar en base a los métodos estándar de la ASTM C232.
La exudación se la controla teniendo una adecuada dosificación y selección de los
componentes del hormigón (Chiluisa, 2014).
2.5. PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DEL HORMIGÓN
ENDURECIDO
Con el transcurso del tiempo el hormigón pasa de su estado fresco ha endurecido,
perdiendo paulatinamente humedad en su composición y adquiriendo a la vez
dureza, mediante un proceso físico – químico que actúa en el transcurso del tiempo
evolucionando sus propiedades, dependiendo de las características y proporciones
de los materiales que componen al hormigón y en las condiciones ambientales que
se encuentre expuesto (Ávila, 2014). Las propiedades del hormigón endurecido son:
Densidad, Resistencia Mecánica, Durabilidad, Porosidad, Permeabilidad, etc.
2.5.1. Densidad
La densidad es definida como la relación que existe entre la masa y el volumen del
hormigón. El valor de la densidad depende de varios factores como la granulometría
de los agregados, la manera en cómo se realizó la compactación del hormigón, el
17
origen de los materiales constituyentes. Cuanto mayor es el grado de compactación
mayor será la densidad del hormigón esto se debe a que se reduce la cantidad de
vacíos (Sanchez, 2001).
2.5.2. Porosidad
Se la considera como la proporción de huecos existentes en el hormigón endurecido
respecto a la masa total del mismo. Esta propiedad influye en la resistencia, en la
densidad y la permeabilidad del hormigón (Chiluisa, 2014).
2.5.3. Permeabilidad
La permeabilidad es la capacidad del hormigón para ser atravesado por líquidos o
gases, para obtener un hormigón con una baja permeabilidad se debe bajar la
relación a/c, tener una buena compactación, un contenido adecuado de material
cementante y un buen curado del hormigón (Mattio, 2014).
2.5.4. Retracción
La retracción ocurre durante el proceso de fraguado en el cual se produce una
disminución del volumen del hormigón debido a la perdida de agua. Varios factores
influyen en este fenómeno cuanto mayor es la cantidad de agua requerida en la
mezcla mayor es la probabilidad de que se produzca la retracción. Los áridos
influyen también en el fenómeno, donde la cantidad de agregados es inversamente
proporcional a la probabilidad de existir una retracción (Miranda, 2014).
La retracción se ve reflejado en las grietas que pueden aparecer en las estructuras e
influye en la resistencia del hormigón. Para prevenir la retracción se recomienda
una etapa de curado adecuado, construcción de juntas de retracción y elaboración
de armaduras superficiales (Miranda, 2014). Existen tres tipos de retracción:
18
Retracción plástica.
Es aquella que se da antes del final del fraguado, se debe a la evaporación
del agua y la exudación que se produce en el hormigón. Se presenta en forma
de fisuras afogarado debido a una falta de cohesión (Chiluisa, 2014).
Retracción química
Este fenómeno se presenta en el post fraguado, característico de hormigones
de alta resistencia donde la relación agua/cemento es inferior a 0.40. La
deficiencia de agua puede reducir el proceso de hidratación (Chiluisa,
2014).
Retracción de secado
Se debe a que el hormigón se seca desde el exterior del elemento hacia el
interior, conocida como pérdida de humedad (Chiluisa, 2014).
2.6. CURADO DEL HORMIGÓN
Asegura que el proceso de hidratación del cemento que forma parte de la pasta del
hormigón, se realice en la forma más completa posible y ayuda, además a minimizar
el proceso de contracción presente en todo tipo de hormigón (Camposano, 2011).
La Ilustración 3, muestra el desarrollo de la resistencia frente a un determinado tipo
de curado.
19
Ilustración 3. Influencia del curado húmedo
Fuente: (Camposano, 2011)
Como se observa en la Ilustración 3, un curado permanente en el hormigón
garantiza que la resistencia esperada sea superada, a medida que se reduce el tiempo
de curado la resistencia decrece. La grafica muestra que con un curado al aire tan
solo se podría alcanzar un poco más del 50% de la resistencia esperada.
2.7. RESISTENCIA MECÁNICA
2.7.1. Resistencia a la compresión
Es la relación que existe entre una carga aplicada y la superficie de aplicación,
expresada en MPa o kg/cm2. La norma que describe el procedimiento es la NTE
INEN 1573. Para determinar la resistencia a la compresión se requiere de la
elaboración de probetas que serán ensayadas a determinadas edades, se estima que
a los 28 días el hormigón alcance más del 95% de la resistencia esperada.
20
2.7.2. Resistencia a la flexión del hormigón
Es una resistencia expresada en el Módulo de Rotura, que combina cargas de
compresión y tracción, generan un momento el cual lleva a la falla del elemento
sujeto al ensayo (Chiluisa, 2014). La norma que describe el tipo de ensayo y
características del elemento requerido para determinar la resistencia a la flexión es
la NTE INEN 2554.
El módulo de rotura generalmente representa el 10% al 20 % de la resistencia a la
compresión esto dependerá mucho de la calidad de los materiales que se usen en la
fabricación del hormigón. El módulo de rotura es un valor fundamental para el
diseño de un pavimento rígido, ya que considera criterios por fatiga y posibles
agrietamientos que se puedan producir en el hormigón. Muchos de los diseños de
mezclas para pavimentos tienen como valor impuesto el módulo de rotura
establecido de acuerdo a las necesidades requeridas en el pavimento (ADOCEM,
2015).
2.7.3. Resistencia a la abrasión
Es la capacidad que tiene un hormigón para resistir a los efectos de rozamiento, es
una propiedad requerida para el desarrollo de pavimentos, ya que el vehículo o
peatones que circulan por el mismo producen desgastes o efectos abrasivos en el
hormigón. El efecto de desgaste puede ser controlado si se utilizan agregados de
buena calidad y resistentes (Chiluisa, 2014).
A nivel nacional no existe una norma para pavimentos rígidos que establezca un
método de ensayo para la determinación de la resistencia a la abrasión, sin embargo,
21
se usará la norma NTE INEN 3040 donde se describe el ensayo para la resistencia
a la abrasión para adoquines.
2.7.4. Comportamiento elástico e inelástico
El comportamiento elásticas del hormigón permite establecer una relación entre
tensiones y deformaciones la cual se establece a través de módulo de elasticidad,
también conocido como el módulo de Young. Las propiedades plásticas en cambio
sirven para evaluar el comportamiento a largo plazo en elementos sometidos a
tensiones permanentes, produciendo una deformación denominada fluencia del
hormigón (Romo, 2008).
Como se puede observar en la Ilustración 4, el hormigón presenta los dos
comportamientos, es elástico al inicio del ensayo cuando se aplica una fuerza en la
probeta y se mantiene como un material homogéneo, y el comportamiento
inelástico se da cuando el hormigón presenta micro fisuras, al aumentar la fuerza
aplicada hasta el momento en que la probeta ya no reciba carga, este seguirá
deformándose hasta llegar a la rotura (Romo, 2008).
Ilustración 4. Comportamiento elástico e inelástico del hormigón.
Fuente: (Romo, 2008)
Leyenda
1. Zona elástica
2. Zona inelástica
22
2.6.5. Deformación
El efecto de la deformación se produce cuando aún cuerpo se le aplica una carga
en un tiempo determinado. Los tipos de deformaciones son:
Deformación elástica.
Como su nombre lo indica son deformaciones reversibles, se producen tanto
vertical como horizontal. La deformación elástica de un hormigón puede ser
determinada mediante la curva esfuerzo vs deformación, esta curva depende
de varios factores entre ellos se tiene la resistencia a la compresión, la edad
a la cual es ensayado el cilindro, el tipo de curado, etc. El ACI determina
que el límite de la deformación elástica se da en 0.40f’c (Arequipa, Coba,
Garzón, & Vargas, 2012).
Deformación plástica
Es una deformación irreversible que se da de manera instantánea, es
directamente proporcional al aumento de carga en el tiempo de aplicación.
Un efecto de estabilización de este tipo de deformación se da siempre y
cuando la carga aplicada permanezca constante en un tiempo no menor a 3
años (Asmal, Ocaña, Perdomo, & Perez, 2012).
2.8. ESCORIA NEGRA
Es un subproducto que resulta de la producción de hierro y acero, caracterizado por
tener cantidades significativas de compuestos químicos en comparación a un suelo
común. Los compuestos químicos representativos de las escorias son los óxidos de
calcio, óxido de hierro y manganeso. La importancia de las escorias dentro de la
fabricación de hierro y acero es la de purificar y absorber los componentes o
23
elementos que perjudiquen la calidad de los materiales que se fabrican en las
industrias de acería (Asociación Nacional de Escorias, 2013).
Las industrias siderúrgicas en Ecuador producen 30000 toneladas de acero
mensuales y aproximadamente el 8% de esta producción es escoria, es decir, se
emite 2400 toneladas de escoria y residuos ferrosos mensuales (Cuásquer &
Altamirano, 2015).
2.8.1. Clasificación de las escorias
La Asociación nacional de escorias de Estados Unidos realiza una clasificación en
función de los materiales usados para la fabricación tanto del hierro como del acero
y del proceso de elaboración de mencionados materiales, estos tres grandes grupos
son:
Escoria de alto horno (Blast Furnace Slag BF).
Escoria de acero del horno de oxigeno básico (Basic Oxygen Furnace Slag
BOF).
Escoria de horno de arco eléctrico (Electric Arc Furnace Slag EAF).
2.8.2. Escorias negras de horno de arco eléctrico (EAF)
El nombre de estas escorias se debe al proceso de fabricación de los elementos de
acero y hierro, una de las características es el proceso de fundición de la materia
prima la cual es mediante un horno que usa la electricidad para producir el líquido
fundido, el cual debe ser purificado para obtener un excelente producto para ello es
necesario añadir cal y oxígeno al material fundido, con esto se garantiza la calidad
del material siderúrgico, producto de esta combinación resultan las escorias negras.
Las escorias resultantes de este proceso se caracterizan por contener en cantidades
24
significativas de óxidos de hierro, calcio, silicio, aluminio magnesio, etc.
(Asociación Nacional de Escorias, 2013).
2.8.3. Proceso de obtención de las escorias (EAF)
Reciclaje, acopio y trituración de la chatarra
Las recicladoras ubicadas a lo largo del territorio nacional se encargan de
reciclar y pre clasificar la chatarra férrica, para posteriormente ser vendida
a las industrias siderúrgicas del país. En los centros de acopio de las distintas
empresas se compra la chatarra y se vuelve a clasificar el material que llegan
a este sitio. El material clasificado se somete a un proceso de trituración y
compactado con la finalidad de que el volumen de chatarra que ingrese a los
cestos de procesamiento sea mayor.
Ilustración 5. Acopio y triturada escoria.
Fuente: (ANDES, 2013)
Proceso de fusión de la chatarra ferrosa
25
Para el desarrollo de este paso es indispensable que la materia prima haya sido
triturada y compactada. La materia prima es ingresada en el horno eléctrico, el
cual se caracteriza por ser usado en la fundición de chatarra, la capacidad de
este tipo de horno es de por lo menos 20 toneladas, el proceso empieza al entrar
en contacto la materia férrica con los electrodos que posee el horno, momento
en el cual salta el arco eléctrico, dicho efecto es parecido al de un proceso de
soldadura.
Ilustración 6. Horno de arco eléctrico.
Fuente: (Martín, 2013)
El proceso de fundición de la chatarra se da a temperaturas que superan los 1500
grados centígrados, el procedimiento descrito dura aproximadamente 45 min.
Una vez que toda la chatarra es fundida se realiza el proceso de oxidación, en el
que se añade cal y oxigeno los cuales desempeñan un papel fundamental al
momento de absorber los óxidos que impiden que el líquido de acero alcance su
pureza. (Asociación Nacional de Escorias, 2013)
26
Al añadir oxígeno y cal en el líquido de acero se produce una especie de espuma
rica en óxidos de silicio, calcio, magnesio y que posteriormente es separada del
líquido de acero y da origen a las llamadas escorias negras. El proceso culmina
con el vaciado del líquido de acero del horno eléctrico y que posteriormente será
llevado a un horno de a fino donde se controlará por segunda vez la pureza y la
composición química del líquido fundido (Asociación Nacional de Escorias,
2013).
Ilustración 7. Separación de escoria.
Fuente: (SteelUniversity, 2013)
2.8.4. Composición química las escorias negras
La composición química de una escoria según la Asociación Nacional de Escorias
y CEDEX depende de tres factores:
Materia prima (chatarra de hierro dulce o acero).
Proceso de fusión de la materia prima.
Proceso de enfriamiento de las escorias resultantes.
27
A pesar de que los factores mencionados influyen en la composición química
de una escoria se han tabulado valores representativos que caracterizan a estos
productos.
Tabla 5. Composición química de la escoria
Composición química Rango (%)
CaO 22 - 60
SiO2 11 - 37
FeO 0.5 - 4
Fe2O3 38
MgO 4 - 12
Cr2O3 1 – 8
TiO2 0.6 - 2
MnO 1 – 4
Al2O3 2 – 8
P2O6 0 - 0.2
Fuente: (CEDEX, 2013)
Tabla 6. Composición química de la escoria españolas usadas para hormigones
Composición
química
Rango
(%)
Valor medio
(%)
FeO 7.0 - 35.0 25
Fe2O3 11.0 - 40.0 25
CaO 23.0 - 32.0 25
CaO (libre) 0 - 4.0 2
SiO2 8.0 - 15.0 11
Al2O3 3.5 - 7.0 5
MgO 4.8 - 6.6 5
MnO 2.5 - 4.5 4
Fuente: CEDEX, 2013
Como se muestra en la Tabla 5 y Tabla 6 los valores representativos son los óxidos
de hierro y calcio, ya que la escoria proviene de la fusión de la chatarra y la
28
presencia de calcio se debe al proceso de oxidación que se efectúa en el líquido de
acero. Es indispensable conocer el nivel de contaminación de las escorias para ello
será necesario realizar un análisis de lixiviados conocido como TCLP
(procedimiento de lixiviación característico de toxicidad).
2.9. PAVIMENTO RÍGIDO
Se definen como aquellos pavimentos cuya capa de rodadura es una losa de
hormigón que se encarga de transmitir las cargas producidas por el flujo vehicular
en forma minimizada y uniforme hacia la subbase y subrasante, en algunos casos y
dependiendo de la calidad del suelo la losa puede asentarse directamente sobre la
subrasante. (Instituto Boliviano del Cemento y el Hormigón, 2012)
2.9.1. Estructura de un pavimento rígido
Ilustración 8. Sección transversal de un pavimento rígido.
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
29
Subrasante.
Es la primera capa de la estructura del pavimento que se extiende hasta una
profundidad que no afecte la carga de diseño que corresponde al tránsito
previsto. Esta capa puede estar formada en corte o relleno y una vez
compactada debe tener las secciones transversales y pendientes especificadas
en los planos finales de diseño.
El espesor de pavimento dependerá en gran parte de la calidad de la subrasante,
por lo que ésta debe cumplir con los requisitos de resistencia,
incompresibilidad e inmunidad a la expansión y contracción por efectos de la
humedad, por consiguiente, el diseño de un pavimento es esencialmente el
ajuste de la carga de diseño por rueda a la capacidad de la subrasante. La
calidad de la subrasante se expresa en función del módulo de reacción “k”
(Alvarez, 2012).
Subbase o base granular
Es la capa intermedia de la estructura del pavimento con mejores características
que la subrasante, funciona como capa de drenaje que controla la erosión de la
capa subyacente, otra de las funciones es distribuir y soportar las cargas que se
generan en la capa de rodadura y que son transmitidas a la subrasante (Calo,
2013).
Al igual que la subrasante el valor de medida de la subbase es el módulo de
reacción “k1”, que, al combinarse con el ksubrasante, dan lugar al módulo de
reacción combinado “Kc”. A pesar de que la subbase mejora la distribución de
30
las cargas no influye de manera significativa en el espesor de la capa de
rodadura (Calo, 2013).
Capa de rodadura
Es la capa principal y a la cual se le debe el nombre de pavimento rígido. Es una
losa de hormigón de cemento portland, dado su comportamiento mecánico la
losa absorbe las cargas, las distribuye de forma uniforme y las transmite hacia
las capas inferiores. En el diseño de un pavimento rígido la incógnita o valor a
buscar es el espesor de la losa de hormigón de tal manera que cumpla con las
necesidades y requerimientos del sitio en el que se implementará el diseño
(Farinango & Herrera, 2014).
2.10. TIPOS DE PAVIMENTOS
La forma en como está dispuesta y construida la losa da lugar a los diferentes tipos
de pavimentos rígidos:
Pavimento de concreto con juntas y sin elementos de transferencia de
carga.
Se caracterizan por tener juntas de contracción, construcción, expansión,
encargadas de controlar posibles agrietamientos o para permitir el
movimiento del pavimento. Las juntas están espaciadas de 3 a 4.5 m
(Ortuño, Pila, Viteri, & Yagchirema, 2011).
Pavimento de concreto con elementos de transferencia de cargas y
juntas.
31
Este tipo de pavimento se caracteriza por tener elementos de acero que
unen a las losas, una con otra cuyo objetivo es de transmitir las cargas de
un elemento a otro. Las barras son colocadas en la sección más corta del
tablero (Ortuño, Pila, Viteri, & Yagchirema, 2011).
Pavimento de concreto hidráulico con refuerzo discontinuo.
Se caracterizan por tener dos armados uno distribuido a lo ancho de la losa,
y otro en las juntas de contracción, la función principal de estos armados
es mantener cerradas las fisuras, debido a que los tramos en los que están
dispuestos las juntas son más largos, lo que hace que el hormigón tenga
mayor probabilidad de generar grietas (Ortuño, Pila, Viteri, &
Yagchirema, 2011).
Pavimento de concreto con refuerzo continúo.
Se caracterizan por no tener juntas transversales, el refuerzo que posee este
pavimento controla las grietas que se puedan generar debido a la
deficiencia de juntas de contracción (Ortuño, Pila, Viteri, & Yagchirema,
2011).
Pavimentos de concreto hidráulico compactado con rodillo.
Se caracterizan por carecer de juntas y refuerzo, la relación agua-cemento
para este tipo de concreto son relativamente bajos por lo que se requiere
para su colocación in situ de un rodillo vibrador (Ortuño, Pila, Viteri, &
Yagchirema, 2011).
32
2.11. Tipo de Juntas
a) Junta transversal de contracción
Son construidas de forma transversal, controlan el agrietamiento producido por los
cambios bruscos de temperatura. Ubicadas de forma perpendicular al borde y línea
central del pavimento (Farinango & Herrera, 2014).
Ilustración 9. Junta transversal de contracción
Fuente: (Farinango & Herrera, 2014)
b) Junta transversal de construcción
Se induce una grieta controlada y de forma ordenada, recomendada a una distancia
de 4.5 m entre sí, se las realizan al final de la jornada (Farinango & Herrera, 2014).
Ilustración 10. Junta transversal de construcción
Fuente: (Farinango & Herrera, 2014)
33
c) Junta transversal de expansión
Permiten el movimiento horizontal del pavimento con relación a las estructuras
existentes como son las losas de aproches, alcantarillas, los estribos del puente, etc.
Esta junta aísla al pavimento de cualquier otra estructura, el ancho es de 12 a 25
mm, la transferencia de carga se genera en el pasador (Farinango & Herrera, 2014).
Ilustración 11. Junta transversal de expansión
Fuente: (Farinango & Herrera, 2014)
d) Junta longitudinal de contracción
Construidas de forma longitudinal intermedias, que se encuentran dentro de una
franja (Farinango & Herrera, 2014).
Ilustración 12. Junta longitudinal de contracción
Fuente: (Farinango & Herrera, 2014)
34
e) Junta longitudinal de construcción
La función de estas losas es unir las losas adyacentes cunado se ha realizado el
colocado del hormigón en tiempos diferentes (Farinango & Herrera, 2014).
Ilustración 13. Juntas longitudinales de construcción
Fuente: (Farinango & Herrera, 2014)
2.12. FLUJOGRAMA DE DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDOS
MÉTODO AASHTO - 93
Consiste en determinar el espesor D de un pavimento de concreto
1. W18
2. Parámetro ZR
Sigue una ley distribución normal, con una media MT y
una desviación estándar So. Se puede obtener ZR asociado
a un nivel de confiabilidad R.
Requiere la transformación a ejes simples equivalentes
kips (8.2T) de los ejes de diferentes pesos que circulan
sobre el pavimento a lo largo del periodo de diseño.
Log W18 = ZRSO + 7.35 log(D + 1) − 0.06 +log (
∆PSI4.5 − 1.5
)
1.624x107
(D + 1)8.46
+ (4.22 − 0.32Pt)log
[
S´cCd(D0.75 − 1.132)
15.63J [D0.75 −18.42
[Eck
]0.25]
]
35
Ilustración 14. Diseño de Pavimento Rígido – Método AASHTO 93HTO 93
Fuente: Officials, American Association of State Highway and Transportation, 1993
3. Desviación
Estándar So
4. Índice de Servicio Final PT
y variación ∆PSI en el índice
de servicio
Conjuga la desviación estándar de la ley de predicción del
tránsito en el periodo de diseño y el número de ejes que
puede soportar el pavimento hasta que el índice de
servicio descienda. So: 0.30-0.40
2.5 ≥ Carreteras de mayor
tránsito
2.0 para tráficos menos
importantes
∆PSI = Po - Pt
Rígidos: 4.5
5. Coeficiente de
Drenaje CD
Calidad de drenaje: Tiempo que tarda el agua en ser
evacuada
Porcentaje de tiempo: Depende de la precipitación media
anual
6. Coeficiente de
transmisión de
cargas J
Capacidad del pavimento
para transmitir las cargas
a través de las juntas o
grietas
Tipo de pavimento
Tipo de berma
Existencia o no de
dispositivos de
transmisión de cargas
7. Módulo de elasticidad
Ec del concreto
Se determina de acuerdo a la norma ASTM C469
8. Factor de pérdida
de soporte LS
Indica la pérdida de
apoyo potencial de las
losas
Erosión de la sub-base
Asentamientos diferenciales de la
subrasante
9. Módulo de reacción k o
módulo efectivo de la subrasante
10. Determinación del espesor del pavimento
Módulo resiliente de la subrasante
Módulo de la sub-base
Módulo de elasticidad de la sub-base
36
CAPÍTULO III
3. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
3.1. SELECCIÓN DE LOS AGREGADOS
Uno de los pasos más importantes en la elaboración de hormigones de alto
desempeño es la selección adecuada de los agregados. Para el proyecto de
investigación se opta por usar los agregados de una de las canteras existentes en la
parroquia rural de Pifo. Algunas de las construcciones realizadas en Quito son con
agregados provenientes de este sector, y varios proyectos de investigación nos han
demostrado que el material es apto para el diseño de hormigón de alto desempeño.
La escoria cuyo uso será destinado a reemplazar al agregado fino, proviene de una
de las Empresas Siderúrgicas del Ecuador que se encuentra ubicada en el Provincia
de Pichincha, Cantón Mejía.
3.2. UBICACIÓN
Los agregados naturales (arena y ripio) fueron adquiridos de la empresa
“CONSTRUARENAS CIA LTDA”, la cantera se encuentra ubicada en la parroquia
de Pifo, en la vía Pintag – Pifo 2 km y vía Interoceánica, posee un área aproximada
de 16 hectáreas, obtiene agregados a través de la explotación y trituración. La
cantera se halla a una cota aproximada de 2648msnm (Recalde, 2007).
CONSTRUARENAS: LATITUD: 0º 15´14.00” S
LONGITUD: 78º 20´09.17” S
EXTENCIÓN APROXIMADA: 16 Ha
37
Ilustración 15. Ubicación de la cantera ConstruArenas
Fuente: Google Earth
Fotografía 1. Planta de trituración ConstruArenas Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
38
3.3. JUSTIFICACIÓN DE LA SELECCION DEL MATERIAL
Agregado Grueso y Fino (Cantera Construarenas)
La resistencia a la compresión de estos agregados es alta por lo tanto es ideal
para el desarrollo de hormigón de alta resistencia, debido que son Andesitas
de origen ígneo. “La minería que se explota en la Cantera es una roca
Andesítica, y como estéril se tienen rocas sedimentarias y andesitas
meteorizadas” (Recalde, 2007).
Escoria negra de arco eléctrico
Es un material resultante de la fundición de chatarra y que actualmente en
el Ecuador no se le ha destinado a un uso específico, es por ello que en el
presente proyecto se lo destina al desarrollo de un hormigón de Alto
desempeño. Material que se encuentra en constante aumento debido a la
demanda de productos de hierro y acero en la construcción.
3.4. LIMITACIÓN DEL PROYECTO
La cantidad de escoria disponible para el desarrollo del proyecto es limitada,
ya que proviene de una empresa privada que se sujeta a controles
ambientales por parte del Ministerio del Ambiente.
39
3.5. ENSAYO DENSIDAD DEL CEMENTO
La densidad del cemento es el volumen de la masa desplazada y el volumen
expresado en gr/cm3. La densidad del cemento es usada para el cálculo del peso y
volumen en una mezcla de hormigón. La densidad oscila en valores de 2.9 gr/cm3
a 3.10 gr/cm3 (NTE INEN 156, 2009).
La norma NTE INEN 156:2009, establece el método de ensayo para la
determinación de la densidad del cemento. Se puede determinar la densidad del
cemento mediante dos métodos: método de Le Chatellier y el método del
Picnómetro. Para la determinación de la densidad del cemento se debe usar un
líquido que posea una densidad mayor a 0.73 g/cm3 a 23°C ± 2 °C.
MATERIAL Y EQUIPO
Balanza electrónica Ap. ± 0,1 gr
Frasco Le Chatellier
Gasolina
Toallas de papel
Agua
Recipiente metálico
Cemento Selva Alegre Plus
40
Procedimiento del ensayo densidad del cemento
Método Le Chatellier según la NTE INEN 156:2009
Pesar alrededor de 64 g con una aproximación de 0,05 g.
Llenar con gasolina el frasco hasta un punto en la parte baja del cuello entre
las marcas 0 cm3 y 1 cm3, con una toalla de papel secar el interior del frasco
sobre el nivel del líquido.
Registrar la primera lectura del frasco con la gasolina.
Introducir pequeñas cantidades de cemento, evitando que se quede en el
cuello del frasco.
Después hacer rodar el frasco con la gasolina y el cemento en forma
inclinada, para eliminar el aire atrapado, hasta donde se observe que ya no
suban burbujas a la superficie de la gasolina.
Sumergir el frasco en agua para evitar variaciones de temperatura en el
frasco.
Registrar la lectura final
Calcular la densidad del cemento por medio de la siguiente formula.
𝜌 (𝑔
𝑐𝑚3) =
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜(𝑔)
𝑙𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑙𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 (𝑐𝑚3)
41
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DENSIDAD DEL CEMENTO
NORMA: NTE INEN 156:2009(ASTM-C127)
ORIGEN: SELVA ALEGRE - PLUS FECHA DE ENSAYO: 31/01/2017
ENSAYO: 1
DENSIDAD ABSOLUTA DEL CEMENTO
MÉTODO DE LECHATELLIER
Frasco + gasolina 0.5 ml
Masa de frasco + gasolina 323.8 g
Frasco + gasolina + cemento 19 ml
Frasco + cemento + gasolina 376.6 g
Densidad del cemento 2.85 g/cm3
ENSAYO: 2
DENSIDAD ABSOLUTA DEL CEMENTO
MÉTODO DE LECHATELLIER
Frasco + gasolina 0.5 ml
Masa de frasco + gasolina 325.2 G
Frasco + gasolina + cemento 18 Ml
Frasco + cemento + gasolina 375.1 G
Densidad del cemento 2.85 g/cm3
ENSAYO: 3
DENSIDAD ABSOLUTA DEL CEMENTO
MÉTODO DE LECHATELLIER
Frasco + gasolina 0.6 Ml
Masa de frasco + gasolina 322.1 G
Frasco + gasolina + cemento 20 Ml
Frasco + cemento + gasolina 377.3 G
Densidad del cemento 2.85 g/cm3
OBSERVACIÓN:
El promedio de la densidad absoluta del cemento es 2.85 g/cm3.
42
3.6. ENSAYO CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO
La consistencia normal se define como el agua necesaria en el cemento para que la
aguja del aparato de Vicat de 10 mm ± 0.05 mm de diámetro penetre 10mm ± 1mm
durante 30 segundos en la pasta de cemento. La determinación de la consistencia
(NTE INEN 157, 2009).
El ensayo se realiza siguiendo los procedimientos establecidos en la norma NTE
INEN 157:2009 (ASTM C187). Antes de realizar el ensayo se debe tomar en cuenta
la temperatura del ambiente, los moldes deben mantenerse entre 20°C y 27,5 °C, el
agua del mezclado debe estar entre 23°C ± 2,0 °C, y la humedad relativa del
laboratorio no debe ser menos que el 50%.
MATERIAL Y EQUIPO
Balanza electrónica Ap. ± 0,1 gr
Aparato de Vicat
Mezclador mecánico dos velocidades (140 ± 5 r/min y 285 ± 5 r/min)
Probeta 250 cm3 de capacidad
Guantes
Cronómetro
Cono truncado de hule duro
Agua potable
Cemento Selva Alegre Plus
43
Procedimiento consistencia normal del cemento según la NTE INEN
157:2009
Preparar la pasta con 650 g de cemento con una cantidad de agua de
mezclado (entre 26% a 32% respecto al peso del cemento). La paleta y el
recipiente del mezclador deben estar secos.
Colocar el agua en el recipiente del mezclador y agregar el cemento. Dejar
en reposo durante 30 segundos.
Encender la mezcladora con una velocidad lenta (140 ± 5 rpm), durante 30
segundos.
Detener la mezcladora durante 15 segundos y con la paleta raspar el
recipiente retirando la pasta que pueda haberse quedado adherida a ella.
Con la pasta preparada se forma una esfera y se lanza 6 veces de una mano
a otra, con una separación de unos 150 mm,
Llenar completamente con la pasta de cemento por la base mayor del molde,
el exceso retirar con la mano, se coloca la placa sobre la base mayor, se
voltea y se retira el exceso de pasta de la base menor con una pasada de una
espátula.
Para determinar la consistencia normal se coloca el molde con la pasta bajo
del vástago, se hace descender el vástago hasta el extremo del émbolo tenga
contacto con la pasta de cemento, se fija en ese punto.
Se lee la posición inicial y se libera el vástago inmediatamente. La
consistencia normal será cuando el émbolo penetre 10 ± 1 mm, en 30
segundos después de haber sido soltado.
44
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DE CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO
NORMA: NTE INEN 157 (ASTM-C187)
ORIGEN: SELVA ALEGRE - PLUS FECHA DE ENSAYO: 31/01/2017
ENSAYO: 1
Peso del Cemento Cantidad de
Agua
Cantidad
de Agua Penetración
(g) (%) (g) (mm)
650 26 169 5
ENSAYO: 2
Peso del Cemento Cantidad de
Agua
Cantidad
de Agua Penetración
(g) (%) (g) (mm)
650 26.4 171.6 6
ENSAYO: 3
Peso del Cemento Cantidad de
Agua
Cantidad
de Agua Penetración
(g) (%) (g) (mm)
650 27 175.5 10
OBSERVACIONES:
La consistencia del cemento se alcanza con un 27% de agua respecto al material.
45
3.7. ENSAYO TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO
El tiempo de fraguado ayuda a determinar las etapas de endurecimiento que tiene
la pasta del cemento. El tiempo de fraguado puede ser alterado por los siguientes
factores: finura del cemento, composición química del cemento, temperatura del
ambiente, cantidad de agua en la pasta de cemento (NTE INEN 158, 2009).
Se realiza el ensayo en base de una pasta de cemento en consistencia normal con
ayuda del aparato de Vicat. El ensayo se lo realiza a una temperatura mínima de
20°C y humedad del 50% (NTE INEN 158, 2009).
Procedimiento ensayo tiempo de fraguado del cemento según la NTE INEN
158:2009
Con una pasta de cemento en consistencia normal, se coloca dentro de un
anillo cónico y se debe ir determinando el tiempo de fraguado con ayuda del
aparato de Vicat.
La pasta de cemento debe estar tapada con una franela húmeda simulando
un curado, y se debe colocar en el aparato de Vicat en diferentes tiempos,
hasta obtener el fraguado inicial y el fraguado final.
Tomar el fraguado inicial, cuando la aguja penetre 25 mm o menos. Tomar
el fraguado final, cuando la aguja penetre 0 mm en la pasta de cemento.
46
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO
NORMA: NTE INEN 158 (ASTM-C191)
ORIGEN: SELVA ALEGRE - PLUS FECHA DE ENSAYO: 31/01/2017
ENSAYO: 1
ENSAYO TIEMPO DE FRAGUADO " CEMENTO SELVA
ALEGRE PLUS"
DESCRIPCIÓN Unidades Tiempo
Consistencia normal del cemento % 27
Penetración de la aguja de Vicat mm 10
Hora inicio del ensayo h: min 8:48
Tiempo de fraguado inicial del cemento h: min 11:30
Tiempo de fraguado inicial del cemento h: min 1:48
TIEMPO DE FRAGUADO
LECTURA TIEMPO PENETRACIÓN
No min (mm)
1 42 25
2 217 6
3 240 0
TIEMPO DE
FRAGUADO 4 HORAS
OBSERVACIÓN:
El tiempo de fraguado se dio a las 4 horas de haber empezado el ensayo del tiempo
de fraguado.
47
3.8. ENSAYO DE COLORIMETRÍA
El ensayo de colorimetría determina la presencia de materia orgánica inapropiada
para el agregado fino en la elaboración de morteros y hormigones. La materia
orgánica afecta directamente a la resistencia a la compresión del hormigón y a la
correcta hidratación del cemento (NTE INEN 855, 2010).
Para llevar a cabo este ensayo de colorimetría se debe hacer el uso de hidróxido de
sodio el cual esta detallado su uso en la norma NTE INEN 855:2010 (ASTM-C40),
y dependiendo del color que resulte después de las 24 horas se realiza la
determinación de forma cualitativa con respecto a los patrones que se muestran en
la Ilustración 16.
Ilustración 16. Patrón colorimétrico
Fuente: ASTM, “Standar Method of Test for Organic Impurities in Sands for Concrete: C40”
(1942)
48
Tabla 7. Escala de color
N° COLORACIÓN DESCRIPCIÓN
1 Blanco Claro a Transparente Arena de muy buena calidad por no contener
materia orgánica, limo o arcillas.
2 Amarillo Pálido Arena de poca presencia de materia orgánica,
limos o arcillas. Se considera de buena calidad.
3 Amarillo Encendido Contiene materia orgánica en altas cantidades.
Puede
usarse en hormigones de baja resistencia
4 Café Contiene materia orgánica en concentraciones
muy elevadas. Se considera de mala calidad
5 Café Chocolate Arena de muy mala calidad. Existe demasiada
materia orgánica, limos o arcilla. No se usa.
Fuente: ASTM-C40
Material y equipo
Botella de vidrio transparente y graduado, con capacidad de 350 a 470 ml.
Comparador de color normalizado (Norma ASTM –C40)
Arena (aproximadamente 450 g suficiente para llenar un volumen de 130
ml)
Solución de hidróxido de sodio reactivo al 3%
Procedimiento del ensayo según la NTE INEN 855:2010
En la botella de vidrio calibrada se coloca el agregado fino hasta que
ocupe un volumen de 130 ml. Añadir en la botella la solución de hidróxido
de sodio, hasta que ocupe un volumen de 200ml.
Tapar la botella y agitar vigorosamente, hasta observar que el agregado
fino y la solución de hidróxido de sodio se han mezclado completamente,
dejar reposar por 24 horas. Después de las 24 horas se compara el color
obtenido del líquido con las figuras de comparación de color normalizado
(Norma ASTM –C40).
49
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ENSAYO DE COLORIMETRÍA DE LA ARENA SIN LAVAR
NORMA: NTE INEN 855 (ASTM-C40)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 02/02/2017
ENSAYO: 1
COLOR PROPIEDADES
Blanco claro a transparente Arena de muy buena calidad por no
contener materia orgánica, limo o
arcillas
OBSERVACIÓN:
La determinación cualitativa de la arena sin lavar es figura 1 con respecto a la
Ilustración 16, blanco claro a transparente la cual es una arena de muy buena calidad
por no contener materia orgánica, limo o arcilla, siendo ideal para la elaboración de
hormigones de alta resistencia.
50
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MODELOS
ENSAYO DE COLORIMETRÍA DE LA ARENA LAVADA
NORMA: NTE INEN 855 (ASTM-C40)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 02/02/2017
ENSAYO: 1
COLOR PROPIEDADES
Blanco claro a transparente Arena de muy buena calidad por no
contener materia orgánica, limo o
arcillas
OBSERVACIÓN:
La determinación cualitativa de la arena lavada es de figura 1 con respecto a la
Ilustración 16, blanco claro a transparente la cual es una arena de muy buena calidad
por no contener materia orgánica, limo o arcilla, siendo ideal para la elaboración de
hormigones de alta resistencia
51
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DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DE COLORIMETRÍA DE LA ESCORIA SIN LAVAR
NORMA: NTE INEN 855 (ASTM-C40)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 28/01/2017
ENSAYO: 1
COLOR PROPIEDADES
Amarillo encendido Contiene materia orgánica en altas cantidades.
Puede usarse en hormigones de baja resistencia
OBSERVACIÓN:
Escoria sin lavar dio de forma cualitativa figura 3 con respecto a la Ilustración 16,
amarillo encendido, contiene materia orgánica en altas cantidades. Puede usarse en
hormigones convencionales, por lo cual este material para la elaboración de
hormigón de alta resistencia no es adecuado.
52
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MODELOS
ENSAYO DE COLORIMETRÍA DE LA ESCORIA LAVADA
NORMA: NTE INEN 855 (ASTM-C40)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 31/01/2017
ENSAYO: 1
COLOR PROPIEDADES
Blanco claro a transparente
Arena de muy buena calidad por no
contener materia orgánica, limo o
arcillas
OBSERVACIÓN:
La determinación cualitativa de la escoria lavada es de la figura 1 con respecto a la
Ilustración 16, blanco claro a transparente la cual es una arena de muy buena calidad
por no contener materia orgánica, limo o arcilla, siendo ideal para la elaboración de
hormigones de alta resistencia.
53
3.9. ENSAYO PESO ESPECÍFICO (DENSIDAD REAL)
La densidad se define como la relación entre el peso y el volumen del material, los
agregados se caracterizan por tener poros, los cuales pueden estar parcialmente
saturados o saturados por completo, dicha característica genera una serie de estados
entre los que se puede mencionar a los siguientes: humedad seca, húmedo al
ambiente, saturado superficie seca y sobre saturado como muestra la Ilustración 17
(Miranda, 2014).
Ilustración 17. Capacidad de absorción de los agregados
Fuente: civilgeeks, 2011
La densidad real de los agregados es importante ya que en función de dicha
característica se determina la cantidad necesaria de material requerido para producir
un volumen unitario de hormigón, por lo general un valor alto en la densidad
implica un mejor comportamiento en la resistencia del hormigón (Miranda, 2014).
Materiales y equipo
Recipiente metálico y Canastilla metálica
Picnómetro
Agregados en estados SSS (ASTM C-2566H)
Balanza electrónica A ± 0,1g
54
Procedimiento
Verificar que los agregados se encuentren en estado SSS ya sea con el cono
metálico para el caso de la arena o por simple observación para el agregado
grueso.
El agregado grueso será debidamente pesado en estado SSS y la arena será
pesada una vez dentro del Picnómetro
Para determinar el peso sumergido del agregado grueso se procederá a pesar
la canastilla en conjunto con el ripio, mientras que el agregado fino será
pesado considerando una porción de agua y arena y posteriormente
comparada con un volumen de agua similar al conjunto
El peso específico de cada uno de los agregados será determinado con la
fórmula que a continuación se denota:
𝐷(𝑠𝑠𝑠) =𝐴
𝐴 − 𝐵
Dónde:
A= Masa del ripio en estado (SSS)
B = Masa del ripio en agua
55
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ENSAYO DENSIDAD REAL DEL AGREGADO GRUESO
NORMA: NTE INEN 857 (ASTM-C127)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 30/01/2016 - 31/01/2016
ENSAYO: 1
PESO ESPECÍFICO
MASA RECIPIENTE 180 G
MASA RECIPIENTE + RIPIO SSS 3619 G
MASA RIPIO EN SSS 3439 G
MASA CANASTILLA SUMERGIDA 1646 G
MASA CANASTILLA + RIPIO (SUMERGIDO) 3679 G
MASA RIPIO EN AGUA 2033 G
VOLUMEN DESALOJADO 1406 cm3
PESO ESPECÍFICO 2.45 g/cm3
ENSAYO: 2
PESO ESPECÍFICO
MASA RECIPIENTE 298 G
MASA RECIPIENTE + RIPIO SSS 2566 G
MASA RIPIO EN SSS 2268 G
MASA CANASTILLA SUMERGIDA 1646 G
MASA CANASTILLA + RIPIO (SUMERGIDO) 3012 G
MASA RIPIO EN AGUA 1366 G
VOLUMEN DESALOJADO 902 cm3
PESO ESPECÍFICO 2.51 g/cm3
OBSERVACIÓN:
El valor promedio de los ensayos es de 2,48 g/cm3
56
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MODELOS
ENSAYO DE DENSIDAD REAL DE LA ARENA
NORMA: NTE INEN 856 (ASTM-C128)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 30/01/2016 - 31/01/2016
ENSAYO: 1
PESO ESPECIFICO
MASA PICNÓMETRO 126.40 Gr
MASA DE PICNÓMETRO + ARENA SSS 349.60 Gr
MASA DE ARENA EN SSS 223.20 Gr
MASA PICNÓMETRO + ARENA + AGUA 759.10 Gr
MASA PICNÓMETRO CALIBRADO 625.10 Gr
VOLUMEN DESALOJADO 89.2 cm3
PESO ESPECÍFICO 2.50 g/cm3
ENSAYO: 2
PESO ESPECIFICO
MASA PICNÓMETRO 130.00 Gr
MASA DE PICNÓMETRO + ARENA SSS 547.00 Gr
MASA DE ARENA EN SSS 417.00 Gr
MASA PICNÓMETRO + ARENA + AGUA 759.10 Gr
MASA PICNÓMETRO CALIBRADO 508.00 Gr
VOLUMEN DESALOJADO 165.90 cm3
PESO ESPECÍFICO 2.51 g/cm3
OBSERVACIÓN:
El valor promedio de los ensayos es de 2,50 g/cm3
57
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ENSAYO DE DENSIDAD REAL DE LA ESCORIA
NORMA: NTE INEN 856 (ASTM-C128)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 30/01/2016 - 31/01/2016
ENSAYO: 1
PESO ESPECÍFICO
MASA PICNÓMETRO 126.40 gr
MASA DE PICNÓMETRO + ESCORIA SSS 418.30 gr
MASA DE ESCORIA EN SSS 291.90 gr
MASA PICNÓMETRO + ESCORIA+ AGUA 836.00 gr
MASA PICNÓMETRO CALIBRADO 625.90 gr
VOLUMEN DESALOJADO 81.8 cm3
PESO ESPECÍFICO 3.57 g/cm3
ENSAYO: 2
PESO ESPECÍFICO
MASA PICNÓMETRO 129.30 gr
MASA DE PICNÓMETRO + ESCORIA SSS 418.30 gr
MASA DE ESCORIA EN SSS 289.00 gr
MASA PICNÓMETRO + ESCORIA + AGUA 832.00 gr
MASA PICNÓMETRO CALIBRADO 625.90 gr
VOLUMEN DESALOJADO 82.9 cm3
PESO ESPECÍFICO 3.49 g/cm3
OBSERVACIÓN:
El valor promedio de los ensayos es de 3.53 g/cm3
58
3.10. CAPACIDAD DE ABSORCIÓN
Se define como la cantidad de agua requerida para que una partícula llegue al estado
de superficie saturada seca. La capacidad de absorción es directamente proporcional
a la porosidad. La capacidad de absorción es un valor porcentual en función de la
masa seca a las 24h de haber estado en el horno y resulta de la relación entre la
cantidad de agua absorbida por el árido y el peso seco del mismo (NTE INEN 856,
2010).
El ensayo de capacidad de absorción se realizará de acuerdo a los parámetros
establecidos en la norma NTE INEN 856:2010 y 857:2010 (ASTM C-127 Y ASTM
C-128).
MATERIALES
Recipiente metálico
Balanza electrónica (A ± 0.1g) y Balanza (A±1g)
Horno eléctrico 110°C ± 5 °C
Muestra de agregado grueso = 3.6kg y Muestra de arena = 592 g
Procedimiento del ensayo según la NTE INEN 856:2010 Y 857:2010
Las muestras deberán ser sumergidas en agua por 24 horas, y secadas hasta
alcanzar el estado de superficie saturada seca.
Una vez alcanzado el estado SSS y puestas al horno por 24 horas. Con los
pesos obtenidos se calculará la capacidad de absorción en %.
59
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DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
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CAPACIDAD DE ABSORCIÓN AGREGADO GRUESO LAVADO
NORMA: NTE INEN 857 (ASTM-C127)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 31/01/2017-01/02/2017
ENSAYO: 1
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN
MASA RECIPIENTE 180 g
MASA RECIPIENTE + RIPIO SSS 3619 g
MASA RIPIO + RECIPIENTE (SECO) 3523 g
MASA RIPIO EN SSS 3439 g
MASA RIPIO SECO 3343 g
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN 2.87 %
ENSAYO: 2
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN
MASA RECIPIENTE 298 g
MASA RECIPIENTE + RIPIO SSS 2566 g
MASA RIPIO + RECIPIENTE (SECO) 2500 g
MASA RIPIO EN SSS 2268 g
MASA RIPIO SECO 2202 g
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN 2.99 %
OBSERVACIÓN:
El valor promedio de los ensayos es de 2.93 %
60
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DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DE LA ARENA LAVADA
NORMA: NTE INEN 856 (ASTM-C128)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 31/01/2017-01/02/2017
ENSAYO: 1
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN
MASA RECIPIENTE 184.80 g
MASA RECIPIENTE + ARENA SSS 593.00 g
MASA RECIPIENTE + ARENA (SECO) 583.30 g
MASA ARENA SSS 407.20 g
MASA DE ARENA SECA 398.50 g
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN 2.4 %
ENSAYO: 2
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN
MASA RECIPIENTE 122.00 g
MASA RECIPIENTE + ARENA SSS 784.10 g
MASA RECIPIENTE + ARENA (SECO) 768.20 g
MASA ARENA SSS 662.10 g
MASA DE ARENA SECA 646.20 g
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN 2.5 %
OBSERVACIÓN:
El valor promedio de los ensayos es de 2.5%
61
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CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DE LA ESCORIA LAVADA
NORMA: NTE INEN 856 (ASTM-C128)
ORIGEN: EMPRESA SIDERÚRGICA FECHA DE ENSAYO: 01/02/2017
ENSAYO: 1
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN
MASA RECIPIENTE 137.70 g
MASA RECIPIENTE + ESCORIA SSS 581.70 g
MASA RECIPIENTE + ESCORIA (SECO) 568.30 g
MASA ESCORIA SSS 444.00 g
MASA DE ESCORIA SECA 430.60 g
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN 3.1 %
ENSAYO: 2
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN
MASA RECIPIENTE 130.80 g
MASA RECIPIENTE + ESCORIA SSS 422.00 g
MASA RECIPIENTE + ESCORIA (SECO) 414.60 g
MASA ESCORIA SSS 291.20 g
MASA DE ESCORIA SECA 283.80 g
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN 2.6 %
OBSERVACIÓN:
El valor promedio de los ensayos es de 2.85%
62
3.11. ENSAYO DE GRANULOMETRÍA
La granulometría es la distribución de los tamaños de las partículas del agregado
fino y grueso, influyen en la relación agua-cemento, la trabajabilidad, economía,
porosidad, contracción y durabilidad del concreto. La norma NTE-INEN 696
establece el método de ensayo para determinar la distribución de las partículas de
los agregados por tamizado.
Granulometría del agregado grueso
La granulometría del agregado grueso la serie de tamices que se usan son:
2", 11
2", 1",
3
4",
1
2",
3
8", #4. La cantidad de agregado grueso que se usara está en
función de la tabla normalizada NTE INEN 696:2011.
Tabla 8. Tamaño de la muestra para ensayos del árido grueso
Tamaño nominal
de aberturas Tamaño de la muestra del ensayo
mínimo (kg) ASTM mm
3/8" 9.50 1
1/2" 12.50 2
3/4" 19.00 5
1" 25.00 10
1 1/2" 37.50 15
2" 50.00 20
2 1/2 " 63.00 35
3" 75.00 60
Fuente: (NTE INEN 696, 2011)
MATERIALES Y EQUIPO
Guantes, gafas, y mascarilla
Palas
Carretilla
63
Serie de tamices. Norma NTE INEN 154
Recipientes metálicos
Balanza (A = ± 1 g.)
Aproximadamente 10 kg de agregado grueso
Procedimiento según la NTE INEN 696:2011
Cuartear el material para tomar la muestra para ensayar.
Pesar en una balanza la muestra para tener como masa inicial.
Ordenar de forma decreciente los tamices dependiendo de sus aberturas,
colocar todo el agregado en el tamiz superior.
Agitar los tamices alrededor de 5 minutos.
En forma ordenada retirar los tamices y colocar la cantidad retenida en
cada tamiz en los recipientes metálicos, para luego pesar cada uno.
Los valores obtenidos al pesar cada recipiente con la muestra se deberán
registrar y realizar los cálculos respectivos.
Resultados del ensayo de granulometría de los agregados
Por medio del ensayo se tiene valores los cuales serán registrados en una tabla, de
la cual se obtendrá la curva granulométrica de los agregados, el módulo de finura
(MF) y por medio de la interpretación de los resultados se determinará el tamaño
máximo nominal (TMN).
Módulo de finura (MF)
El módulo de finura, llamado también modulo granulométrico da una idea del
grosor o finura del agregado.
64
Módulo de finura del agregado fino (MF)
Los valores de MF del agregado fino de 2.5 a 3 son normales, los agregados finos
cuyos módulos de finura están de 2.8 a 3.2 son ideales para producir hormigones
de alta resistencia.
𝑀.𝐹 =∑% 𝑟𝑒𝑡. 𝐴𝑐𝑢𝑚. (N°4, N°8, N°16, N°30, N°50, N°100)
100
Módulo de finura del agregado grueso (MF)
𝑀. 𝐹 =∑% 𝑟𝑒𝑡. 𝐴𝑐𝑢𝑚. (3”, 1 1/2#”, 3/4”, 3/8”, N°4, N°8, N°16, N°30, N°50, N°100)
100
Tamaño máximo nominal (TMN)
Es la abertura del tamiz inmediatamente superior a aquel cuyo porcentaje retenido
acumulado sea 15% o más (NTE INEN 696, 2011).
Curva granulométrica
Luego de realizar el tamizado de los agregados, y de la tabla que lleva la
información de la granulometría del agregado, se grafica en papel semilogarítmico
el porcentaje que pasa por cada tamiz vs las aberturas de los tamices (mm), en la
norma se establecen límites, en donde la curva granulométrica debe encontrarse
para poderla considerar como árido adecuado para la elaboración de hormigón. La
experiencia ha indicado que las curvas ayudan aproximarse a la gradación de
máxima densidad y mínimo contenido de vacíos.
65
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CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO GRUESO LAVADO
NORMA: NTE-INEN 696: 2011 (ASTM-C136)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 03/02/2017
ENSAYO: 1
MASA DE LA MUESTRA: 13400 g
Tamiz RETENIDO RETENIDO PASA LÍMITES ESPECIFICOS
plg mm PARCIAL ACUMULADO % % MAX MIN
1" 25.4 0.00 0.00 0.0 100.0 - -
3/4" 19 15.50 16.00 0.1 99.9 100.00 100.00
1/2" 12.5 1550.00 1566.00 11.8 88.2 100.00 90.00
3/8" 9.5 5292.00 6858.00 51.6 48.4 70.00 40.00
No. 4 4.75 6220.00 13078.00 98.3 1.7 15.00 0.00
No. 8 2.36 212.00 13290.00 99.9 0.1 5.00 0.00
No. 16 1.18 12.00 13302.00 100.0 0.0 - -
Bandeja 0.30 13302.30 100.0 0.0 - -
Tamaño Nominal Máximo = 1/2" Módulo de finura: 6.50
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
%
abertura del tamiz (mm)
min
max
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DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO GRUESO LAVADO
NORMA: NTE-INEN 696: 2011 (ASTM-C136)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 03/02/2017
ENSAYO: 2
MASA DE LA MUESTRA: 13000 g
Tamiz RETENIDO RETENIDO PASA LÍMITES ESPECIFICOS
plg mm PARCIAL ACUMULADO % % MAX MIN
1" 25.4 0 0.00 0.0 100.0 - -
3/4" 19 16.8 16.00 0.1 99.9 100.00 100.00
1/2" 12.5 600 616.00 4.8 95.2 100.00 90.00
3/8" 9.5 5394 6010.00 47.1 52.9 70.00 40.00
No. 4 4.75 6245 12255.00 96.0 4.0 15.00 0.00
No. 8 2.36 500 12755.00 99.9 0.1 5.00 0.00
No. 16 1.18 10 12765.00 100.0 0.0 - -
Bandeja 0.40 12765.40 100.0 0.0 - -
Tamaño Nominal Máximo = 1/2" Módulo de finura: 6.43
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
0 5 10 15 20
% Q
UE
PA
SA
abertura del tamiz (mm)
min
max
67
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DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO GRUESO LAVADO
NORMA: NTE-INEN 696: 2011 (ASTM-C136)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 03/02/2017
ENSAYO: 3
MASA DE LA MUESTRA: 14000 g
Tamiz RETENIDO RETENIDO PASA LÍMITES ESPECIFICOS
plg mm PARCIAL ACUMULADO % % MAX MIN
1" 25.4 0 0.00 0.0 100.0 - -
3/4" 19 18 16.00 0.1 99.9 100.00 100.00
1/2" 12.5 545 561.00 4.0 96.0 100.00 90.00
3/8" 9.5 6890 7451.00 53.7 46.3 70.00 40.00
No. 4 4.75 5845 13296.00 95.8 4.2 15.00 0.00
No. 8 2.36 570 13866.00 99.9 0.1 5.00 0.00
No. 16 1.18 12 13878.00 100.0 0.0 - -
Bandeja 0.4 13878.40 100.0 0.0 - -
Tamaño Nominal Máximo = 1/2" Módulo de finura: 6.42
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
0 5 10 15 20
% Q
UE
PA
SA
abertura del tamiz (mm)
min
max
68
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CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DE LA ARENA LAVADA
NORMA: NTE-INEN 696: 2011 (ASTM-C136)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 03/02/2017
ENSAYO: 1
MASA DE LA MUESTRA: 430 g
Nº TAMIZ TAMIZ RETENIDO % % LIMITES
PARCIAL ACUMULADO RETENIDO PASA MAX MIN
- - ( mm ) ( g ) ( g ) - - % %
1 3/8 " 9.5 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 100.00
2 No. 4 4.75 0.10 0.10 0.02 99.98 100.00 95.00
3 No. 8 2.36 52.20 52.30 12.25 87.75 100.00 80.00
4 No. 16 1.18 202.10 254.40 59.58 40.42 85.00 50.00
5 No. 30 0.6 93.00 347.40 81.36 18.64 60.00 25.00
6 No. 50 0.3 50.40 397.80 93.16 6.84 30.00 10.00
7 No. 100 0.15 19.00 416.80 97.61 2.39 10.00 2.00
8 No 200 0.075 8.20 425.00 99.53 0.47 5.00 0.00
BANDEJA 2.00 427.00 100.00 0.00 -
Módulo de finura: 3.2
4,75
2,36
1,18
0,6
0,3
0,150,0750
20
40
60
80
100
120
0,01 0,1 1 10
% Q
ue
pas
a
Abertur del tamiz (mm)
max
min
69
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DE LA ARENA LAVADA
NORMA: NTE-INEN 696: 2011 (ASTM-C136)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 03/02/2017
ENSAYO: 3
MASA DE LA MUESTRA: 410 g
1 2 3 4 5 6 7 8
Nº TAMIZ RETENIDO % % LIMITES
PARCIAL ACUMULADO RETENIDO PASA max min
- - ( mm ) ( g ) ( g ) - - % %
1 3/8 " 9.5 0 0 0.00 100.00 100 100
2 No. 4 4.75 0.1 0.1 0.02 99.98 100 95
3 No. 8 2.36 52.2 52.3 12.90 87.10 100 80
4 No. 16 1.18 140 192.3 47.45 52.55 85 50
5 No. 30 0.6 130 322.3 79.52 20.48 60 25
6 No. 50 0.3 40 362.3 89.39 10.61 30 10
7 No. 100 0.15 25 387.3 95.56 4.44 10 2
8 No 200 0.075 10 397.3 98.03 1.97 5 0
bandeja - 8 405.3 100.00 0.00 - -
Módulo de finura: 3.2
OBSERVACIÓN:
El promedio de módulo de finura de la arena lavada es 3.2
4,75
2,36
1,18
0,6
0,30,150,0750
20
40
60
80
100
120
0,01 0,1 1 10
% Q
ue
pas
a
Abertura del tamiz (mm)
max
min
70
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FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DE LA ESCORIA LAVADA
NORMA: NTE-INEN 696: 2011 (ASTM-C136)
ORIGEN: EMPRESA SIDERÚRGICA FECHA DE ENSAYO: 30/01/2017
ENSAYO: 1
MASA DE LA MUESTRA: 560 g
Nº TAMIZ RETENIDO % % LIMITES
PARCIAL ACUMULADO RETENIDO PASA MAX MIN
- - (mm) (g) (g) - - % %
1 3/8 " 9.5 0 0 0.00 100.00 100.00 100.00
2 No. 4 4.75 0.9 0.9 0.16 99.84 100.00 95.00
3 No. 8 2.36 123.4 124.3 22.42 77.58 100.00 80.00
4 No. 16 1.18 142.8 267.1 48.18 51.82 85.00 50.00
5 No. 30 0.6 137.4 404.5 72.96 27.04 60.00 25.00
6 No. 50 0.3 67 471.5 85.05 14.95 30.00 10.00
7 No.
100 0.15 53.4 524.9 94.68 5.32 10.00 2.00
8 No 200 0.075 29.5 554.4 100.00 0.00 5.00 0.00
bandeja - 0 554.4 100.00 0.00 - -
Módulo de finura: 3.1
100,0099,84
77,58
51,82
27,04
14,95
5,320
20
40
60
80
100
120
0,01 0,1 1 10
% Q
ue
pas
a
Abertura del tamiz (mm)
max
min
71
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FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DE LA ESCORIA LAVADA
NORMA: NTE-INEN 872 (ASTM-C136)
ORIGEN: EMPRESA SIDERÚRGICA FECHA DE ENSAYO: 30/01/2017
ENSAYO: 2
MASA DE LA MUESTRA: 495 g
1 2 3 4 5 6 7 8
Nº TAMIZ RETENIDO % % LIMITES
PARCIAL ACUMULADO RETENIDO PASA MAX MIN
- - (mm) (g) (g) - - % %
1 3/8 " 9.5 0 0 0.00 100.00 100.00 100.00
2 No. 4 4.75 0.7 0.7 0.14 99.86 100.00 95.00
3 No. 8 2.36 122.5 123.2 25.12 74.88 100.00 80.00
4 No. 16 1.18 114.2 237.4 48.41 51.59 85.00 50.00
5 No. 30 0.6 120.7 358.1 73.02 26.98 60.00 25.00
6 No. 50 0.3 52 410.1 83.63 16.37 30.00 10.00
7 No. 100 0.15 52.2 462.3 94.27 5.73 10.00 2.00
8 No 200 0.075 27.1 489.4 99.80 0.20 5.00 0.00
bandeja - 1 490.4 100.00 0.00 - -
Módulo de finura: 3.0
OBSERVACIÓN:
El promedio del módulo de finura de la escoria lavada es 3,0
4,752,36
1,18
0,6
0,3
0,15
0,0750
20
40
60
80
100
120
0,01 0,1 1 10
% Q
ue
pas
a
Abertura del tamiz (mm)
max
min
72
3.12. ENSAYO DE ABRASIÓN
El ensayo de abrasión es usado para medir el desgaste del agregado grueso al ser
sometido a fuerzas de rozamiento e impacto entre partículas, dicho ensayo nos da
una idea general de la calidad del agregado que se va a usar en el hormigón. Es una
propiedad física indispensable en la fabricación de concretos especialmente de alta
resistencia. El ensayo se rige bajo la norma NTE INEN (Miranda, 2014).
Antes de proceder a la ejecución del ensayo es necesario determinar la gradación
del agregado información que será obtenida de la granulometría y será comparada
con las tablas de gradación que se hallan en la norma INEN a la que se sujeta el
ensayo de abrasión.
Valor de la degradación
Es un valor porcentual que resulta de la diferencia entre la masa inicial de la muestra
y la masa que es retenida en el tamiz #12 dividido para su masa inicial (Miranda,
2014).
%𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑟𝑒𝑣 = 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑢é𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑟𝑒𝑣
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100%
Coeficiente de uniformidad
Es la relación que existen entre el porcentaje de pérdidas después de 100 rev para
él % perdida después de 500 rev, dicho valor representa cuan uniforme es el
agregado que va hacer usado (Miranda, 2014).
𝐶𝑢 =%𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑣 100
%𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑣 500
73
Materiales y equipo
Máquina de los Ángeles, es un tambor cerrado a los extremos con un
diámetro de 711mm ± 5mm
Balanza de precisión A ±1g
11 esferas de acero de masas entre 390g y 445 g
Tamices de 1/2” y 3/8” que cumplan con la norma NTE INEN 154.
Muestra de agregado grueso de 5000g
Procedimiento según la NTE INEN 860:2011
El material retenido en el tamiz de ½” es pesado hasta tener 2550 g de igual
manera se realiza con el material retenido en el 3/8”, la cantidad de material
requerido está en función de la gradación del agregado.
Los 5000g de agregado grueso son colocados en la máquina de los Ángeles,
como la gradación es B se deberá colocar 11 esferas de acero.
El primer punto de análisis será cuando el tambor de la maquina haya dado
100 rev y un segundo punto de análisis se dará a las 500 rev.
Se realiza la separación de la muestra a las 100 rev sobre un tamiz #12, el
material retenido es pesado y vuelto a colocar en la máquina de los Ángeles,
este proceso es vuelto a realizar después de las 500 rev.
Se procede a calcular tanto el valor de degradación como el coeficiente de
uniformidad.
74
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FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DE RESISTENCIA A LA ABRASIÓN DEL AGREGADO
GRUESO
NORMA: NTE INEN 860:2011 (ASTM-C131)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 03/02/2017
ENSAYO: 1
TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL DEL ARIDO 1/2”
GRADACIÓN B
ESFERAS 11
DESCRIPCIÓN CANTIDAD UNIDAD
MASA INICIAL 5000 g
RETENIDO DESPUÉS DE 100REV EN EL
TAMIZ #12 4727 g
PÉRDIDA DESPUÉS DE 100REV 273 g
PÉRDIDA DESPUÉS DE 100REV 5.46 %
RETENIDO DESPUÉS DE 500 REV EN EL
TAMIZ #12 3974 g
PÉRDIDA DESPUÉS DE 500REV 1026 g
PERDIDA DESPUES DE 500 REV 20.52 %
COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD 0.27 u
OBSERVACIÓN:
El valor de la degradación es de 20.52% están dentro de los límites de la norma
que establece como valor máximo 50%
75
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MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DE RESISTENCIA A LA ABRASIÓN DEL AGREGADO
GRUESO
NORMA: NTE INEN 860:2011 (ASTM-C131)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 03/02/2017
ENSAYO: 2
TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL DEL ARIDO 1/2”
GRADACIÓN B
ESFERAS 11
DESCRIPCIÓN CANTIDAD UNIDAD
MASA INICIAL 5000 g
RETENIDO DESPUÉS DE 100REV EN EL
TAMIZ #12 4664 g
PÉRDIDA DESPUÉS DE 100REV 278 g
PÉRDIDA DESPUÉS DE 100REV 6.72 %
RETENIDO DESPUÉS DE 500 REV EN EL
TAMIZ #12 3950 g
PÉRDIDA DESPUÉS DE 500REV 1050 g
PÉRDIDA DESPUÉS DE 500 REV 21 %
COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD 0.26 u
OBSERVACIÓN:
El valor de la degradación es de 21% están dentro de los límites de la norma que
establece como valor máximo 50%
76
3.13. ENSAYO DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA
La densidad aparente de los agregados es la relación entre el volumen y el peso
seco, en el que se incluyen los huecos y poros, que sean aparentes o no. En el
laboratorio se busca el peso del agregado que se requiere para llenar completamente
un recipiente cilíndrico con un volumen unitario específico. La densidad aparente
está relacionada con la granulometría ya que, si se tiene áridos bien graduados y
con una granulometría adecuada esto disminuye el contenido de vacíos,
disminuyendo a la vez el requerimiento de mortero (Chiluisa, 2014).
La norma NTE INEN 858:2010 (ASTM-C29), establece el método de ensayo para
la determinación de la densidad aparente suelta y compactada de los agregados y el
cálculo de los vacíos entre las partículas, este ensayo es primordial para diseño de
la dosificación de las mezclas de hormigón.
MATERIAL Y EQUIPO
Balanza
Varilla de compactación, varilla recta lisa, de acero de 16 mm de diámetro
y aproximadamente 600 mm de longitud con uno o dos extremos
redondeados con punta semiesférica para la compactación
Recipiente cilíndrico de metal
Palas
Balanza (A = ± 1 g.)
77
Procedimiento del ensayo densidad aparente suelta según la NTE INEN
858:2010.
Tomar una muestra del agregado y cuartearla para obtener una muestra
reducida, la muestra con la que se va a trabajar debe estar seca.
Colocar un molde grande rectangular al nivel de la superficie, sobre él un
molde cilíndrico calibrado del que se conozca el volumen y la masa del
mismo.
Con ayuda de la pala se ira llenando el molde con el agregado hasta la
superficie del mismo, con la varilla se enrasa la superficie
Pesar el cilindro con el material enrasado y registrar los valores obtenidos.
Procedimiento del ensayo densidad aparente compactada según la NTE
INEN 858:2010
Tomar una muestra del agregado y cuartearla para obtener una muestra
reducida, la muestra con la que se va a trabajar debe estar seca.
Colocar en el molde el agregado hasta llenar la tercera parte del molde, con
ayuda de la varilla compactar la capa del agregado con 25 golpes,
distribuidos de forma uniforme sobre toda la superficie, luego llenar los 2/3
del molde y por último llenar el molde a rebosar y compactar,
Nivelar la superficie con ayuda de la varilla.
Pesar el cilindro con el material enrasado y registrar los valores obtenidos.
78
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MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DENSIDAD APARENTE SUELTAY COMPACTADA
AGREGADO GRUESO
NORMA: NTE INEN 858:2010 (ASTM-C29)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 03/02/2017
ENSAYO: 1
MASA DEL RECIPIENTE VACIO: 2584 (g):
VOLUMEN RECIPIENTE: 2872 (cm3)
DENSIDAD APARENTE SUELTA
MASA DE RIPIO SUELTO +
RECIPIENTE (g)
MASA DEL RIPIO
SUELTO (g)
6088.00 3504.00
6071.00 3487.00
6074.00 3490.00
Promedio (g) 3493.67
Densidad suelta (g/cm3) 1.22
DENSIDAD APARENTE COMPACTADA
MASA DEL RIPIO COMPACTADO +
RECIPIENTE(g)
MASA DEL RIPIO
COMPACTADO (g)
6573.00 3989.00
6489.00 3905.00
6442.00 3858.00
Promedio (g) 3917.33
Densidad compactada (g/cm3) 1.36
79
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MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA
AGREGADO GRUESO
NORMA: NTE INEN 858:2010 (ASTM-C29)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 03/02/2017
ENSAYO: 2
DENSIDAD APARENTE SUELTA
MASA DE RIPIO SUELTO +
RECIPIENTE (g)
MASA DEL RIPIO
SUELTO (g)
6080.00 3496.00
6076.00 3492.00
6079.00 3495.00
Promedio (g) 3494.33
Densidad suelta (g/cm3) 1.22
DENSIDAD APARENTE COMPACTADA
OBSERVACIÓN:
El promedio de la densidad suelta del ripio es 1.22 g/cm3, y de la densidad
compactada del ripio es 1.36 g/cm3.
MASA DEL RIPIO COMPACTADO +
RECIPIENTE(g)
MASA DEL RIPIO
COMPACTADO (g)
6574.00 3990.00
6494.00 3910.00
6450.00 3866.00
Promedio (g) 3922.00
Densidad compactada (g/cm3) 1.37
80
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MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DENSIDAD APARENTE SUELTAY COMPACTADA ARENA
NORMA: NTE INEN 858:2010 (ASTM-C29)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 03/02/2017
ENSAYO: 1
MASA DEL RECIPIENTE VACIO: 2584 (g):
VOLUMEN RECIPIENTE: 2872 (cm3)
DENSIDAD APARENTE SUELTA
MASA DE LA ARENA SUELTO +
RECIPIENTE (g)
MASA DE LA ARENA
SUELTO (g)
6730.00 4146.00
6695.00 4111.00
6695.00 4111.00
6729.00 4145.00
Promedio (g) 4128.25
Densidad suelta (g/cm3) 1.44
DENSIDAD APARENTE COMPACTADA
MASA DE LLA ARENA
COMPACTADO + RECIPIENTE(g)
MASA DE LA ARENA
COMPACTADO (g)
7245.00 4661.00
7300.00 4716.00
7281.00 4697.00
7276.00 4692.00
Promedio (g) 4691.50
Densidad compactada (g/cm3) 1.63
81
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MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DENSIDAD APARENTE SUELTAY COMPACTADA ARENA
NORMA: NTE INEN 858:2010 (ASTM-C29)
ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 03/02/2017
ENSAYO: 2
DENSIDAD APARENTE SUELTA
MASA DE LA ARENA
SUELTO + RECIPIENTE (g) MASA DE LA ARENA SUELTO (g)
6740.00 4156.00
6730.00 4146.00
6740.00 4156.00
6740.00 4156.00
Promedio (g) 4153.50
Densidad suelta (g/cm3) 1.45
DENSIDAD APARENTE COMPACTADA
MASA DE LLA ARENA
COMPACTADO + RECIPIENTE(g)
MASA DE LA ARENA
COMPACTADO (g)
7265.00 4681.00
7290.00 4706.00
7281.00 4697.00
7264.00 4680.00
Promedio (g) 4691.00
Densidad compactada (g/cm3) 1.63
OBSERVACIÓN:
El promedio de la densidad aparente suelta es 1.45 g/cm3 y el promedio de la
densidad compactada de la arena es 1.63 g/cm3.
82
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MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DENSIDAD APARENTE SUELTAY COMPACTADA ESCORIA
NORMA: NTE INEN 858:2010 (ASTM-C29)
ORIGEN: EMPRESA SIDERÚRGICA FECHA DE ENSAYO: 05/02/2017
ENSAYO: 1
MASA DEL RECIPIENTE VACIO: 2584 (g):
VOLUMEN RECIPIENTE: 2872 (cm3)
DENSIDAD APARENTE SUELTA
MASA DE LA ESCORIA SUELTO +
RECIPIENTE (g)
MASA DE LA ESCORIA
SUELTO (g)
8430.00 5846.00
8415.00 5831.00
8587.00 6003.00
8309.00 5725.00
8455.00 5871.00
8375.00 5791.00
Promedio (g) 5844.50
Densidad suelta (g/cm3) 2.03
DENSIDAD APARENTE COMPACTADA
MASA DE LA ESCORIA
COMPACTADO + RECIPIENTE(g)
MASA DE LA ESCORIA
COMPACTADO (g)
8830.00 6246.00
8855.00 6271.00
8929.00 6345.00
8895.00 6311.00
8887.00 6303.00
8862.00 6278.00
Promedio (g) 6292.33
Densidad compactada (g/cm3) 2.19
83
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MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
ENSAYO DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA ESCORIA
NORMA: NTE INEN 858:2010 (ASTM-C29)
ORIGEN: EMPRESA SIDERÚRGICA FECHA DE ENSAYO: 05/02/2017
ENSAYO: 2
DENSIDAD APARENTE SUELTA
MASA DE LA ESCORIA SUELTO +
RECIPIENTE (g)
MASA DE LA ESCORIA
SUELTO (g)
8440.00 5856.00
8425.00 5841.00
8460.00 5876.00
8410.00 5826.00
8470.00 5886.00
8392.00 5808.00
Promedio (g) 5848.83
Densidad suelta (g/cm3) 2.04
DENSIDAD APARENTE COMPACTADA
MASA DE LA ESCORIA
COMPACTADO + RECIPIENTE(g)
MASA DE LA ESCORIA
COMPACTADO (g)
8810.00 6226.00
8870.00 6286.00
8910.00 6326.00
8905.00 6321.00
8855.00 6271.00
8843.00 6259.00
Promedio (g) 6281.50
Densidad compactada (g/cm3) 2.19
OBSERVACIÓN:
El promedio de la densidad aparente suelta de la escoria es 2.04 g/cm3 y el
promedio de la densidad compactada de la escoria es 2.19 g/cm3.
84
3.14. ELEMENTOS QUÍMICOS EN LAS ESCORIAS NEGRAS
3.14.1. Test TCLP (Procedimiento de lixiviación característico de toxidad)
El test TCLP determina especies tóxicas inorgánicas presentes en un material, este
ensayo es aplicable a muestras tales como residuos industriales, lodos provenientes
de plantas de tratamiento de agua servida, suelos contaminados, que requieren ser
evaluados para medir su peligrosidad en la naturaleza. El Test TCLP está en base
al método EPA 1311 (Benivia, 2016).
La metodología está basada en la extracción de elementos de origen inorgánico
desde el residuo, el cual se pone en contacto con una solución de lixiviación
(liquido: sólido de 1:20), durante 18 horas de agitación continua a temperatura
ambiente (USEPA, 1991).
Los resultados otorgados por la Empresa Siderúrgica correspondientes al TCLP
presentados en la Tabla 9 son comparados con la Tabla 10, que corresponde a los
límites permitidos de descarga al sistema del alcantarillado público que se hallan en
la NORMA DE CALIDAD AMBIENTAL Y DE DESCARGA DE AFLUENTES
DEL ECUADOR.
La comparación de las tablas se da envista a que el diseño de hormigón es destinado
a un pavimento rígido, donde se ve afectado por el flujo vehicular y el medio
ambiente. Las descargas al sistema de alcantarillado provenientes de actividades
sujetas a regularización deberán cumplir, al menos, con los valores establecidos en
la Tabla 10, en la cual las concentraciones corresponden a valores medios diarios
(Ministerio del Ambiente, 2014).
85
Tabla 9. Escoria triturada (TCLP EPA1311)
Parámetros Simbología Unidad ESCORIA
Aluminio Al mg/l 0,28
Arsénico
total As mg/l 0,005
Bario Ba mg/l 4,4
Cadmio Cd mg/l 0,034
Cobalto
total Co mg/l 0,0038
Cobre Cu mg/l 0,05
Cromo
Hexavalente Cr+6 mg/l 0,022
Fósforo
Total P mg/l 0,5
Hierro total Fe mg/l 2,3
Manganeso Mn mg/l 5
Mercurio
(total) Hg mg/l 0,001
Níquel Ni mg/l 0,036
Plata Ag mg/l 0,001
Plomo Pb mg/l 0,092
Selenio Se mg/l 0,01
Vanadio V mg/l 0,02
Zinc Zn mg/l 38,00
Fuente: Empresa siderúrgica del Ecuador, (Laboratorio químico Gruentec Cía. Ltda.)
Nota: El estudio de lixiviado de la escoria es completo sin embargo se hace referencia solo a
aquellos que constan en el TULAS. El ensayo completo se encuentra en el Anexo 1
86
Tabla 10. Límites de descarga al sistema de alcantarillado público
Parámetros Simbología Unidad
Límite
máximo
permisible
Aluminio Al mg/l 5,00
Arsénico
total As mg/l 0,10
Bario Ba mg/l 5,00
Cadmio Cd mg/l 0,02
Cobalto total Co mg/l 0,50
Cobre Cu mg/l 1,00
Cromo
Hexavalente Cr+6 mg/l 0,50
Fósforo
Total P mg/l 15,00
Hierro total Fe mg/l 25,00
Manganeso Mn mg/l 10,00
Mercurio
(total) Hg mg/l 0,01
Níquel Ni mg/l 2,00
Plata Ag mg/l 0,50
Plomo Pb mg/l 0,50
Selenio Se mg/l 0,50
Vanadio V mg/l 5,00
Zinc Zn mg/l 10,00
Fuente: “Anexo 1 Del Libro Vi Del Texto Unificado De Legislación Secundaria Del Ministerio
Del Ambiente: Norma De Calidad Ambiental Y De Descarga De Efluentes Al Recurso Agua.
(Ministerio del Ambiente, 2014)”
87
Tabla 11. Cuadro comparativo entre los límites de descarga permisibles y el
ensayo TCLP de la escoria
Parámetros Simbología Unidad
Límite
máximo
permisible
ESCORIA Condición
Cadmio Cd mg/l 0,02 0,034 NO CUMPLE LA
NORMA
Hierro total Fe mg/l 25,00 2,3 CUMPLE CON LA
NORMA
Plomo Pb mg/l 0,50 0,092 CUMPLE CON LA
NORMA
Zinc Zn mg/l 10,00 38,00 NO CUMPLE LA
NORMA
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina.
El cadmio y el zinc superan el límite máximo permisible para descarga al
alcantarillado público, los cuales pueden llegar hacer encapsulados por el material
cementante en la fabricación del hormigón de alto desempeño. Dicha hipótesis será
verificada con un nuevo ensayo TCLP que será realizado al diseño de hormigón de
alto desempeño.
88
3.14.2. Determinación de metales pesados Método EPA 3050 para Suelos
El ensayo se realiza para determinar la cantidad de metales pesados existentes en
una muestra de suelo usando el método de 3050, conocido como digestión ácida de
suelo por espectrofotometría de absorción atómica. Consiste básicamente en diluir
a la muestra por medios químicos hasta convertirle en material soluble, una vez
diluido el material se procede a colocarlo en la máquina Espectrofotométrica de
absorción atómica en la cual se determina la cantidad de metales pesados existentes
en una muestra expresada en mg/kg.
Los valores obtenidos del ensayo realizado a las escorias negras serán comparados
con los límites máximos permitidos que se presentan en la “Norma de calidad
Ambiental del recurso de Suelo y criterios de remediación para suelos
contaminados”, bajo el amparo de la Ley de Gestión Ambiental y del Reglamento
a la Ley de Gestión Ambiental para la prevención y control de la Contaminación
Ambiental.
Tabla 12. Criterios de calidad para suelos
Parámetros Expresado
como Unidad
Límite
máximo
permisible
Cadmio Cd mg/kg 0,50
Calcio Ca mg/kg -
Cinc Total Zn mg/kg 60,00
Cromo Total Cr mg/kg 20,00
Hierro Total Fe mg/kg -
Magnesio Total Mg mg/kg -
Plomo Total Pb mg/kg 25,00
Fuente: (Anexo 2 del libro VI del texto unificado de legislación secundaria: Norma de calidad
ambiental del recurso suelo y criterios de remediación para suelos contaminados, 2015)
89
Tabla 13. Resultados ensayo químico escoria negra
Parámetros Expresado
como Unidad ESCORIA
Cadmio Cd mg/kg 2
Calcio Ca mg/kg 80157
Cinc Total Zn mg/kg 1599
Cromo
Total Cr mg/kg 48
Hierro Total Fe mg/kg 57669
Magnesio
Total Mg mg/kg 12993
Plomo Total Pb mg/kg 89
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Nota: El informe del ensayo realizado se adjunta en el Anexo 2
Tabla 14. Cuadro comparativo del ensayo en la escoria y los límites permisibles
Parámetros
Límite
máximo
permisible
ESCORIA Condición
Cadmio 0,50 2 NO CUMPLE LA NORMA
Calcio - 80157 NO EXISTE CONTROL
Cinc Total 60,00 1599 NO CUMPLE LA NORMA
Cromo Total 20,00 48 NO CUMPLE LA NORMA
Hierro Total - 57669 NO EXISTE CONTROL
Magnesio
Total - 12993 NO EXISTE CONTROL
Plomo Total 25,00 89 NO CUMPLE LA NORMA
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Ninguno de los elementos analizados cumple con los requerimientos para calidad
de suelo establecido por el Ministerio del Ambiente.
90
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
Tabla 15. Cuadro resumen de las propiedades físicas y mecánicas de los
materiales
ENSAYO MATERIAL NORMA RESULTADOS U
DENSIDAD ABSOLUTA
DEL CEMENTO
SELVALEGRE
PLUS
NTE INEN 156 2,85 g/cm3
CONSISTENCIA DEL
CEMENTO NTE INEN 157
Para obtener una
penetración de
10mm
27%
TIEMPO DE FRAGUADO NTE INEN 158 4 h
COLORIMETRÍA
ARENA
NTE INEN 855
Blanco claro a
transparente u
ESCORIA Blanco claro a
transparente u
DENSIDAD REAL
ARENA NTE INEN 856
2,50 g/cm3
ESCORIA 3,53 g/cm3
RIPIO NTE INEN 857 2,48 g/cm3
CAPACIDAD DE
ABSORCIÓN
ARENA NTE INEN 856
2,50 %
ESCORIA 2,85 %
RIPIO NTE INEN 857 2,93 %
GRANULOMETRÍA /
MÓDULO DE FINURA
ARENA
NTE INEN 696
3.20 U
ESCORIA 3,00 U
RIPIO 6,43 U
RESISTENCIA A LA
ABRASIÓN RIPIO NTE INEN 860 21,00 %
DENSDAD APARENTE
SUELTA
ARENA
NTE INEN 858
1,45 g/cm3
ESCORIA 2,04 g/cm3
RIPIO 1,22 g/cm3
DENSDAD APARENTE
COMPACTADA
ARENA
NTE INEN 858
1,63 g/cm3
ESCORIA 2,19 g/cm3
RIPIO 1,36 g/cm3
-------------------------------------
Ing. Luz América Juinia Juiña.
Supervisión técnica
91
3.15. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN CAPÍTULO III
La escoria es un material denso supera en un 30% al peso específico de la
arena, valores que deberán ser considerados al diseñar el hormigón de alto
desempeño.
La capacidad de absorción de la escoria es un 12% mayor al de la arena.
El material grueso (ripio) es un material bien graduado, cumple con lo
establecido en la norma NTE INEN 696
La granulometría de la escoria cumple con la norma INEN 696. El material
tuvo que ser tamizado previo a la realización del ensayo, con la finalidad de
retirar el material grueso retenido en el tamiz #4.
El desgaste del agregado grueso fue de un 21% y la norma establece como
límite 50%, en cuanto a lo mencionado el material es de excelente calidad.
92
CAPÍTULLO IV
4. DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN DE ALTO DESEMPEÑO
4.1. GENERALIDADES
Diseñar un hormigón consiste en determinar la combinación correcta que permita
obtener un producto que tenga buena trabajabilidad y alcance la resistencia
especificada, para ello es necesario conocer las propiedades físicas y mecánicas de
los materiales que intervendrán en el diseño, el uso que se pretende dar al hormigón
y la resistencia a la cual estará sometido.
4.2. DOSIFICACIÓN
Se define como la cantidad de material requerido (agregado grueso, fino, agua,
material cementante, aditivo, etc.) con el que se elabora un hormigón que deberá
cumplir una determinada especificación. La dosificación puede ser expresada en
unidades de volumen o en masa, requeridos para elaborar un hormigón de
determinadas características, considerando que los agregados se hallan en
superficie saturada seca (Hidalgo & Mora, 2016). Generalmente para diseños de
hormigón de alta resistencia la dosificación es expresada en unidades de masa, de
la siguiente manera:
0.36: 1.00:1.35: 1.50
El primer valor corresponde a la cantidad de agua requerida, es un valor influyente
en la resistencia y costo del hormigón, indica que por cada kilogramo de material
cementante se requerirá 0.36 litros de agua. El segundo valor corresponde al
material cementante, la forma de expresar una dosificación resulta de dividir la
cantidad de material cementante para cada uno de los componentes del hormigón
93
requeridos para un metro cúbico. El tercer valor corresponde al agregado fino y el
último pertenece al agregado grueso. Es decir que en 50 kg de material cementante
necesitaremos 1.36 veces más de material fino y 1.5 más de material grueso.
4.3. PROBETAS DE HORMIGÓN
Son realizadas con el objetivo de evidenciar que el diseño de hormigón fue
realizado correctamente. Son tomadas durante el proceso de fabricación de la
mezcla, consideradas como testigos de la resistencia del hormigón, ya sea por un
ensayo a compresión o tracción. La norma INEN NTE 1855 recomienda la
realización mínima de dos probetas.
Las formas geométricas de las probetas dependen de la resistencia que se pretende
determinar para el caso de la resistencia a la compresión generalmente se usan
probetas cilíndricas cuya sección debe ser ½ de la altura y a su vez el tamaño del
agregado debe ser 1/3 de longitud. Cuando se requiere determinar la resistencia a
flexo tracción se usan vigas de por lo menos 15x15x50 cm (NTE INEN 872, 2011).
El tamaño nominal del agregado usado en el proyecto es de ½ pulgada por lo tanto
las probetas recomendadas serán de 100mm x 200mm. La norma es clara en cuanto
a las dimensiones mínimas para el ensayo a flexo tracción por lo tanto la dimensión
de las vigas será de 15x15x50cm.
4.3.1. Elaboración De Las Probetas
Una vez que la mezcla alcance la consistencia deseada comprobada previamente
con el cono de Abrams, se procede al vertido de la mezcla para ello es necesario un
vibrado ya sea por medios mecánicos como un compactador o por varillado de
forma manual (NTE INEN 872, 2011). La norma INEN NTE 1576 especifica qué
94
tipo de compactación usar en función del asentamiento obtenido como se muestra
en la Tabla 16.
Tabla 16. Requisitos para determinar el método de compactación
Asentamiento mm Método de compactación
≥ 25 Varillado o vibración
< 25 Vibración
Fuente: NTE INEN 1576
La mezcla se coloca en 2, 3 o 4 capas dependiendo la dimensión del molde que vaya
hacer usado. El varillado de la mezcla debe ser realizado con la misma intensidad
para cada una de las capas de vertido del hormigón. Una vez varillado se procede a
la eliminación de burbujas o espacios vacíos dejados por el varillado, para ello se
requiere de un mazo con el que se golpe exteriormente a los moldes en repeticiones
de 10 a 15 veces por cada capa de vertido de mezcla (NTE INEN 872, 2011).
El curado de las probetas comienza una vez finalizado la etapa de moldeo, la norma
NTE INEN 1576 recomienda para hormigones de 40MPa que durante las primeras
48h se mantengan en un ambiente a temperaturas de entre 20º y 26º centígrados.
Posterior al curado inicial y desmolde de las probetas, estas deberán ser sumergidas
en agua a una temperatura de 23º C o colocadas en cámaras de curado donde se
evite la pérdida de agua de las muestras (NTE INEN 872, 2011).
95
4.4. ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA ESPECIFICADA DEL HORMIGÓN
(f´c= 42MPa)
Para la investigación la resistencia especificada es de f´c =42MPa puesto que la
según la guía del ACI 211.R-93 un hormigón de alto desempeño es superior a los
6000 psi. La resistencia especificada (f´c) dependerá de la experiencia y criterio del
profesional calculista a cargo del diseño estructural, además dependerá del tipo de
estructura que se desea conformar (Rodriguez, 2014).
Con la resistencia especificada se espera obtener un módulo de rotura no menor a
4.2 MPa. Generalmente el módulo de rotura representa el 10% al 20 % de la
resistencia a la compresión esto dependerá mucho de la calidad de los materiales
que se usen en la fabricación del hormigón (ADOCEM, 2015).
4.5. ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA PROMEDIO REQUERIDA (f´cr)
Existe variación de resistencia en una misma mezcla, debido a: la calidad de los
materiales, heterogeneidad del hormigón, transporte, colocación, compactación, y
curado del concreto, a causa de esta variación el diseño de mezcla debe realizarse
con factores de mayoración que garanticen obtener resistencias superiores a la
especificada f´c, a la resistencia que considera los factores de seguridad se la conoce
con el nombre de “Resistencia Promedio Requerida (f´cr)” (Rodriguez, 2014). Para
la investigación no se tiene datos disponibles para establecer una desviación
estándar de la muestra, el ACI 211.4R y el ACI 318-08 presentan formulas y tablas
con las cuales se pueden determinar la resistencia requerida f´cr.
96
Tabla 17. Resistencia promedio a la compresión requerida cuando no hay datos
disponibles para establecer una desviación estándar de la muestra.
Resistencia especificada a la
compresión, Mpa.
Resistencia promedio requerida a la
compresión, Mpa.
f´c < 21 f´cr = f´c + 7.0
21 ≤ f´c ≤ 35 f´cr = f´c + 8.3
f´c > 35 f´cr = 1.10 f´c + 5.0
Fuente: ACI 318-08. Requisitos de regla reglamento para concreto estructural
Ecuación 2. Resistencia requerida cuando se carece de datos para una desviación
estándar
𝑓´𝑐𝑟 =𝑓𝑐+1400
0.90 𝑝𝑠𝑖 (ACI211.4R-93, 1998)
Cálculo de la resistencia requerida (f´cr)
Usando la tabla 15.
𝑓´𝑐𝑟 = 1.10 ∗ 𝑓´𝑐 + 5.0
𝑓´𝑐𝑟 = 1.10 ∗ 42 + 5.0
𝑓´𝑐𝑟 = 51.2 𝑀𝑃𝑎
Usando la fórmula propuesta por el ACI211.4R
𝑓′𝑐𝑟 =𝑓´𝑐 + 1400
0.9
𝑓′𝑐𝑟 =6091 + 1400
0.9
𝒇′𝒄𝒓 = 𝟓𝟔. 𝟖𝟕 𝑴𝑷𝒂
Comparando los valores obtenidos se observa que la resistencia requerida propuesta
por el ACI 211.4R es mayor a la recomendada por el ACI318-08, en vista de que el
diseño del hormigón será realizado por el método propuesto en el ACI.211.4R, el
valor usado para el diseño será de f´cr = 56.87 Psi. El objetivo del proyecto es
alcanzar una resistencia superior a los 42MPa, que es la resistencia especificada.
97
4.6. MÉTODO DEL VOLUMEN ABSOLUTO (ACI 11-4R-98 Y ACI363-2R-
98)
Para esta investigación el diseño de la dosificación se desarrolló con las sugerencias
de la guía ACI 211.4r-98 y ACI363-2R-98.
El método del volumen absoluto consiste en determinar la cantidad de agregado
fino requerido para elaborar 1yd3 de hormigón, las cantidades de cemento, agua y
agregado grueso son previamente calculados o determinados conforme a las tablas
existentes en la “Guía para la selección de las proporciones de hormigón de alta
resistencia con cemento portland y cenizas volante (ACI 211.4R)” y restadas de
1yd3 para determinar el volumen de agregado fino (Rodriguez, 2014).
4.6.1. Procedimiento para el diseño de las mezclas
El procedimiento que se describe a continuación es usado para todos los diseños de
mezclas del proyecto.
1. Información de los materiales
Para la realización de esta investigación se requiere materiales de buena
calidad, que cumplan con algunos requisitos para ser usados en la
elaboración de hormigones de alta resistencia, los cuales fueron
evidenciados en el Capítulo 3.
Los materiales que se seleccionó para la elaboración del hormigón son:
Cemento
o Cemento SELVALEGRE PLUS
Agregado grueso
o Ripio de la cantera de PIFO
98
Agregado fino
o Escoria de acero y Arena de la cantera de Pifo
Aditivo
o GLENIUM 3400 NV
Los resultados necesarios para la determinación de los componentes del hormigón,
se presentan en la Tabla 18.
Tabla 18. Resumen de resultados de las propiedades de los componentes del
hormigón de alta resistencia con escoria de acero.
ESCORIA
Densidad superficie saturada seca 3.53 g/cm3
Densidad aparente compactada 2.19 g/cm3
Capacidad de Absorción 2.85 %
Porcentaje de Humedad 2.33 %
Módulo de Finura 3.00
RIPIO
Densidad superficie saturada seca 2.48 g/cm3
Densidad aparente compactada 1.36 g/cm3
Capacidad de Absorción 2.93 %
Porcentaje de Humedad 0.26 %
Módulo de Finura 6.43
Tamaño máximo nominal 1/2 plg.
CEMENTO
Densidad Real del cemento 2.85 g/cm3
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
2. Selección del Asentamiento
Se debe ingresar un asentamiento antes de agregar superplastificante,
dependiendo de los valores recomendados para el asentamiento del hormigón
que se muestra en la Tabla 19 (ACI211.4R-93, 1998).
Tabla 19. Asentamiento recomendado para hormigones de alta resistencia
con y sin superplastificante.
99
Hormigón elaborado con superplastificantes
Asentamiento antes de agregar Sp. 1" - 2"
Hormigón elaborado sin superplastificantes
Asentamiento 2" - 4"
Fuente: ACI 211.4R-93, Guía para la selección de las proporciones de hormigón de alta
resistencia con cemento portland y cenizas volante.
Asentamiento seleccionado 2 Plg
3. Selección del tamaño máximo del agregado grueso
Se asume un tamaño máximo del agregado grueso dependiendo de la
resistencia requerida del hormigón indicada en la Tabla 20. Para el diseño
de esta investigación se selecciona el tamaño máximo del agregado grueso
de acuerdo a los ensayos realizados en el laboratorio.
Tabla 20. Tamaño máximo del agregado grueso
Resistencia
requerida del
hormigón (psi)
Resistencia requerida
del hormigón
(kg/cm2)
Tamaño máximo del
agregado grueso
< 9000 < 630 3/4” - 1"
> 9000 > 630 3/8" - 1/2"
Cuando se usan HRWR y agregados gruesos seleccionados, las
resistencias a la compresión del hormigón en el rango de 9000 a
12,000 psi pueden ser alcanzadas usando Mayores que los
agregados gruesos de tamaño máximo nominal recomendados de
hasta 1 plg
Fuente: ACI 211.4R-93, Guía para la selección de las proporciones de hormigón de alta
resistencia con cemento portland y cenizas volante.
TNM. ASUMIDO: 1/2 Plg
100
4. Selección del contenido óptimo de agregado grueso
Usando la Tabla 21 y conociendo el tamaño nominal máximo, se encuentra el
volumen de agregado grueso. La Tabla 21 es recomendada para agregados finos
con módulo de finura de 2,5 a 3,2. En nuestro caso el TNM es ½” y el módulo
de finura del agregado fino es 3 por lo cual el volumen será 0.68yd3. Una vez
seleccionado el contenido del agregado grueso, se calcula la masa del agregado
grueso por yd3 de hormigón utilizando la Ecuación 3.
Ecuación 3. Peso del agregado grueso
Tabla 21. Volumen recomendado del agregado grueso por unidad de volumen
de hormigón.
Contenido óptimo de agregado grueso nominal, Tamaños máximos de los
agregados que se utiliza con Escoria con Módulo de finura 2,5 a 3,2
Tamaño nominal máximo (plg) 3/8 1/2 3/4 1
Volumen fraccionario de horno agregado grueso
seco superficial 0.65 0.68 0.72 0.75
* Los volúmenes se basan en agregados en condiciones de rodado en horno como se
describe en ASTM C 29 para el peso unitario de los agregados
Fuente: ACI 211.4R-93, Guía para la selección de las proporciones de hormigón de alta resistencia
con cemento portland y cenizas volante.
Factor de árido grueso = 0.68 yd3
Densidad Ap. Comp. = 85.15016899 l/ft3
Factor de conversión = 27
PESO SECO DEL AGREGADO
GRUESO 1563.36 lb
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 = (0.68 ∗ 85,15) ∗ 27
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 = (𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐴𝑟𝑖𝑑𝑜 𝐺𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 ∗ 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎. 𝑐. ) ∗ 27
101
5. Estimación del agua de mezclado y el contenido de aire
Para el cálculo de la cantidad de agua por unidad de volumen de hormigón se
debe tener un asentamiento especificado de 2plg y a su vez está relacionado con
el tamaño máximo del agregado grueso, en nuestro caso es de ½ plg. Para
determinar el agua de mezclado nos basamos en la Tabla 22. La tabla es
aplicable cuando se tiene un contenido de vacíos no mayor al 35%, caso
contrario se realiza una corrección del mismo. Para calcular el contenido de
vacíos de agregado fino se lo realiza por medio de la Ecuación 4, Volumen de
vacíos (ACI211.4R-93, 1998).
Ecuación 5.Ajuste de agua.
Tabla 22. Primera estimación de la mezcla agua y aire fresco contenido
de base de hormigón sobre el uso de la Arena vacíos con el 35%
ASENTAMIENTO
MEZCLA DE AGUA (lb/yd3)
T.M.N. AGREGADO; pulgadas
3/8" 1/2" 3/4" 1"
1 2 310 295 285 280
2 3 320 310 295 290
3 4 330 320 305 300
Aire Atrapado < 35% 3.0% 2.5% 2.0% 1.5%
Aire Atrapado > 35% 2.5% 2.0% 1.5% 1.0%
Fuente: ACI 211.4R-93, Guía para la selección de las proporciones de hormigón de alta
resistencia con cemento portland y cenizas volante.
𝑉(%) = [1 −𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎.𝑐.
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜] ∗ 100 (ACI211.4R-93, 1998)
𝐴𝑗𝑢𝑠𝑡𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 8𝑙𝑏
𝑦𝑑3 ∗ (%𝑉 − 35%) (ACI211.4R-93, 1998)
𝑉(%) = [1 −2.19.
3.53] ∗ 100
𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠. 𝑉(%) = 37.9%
102
Como el porcentaje de vacíos dio mayor al 35%, se requiere de un ajuste
para el agua de mezclado por medio de la Ecuación 5.Ajuste de agua.
6. Selección de la relación agua / material cementicio W/(C+P)
La relación se calcula dividiendo la masa de agua de mezclado entre la masa
combinada del cemento. Se usan las Tabla 23 y Tabla 24, como
recomendación del máximo w/(c+p), están relacionadas con el tamaño
máximo del agregado grueso para obtener diferentes resistencias a la
compresión a los 28 días.
Tabla 23.Máximo recomendado w / (c+p) para hormigones sin HRWR
Resistencia
promedio f´cr Edad
(días)
w / (c+p)
T.N.M. AGREGADO (pulgadas)
Psi Kg/cm2 3/8" 1/2" 3/4" 1"
7000 492.15 28 0.42 0.41 0.4 0.39
8000 562.46 28 0.35 0.34 0.33 0.33
9000 632.76 28 0.3 0.29 0.29 0.28
10000 703.07 28 0.26 0.26 0.25 0.25
Fuente: ACI 211.4R-93, Guía para la selección de las proporciones de hormigón de alta
resistencia con cemento portland y cenizas volante.
𝑀𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐴𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑎 = 8𝑙𝑏
𝑦𝑑3 ∗ (37.9% − 35%)
𝑀𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐴𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑎 = 23.47𝑙𝑏
𝑦𝑑3
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑇𝑎𝑏𝑙𝑎#) = 310𝑙𝑏
𝑦𝑑3
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 310𝑙𝑏
𝑦𝑑3 + 23.47𝑙𝑏
𝑦𝑑3
𝑪𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟑𝟑𝟑. 𝟒𝟕𝒍𝒃
𝒚𝒅𝟑
103
Tabla 24. Máximo recomendado w / (c+p) para hormigones con HRWR
Resistencia promedio
f´cr Edad
(días)
w / (c+p)
T.N.M. AGREGADO
(pulgadas)
Psi Kg/cm2 3/8" 1/2" 3/4" 1"
7000 492.15 28 0.50 0.48 0.45 0.43
8000 562.46 28 0.44 0.42 0.40 0.38
9000 632.76 28 0.38 0.36 0.35 0.34
10000 703.07 28 0.33 0.32 0.31 0.30
11000 773.38 28 0.30 0.29 0.27 0.27
12000 843.68 28 0.27 0.26 0.25 0.25
Fuente: ACI 211.4R-93, Guía para la selección de las proporciones de hormigón de alta
resistencia con cemento portland y cenizas volante.
Para poder obtener la relación w/(c+p), se calcula la resistencia promedio la
cual debe ser ajustada para poder usar las Tabla 1y Tabla 24.
6.1. Resistencia promedio sin ajuste:
6.2. Resistencia promedio con ajuste (Para poder entrar en las Tablas
21 y 22.)
De los anteriores pasos se tiene el tamaño nominal de ½ plg, con estos datos
ingresamos a la Tabla 23, luego se debe realizar una interpolación para
encontrar la relación w/(c+p).
w / (c+p) = 0.38 Por interpolación
𝑓´𝑐𝑟 =𝑓´𝑐+1400
0.90 (Psi)
𝑓´𝑐𝑟 =6091.58+1400
0.90 (Psi)
𝒇´𝒄𝒓 = 𝟖𝟑𝟐𝟑. 𝟗𝟖 (Psi)
0.9 ∗ 𝑓´𝑐𝑟 = 𝑓´𝑐 + 1400 (Psi)
𝑓´𝑐𝑟 = 7491.98(Psi)
104
7. Cálculo del contenido de material cementante
Conocido ya la cantidad de agua total (333.47 lb/yd3), se divide para la
relación w/(c+p), así encontrando el contenido de material cementoso.
CEMENTO= 877.5614358 lb
8. Proporciones de la mezcla
𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 877.56 𝑙𝑏
2.85g
c𝑚3∗62.43𝑙𝑏
𝑓𝑡3
𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 4.93 𝑓𝑡3
𝑅𝑖𝑝𝑖𝑜 = 1563.36 𝑙𝑏
2.48g
c𝑚3∗62.43𝑙𝑏
𝑓𝑡3
𝑅𝑖𝑝𝑖𝑜 = 10.10 𝑓𝑡3
𝐴𝑔𝑢𝑎 = 333.47 𝑙𝑏
1g
c𝑚3∗62.43𝑙𝑏
𝑓𝑡3
Agua= 5.34 𝑓𝑡3
𝐴𝑖𝑟𝑒 = 0.02 𝑙𝑏
𝑦𝑑3 ∗ 27 𝑓𝑡3 𝐴𝑖𝑟𝑒 = 0.54 𝑓𝑡3
Subtotal: 20.91 ft3
Agregado fino “Escoria de acero” = 27 - 20.91 = 6.09 ft3
9. La cantidad de agregado fino “Escoria de acero” en lb para 1 yd3 es:
Para determinar la cantidad en masa de escoria necesaria para producir una
yarda cubica se debe multiplicar el volumen hallado por el peso específico del
agregado fino.
Agregado fino “Escoria de acero” = 6.09𝑓𝑡3 ∗ 3.53g
c𝑚3∗ 62.43
Agregado fino “Escoria de acero” = 1341.99 lb
CEMENTO =𝑤𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑤/(𝑐+𝑝)
CEMENTO =333.47
0.38
105
10. Las proporciones de mezcla en peso serán:
Cemento 877.56 lb
Ripio 1563.35 Lb
Escoria 1341.99 Lb
Agua 333.47 Lb
Total 4116.38 Lb
11. Dosificación final de la mezcla sin considerar aditivo
Para determinar la dosificación se divide a la masa del cemento para cada
uno de los elementos constituyentes del hormigón.
DOSIFICACIÓN AL PESO
ESCORIA DE ACERO
Cemento 1
Ripio 1.78
Escoria 1.53
Agua 0.38
12. Mezcla de prueba
Se calcula la cantidad de hormigón que se requiere para la elaboración de 4
probetas, se estima que cada probeta de ϕ= 10cm y h= 20cm pesa
aproximadamente 5kg, por lo tanto, la masa de hormigón requerida será de
20kg. La suma de los valores de valores obtenidos en la dosificación será
dividida para los 20kg, el valor obtenido será el material cementante
expresado en masa (kg).
Suma de valores dosificación = 1C+1.78C+1.53C+0.38C = 4.69C
12.1. Cantidad de cemento para 4 cilindros
4.69C = 20kg ˃˃˃ C = 4.26 kg
106
12.2. Cantidad de material requerido para 4 cilindros
MATERIAL M. DE PRUEBA (Kg) DOSIFICACIÓN
Cemento 4,26 1
Ripio 7,58 1,78
Escoria 6,52 1,53
Agua 1,62 0,38
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
13. Corrección por humedad
Se debe determinar la cantidad de agua que contienen los agregados antes
de proceder a la elaboración de la mezcla. Los agregados deben ser secados
en un horno por 24 horas. Secado el material se procede a la determinación
del contenido de humedad de los agregados.
Ajuste por el contenido de agua de los agregados
Contenido de humedad del agregado grueso = 0.26 %
Contenido de humedad del agregado fino = 2.33 %
contenido de agua en arena 0.03 kg
contenido de agua en ripio 0.20 kg
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
14. Cantidades definitivas
CANTIDADES DEFINITIVAS PARA LA MEZCLA
MATERIAL CANTIDAD u
Cemento 4.26 kg
Agua 1.86 kg
Ripio 7.40 kg
Escoria 6.49 kg
ADITIVO 200ml/100kg 6.4 ml
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
El procedimiento descrito fue realizado para cada una de las dosificaciones
realizadas en el proyecto de investigación. La cantidad de aditivo requerida en las
mezclas fue realizada en base a las recomendaciones del proveedor.
107
4.7. MEZCLAS DE PRUEBA
Las mezclas de prueba se utilizan para verificar la dosificación calculada y así
mejorar el rendimiento y trabajabilidad del hormigón, a su vez permite ajustar la
cantidad de aditivo requerido para obtener mejores propiedades en el hormigón
fresco y endurecido. Se realizan mezclas de prueba con diferente relación
agua/cemento y con variantes de agregado fino (arena y escoria). Los cuales fueron
ensayados a los 7 días, tiempo en el cual, según la investigación llevada en el
Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, se espera obtener el 65%
de la resistencia requerida.
La cantidad de aditivo que se coloca en la mezcla dependerá de las especificaciones
técnicas del proveedor, como el aditivo que se usa es líquido y es soluble, se debe
agregar en la mezcla en forma de solución en el agua, la cantidad usada de tal
solución se debe incluir en los cálculos del contenido de agua. (NTE INEN 3124,
2016). Para la presente investigación se realizan cuatro mezclas de prueba a
continuación detalladas:
Mezcla de Prueba 1 (arena – ripio), relación agua cemento 0.38
Mezcla de Prueba 2 (arena – ripio), relación agua cemento 0.34
Mezcla de Prueba 3 (escoria – ripio), relación agua cemento 0.38
Mezcla de Prueba 4 (escoria – ripio), relación agua cemento 0.34
108
4.7.1. Mezcla de Prueba 1 (Arena- Ripio), relación A/C=0.38, método: ACI
211-4R-93
Se realizarán 4 probetas de dimensiones de 10x20 cm. Se estima que cada probeta
tiene una masa de 5kg
DATOS
MATERIAL Dsss
(g/cm3)
Densidad Ap.
Comp. (g/cm3)
% de
Absorción
% de
Humedad MF
Arena 2.50 1.63 2.50 0.46 3.20
Ripio 2.48 1.36 2.93 0.79 6.43
CEMENTO 2.85
f´c = 42 Mpa
# CILINDROS DE PRUEBA 4
MASA CILINDRO 5 kg
MASA TOTAL 20 kg
MATERIAL M. DE PRUEBA DOSIFICACIÓN
Cemento 4.35 1.00
Ripio 8.31 1.91
Arena 5.69 1.31
Agua 1.65 0.38
Ajuste por el contenido de agua de los agregados
Contenido de humedad del agregado grueso = 0.46 %
Contenido de humedad del agregado fino = 5.140 %
contenido de agua en arena -0.150 Kg
contenido de agua en ripio 0.205 Kg
CANTIDADES DEFINITIVAS PARA LA MEZCLA
MATERIAL CANTIDAD U
Cemento 4.35 Kg
Agua 1.71 Kg
Ripio 8.10 Kg
Arena 5.84 Kg
ADITIVO 6.6 ml
109
4.7.2. Mezcla de Prueba 2 (Arena- Ripio), relación A/C=0.34, método: ACI
211-4R-98
Se realizarán 4 probetas de dimensiones de 10x20 cm. Se estima que cada probeta
tiene una masa de 5kg
# CILINDROS 4
MASA TOTAL DEL CILINDRO 5 Kg
MASA TOTAL 20 Kg
MATERIAL CANTIDAD (Kg) DOSIFICACIÓN
Cemento 4.84 1.00
Ripio 8.25 1.71
Arena 5.23 1.08
Agua 1.65 0.34
Aditivo 6.91 Ml
Ajuste por el contenido de agua de los agregados
Contenido de humedad del agregado grueso = 0.46 %
Contenido de humedad del agregado fino = 5.14 %
agua en arena -0.138 Kg
agua en ripio 0.204 Kg
CANTIDADES DEFINITIVAS PARA LA MEZCLA
MATERIAL CANTIDAD unidades
Cemento 4.84 Kg
Agua 1.72 Kg
Ripio 8.05 Kg
Arena 5.37 Kg
ADITIVO 9.21 Ml
Mezcla de prueba 1 y 2 (Arena-ripio)
Para determinar las dosificaciones de las mezclas, se usó el método descrito en
método ACI.211.4R-93. Los componentes de las mezclas son; arena, ripio,
cemento puzolánico Selvalegre Plus y aditivo Glenium 3400Ns. La elaboración de
110
las mezclas se las realiza en una concretera pequeña conocida como Planetaria. La
relación agua/cemento de estas mezclas son de 0.38 y 0.34.
4.7.3. Mezcla De Prueba 3 (Escoria- Ripio), relación A/C=0.34, método: ACI
211-4R-98
Se realizarán 4 probetas de dimensiones de 10x20 cm. Se estima que cada probeta
tiene una masa de 5kg
DATOS
MATERIAL Dsss
(g/cm3)
Densidad Ap.
Comp. (g/cm3)
34% de
Absorció
n
% de
Hume
dad
MF
Escoria 3.53 2.19 2.85 4.97 3.00
Ripio 2.48 1.36 2.93 0.39 6.43
CEMENTO 2.85
f´c = 42 Mpa
Dosificación
MATERIAL DOSIFICACIÓN
Cemento 1.00
Ripio 1,78
Arena 1,53
Agua 0,38
Mezcla de prueba
# CILINDROS 4
MASA TOTAL DEL CILINDRO 5 Kg
MASA TOTAL 20 Kg
MATERIAL CANTIDAD (Kg) DOSIFICACIÓN
Cemento 4,26 1.00
Ripio 7,6 1,78
Arena 6,52 1,53
Agua 1,62 0,38
111
Ajuste por el contenido de agua de los agregados
Contenido de humedad del agregado grueso = 0.26 %
Contenido de humedad del agregado fino = 2.33 %
contenido de agua en escoria 0.03 Kg
contenido de agua en ripio 0.20 Kg
CANTIDADES DEFINITIVAS PARA LA MEZCLA
MATERIAL CANTIDAD U
Cemento 4.26 Kg
Agua 1.86 Kg
Ripio 7.40 Kg
Escoria 6.49 Kg
ADITIVO 8.53 ml
4.7.4. Mezcla de Prueba 4 (Escoria- Ripio), relación A/C=0.34, método: ACI
211-4R-98
Se realizarán 4 probetas de dimensiones de 10x20 cm. Se estima que cada probeta
tiene una masa de 5kg
# CILINDROS 4
MASA TOTAL DEL CILINDRO 5 Kg
MASA TOTAL 20 Kg
MATERIAL CANTIDAD (Kg) DOSIFICACIÓN
Cemento 4.79 1.00
Ripio 7.64 1.59
Escoria 5.93 1.24
Agua 1.63 0.34
Aditivo 7.19 Ml
Ajuste por el contenido de agua de los agregados
Contenido de humedad del agregado grueso = 0.26 %
Contenido de humedad del agregado fino = 2.33 %
Contenido de agua en la escoria 0.03 Kg
Contenido de agua en el ripio 0.20 Kg
112
CANTIDADES DEFINITIVAS PARA LA MEZCLA
MATERIAL CANTIDAD unidades
Cemento 4.79 Kg
Agua 1.86 Kg
Ripio 7.44 Kg
Escoria 5.90 Kg
ADITIVO 9.59 Ml
Mezcla de prueba 3 y 4 (Escoria-ripio)
Para determinar las dosificaciones de las mezclas se usó el método descrito en el
ACI.211.4R-93. Los componentes de las mezclas son; escoria, ripio, cemento
puzolánico Selvalegre Plus y aditivo Glenium 3400Ns. La elaboración de las
mezclas se las realiza en la Planetaria. La relación agua/cemento de estas mezclas
son de 0.38 y 0.34. Por lo cual se realiza el vertido del hormigón en 3 probetas
cilíndricas que serán usadas para determinar la resistencia a la compresión a los 7
días.
4.8. MEZCLA 5 (ARENA-RIPIO RELACION A/C= 0.38) Y MEZCLA 6
(ESCORIA-RIPO A/C= 0.38)
Uno de los objetivos de la investigación es comparar las resistencias a la
compresión de cada una de las combinaciones de mezclas, para realizar dicho
análisis y acogiéndose a la recomendación de la norma NTE INEN 1855-2 que dice:
“Para cada ensayo de resistencia deben elaborarse por lo menos dos especímenes
de ensayo de mezclas tomadas. Un ensayo será el resultado del promedio de las
resistencias de los especímenes ensayados a la edad especificada.”
Se realizan 9 probetas que serán ensayadas a los 7, 14 y 28 días, los valores
obtenidos serán promediados y se procederá a realizar un análisis comparativo entre
las combinaciones de mezclas realizadas. Para la combinación “Mezcla 6 escoria-
113
ripio” se plantea la elaboración adicional de 3 vigas de 15x15x50 cm que serán
usadas para determinar la resistencia a flexión y 3 cilindros de 10 x 20 para
determinar la resistencia a los 56 días.
4.8.1. Mezcla 5 Combinación (Arena- Ripio- Agua) método: ACI 211-4r-93
Se realizan 9 probetas de dimensiones de 10x20 cm. Cada una se estima tiene una
masa de 5kg
Mezcla definitiva patrón (ARENA)
# CILINDROS 9 #
MASA DEL CILINDRO: 5 Kg
MASA TOTAL 45 Kg
MATERIAL CANTIDAD (Kg) DOSIFICACIÓN
Cemento 9.90 1.00
Ripio 18.69 1.89
Arena 12.70 1.28
Agua 3.72 0.38
Aditivo 14.84 Ml
Ajuste por el contenido de agua de los agregados
Contenido de humedad del agregado grueso = 0.46 %
Contenido de humedad del agregado fino = 0.79 %
Contenido de agua en la arena 0.21717 Kg
Contenido de agua en el ripio 0.461643 Kg
CANTIDADES DEFINITIVAS PARA LA MEZCLA
MATERIAL CANTIDAD unidades
Cemento 9.90 Kg
Agua 4.40 Kg
Ripio 18.23 Kg
Arena 12.48 Kg
ADITIVO 19.8 ml
Observación:
La mezcla tuvo un asentamiento de 45 mm. Dosificación de aditivo 200ml/100kg.
Presenta una adecuada trabajabilidad y no existe exudación, ni segregación.
114
4.8.2. Mezcla 6 Combinación (Escoria- Ripio) Metodo: Aci 211-4r-98
Se realizan 3 vigas de 50x15x15 cm y 12 probetas de 10cm x 20cm. Se asume un
aproximado de 33 cilindros para estimar la cantidad de mezcla requerida.
Mezcla definitiva
# # CILINDROS 33
masa cilindro 5 Kg
masa total 165 Kg
MATERIAL CANTIDAD (Kg) DOSIFICACIÓN
Cemento 35.18 1.00
Ripio 62.67 1.78
Escoria 53.79 1.53
Agua 13.37 0.38
Aditivo 70.35 ml
Ajuste por el contenido de agua de los agregados
Contenido de humedad del agregado grueso = 0.39 %
Contenido de humedad del agregado fino = 4.86 %
contenido de agua en escoria -1.08 Kg
contenido de agua en ripio 1.59 Kg
CANTIDADES DEFINITIVAS PARA LA MEZCLA
MATERIAL CANTIDAD unidades
Cemento 35.18 Kg
Agua 13.88 Kg
Ripio 61.07 Kg
Escoria 54.87 Kg
ADITIVO 70.35 ml
Observación:
La mezcla tuvo un asentamiento de 40 mm, la dosificación de aditivo 200ml/100kg,
no existe exudación del hormigón y la cantidad de agua es adecuada para hidratar
la cantidad de cemento existente en la mezcla.
115
4.9. MEZCLA 7 DEFINITIVA RELACION AGUA /CEMENTO = 0.36
(ESCORIA- RIPIO- AGUA- CEMENTO PORTLAND)
La mezcla 7 servirá para obtener las propiedades mecánicas del hormigón tales
como: resistencia a la compresión, módulo de rotura, módulo de elasticidad,
resistencia al desgaste y análisis de lixiviados. Los valores obtenidos serán usados
como datos para el diseño de una losa de hormigón para un pavimento rígido.
Dosificación
Cemento 1
Ripio 1.69
Escoria 1.38
Agua 0.36
Para esta dosificación se realizarán 12 probetas de 10x20 cm, 3 probetas de 15x30
cm, 3 vigas de 50x15x15 cm y 3 placas de 15x15x15 cm. Se asume un aproximado
de 44 cilindros para la cantidad de mezcla requerida.
Mezcla definitiva
# CILINDROS 44 #
masa cilindro 5 Kg
masa total 220 Kg
MATERIAL CANTIDAD (Kg) DOSIFICACIÓN
Cemento 49.65 1.00
Ripio 83.79 1.69
Escoria 68.69 1.38
Agua 17.87 0.36
Aditivo 99.30 ml
Ajuste por el contenido de agua de los agregados
Contenido de humedad del agregado grueso = 1.6 %
Contenido de humedad del agregado fino = 2 %
contenido de agua en arena 0.34 Kg
contenido de agua en ripio 1.11 Kg
116
MATERIAL CANTIDAD U
Cemento 49.65 Kg
Agua 19.33 Kg
Ripio 82.68 Kg
Arena 68.35 Kg
Aditivo 99.3 Ml
La mezcla 7 tiene una consistencia de 4 cm, con buena trabajabilidad, no presenta
segregación, ni exudación. La mezcla 7 se realiza una con una relación agua /
cemento de 0.36, se espera tener una resistencia mayor a las mezclas realizadas.
117
CAPÍTULLO V
5. RESULTADO DE LOS ENSAYOS PROPUESTOS
5.1. DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
Ensayo realizado en probetas cilíndricas de acuerdo a la norma ASTM C 39M (NTE
INEN 1573), “Método de Ensayo de Resistencia a la compresión de especímenes
cilíndricos de hormigón”. La resistencia a la compresión es la principal
característica mecánica del hormigón endurecido, se expresa en términos de
esfuerzo (kg/cm2 o MPa).
Para la preparación de los cilindros de hormigón, se procede a retirar de la cámara
de curado los cilindros a ensayarse y se deja en reposar durante 15 minutos mínimo
para colocar en sus dos caras una capa de capping antes de ensayar en la máquina
de compresión.
Fotografía 2. Colocación de capping en los cilindros de hormigón
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
118
El ensayo consiste en aplicar una carga axial de compresión a los cilindros de
hormigón. La velocidad de aplicación de la carga debe estar entre los límites
estipulados y esta debe continuar aplicándose hasta cuando se tenga certeza de que
se ha alcanzado la capacidad máxima y el indicador de carga señale que está
disminuyendo de manera constante (INECYC, 2016).
La máquina de ensayo debe estar equipada con dos bloques de carga de acero con
caras endurecidas, uno de los cuales es un bloque esférico que se apoya sobre la
superficie superior del espécimen y el otro es un bloque sólido sobre el cual se
asienta el espécimen. Las caras de contacto de los bloques de carga deben tener una
dimensión mínima de al menos 3% mayor que el diámetro del espécimen a ser
ensayado (NTE INEN 1573, 2010).
Fotografía 3. Máquina Universal de 100 Tn, Universidad Central del Ecuador, Carrera Ingeniería
Civil
Fuente: NTE INEN 1573, 2010
Al realizar los ensayos de compresión en los cilindros de hormigón se producen
algunos tipos de fracturas los cuales se observan en la Ilustración 18.
119
Ilustración 18. Esquema de los modelos de fractura típicos
Fuente: NTE INEN 1573, 2010
Tabla 23. Tolerancias para rotura de cilindros a compresión
ESPECÍMENES
Variación en el diámetro del cilindro 2%
Verticalidad del eje 0.5°
TIEMPO DE ROTURA
Edad Tolerancia
24 horas ± 0.5 Horas
3 días 2 Horas
7 días 6 Horas
28 días 20 Horas
90 días 2 días
VELOCIDAD DE APLICACIÓN DE CARGA
Diámetro (mm) MPa/s kN / s
150 0,20 a
0,30
3.53 a 5.30
100 1.57 a 2.36
Fuente: (INECYC, 2016)
120
5.1.1. Resultados de la resistencia a la compresión de las mezclas de prueba
MEZCLA DE PRUEBA 1 Y 3
a/c: 0.38 f´c: 42 MPa
MEZCLA Fecha de
realización
Fecha de
ensayo
Edad
Días
Muestra
N°
Diámetro
Promedio
(cm)
Área de
Cilindro
Carga
kg
Resistencia
Compresión
(kg/cm2)
Promedio
(MPa) Porcentaje (%)
ARENA
Asent: 4.5cm
9/2/2017 16/2/2017
7
1 10.30 83.32 33040 396.5
37.7 90 9/2/2017 16/2/2017 2 10.30 83.32 31550 378.7
9/2/2017 16/2/2017 3 10.40 84.95 32100 377.9
ESCORIA
Asent: 5 cm
9/2/2017 16/2/2017
7
1 10.30 83.32 33040 396.5
36.0 86 9/2/2017 16/2/2017 2 10.20 81.71 29600 362.2
9/2/2017 16/2/2017 3 10.30 83.32 28650 343.8
MEZCLA DE PRUEBA 2 Y 4
a/c: 0.34 f´c: 42 MPa
MEZCLA Fecha de
realización
Fecha de
ensayo
Edad
Días
Muestra
N°
Diámetro
Promedio
(cm)
Área de
Cilindro
Carga
kg
Resistencia
Compresión
(kg/cm2)
Promedio
(MPa) Porcentaje (%)
ARENA
Asent: 2.5 cm
9/2/2017 16/2/2017
7
1 10 78.54 38610 491.6
46.1 110 9/2/2017 16/2/2017 2 10.4 84.95 40380 475.4
9/2/2017 16/2/2017 3 10.2 81.71 36280 444.0
ESCORIA
Asent: 2cm
9/2/2017 16/2/2017
7
1 10.1 80.12 28980 361.8
39.2 93 9/2/2017 16/2/2017 2 10.1 80.12 31400 391.9
9/2/2017 16/2/2017 3 10.3 83.32 34390 412.7
121
5.1.1.1. Análisis e interpretación mezclas de prueba
En la mezcla de prueba 1 se obtiene el 90 % mientras que en la mezcla 3 se
obtiene el 86% de la resistencia especificada. Las mezclas de prueba 2 y 4
tienen relación agua-cemento de 0.34, presentan poca trabajabilidad, debido a
esto la compactacion con varillado se torna complicada. Al reducir esta relación
se encarece el proyecto, ya que se requiere en la mezcla mayor cantidad de
material cementante, teniendo este material mayor costo que el resto de
materiales que conforma el hormigón.
Las probetas correspondientes a la mezcla de prueba 2 (arena-ripio), superan a
la resistencia especificada en un 10%, mientras que las probetas de la mezcla de
prueba 4 (escoria-ripio) alcanzan el 93% de la resistencia especificada. De
acuerdo a lo mencionado se escoge la mezcla de prueba 1 y 2 para realizar las
mezclas 5 y 6 con relación a/c de 0.38 , debido a que superan en un 70% la
resistencia esperada a los 7 dias y requieren de menor cantidad de material
cementante. .
122
5.1.2. Resultado de la resistencia a la compresión Mezcla 5 (Arena-Ripio-Cemento Portland)
NORMA: NTE INEN 1573:2010 (ASTM-C39)
MEZCLA 5
PATRÓN (ARENA- RIPIO)
Asentamiento: 4,5 cm w/(c+p): 0.38 f´c: 42 MPa
Fecha de
realización
Fecha de
ensayo
Edad
Días
Muestra
N°
Diámetro
Promedio
(cm)
Área de
Cilindro
Carga
kg
Resistencia
Compresión
(kg/cm2)
Prome
dio
(MPa)
Porcentaje
(%)
16/2/2017 23/2/2017
7
1 10.30 83.32 33100 397.2
38.7
92
16/2/2017 23/2/2017 2 10.30 83.32 32000 384.1
16/2/2017 23/2/2017 3 10.40 84.95 34100 401.4
16/2/2017 2/3/2017
14
4 10.30 83.32 38020 456.3
44.8 107 16/2/2017 2/3/2017 5 10.30 83.32 38100 457.3
16/2/2017 2/3/2017 6 10.00 78.54 35960 457.9
16/2/2017 16/3/2017
28
7 10.00 78.54 38500 490.2
47.5 113 16/2/2017 16/3/2017 8 10.20 81.71 39390 482.1
16/2/2017 16/3/2017 9 10.10 80.12 38400 479.3
123
5.1.2.1. Curva Resistencia Vs Tiempo de la Mezcla 5 (Arena-Ripio-Cemento Portland)
RESISTENCIA ESPECIFICADA f´c= 42 MPa
28; 47,45
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 5 10 15 20 25 30
Esfu
erzo
(M
Pa)
edad (dias)
MEZCLA 5
124
5.1.3. Resultado de la resistencia a la compresión Mezcla 6 (Escoria-Ripio-Cemento Portland)
NORMA: NTE INEN 1573:2010 (ASTM-C39)
MEZCLA 6 (ESCORIA- RIPIO)
Asentamiento: 3.0 cm w/(c+p): 0.38 f´c: 42 MPa
Fecha de realización Fecha de
ensayo
Edad
Días
Muestr
a N°
Diámetro
Promedio
(cm)
Área de
Cilindro
Carga
kg
Resistencia
Compresión
(kg/cm2)
Promedio
(MPa) Porcentaje (%)
7/3/2017 14/3/2017
7
1 10.1 80.12 29000 362
35.1
83
7/3/2017 14/3/2017 2 10.2 81.71 28700 351.2
7/3/2017 14/3/2017 3 10 78.54 28200 359.1
7/3/2017 21/3/2017
14
4 10.1 80.12 32900 410.6
40.9
97
7/3/2017 21/3/2017 5 10.1 80.12 33200 414.4
7/3/2017 21/3/2017 6 10 78.54 33500 426.5
7/3/2017 4/4/2017
28
7 10.3 83.32 40100 481.3
46.6
111
7/3/2017 4/4/2017 8 10.1 80.12 38100 475.6
7/3/2017 4/4/2017 9 10.2 81.71 38300 468.7
7/3/2017 2/5/2017
56
10 10.2 81.71 40200 491.97
48.6 116 7/3/2017 2/5/2017 11 10.2 81.71 40000 499.26
7/3/2017 2/5/2017 12 10.3 83.32 40400 494.41
125
5.1.3.1. Curva Resistencia Vs Tiempo Mezcla 6 (Escoria-Ripio-Cemento Portland)
RESISTENCIA ESPECIFICADA f´c= 42 MPa
0; 0
7; 35,05
14; 40,91
28; 46,6156; 48,6
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60
Esfu
erzo
(M
Pa)
edad (dias)
MEZCLA 6
126
5.1.4. Resultados de la Mezcla 5 Y Mezcla 6
Tabla 25. Resumen de resultados obtenidos
MEZCLAS 5 (ARENA-RIPIO) 6 (ESCORIA-RIPIO)
EDAD
w/c = 0.38 w/c = 0.36
Resistencia a la compresión
Mpa % Mpa %
7 38.7 92 35.1 83
14 44.8 107 40.9 97
28 47.5 113 46.6 111
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Gráfica 1. Resumen de resistencias a la compresión entre el diseño patrón y el diseño investigado
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
MEZCLA 6
MEZCLA 5
0
10
20
30
40
50
7 14 28
MEZCLA 6 38,7 44,8 47,5
MEZCLA 5 35,1 40,9 46,6
Títu
lo d
el e
je
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
127
La resistencia inicial de la mezcla 5 cuyos componentes son agregados naturales es
mayor al de la mezcla 6 realizada con escoria como agregado fino. La mezcla 5
alcanza una resistencia de 47.75 MPa, superando a la resistencia especificada de 42
MPa en un 13%. La mezcla 6 alcanza una resistencia a los 28 días de 46.60 Mpa,
superando a la resistencia especificada en un 11%.
La norma ACI 211.4R-98, hace notar que el 90% de la resistencia obtenida en el
laboratorio, se consigue en el campo y bajo condiciones ideales. Es por ello que en
la investigación se realiza la “Mezcla definitiva 7”, disminuyendo la relación agua
/cemento, con el objetivo de aumentar la resistencia del hormigón y aumentar el
rango de seguridad de la mezcla.
128
5.1.5. Resultado de la resistencia a la compresión Mezcla Definitiva 7 (Escoria-Ripio-Cemento Portland)
NORMA: NTE INEN 1573:2010 (ASTM-C39)
MEZCLA 7 (ESCORIA- RIPIO) a/c: 0.36
Asentamiento: 3 cm w/(c+p): 0.36 f´c: 42
MPa
Fecha de
realización
Fecha de
ensayo
Edad
Días
Muestra
N°
Diámetro
Promedio (cm)
Área de
Cilindro
Carga
kg
Resistencia
Compresión
(kg/cm2)
Promedio
(MPa)
Porcentaje
(%)
23/3/2017 30/3/2017
7
1 10.1 80.12 32200 401.9
41.4 98 23/3/2017 30/3/2017 2 10.3 83.32 35900 430.9
23/3/2017 30/3/2017 3 10.3 83.32 36000 432.1
23/3/2017 6/4/2017
14
4 10.3 83.32 37600 451.3
45.7 109 23/3/2017 6/4/2017 5 10.3 83.32 39500 474.1
23/3/2017 6/4/2017 6 10.2 81.71 38500 471.2
23/3/2017 20/4/2017
28
7 10.2 81.71 42700 522.6
49.6 118 23/3/2017 20/4/2017 8 10.2 81.71 40100 490.7
23/3/2017 20/4/2017 9 10.2 81.71 40300 503.1
23/3/2017 18/5/2017
56
10 10.2 81.71 42300 517.7
50.1 119 23/3/2017 18/5/2017 11 10.3 83.32 41900 502.9
23/3/2017 18/5/2017 12 10.1 808.12 40900 510.5
129
5.1.5.1. Curva Resistencia Vs Tiempo de la Mezcla 6 (Escoria-Ripio-Cemento Portland)
f´c: 42 MPa
0; 0
7; 41
14; 46
28; 50 56; 50,05
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60
RES
ISTE
NC
IA (
MP
a)
TIEMPO (Días)
CURVA TIEMPO VS RESISTENCIA
130
5.1.6. Análisis e interpretación de resultados Mezclas 6 Y Mezcla 7
Tabla 26. Resumen de resultados obtenidos
COMPARACIÓN ENTRE LOS PROMEDIOS DE LA
RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE LAS DOS MEZCLAS
MEZCLAS ESCORIA-RIPIO ESCORIA-RIPIO
AGUA – CEMENTO w/c= 0.38 w/c= 0.36
MUESTRA EDAD
(DÍAS)
RESISTENCIA RESISTENCIA
(MPa) (%) (MPa) (%)
1 7 35.1 83 41.4 98
2 14 40.9 97 45.7 109
3 28 46.6 111 49.6 118
4 56 48.6 112 50.1 119
Gráfica 2. Diferencia de resistencia entre las mezclas 6 y 7
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
La resistencia a los 7 días de la mezcla 7 excede en un 15,21% a la resistencia de la
mezcla 6, a los 14 días la resistencia de la mezcla 7 excede a la de la mezcla 6 en
10,50%. A los 28 días la mezcla 7 excede en 6% a la resistencia de la mezcla 6. La
resistencia obtenida a los 28 días de la mezcla 7 fue de 49,6 superando en un 18%
a la resistencia especificada.
ESCORIA-RIPIOESCORIA-RIPIO
0
10
20
30
40
50
60
7 14 28 56
ESCORIA-RIPIO 35,1 40,9 46,6 48,6
ESCORIA-RIPIO 41,4 45,7 49,6 50,1
RES
ISTE
NC
IA (
MP
a)
RESISTENCIAS A EDADES DE 7,14 Y 28 DÍAS
131
5.1.7. Resistencia característica de la mezcla 7 según Montoya- Meseguer-
Morán
El presente método consiste en que una vez obtenida la resistencia a la compresión
simple promedio, que esta es función de la resistencia característica f`ck, siendo la
resistencia característica del hormigón un valor que representa alrededor de un 95%
de confiabilidad, de esta manera decimos que existe la probabilidad de que se
presenten valores individuales de resistencia de los cilindros de hormigón más altos
que f`c (Romo, 2008).
Ilustración 19. Distribución Estadística Normal
Fuente: (Romo, 2008)
Ecuación 6. Resistencia característica
𝑓´𝑐𝑘 = 𝑓´𝑐𝑚 ∗ (1 − 1,64𝛿)
132
Dónde:
f´cm = Resistencia promedio o Resistencia Media
δ = Coeficiente de variación que depende de la fabricación del hormigón, en cuanto
a las diferentes resistencias
Ecuación 7. Coeficiente de variación
𝛿 = √1
𝑛∑(
𝑓𝑐𝑖 − 𝑓𝑐𝑚
𝑓𝑐𝑚)2𝑛
𝑖=1
Tabla 27. Resistencia característica de la Mezcla Definitiva 7
Muestras Resistencia (Mpa) delta f´ck (Mpa)
1 51,25
0,0260 47,46 2 48,12
3 49,34
Promedio 49,57
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
133
5.1.8. Densidad de los cilindros de hormigón según la norma NTE INEN
1573
Cuando se requiere la densidad del espécimen con una aproximación de 10kg/m3,
se recomienda usar la siguiente formula.
𝑫𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 = 𝑾
𝑽
Para la realización del ensayo se debe medir la masa de los cilindros de hormigón
en una balanza seguidamente de haberlos retirado de la cámara de curado, se toman
las medidas del cilindro, tanto su altura como el diámetro para obtener el volumen
del cilindro. Para su cálculo se divide la masa para el volumen del cilindro y se
expresa el resultado en g/cm3 (NTE INEN 1573, 2010).
Fotografía 4. Medición de la masa del cilindro
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Fotografía 5. Medición de la altura y diámetro de los cilindros
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
134
Tabla 28. Densidad de los cilindros correspondientes a la mezcla 5
MEZCLA 5 PATRÓN (ARENA- RIPIO)
Asentamiento: 4,5
cm w/(c+p): 0.38 f´c: 42 MPa
Fecha de
realización
Fecha de
ensayo
Edad
Días
Muestra
N°
Peso
(g)
Diámetro
Promedio
(cm)
Altura
(cm)
Volumen
(cm3)
Densidad
(g/cm3)
16/2/2017 23/2/2017
7
1 3750 10.3 20.00 1666.46
2.25 16/2/2017 23/2/2017 2 3800 10.3 20.00 1666.46
16/2/2017 23/2/2017 3 3780 10.4 20.00 1698.97
16/2/2017 2/3/2017
14
4 3630 10.3 20.00 1666.46
2.32 16/2/2017 2/3/2017 5 3850 10.3 20.00 1666.46
16/2/2017 2/3/2017 6 3879 10 20.00 1570.80
16/2/2017 16/3/2017
28
7 3896 10 20.00 1570.80
2.38 16/2/2017 16/3/2017 8 3775 10.2 20.00 1634.26
16/2/2017 16/3/2017 9 3788 10.1 20.00 1602.37
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Tabla 29. Densidad de los cilindros correspondientes a la mezcla 6
MEZCLA 6 (ESCORIA- RIPIO)
Asentamiento: 3 cm w/(c+p): 0.38 f´c: 42 MPa
Fecha de
realizació
n
Fecha de
ensayo
Eda
d
Días
Muestr
a N° Peso (g)
Diámetro
Promedi
o (cm)
Altur
a (cm)
Volume
n (cm3)
Densida
d
(g/cm3)
7/3/2017
14/3/201
7
7
1.00
4215.0
0 10.10 20.00 1602.37
2.60 7/3/2017 14/3/201
7 2.00
4150.0
0 10.20 20.00 1634.26
7/3/2017 14/3/201
7 3.00
4125.0
0 10.00 20.00 1570.80
7/3/2017 21/3/201
7
14
4.00
4340.0
0 10.10 20.00 1602.37
2.69 7/3/2017 21/3/201
7 5.00
4162.0
0 10.10 20.00 1602.37
7/3/2017 21/3/201
7 6.00
4350.0
0 10.00 20.00 1570.80
7/3/2017
4/4/2017
28.
7.00
4190.0
0 10.30 20.00 1666.46
2.59 7/3/2017 4/4/2017
8.00
4316.0
0 10.10 20.00 1602.37
7/3/2017 4/4/2017
9.00
4206.0
0 10.20 20.00 1634.26
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
135
Gráfica 3. Densidad de las mezclas 5 y 6
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Tabla 30. Densidad de los cilindros correspondientes a la mezcla 7
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
MEZCLA 7 (ESCORIA- RIPIO)
Asentamiento: 3 cm w/(c+p): 0.36 f´c: 42 MPa
Fecha de
realización
Fecha de
ensayo
Ed
ad
Día
s
Muestr
a N°
Peso
(g)
Diámetro
Promedio
(cm)
Altura
(cm)
Volumen
(cm3)
Densidad
(g/cm3)
23/3/2017 30/3/2017
7
1 4070 10.10 20.00 1602.37 2.53 23/3/2017 30/3/2017 2 4180 10.30 20.00 1666.46
23/3/2017 30/3/2017 3 4235 10.30 20.00 1666.46
23/3/2017 6/4/2017
14
4 4180 10.30 20.00 1666.46
2.54 23/3/2017 6/4/2017 5 4327 10.30 20.00 1666.46
23/3/2017 6/4/2017 6 4095 10.20 20.00 1634.26
23/3/2017 20/4/2017
28
7 4180 10.20 20.00 1634.26
2.59 23/3/2017 20/4/2017 8 4327 10.20 20.00 1634.26
23/3/2017 20/4/2017 9 4095 10.10 20.00 1602.37
22,12,22,32,42,52,62,7
7 días 14 días 28 días
ARENA-RIPIO 2,25 2,32 2,38
ESCORIA-RIPIO 2,6 2,69 2,59
DEN
SID
AD
g/c
m3
TIEMPO (DÍAS)
DENSIDAD MEZCLA 5 Y 6
ARENA-RIPIO
ESCORIA-RIPIO
136
Gráfica 4. Densidad de las mezclas 6 y 7
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
2,45
2,5
2,55
2,6
2,65
2,7
7 Días 14 Días 28 Días
Dosificación 0,38 2,6 2,69 2,59
Dosificación 0,36 2,53 2,54 2,59
DEN
SID
AD
g/c
m3
TIEMPO (DÍAS)
DENSIDAD MEZCLA 6 Y 7
Dosificación 0,38
Dosificación 0,36
137
5.2. DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL
HORMIGÓN EN VIGAS SEGÚN NTE INEN 2554
El ensayo se lo realiza para determinar la resistencia a la tracción por flexión del
hormigón, es un parámetro requerido para el diseño y control de calidad en
pavimentos rígidos. El valor obtenido equivale al efecto que produce las llantas de
un vehículo al pasar sobre la losa de hormigón, en donde se producen efectos de
compresión y tensión simultáneamente (Rivera, 2010).
El valor de la resistencia a la flexión es significativamente bajo en comparación a
la resistencia a la compresión. El método a usar para la determinación del módulo
de rotura será el expuesto en la norma NTE INEN 2554, “Hormigón de cemento
hidráulico. Determinación de la resistencia a la flexión del hormigón. (Utilizando
una viga simple con carga en los tercios)”
Ilustración 20. Aplicación de cargas en vigas para determinación del Módulo de rotura.
Fuente: (Camposano, 2011)
Para el desarrollo del ensayo a flexión del hormigón se requieren de vigas estándar,
las cuales están sujetas a la norma ASTM C-31, la cual determina que la longitud
mínima de las vigas es 500mm, la sección transversal de la viga debe ser 1/3 de la
longitud de la viga. Para la determinación del módulo de rotura de la presente
138
investigación se realizan 6 vigas de 15 x 15 x 50 cm que fueron ensayadas a los 28
días de edad y que corresponden a las mezclas 6 y 7 (NTE INEN 2554, 2011).
Las vigas deberán ser ensayadas inmediatamente, luego de haberlas retirado de la
cámara de curado, ya que la pérdida de humedad en las probetas podría arrojar
valores erróneos en cuanto a la resistencia. La norma INEN NTE 2554 establece
dos fórmulas para la determinación del módulo de rotura, son dos casos
particulares:
Si la falla se produce dentro del tercio medio de la luz libre
Ecuación 8. Módulo de rotura dentro del tercio medio
𝑅 =𝑃𝐿𝑜
𝑏𝑑2 (NTE INEN 2554, 2011)
Si la falla se produce fuera del tercio medio
Ecuación 9. Módulo de rotura fuera del tercio medio
𝑅 =3𝑃𝑎
𝑏𝑑2 (NTE INEN 2554, 2011)
Dónde:
R= Módulo de rotura (MPa)
P= carga máxima
Lo= Luz libre
b= promedio del ancho
d= promedio de la altura L TOTAL
B
D
Lo= 45cm
139
5.2.1. Resultados ensayo a flexión de la Mezcla 6 (Escoria – Ripio)
FECHA DE
ENSAYO 4/4/2017 EDAD DE LAS PROBETAS 28 días RELACION AGUA -CEMENTO 0.38
PROBETA
DIMENSIÓN VIGA CARGA
MÁXIMA
SECCIÓN DE VIGA EN LA FRACTURA MÓDULO
DE
ROTURA B D L Lo Peso D d(promedio) b b (promedio) c
mm mm Mm mm kg N mm mm Mm mm MPa
VIGA 1 150 150 496 450 30 50031
150
151
151
151.0
27.5
6.55 152 151 26.1
151 151 25.5
VIGA 2 150 150 496 450 29.6 51993
152
153
150
150.0
26.1
6.70 153 150 26.6
154 151 26.3
VIGA 3 150 150 500 450 28.4 48363.3
151
151
150
150.0
26.5
6.40 151 150 26.9
151 151 27.4
MÓDULO DE ROTURA
PROMEDIO 6.55
140
5.2.2. Resultados ensayo a flexión de la Mezcla 7 definitiva (Escoria – Ripio)
FECHA DE
ENSAYO 6/4/2017
EDAD DE LAS
PROBETAS 28 días
RELACIÓN AGUA -CEMENTO 0.36
PROBETA
DIMENSIÓN VIGA CARGA
MÁXIMA
SECCIÓN DE VIGA EN LA FRACTURA MÓDULO
DE
ROTURA
B D L Lo Peso D d
(promedio) B b (promedio) c
mm Mm mm mm Kg N Mm mm mm mm mm MPa
VIGA 1 150 150 496 450 28.1 53366.4
150
151
151
151
27.5
7.00 152 151 26.1
151 151 25.5
VIGA 2 151 150 500 450 28.2 53366.4
152
153
150
150
26.1
6.85 153 150 26.6
154 151 26.3
VIGA 3 150 150 500 450 28.8 53268.3
151
151
150
150
26.5
7.00 151 150 26.9
151 151 27.4
MÓDULO DE ROTURA
PROMEDIO 6.95
141
Interpretación de resultados
Tabla 31. Comparación de módulos de rotura entre mezclas 6 y 7
MÓDULO
DE
ROTURA
RELACIÓN
A/C
% DE
VARIACIÓN DE
MÓDULO DE
ROTURA
6.55 0.38 -
6.95 0.36 6%
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Gráfica 5. Comparación de los Módulos de Rotura de la mezcla 6 y 7
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Como se observa en la Gráfica 5, al disminuir la relación agua cemento a 0.36
y al ser comparada con la mezcla 4, se obtiene un aumento en el módulo de
rotura del 6%. La falla de las vigas se da dentro del tercio medio de la viga como
se puede apreciar en la Fotografía 6.
6,3
6,4
6,5
6,6
6,7
6,8
6,9
7
0,38 0,36
6,55
6,95
MÓDULO DE ROTURA (Mpa)
142
Fotografía 6. Vigas de hormigón - Mezcla 7 (escoria – ripio)
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Tabla 32. Comparación del módulo de rotura (28 días) y la resistencia a la
compresión (28 días) de las mezclas 6 y 7
RESISTENCIA A LA
COMPRESIÓN
OBTENIDA
MÓDULO DE
ROTURA
%
RESISTENCIA
A LA
COMPRESIÓN
46.60 6.55 14
49.64 6.95 14
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Gráfica 6. Módulos de Rotura vs Resistencia a la compresión.
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
MEZCLA 6 MEZCLA 7
46,60 49.60
6,55 6,95
MODULO DE ROTURA VS RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN MÓDULO DE ROTURA
143
Los resultados obtenidos de las mezclas expuestos en la Tabla 32 muestran que el
módulo de rotura representa el 14% de la resistencia a la compresión del hormigón,
obtenida en condiciones ideales de laboratorio.
Tabla 33. Comparación de módulo de rotura obtenido en laboratorio con el módulo
de rotura teórico
ME
ZC
LA
RESISTENCIA
A LA
COMPRESIÓN
MÓDULO DE ROTURA
Laboratorio Laboratorio Adam M. Neville ACI 330R
Centro
técnico
del
hormigón
MPa MPa MPa MPa MPa
6 46.6 6.55 5.17 5.08 4.74
7 49.6 6.95 5.42 5.32 4.96
RESULTADOS
𝑀𝑅 =
0.399 𝐹𝑐2/3
𝑀𝑅 =
0.392 𝐹𝑐2/3
𝑀𝑅 =
0.39 𝐹𝑐2/3
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Los resultados obtenidos muestran que las formulas propuestas para el cálculo del
módulo de rotura son menores a la resistencia obtenidas en el laboratorio algunas
de ellas tan solo representan el 70%.
144
5.3. DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL
HORMIGÓN
El hormigón, al no ser un material íntegramente elástico, el módulo de elasticidad
se define como la relación entre, el esfuerzo y la deformación unitaria axial, por lo
tanto, no cabe hablar de módulo de elasticidad sino de módulo de deformación
longitudinal, el cual no tiene un valor constante en el diagrama σ vs ε (Asmal,
Ocaña, Perdomo, & Perez, 2012).
La porosidad y el módulo de elasticidad de los agregados también son elementos
importantes de la rigidez. Es así como los Módulos de Elasticidad de materiales no
porosos con alta densidad producen módulos de elasticidad extremadamente altos.
La relación agua/cemento influye también en el módulo de elasticidad tanto de la
pasta como del concreto. Morteros con relaciones A/C bajas ocasionan un
incremento en el módulo de elasticidad del concreto (CEMEX, 2014).
Tabla 34. Factores que afectan el módulo de elasticidad de un concreto
Concreto Fresco Concreto Endurecido
Pasta Agregado Experimentales
Módulo de elasticidad
de la matriz de pasta
Módulo de elasticidad
de los agregados
Aplicación de la carga
Porosidad de la
mezcla
Condiciones de la
matriz de pasta
Porosidad
Fracción volumétrica
de los agregados
Contenido de
humedad de los
especímenes
Fuente: CEMEX, 2014
Para determinar el módulo de elasticidad del hormigón se usarán dos métodos:
determinación teórica y determinación experimental
145
5.3.1. Determinación Teórica
El cálculo se lo puede realizar de acuerdo a las siguientes ecuaciones:
ACI 318S-08 (1971).
𝐸𝑐 = 4700 √𝑓′𝑐 (𝑀𝑃𝑎)
𝑓´𝑐 ∶ 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑚𝑖𝑔ó𝑛 (𝑀𝑃𝑎)
Módulo Estático de Elasticidad, tomando en cuenta que la variable es
f’c, este dato corresponde a los valores calculados tanto para resistencia
promedio como para resistencia características (Herreria & Villegas,
2008)
ACI- 363.
El código del ACI en el Capítulo 5 pagina 23, del Comité 363 expresa
que el módulo estático de elasticidad podría ser calculado con la
siguiente expresión (Herreria & Villegas, 2008):
𝐸𝑐 = 3320 ∗ √𝑓′𝑐 + 6900(𝑀𝑃𝑎)
𝑓´𝑐 ∶ 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑚𝑖𝑔ó𝑛(𝑀𝑃𝑎)
5.3.2. Determinación experimental del módulo de elasticidad del hormigón
Para la determinación del módulo de elasticidad se usa la norma ASTM C 469 la
cual se basa en el módulo de la secante, en la cual el módulo de elasticidad será la
pendiente de la línea que une los puntos de la curva, la cual se encuentra dentro del
rango de deformación unitaria de 0.00005 y al 40% de la carga máxima (ASTM
C469-02, 2011) .
146
Ilustración 21. Módulo secante del hormigón según la ASTM
Fuente: ASTM C469-02
Se usarán los cilindros de 15x30 cm, los cilindros deberán ensayarse luego de una
hora de haberlos retirado del cuarto de curado, se debe conservar la humedad para
poder ensayar, se mide el diámetro de los cilindros para calcular el área de la sección
del cilindro. Para mantener la planicidad se debe colocar un encabezado en este
caso se colocará capping según la norma ASTM C617-10. Para determinar el
módulo de elasticidad se usará el compresómetro, dispositivo sensor adherida al
cilindro de hormigón, que mide con una aproximación de 5 millonésimas, la
deformación promedio en dos líneas de base diametralmente opuestas, cada una
paralela al eje axial y centrada cerca de la mitad de la altura del espécimen (ASTM
C469-02, 2011).
147
Fotografía 7. Compresómetro
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Ilustración 22. Diagrama de desplazamientos
Fuente: ASTM C469-02, 2011
148
5.3.3. Procedimiento según la ASTM C469-02
Se colocará el cilindro de hormigón dentro del equipo de medición de deformación
tal que el cilindro este centrado dentro de los dos aros, colocar cuidadosamente el
conjunto en el bloque de apoyo inferior de la máquina de ensayo de compresión, se
debe hacer que el bloque superior de apoyo baje cuidadosamente hasta apoyarse en
el cilindro de hormigón y se debe enserar el deformímetro.
La carga se aplicará de forma continua y sin producir ningún impacto, se debe
registrar continuamente la carga aplicada y la deformación unitaria desde las 50
millonésimas hasta cuando la carga aplicada es igual al 40% de la carga última, se
ira registrando datos adicionales dentro del rango mencionado para determinar la
curva esfuerzo – deformación unitaria. Según la ASTM C469-02 para calcular el
módulo de elasticidad con una aproximación de 344.74 MPa se utiliza la siguiente
fórmula.
𝐸 =(𝑆2 − 𝑆1)
(휀2 − 0.000050)
Dónde:
E = Módulo de elasticidad cuerda, MPa (psi).
S2=Esfuerzo correspondiente al 40% de la carga última MPa (psi)
S1= Esfuerzo correspondiente a la deformación unitaria longitudinal, ε1, de 50
millonésimas, en MPa (psi)
ε2 = Deformación unitaria longitudinal producida por el esfuerzo S2, en
millonésimas: µm
149
5.3.4. Resultados obtenidos en el laboratorio
CILINDRO 1
Diámetro 15,1 Cm Área 179,08 cm2
Altura 305 Cm Esfuerzo de rotura 42,60 MPa
Peso 8903 G 40% esf.rotura 17,04 MPa
Carga
máxima 77800 Kg
# Carga
deformación x
0,002 deformación Esfuerzo
deformación
unitaria
kg Mm mm Mpa mm/mm X 10^-6
1 0 0 0,0000 0,00 0,00
2 1000 6 0,0120 0,55 39,34
3 2000 8 0,0160 1,10 52,46
4 3000 10 0,0200 1,64 65,57
5 4000 12 0,0240 2,19 78,69
6 5000 14 0,0284 2,74 93,11
7 6000 17 0,0344 3,29 112,79
8 7000 20 0,0400 3,83 131,15
9 8000 24 0,0480 4,38 157,38
10 9000 26 0,0520 4,93 170,49
11 10000 28 0,0560 5,48 183,61
12 11000 30 0,0600 6,02 196,72
13 12000 34 0,0680 6,57 222,95
14 13000 38 0,0760 7,12 249,18
15 14000 40 0,0800 7,67 262,30
16 15000 44 0,0880 8,21 288,52
17 16000 46 0,0920 8,76 301,64
18 17000 50 0,1000 9,31 327,87
19 18000 54 0,1080 9,86 354,10
20 19000 56 0,1120 10,40 367,21
21 20000 60 0,1200 10,95 393,44
22 21000 62 0,1240 11,50 406,56
23 22000 66 0,1320 12,05 432,79
24 23000 68 0,1360 12,60 445,90
25 24000 72 0,1440 13,14 472,13
26 25000 76 0,1520 13,69 498,36
27 26000 78 0,1560 14,24 511,48
28 27000 84 0,1680 14,79 550,82
29 28000 86 0,1720 15,33 563,93
30 29000 90 0,1800 15,88 590,16
31 30000 90 0,1800 16,43 590,16
32 31000 92 0,1840 16,98 603,28
33 32000 100 0,2000 17,52 655,74
34 33000 102 0,2040 18,07 668,85
35 34000 104 0,2080 18,62 681,97
150
5.3.5. Curva Esfuerzo vs Deformación – Cilindro 1
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
20,00
0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00 800,00
ESFU
ERZO
(M
Pa)
DEFORMACIÓN X 10^6 (mm/mm)
𝐸 =𝑆2−𝑆1
휀2 − 휀1
𝐸 =17,04 − 0,99
609,57 − 50∗ 106
E=28681,27 MPa
151
CILINDRO 2
Diámetro 15 Mm Área 176,71 cm2
Altura 303 Cm Esfuerzo de
rotura 42,73
MPa
Peso 8480 G 40% esf. rotura 17,09 MPa
Carga
máxima 77000 Kg
# Carga deformación
x0,002 deformación Esfuerzo
deformación
unitaria
kg Mm Mm MPa mm/mm X 10^-6
1 0 0 0,0000 0,00 0,00
2 1000 2 0,0040 0,55 13,20
3 2000 6 0,0120 1,11 39,60
4 3000 8 0,0160 1,66 52,81
5 4000 11 0,0220 2,22 72,61
6 5000 14 0,0280 2,77 92,41
7 6000 16 0,0320 3,33 105,61
8 7000 20 0,0400 3,88 132,01
9 8000 22 0,0440 4,44 145,21
10 9000 26 0,0520 4,99 171,62
11 10000 28 0,0560 5,55 184,82
12 11000 32 0,0640 6,10 211,22
13 12000 36 0,0720 6,66 237,62
14 13000 38 0,0760 7,21 250,83
15 14000 40 0,0800 7,77 264,03
16 15000 42 0,0840 8,32 277,23
17 16000 46 0,0920 8,88 303,63
18 17000 48 0,0960 9,43 316,83
19 18000 52 0,1040 9,99 343,23
20 19000 54 0,1080 10,54 356,44
21 20000 58 0,1160 11,10 382,84
22 21000 60 0,1200 11,65 396,04
23 22000 66 0,1320 12,21 435,64
24 23000 68 0,1360 12,76 448,84
25 24000 70 0,1400 13,32 462,05
26 25000 74 0,1480 13,87 488,45
27 26000 76 0,1520 14,43 501,65
28 27000 78 0,1560 14,98 514,85
29 28000 80 0,1600 15,54 528,05
30 29000 82 0,1640 16,09 541,25
31 30000 84 0,1680 16,65 554,46
32 31000 90 0,1800 17,20 594,06
33 32000 92 0,1840 17,76 607,26
152
5.3.6. Curva Esfuerzo Vs Deformación – Cilindro 2
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
20,00
0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00
ESFU
ERZO
. (M
Pa)
DEFORMACIÓN. X 10^6 (mm/mm)
𝐸 =𝑆2−𝑆1
휀2 − 휀1
𝐸 = 17,31 − 1,55
586,14 − 50∗ 106
E=28840,91 MPa
153
CILINDRO 3
Diámetro 14,9 Mm Área 174,37 cm2
Altura 300 Mm Esfuerzo de
rotura 43,87
MPa
Peso 8392 G 40% esf. rotura 17,55 MPa
Carga
máxima 78000 Kg
0,0980665
# Carga
deformación
0,002 deformación Esfuerzo
deformación
unitaria
kg Mm mm kg/cm2 mm/mm X 10^-6
1 0 0 0,0000 0,00 0,00
2 1000 2 0,0040 0,56 13,33
3 2000 4 0,0080 1,12 26,67
4 3000 6 0,0120 1,69 40,00
5 4000 8 0,0160 2,25 53,33
6 5000 10 0,0200 2,81 66,67
7 6000 12 0,0240 3,37 80,00
8 7000 14 0,0280 3,94 93,33
9 8000 18 0,0360 4,50 120,00
10 9000 20 0,0400 5,06 133,33
11 10000 22 0,0440 5,62 146,67
12 11000 24 0,0480 6,19 160,00
13 12000 28 0,0560 6,75 186,67
14 13000 30 0,0600 7,31 200,00
15 14000 32 0,0640 7,87 213,33
16 15000 34 0,0680 8,44 226,67
17 16000 36 0,0720 9,00 240,00
18 17000 40 0,0800 9,56 266,67
19 18000 42 0,0840 10,12 280,00
20 19000 46 0,0920 10,69 306,67
21 20000 48 0,0960 11,25 320,00
22 21000 50 0,1000 11,81 333,33
23 22000 54 0,1080 12,37 360,00
24 23000 58 0,1160 12,94 386,67
25 24000 60 0,1200 13,50 400,00
26 25000 64 0,1280 14,06 426,67
27 26000 66 0,1320 14,62 440,00
28 27000 70 0,1400 15,19 466,67
29 28000 74 0,1480 15,75 493,33
30 29000 76 0,1520 16,31 506,67
31 30000 80 0,1600 16,87 533,33
32 31000 84 0,1680 17,43 560,00
33 32000 86 0,1720 18,00 573,33
34 33000 90 0,1800 18,56 600,00
35 34000 92 0,1840 19,12 613,33
154
-3,00
2,00
7,00
12,00
17,00
22,00
0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00
ESFU
ERZO
. (M
Pa)
DEFORMACIÓN. X 10^6 (mm/mm)
5.3.7. Curva Esfuerzo Vs Deformación – Cilindro 3
𝐸 =𝑆2−𝑆1
휀2 − 휀1
𝐸 = 17,55 − 2,11
562,67 − 50∗ 106
E=30113,80 MPa
155
5.3.8. Resumen de resultados obtenidos
Tabla 35. Resumen del Módulo de Elasticidad Obtenido en Laboratorio
CILINDRO MÓDULO DE ELASTICIDAD
EN LABORATORIO UNIDADES
1 28681,27 MPa
2 28840,91 MPa
3 30113,8 MPa
PROMEDIO 29211,99 MPa
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Tabla 36. Comparación De Módulos Estáticos De Elasticidad Teóricos Y De
Laboratorio
MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL HORMIGÓN
COMPARACION DE MODULOS
DE ELASTICIDAD RESISTENCIA A LA
COMPRESIÓN OBTENIDA
EN LABORATORIO (MPa)
47,46
Laborator
io ACI 318 ACI 363
LABORATORIO
VS ACI 318
LABORATORIO
VS ACI 363 MPa MPa MPa
29211,99 32378,87 29771,88
90,22 98,12
ASTM
C469 𝐸𝑐 = 4700 √𝑓′𝑐
𝐸𝑐
= 3320 ∗ √𝑓′𝑐 + 6900
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
156
5.4. RESISTENCIA AL DESGASTE POR ABRASIÓN
La resistencia a la abrasión está directamente relacionado a la resistencia de los
agregados, técnicas adecuadas de compactación, curado y acabados que permitan
que la superficie adquiera una adecuada resistencia al desgaste. La investigación
ha demostrado que con la relación de agua – cemento, decrecientes con la que se
incrementa la resistencia a compresión, la resistencia la abrasión de la superficie de
concreto también incrementa (IMCYC, 2007).
Al ser un diseño de hormigón de alta resistencia que será destinado al uso en
pavimentos rígidos, es necesario conocer la durabilidad frente agentes ambientales
y de flujo vehicular y el uso que se le dará al pavimento ya sea industrial o de tráfico.
5.4.1. Ensayo de la resistencia al desgaste por abrasión según la norma NTE
INEN 3040
El ensayo consiste en someter una probeta sea esta de un piso o pavimento, a
desgaste por medio de la abrasión ejercida bajo condiciones controladas, por un
flujo o material abrasivo. Esto genera una huella, con la forma de la superficie curva
del disco metálico, cuya longitud resultante es inversamente proporcional a la
resistencia al desgaste por abrasión, del espécimen (COGUANOR, 2012). La norma
NTE INEN 3040 recomienda la realización de este ensayo para adoquines y
establece que la longitud de cuerda de la huella creada por la rueda ancha sea menor
o igual a los 25mm.
157
5.4.1.1. Equipo de desgaste
Según la norma NTE INEN 3040, la maquina debe tener una rueda metálica ancha,
una tolva de almacenamiento estándar con válvulas de control para el material
abrasivo, una tolva guía de flujo y un carro porta probetas móvil.
5.4.1.2. Material Abrasivo
El material usado para el desarrollo del ensayo es el corindón, es un oxido de
aluminio de gran dureza.
Ilustración 23. Partes fundamentales de la máquina para la prueba de desgaste de los adoquines
Fuente: (COGUANOR, 2012)
5.4.1.3. Preparación del espécimen
Según la norma NTE INEN 3040, la sección mínima no debe ser menor a 100mm
x 70mm, la cara superior deberá ser plana con una tolerancia de ± 1mm, cuando la
superficie del espécimen presente rugosidad deberá ser pulida adecuadamente.
158
Fotografía 8. Placa de 15 x 15 x 10 cm.
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
5.4.2. Procedimiento descrito en la norma NTE INEN 3040
Comprobar que la placa a ensayar cumpla con los requerimientos que establece la
norma NTE INEN 3040, de no ser el caso deberá ser pulida hasta que la superficie
presente una textura lisa. Se recomienda que el espécimen sea marcado o pintado
con la finalidad de tener una mejor apreciación de la huella. Colocar el material
abrasivo (corindón), el material debe estar seco y con un contenido máximo de
humedad del 1%. Llenar la tolva de almacenamiento con el material.
Fotografía 9. Colocación de material abrasivo
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
159
Colocar la placa en la porta espécimen, acercar al disco metálico para que se
produzca la huella. El disco deberá estar a una distancia no menor de 15mm de los
bordes de la placa a ensayar y estar en contacto con el espécimen, se abre las
válvulas o válvula de la tolva de almacenamiento y simultáneamente se enciende el
disco metálico. El ensayo termina una vez que el disco haya dado 75 revoluciones
en un tiempo de 60 ± 1 segundos.
Limpiar el polvo existente a la superficie y realizar el trazado del contorno de la
huella, para ello se requiere de un lápiz con el que se marca los límites
longitudinales, usando una regleta. Una vez trazado los límites longitudinales se
realizan el marcado transversal con una separación de 10mm en cada extremo. Una
vez marcados los límites se procede a marcar en el punto medio de la huella una
línea transversal. Con un calibrador digital de apreciación de ± 0.1mm se toma tres
medidas.
Fotografía 10. Huella en las placas ensayadas
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
160
5.4.3. Resultados obtenidos en las placas
Tabla 37. Medida de la resistencia al desgaste por abrasión en el hormigón
MEZCLA 7
RELACION AGUA / CEMENTO 0.38
DIMENSIONES LARGO ANCHO ESPESOR
15cm 15cm 10cm
Muestra unidades 1 2 3
Edad Días 28 28 28
caudal de flujo abrasivo (l/min) l/min 2.5 2.5 2.5
Longitud de cuerda de la pesa Cm 66.5 66.5 66.5
Masa de la pesa Gr 13844 13844 13844
Espesor de la rueda Mm 70 70 70
Diámetro Mm 200 200 200
Factor de Corrección U 0.5 0.5 0.5
Longitud de cuerda medida Mm 21 21,5 23,5
Longitud de la cuerda corregida mm 21,5 22 24
Fuente: Resultado del ensayo del desgaste en el hormigón realizado en el Laboratorio de la
Universidad Católica del Ecuador y realizado por los autores: NINABANDA Bryan &
SANTAMARÍA Karina
Nota: En los Anexo 5 y Anexo 6 se adjunta el informe del Ensayo por desgaste a la abrasión.
La norma INEN NTE 3040 establece que la longitud de cuerda máxima es de
25mm. Los resultados obtenidos presentan una buena resistencia a la abrasión.
Muestra 1 =>> 21.00 < 25 mm (ok)
Muestra 2 =>> 22.00 < 25 mm (ok)
Muestra 3 =>> 24.00 < 25 mm (ok)
161
5.5. TEST TCLP (PROCEDIMIENTO DE LIXIVIACIÓN
CARACTERÍSTICO DE TOXIDAD) DEL HORMIGÓN ENDURECIDO
- MEZCLA 7
Los elementos químicos que serán analizados en el presente capítulo corresponden
a los valores críticos del ensayo TCLP otorgado por la Empresa siderúrgica de la
muestra de escoria triturada, ensayo que fue analizado y descrito en el capítulo 3.
Se considera 2 casos para el análisis de lixiviados en el hormigón endurecido ambos
casos representan a los lixiviados que circularan por el pavimento rígido
1. Cuando el hormigón sea sometido a una lluvia ácida (placa de hormigón)
2. Cuando el hormigón se halle sumergido en agua (agua de sumersión)
5.5.1. Muestra placa de hormigón
Para el análisis de esta muestra se realiza el corte de una placa fabricada en la
mezcla 7. La placa obtenida es de 5 x 5 x 10 cm. El objetivo de este ensayo es
analizar al hormigón diseñado conservando sus propiedades.
La placa de hormigón previo al ensayo de lixiviación fue sumergida en ácido
acético durante 48 horas, con un pH de 4.3 simulando una lluvia ácida. El líquido
resultante fue previamente filtrado y analizado con el espectro de absorción
atómico. Es considerada lluvia ácida cuando su pH oscila entre 4.2 – 4.4 (EPA USA,
2017).
162
Fotografía 11. Placa de hormigón de 5x5x10cm
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Tabla 38. Ensayo TCLP - Placa de hormigón
PARÁMETROS UNIDADE
S RESULTADOS MÉTODOS
CADMIO mg/L ˂0,02 ABSORCIÓN
ATÓMICA
CINC mg/L ˂0,1 ABSORCIÓN
ATÓMICA
PLOMO mg/L ˂0,09 ABSORCIÓN
ATÓMICA
Elaborado: Laboratorio De Química Ambiental - Universidad Central Del Ecuador
Nota: el informe de los resultados se halla en el Anexo 8.
5.5.2. Muestra del agua de la placa sumergido durante 28 días
A los 28 días se toma una muestra del líquido en el que se sumergió la placa, esta
muestra será analizada para medir los metales pesados que se pudieron haber
desprendido de la placa, considerando los elementos químicos más críticos
determinados en el ensayo TCLP del hormigón triturado.
El recipiente usado para el desarrollo del experimento es de plástico y puesto bajo
condiciones ambientales normales. Para el análisis de lixiviado se toma un 1litro
de agua como muestra para realizar el ensayo TCLP.
163
Fotografía 12. Placa Sumergida
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Tabla 39. Ensayo TCLP - Agua de la placa de hormigón sumergido
PARÁMETROS UNIDADES RESULTADOS MÉTODOS
CADMIO mg/L ˂ 0,02 ABSORCIÓN ATÓMICA
CINC mg/L ˂ 0,4 ABSORCIÓN ATÓMICA
PLOMO mg/L ˂ 0,09 ABSORCIÓN ATÓMICA
Fuente: Laboratorio De Química Ambiental - Universidad Central Del Ecuador
Nota: el informe de los resultados se halla en el ANEXO 9.
5.5.3. Análisis e interpretación de resultados
Tabla 40. Cuadro comparativo de resultados
PARÁMETROS U
LÍMITE
MAX
PERMISIBLE
PLACA DE
HORMIGÓN
AGUA
(PLACA
SUMERGIDA)
Cadmio mg/l 0,02 ˂ 0,02 ˂ 0,02
Plomo mg/l 0,50 ˂ 0,09 ˂ 0,4
Zinc mg/l 10,00 ˂ 0,1 ˂ 0,09
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
164
Gráfica 7. Comparación De Resultados (Plomo)
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Gráfica 8. Comparación De Resultados (Cinc)
Elaborado: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
LÍMITE MAX PERMISIBLE
PLACA DE HORMIGÓN
AGUA (PLACA SUMERGIDA)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
1
LÍMITE MAX PERMISIBLE 0,50
PLACA DE HORMIGÓN 0,09
AGUA (PLACA SUMERGIDA) 0,4
CA
NTI
DA
D (
mg/
l)
TCLP (PLOMO)
LÍMITE MAX PERMISIBLE
PLACA DE HORMIGÓN
AGUA (PLACA SUMERGIDA)
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
Cinc
LÍMITE MAX PERMISIBLE 10,00
PLACA DE HORMIGÓN 0,1
AGUA (PLACA SUMERGIDA) 0,09
(mg/
l)
TCLP (CINC)
165
Gráfica 9. Comparación De Resultados (Cadmio)
Elaborado: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
En la Gráfica 7. Se observa que el plomo supera el límite máximo
permisible. Los ensayos muestran que se está dando un encapsulamiento del
metal pesado.
En la Gráfica 8. El contenido de cinc en las muestras ensayadas es mínimo,
lo que hace suponer que el encapsulamiento previsto fue efectivo
En la Gráfica 9. Se observa que el cadmio cumple con los límites máximos
permisibles. En la Tabla 40 el contenido de cadmio es menor a 0.2 lo que
hace suponer que se está dando un encapsulamiento del metal pesado.
LÍMITE MAX PERMISIBLE
PLACA DE HORMIGÓN
AGUA (PLACA SUMERGIDA)
0,00
0,01
0,01
0,02
0,02
CADMIO
LÍMITE MAX PERMISIBLE 0,02
PLACA DE HORMIGÓN 0,02
AGUA (PLACA SUMERGIDA) 0,02
CA
NTI
DA
D (
mg/
l)
TCLP (CADMIO)
166
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y
MODELOS
Resumen de las propiedades mecánicas del hormigón.
MEZCLA w/c Asent.
(cm)
EDAD
DÍAS
RESISTENCIA A
LA COMPRESIÓN
(Mpa) NTE INEN
1573
DENSIDAD (g/cm3)
NTE INEN 1574
MEZCLA 5
(ARENA-
RIPIO)
0.38 4.5
7 38.7 2.25
14 44.8 2.32
28 47.5 2.38
MEZCLA 6
(ESCORIA-
RIPIO)
0.38 3.0
7 35.1 2.60
14 40.9 2.69
28 46.6 2.59
MEZCLA 7
(ESCORIA-
RIPIO)
0.36 3.0
7 41.4 2.53
14 45.7 2.54
28 49.6 2.59
MEZCLA MÓDULO DE ROTURA (Mpa)
NTE INEN 2554
MÓDULO DE ELASTICIDAD
(Mpa) ASTM C 469-02
MEZCLA 6
(ESCORIA-
RIPIO)
6.55 ----
MEZCLA 7
(ESCORIA-
RIPIO)
6.95 29211.99
-------------------------------------
Ing. Luz América Juinia Juiña
Supervisón Técnica
167
CAPÍTULO VI
6. APLICACIÓN TEÓRICA Y PRÁCTICA DEL DISEÑO DE
HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA
6.1. DISEÑO TEÓRICO DEL ESPESOR DE LA LOSA DE UN
PAVIMENTO RÍGIDO
El objetivo de este capítulo es demostrar una aplicabilidad de la investigación
realizada, por ello se realiza el cálculo del espesor de una losa de hormigón de un
pavimento. Para el diseño del pavimento rígido se usará los datos de: índice de
serviciabilidad, confiabilidad, error estándar combinado, determinación del tráfico
de diseño, módulo de reacción del suelo, coeficiente de drenaje y transferencia de
carga, de la tesis “ANÁLISIS COMPARATIVO DE COSTOS ENTRE EL
PAVIMENTO RÍGIDO Y PAVIMENTO FLEXIBLE”. En el cual realizan el
diseño de pavimento rígido de la Interconexión: Escalón N°2 (Av. Simón Bolívar
Periférico Sur Occidental, usando el Método AASHTO 1993 aplicado al Ecuador.
Las propiedades mecánicas del hormigón corresponden a la mezcla 7.
El módulo de elasticidad y el módulo de rotura son datos obtenidos mediante
ensayos en el laboratorio, los cuales se calcularon en el capítulo 5 y acogiéndose a
la recomendación de la norma ACI 211- 4R, donde mencionan que las fuerzas
ensayadas bajo condiciones de campo llegan al 90% de la fuerza obtenida en
laboratorio, se realiza una reducción del 10% en las resistencias obtenidas en
laboratorio para el diseño del pavimento rígido. Cabe recalcar que no se realizará
un estudio de costos y no se efectuará estudios que involucre los procesos
constructivos del pavimento.
168
6.1.1. Recopilación de información
Para obtener el tránsito de diseño, la metodología AASHTO considera la vida util
del pavimento, utiliza el número de ejes equivalentes el calculo se puede observar
en el Anexo 20. Para el calculo de ejes equivalentes, en el diseño se tendrá apoyos
laterales,con lo cual el coeficiente de tranferenica de carga J será igual a 2.8 como
se muestra en el Anexo 21.
El valor del coeficiente de drenaje depende de dos parámetros: La calidad del
drenaje y el porcentaje de tiempo. La AASHTO considera la tabla expresada en el
Anexo 22, para determinarla la calidad deldrenaje y para los valores del coeficiente
de drenaje Cd se considera el cuadro del Anexo 23.
Para el valor de K (Módulo de reacción del suelo) se determina graficamente
mediante el uso del Anexo 24, de donde se tiene un C.B.R. de diseño de 9,8 % con
lo cual de obtiene una resistencia del suelo K de 198 Lbs/plg2. El C.B.R. se obtiene
por medio de ensayos de laboratorio, los diferentes C.B.R. obtenidos de ordenand
de menor a mayor, se enumera los C.B.R. como se muestra en el Anexo 25, esto
para dibujar la curva de frecuencia vs C.B.R. como se observa en el Anexo 26. De
donde se determina que el percentil es 90% correspondiente a un C.B.R. de 9.8.
Tabla 41. Propiedades del hormigón de la mezcla 7
PROPIEDADES DE
HORMIGÓN f´c 420
Laboratorio Campo (Recomendación ACI 211 -4R)
MPa MPa Psi
Módulo de Elasticidad 29211.99 26290.79 3813163.75
Módulo de Rotura 6.95 6.26 907.21
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
169
Tabla 42. Parámetros de diseño de la “Interconexión: Escalón N°2 (Av. Simón
Bolívar Periférico Sur Occidental)
Índice de serviciabilidad Error estándar combinado So
Serviciabilidad final (Pt) 2.00 So 0.35
Serviciabilidad inicial (Po) 4.50 Zr -1.282
∆PSI = Po – Pt 2.50 Nivel de Confiabilidad
Módulo de reacción del suelo Confiabilidad (R) 90%
CBR de diseño 9.80% De acuerdo a las características de la Av.
Escalón N°2, y por encontrarse en una zona
urbana, de clasificación funcional
correspondiente a un tipo de vía colectora. Resistencia del suelo K 198 lb/plg2
Determinación del tráfico de diseño
TIPO DE VEHÍCULO TPDA (veh/día) % de Composición
Livianos 16258 81.22
Pesados 3760 18.78
Total 20018 100
Coeficiente de drenaje Transferencia de carga
Calidad del drenaje Buena EL diseño tendrá apoyos laterales
mi 1.1 J 2.8
En la relación con el drenaje y considerando la
pluviosidad de Quito, y el 5% del año la estructura
de pavimento permanecerá expuesta a niveles de
humedad próximos a la saturación.
Factor del carril 1
Factor de sentido 0.5
ESAL’s de Diseño 41846319
Fuente: Farinango Bilbao & Herrera Heredia
6.1.2. Cálculo del espesor de la losa
Señalar el tipo de pavimento a diseñar, en este caso se señala “Rígido”.
Señalar e ingresar las variables de diseño de la Tabla 42, y las propiedades
requeridas del concreto de la Tabla 41.
Para realizar el cálculo se da clic en diseñar.
170
Ilustración 24. Cálculo del espesor de la losa del pavimento rígido por medio del programa
“Método AASHTO para el diseño de pavimento (1993) por Luis R. Vásquez”.
Fuente. NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
El diseño dio como resultado un espesor (D) de 23 cm.
“El espesor de la subbase es de 15 cm” (Farinango & Herrera,
2014).
Ilustración 25. Espesores del pavimento rígido con escoria de acero
Fuente. NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
171
6.1.3. Juntas de hormigón
Los usos de juntas son inevitables en la práctica, estas juntas son necesarias para
evitar fisuración por retracción, las juntas se colocan en puntos de menor fatiga y
con superficie normal a las direcciones de compresión, se evita ubicar juntas
donde exista fuertes tracciones (Brotóns, 2009).
6.1.4. Diseño de juntas de aislamiento
El diseño de juntas se lo realiza en sentido longitudinal y transversal, y se
construyen de acuerdo al eje central del pavimento.
Junta transversal
El diseño se lo realiza con el afán de prevenir fisuras en el hormigón por
contracción y alabeo y se le da un espaciamiento para controlar el agrietamiento
producido por los cambios de temperatura y humedad. El espaciamiento entre
juntas debe ser menor o igual a 6 metros (Ortuño, Pila, Viteri, & Yagchirema,
2011).
El corte de las juntas transversales se lo realiza cuando el concreto esta
endurecido y antes de que este haya sufrido alguna fisura. Para encontrar la
separación entre juntas se aplica la ecuación de Albert Joisel (Ortuño, Pila,
Viteri, & Yagchirema, 2011).
Ecuación 10. Ecuación de Alberth Joisel para el cálculo del espaciamiento entre
juntas
𝑳 = 𝟑 × 𝑷
𝒆𝟐
Fuente: Ortuño Flores, Pila Caiza, Viteri Nicolalde, & Yagchirema Arboleda, 2011
172
Tabla 43. Cálculo de la longitud de la junta transversal
Ecuación:
Dónde:
L = Longitud máxima de la losa
p = Carga máxima estática que puede presentarse en
una losa (T)
e = Espesor mínimo de la losa
Datos:
P 1000 Tn
e 23 cm
Cálculo
L = 5.67 m
L redondeado = 6.00 m
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Cálculo del acero longitudinal
Este tipo de juntas se coloca cuando el ancho de la vía sea mayor a 3.70m,
cuando se ubican losas adyacentes en diferentes tiempos se ubica un endentado
en la mitad del espesor de la losa de hormigón. Para tener mejor eficiencia de
trasmisión de carga, se ubican barras de anclaje, esto con la finalidad de
mantener unidas las caras de las juntas longitudinales. Las barras de anclaje se
diseñan para que resistan fuerzas de tracción que son generadas por la fricción
entre la subrasante y la losa de pavimento. Para realizar el diseño se aplica la
Ecuación 11, la cual calcula la sección transversal de acero por unidad de
longitud de la junta (Ortuño, Pila, Viteri, & Yagchirema, 2011).
Ecuación 11. Ecuación para la determinación del acero longitudinal
𝐴𝑆 = 𝑏𝑓𝑤
𝑓𝑠 (
𝑐𝑚2
𝑚) (Ortuño, Pila, Viteri, & Yagchirema, 2011)
𝐿 =3𝑥𝑃
𝑒2 ≤ 6𝑚
173
Tabla 44. Cálculo del acero longitudinal
Ecuación:
Dónde:
As = Área de acero por unidad de longitud de junta (cm2/m)
b = Ancho de carril (m)
f = Coeficiente de fricción (1,5 generalmente)
w = Peso del hormigón por unidad de área Kg/m2
fs = Esfuerzo de trabajo del acero multiplicada por 0.67 fy
Datos:
Fy 2800 kg/cm2
B 4 m
F 1.5
W 2590 kg/m2
Fs 1876 kg/cm2
Cálculo
As 8.28 cm2/m
CALCULO DEL ACERO
(Diámetro) Ø N° de Varillas Área Total
16 2 4.02
18 2 5.09
Total 9.11
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
De la Tabla 44, se observa que por cada metro lineal se colocara 2 varillas de 16
mm y 2 varillas de 18 mm, con espaciamiento de 30 cm. La longitud de las barras
de anclaje debe ser tal que el esfuerzo de adherencia a cada lado de la junta iguale
el esfuerzo de trabajo del acero, agregándose 7.5 cm. Para poder compensar los
defectos de colocación de varilla, la longitud total puede calcularse por medio de
la Ecuación 12 (Ortuño, Pila, Viteri, & Yagchirema, 2011).
Ecuación 12. Ecuación para el cálculo de longitud de la barra de anclaje
𝐿 = 2 𝐴𝑓𝑠
𝑎𝑝+ 7,5 (Ortuño, Pila, Viteri, & Yagchirema, 2011)
174
Tabla 45. Cálculo de la longitud de la barra de anclaje
Ecuación:
Dónde:
A = Área transversal de una barra de anclaje (cm2)
L = Longitud total de la barra de anclaje (cm)
α = Esfuerzo de trabajo por adherencia acero corrugado
p = Perímetro de una varilla (cm)
fs = Esfuerzo de trabajo del acero multiplicada por 0.67 fy
Datos:
A 2.55 cm2
Fs 1876 kg/cm2
Α 24.6
P 5.34 cm
Cálculo
L 70.00 cm
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Ilustración 26. Esquema del pavimento rígido diseñado
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
175
6.1.5. Análisis Comparativo De Resultados Obtenidos
Tabla 46. Comparación de resultados el diseño de hormigón rígido convencional
y hormigón rígido con escoria de acero
DISEÑO DE
PAVIMENTO
RÍGIDO
DISEÑO
PROPUESTO POR
NINABANDA BRYAN &
SANTAMARÍA KARINA
DISEÑO
PROPUESTO POR
(Farinango & Herrera,
2014)
ESPESOR DE LA
CARPETA 23 cm 30 cm
SEPARACIÓN
ENTRE JUNTAS 6 m 4 m
ACERO
LONGITUDINAL 2 Ø16mm; 2 Ø18mm 4 Ø16mm
LONGITUD DE LA
BARRA DE
ANCLAJE
70 cm 70 cm
FUENTE: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Existe una reducción de 7cm del espesor de la losa de hormigón y la separación de
juntas aumenta en 2cm, el armado propuesto y el anclaje cambian
considerablemente.
176
6.2. FUNDICION DE UNA FRANJA CON EL DISEÑO DE HORMIGÓN
DE ALTA RESISTENCIA UTILIZANDO ESCORIA DE ACERO
El objetivo principal es construir un elemento de hormigón constituido con ripio-
cemento- escoria, que pueda ser usado para estudios posteriores, principalmente del
nivel de contaminación que pueda presentar el mencionado. Como estudio primario
en el capítulo 5 se observó que el hormigón no presenta niveles de contaminación
y que cumplen con los límites máximos de descarga al alcantarillado público del
Ministerio del Ambiente.
Ubicación del área a fundir
El diseño de hormigón de alta resistencia con escoria de acero es usado para la
reposición de una parte del pavimento existente en el Laboratorio de Ensayo de
Materiales de la Universidad Central, que se halla en mal estado. El área total a
reemplazar es de 2,00 m2 (Largo= 2,50m; Ancho=0,80m).
Ilustración 27. Laboratorio de ensayo de materiales - Universidad Central del Ecuador
Fuente: GoogleEarth
177
Coordenadas Laboratorio de ensayo de materiales Universidad Central
Latitud: 777959.74m
Longitud: 9978084.59m
Cota: 2837 msnm
Dosificación al Peso de la Mezcla 7
La dosificación usada para la aplicación práctica del diseño de hormigón de alta
resistencia es la correspondiente a la mezcla 7, donde se obtuvo un rango de
seguridad del 18% con respecto a la resistencia especificada de 42MPa.
Tabla 47. Dosificación de la mezcla 7.
Cemento 1
Ripio 1.69
Escoria 1.38
Agua 0.36
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Fotografía 13. Pavimento deteriorado del Laboratorio Ensayo de Materiales UCE
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
178
Proceso de construcción de placa de hormigón
Se retira la capa de hormigón que se halla en mal estado de forma manual, el
cual tiene un espesor de 8cm, el mismo que se asienta sobre una sub base
(empedrado).
Fotografía 14. Sub base empedrada
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Cálculo de cantidades requeridas para la fundición del área a reponer.
PLACA A FUNDIR
largo 2,5 M
ancho 0,8 M
Espesor 0,08 M
V. requerido 0,16 m3
179
Cantidad de materiales al peso en estado SSS y corrección por
humedad
MATERIAL M. DE PRUEBA
Cemento 88,31
Ripio 149,24
Arena 121,86
Agua 31,79
ADITIVO 176,62 ml
Ajuste por el contenido de agua de los agregados
Contenido de humedad del agregado grueso = 3,67 %
Contenido de humedad del agregado fino = 2,80 %
contenido de agua en arena 0,06 Kg
contenido de agua en ripio -1,10 Kg
Cantidades finales para la fundición de la placa
CANTIDADES DEFINITIVAS PARA LA PLACA
MATERIAL CANTIDAD U
Cemento 88,31 kg
Agua 30,75 kg
Ripio 150,34 kg
Arena 121,80 kg
ADITIVO 176,62 ml
El área a ser fundida es compactada y humedecida antes de proceder al vertido
del hormigón
Fotografía 15. Humedecimiento de la superficie a ser fundida
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
180
La mezcla de los materiales se realiza en una concretara. Se fabrican tres
testigos de 10x20 cm que serán curados de la misma forma que la placa y
ensayados a los 28 días. El hormigón es vertido, consolidado adecuadamente y
se realiza el acabado final.
Fotografía 16. Vertido del Hormigón
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Fotografía 17. Cilindros testigos
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
181
Fotografía 18. Acabado Final de Placa de hormigón con escoria de acería
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
Resultados de la resistencia a la compresión a los 28 de los cilindros testigos
Dosificación Fecha de
Ensayo Probeta
Diámetro
(Cm)
Altura
(Cm)
Carga
Kg
F'c
(Kg/Cm2)
F’c
Promedio
MPa
placa de
hormigón
08/06/2017 1 10,1 20 36600 456,82
45 08/06/2017 2 10,3 20 37300 447,66
08/06/2017 3 10,2 20 38000 465,04
El promedio de los resultados obtenidos en el ensayo de resistencia a la compresión
fue de 45 MPa, es decir se obtuvo el 7% más de la resistencia especificada en el
hormigón.
182
CAPITULO VII
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.1. CONCLUSIONES
1. Los resultados obtenidos en el diseño de hormigón de alto desempeño
realizado con la mezcla 7, muestra que el empleo de escoria de acero como
agregado fino en el hormigón es apto para la aplicación en un pavimento
rígido.
2. Como resultado de la caracterización de las propiedades físicas es posible
concluir que el peso específico de la escoria negra con respecto al de la arena
de Pifo es 1.41 veces mayor. Mientras la capacidad de absorción de la escoria
negra con relación al de la arena es 1.14 veces mayor, por lo cual se concluye
que la escoria es un material poroso. Al realizar los ensayos de densidad suelta
y compactada se deduce que para un mismo volumen se tiene diferentes
masas de escoria y arena, siendo 1.40 veces mayor la densidad suelta de la
escoria con respecto a la arena y 1.34 veces mayor la densidad compactada
de la escoria con respecto a la arena de Pifo.
3. Las escorias negras como residuos constituyen un peligro para el medio
ambiente, puesto que al realizar el análisis de lixiviado TCLP de la escoria y
al ser comparados con los límites máximos permisibles de descargas al
sistema de alcantarillado público se observa que dos elementos químicos (Cd,
Zn) superan los rangos establecidos. A su vez no deben ser considerados
como suelos debido al ensayo realizado por el método EPA 3050 (Espectro
fotometría de absorción atómica) de la escoria en donde los elementos
183
analizados Zn, Cr, Pb superan el criterio de calidad para suelos del texto
unificado de legislación secundaria del Ministerio del Ambiente, siendo un
material degradante para la calidad del suelo.
4. De las dosificaciones obtenidas para las mezclas de arena y escoria se observa
que para una misma relación agua-cemento se requiere mayor cantidad de
pasta en las mezclas realizadas con escoria, se requiere el uso de un aditivo
(Glenium 3400 Nv) que mejore las propiedades del hormigón fresco y
endurecido debido a que la relación agua – cemento es baja.
5. El comportamiento de la escoria es similar a un agregado natural, como se ve
reflejado en el ensayo a compresión realizado en los cilindros de hormigón,
donde se observa que la resistencia aumenta en el transcurso del tiempo. En
los ensayos realizados en la mezcla 6, que fueron ensayadas a los 7, 14, 28 y
56 días se obtuvo el 83%, 97% ,111% y 112% de la resistencia especificada.
Debido a que el hormigón diseñado es para un pavimento rígido, el cual estará
expuesto a factores ambientales, y es probable que no tenga un curado similar
al del laboratorio, se optó por realizar la mezcla 7 con una relación agua-
cemento de 0.36, aumentando así el rango de seguridad.
6. El hormigón con escoria de acero de la mezcla 7 presenta buen desempeño
como se muestra en los ensayos de resistencia mecánica. La resistencia a la
compresión de las probetas ensayadas a los 7, 14, 28 y 56 días, dan como
resultados 98%, 109%, 118% y 119% de la resistencia especificada,
obteniendo así un rango de seguridad de 1.19 veces con respecto a la
resistencia especificada. El módulo de rotura obtenido fue de 6.95 MPa, este
módulo de rotura obtenido en laboratorio representa el 14% de la resistencia
184
promedio a la compresión a los 28 días. El módulo de elasticidad obtenido en
laboratorio es de 29211.99 MPA que representa el 90.22% del módulo teórico
propuesto por el ACI 318 y el 98.12% del propuesto por el ACI 363. El
hormigón con escoria de acero presenta buena resistencia a la abrasión como
se observan en los resultados, donde el promedio del desgaste representado
en la longitud de la cuerda es de 22.33 mm, siendo el máximo permisible de
25 mm según la norma NTE INEN 3040.
7. La comparación entre el hormigón convencional y el hormigón con escoria
de acero muestran que a una misma dosificación sus resistencias son
diferentes con una mínima variación, siendo mayor en todas las edades el
hormigón con arena. La resistencia a la compresión a los 7 días de la mezcla
con arena excede en un 9,30% a la resistencia de la mezcla con escoria, a los
14 días el comportamiento sigue siendo similar con una diferencia de 8,70%.
A los 28 días la mezcla con escoria presenta una recuperación considerable
de la resistencia dando una variación de resistencias entre mezclas del 2%.
8. En los dos casos propuestos para evaluar la cantidad de metales pesados en el
hormigón endurecido por medio del análisis de lixiviados (TCLP) muestran
que los metales pesados cinc, cadmio y plomo no se desprenden de las
muestras de hormigón, los elementos químicos se hallan dentro de los límites
máximos permisibles.
9. Cuanto mejor sean las propiedades mecánicas del hormigón el espesor de una
losa de un pavimento rígido puede llegar a reducirse como se observa en la
Tabla 47, donde el espesor diseñado propuesto en la tesis “Diseño vial
definitivo de la avenida ESCALON 2” fue de 30 cm y al diseñar con las
185
propiedades mecánicas del hormigón de alto desempeño con escoria de acero
se da una reducción del espesor de 7 cm.
10. Los testigos tomados de la reposición del pavimento fueron puestos bajo las
mismas condiciones de curado que la placa y ensayados a los 28 días dando
como resultado una resistencia a la compresión de 45 MPa, es decir 7% mayor
a la resistencia especificada.
7.2. RECOMENDACIONES
1. El ensayo colorimétrico de la escoria negra inicialmente fue de color amarillo
encendido, lo que indica que contiene altas cantidades de material orgánico,
lo cual dificulta fabricar hormigones de alto desempeño, por ello se
recomienda realizar el lavado de la escoria con la finalidad de reducir el
material orgánico.
2. Se debería efectuar un estudio de caracterización físico y químico de cada una
de las escorias que resultan del proceso de la fundición del acero de todas las
empresas siderúrgicas existentes en el país, con la finalidad de generalizar el
uso adecuado de las escorias.
3. Se debería realizar una investigación sobre procesos de envejecimiento en las
escorias, puesto que en este proyecto se realizó un envejecimiento acelerado
descrito en el Anexo 3 y Anexo 4, el mismo que no tuvo resultados
satisfactorios. En el proceso de envejecimiento se puede evaluar el grado de
estabilidad química de las escorias.
4. Cuando se considere realizar el retiro del hormigón fabricado con escoria, se
recomienda reutilizar el material para la conformación de nuevos elementos
186
de concreto, ya que al convertirse en un residuo sólido este afectaría al medio
ambiente como se muestra en el Anexo 7, donde el cadmio y plomo no cumple
como los límites permisibles.
5. Se recomienda usar la dosificación obtenida en este proyecto en un tramo de
vía donde el tráfico vehicular sea significativo y se pueda evaluar el
comportamiento del hormigón.
187
8. BIBLIOGRAFÍA
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192
9. ANEXOS
ANEXO 1. Metales en Lixiviados TCLP EPA 1311
193
Fuente. Empresa siderúrgica del Ecuador, 2017
194
ANEXO 2. Informe de resultados de los metales pesados, Método EPA 3050
para suelos.
Fuente. Laboratorio de Química Ambiental UCE, (2017).
195
ANEXO 3. Envejecimiento de la Escoria
La escoria de acería para ser usada como árido siderúrgico tiene que ser
machacado y no debe contener materiales contaminantes, para luego realizar el
envejecimiento durante 3 meses, el cual consta de un riego con agua (UNE-EN
1744-1, 2013).
Por la limitación de tiempo se realiza el envejecimiento a través de pruebas
aceleradas en el cual nos menciona lo siguiente “El deterioro que sufre un producto
al ser expuesto por un mes a 45°C es el mismo que sufre a 20°C en un año”
(Helman, 1981) Para realizar el envejecimiento se cuarteo la escoria hasta obtener
aproximadamente 5 kg, luego se procedió a lavarla y retirar de manera visual los
materiales que estuvieren dentro de la escoria, se coloca dentro de un recipiente
metálico con agua y se lo lleva durante un mes a una estufa con un termostato para
poder controlar la temperatura de 45°C.
Fuente. NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
196
ANEXO 4. Resultados Químicos del envejecimiento
Resultados del análisis semicuantitativo de la escoria sin envejecer y
envejecida
Fuente. UNACEM, 2016
CONTROL DE CALIDAD
CON ENVEJECIMIENTO SIN ENVEJECIMIENTO
Pérd. Fuego [%] -2.2 -1.1
SiO2 [%] 16.4 16.8
Al2O3 [%] 7.08 7.2
Fe2O3 [%] 51.08 50.1
CaO [%] 16.71 16.11
MgO [%] 9.30 9.1
SO3 [%] 0.20 0.2
Na2O [%] 0.34 0.43
K2O [%] 0.05 0.09
Ti2O [%] 0.47 0.47
P2O5 [%] 0.20 0.25
MnO [%] 0.03 0.03
Cr2O3 [%] 0.01 0.01
BaO [%] 0.00 0.00
CuO [%] 0.00 0.00
Eu2O3 [%] 0.00 0.00
SrO [%] 0.00 0.00
NiO [%] 0.00 0.00
Nb2O5 [%] 0.00 0.00
PbO [%] 0.00 0.00
ZrO2 [%] 0.00 0.00
MoO3 [%] 0.00 0.00
Tb4O7 [%] 0.00 0.00
ZnO [%] 0.4 0.3
Cl- [%] 0.0 0.0
Total [%] 100.0 100.0
Humedad [%] 5.1 5.3
ANALISIS
MUESTRAS
MATERIAL
8/2/2016
197
ANEXO 5. Informe de la medida de la resistencia al desgaste por abrasión en
hormigón. Método de la rueda ancha.
Fuente. Laboratorio de materiales de construcción PUCE, (2017)
198
ANEXO 6. Ensayo del desgaste a la abrasión
Informe del ensayo de la medida de la resistencia al desgaste por abrasión en
hormigón. Método de la rueda ancha, realizado por NINABANDA Bryan &
SANTAMARÍA Karina.
Proyecto: Tesis- Diseño de hormigón rígido de alta resistencia con escoria de
acero
Localización: Quito
Norma Ensayo: NTE-INEN 3040
Muestra N° 2 3
Identificación ----------- ----------- -----------
Fecha de fabricación ----------- ----------- -----------
Fecha de ensayo Año-mes-día 2017-05-19 2017-05-19
Caudal del flujo abrasivo l/min 2.5 2.5
Longitud de cuerda de la pesa cm 66.5 66.5
Masa de la pesa gr 13844 13844
Espesor de la rueda h mm 70 70
Diámetro mm 200 200
Factor de Corrección u 0.5 0.5
Longitud de la cuerda medida mm 21.5 23.5
Longitud de cuerda corregida mm 22 24
______________________
Ing. Byron Morales
Supervisor - Tutor
199
ANEXO 7. Resultado del ensayo de TCL de la muestra de hormigón triturado
Muestra de hormigón triturado
El material ensayado corresponde a la mezcla 7. El ensayo se lo realiza posterior a
los 28 días de su fabricación, y previamente fue triturado en el laboratorio de
Ensayos de Materiales para su posterior análisis. Los resultados obtenidos en el
ensayo de lixiviados se muestran en la Tabla 35.
Fotografía 19. Trituración del Hormigón
Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
200
Ensayo de lixiviados a una muestra de material triturado de hormigón
Fuente. Laboratorio de Química Ambiental UCE, (2017).
201
ANEXO 8. Resultado del ensayo de TCLP de la placa de hormigón.
Fuente. Laboratorio de Química Ambiental UCE, (2017).
202
ANEXO 9. Resultado del ensayo de TCLP de la muestra de agua.
Fuente. Laboratorio de Química Ambiental UCE, (2017).
203
ANEXO 10. Ensayo de colorimetría del agregado fino y consistencia normal del
cemento
Fuente. NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
ANEXO 11. Lavado de la escoria
Fuente. NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
204
ANEXO 12. Mezcla del hormigón de alta resistencia con escoria de acero
Fuente. NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
ANEXO 13. Determinación del asentamiento usando el cono de Abrams
Fuente. NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
205
ANEXO 14. Varillado del hormigón
Fuente. NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
ANEXO 15. Cilindros de hormigón de 10x20 cm
Fuente. NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
206
ANEXO 16. Ensayo de resistencia a la compresión
Fuente. NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
ANEXO 17. Resistencia a la Flexión del Hormigón en Vigas
Fuente. NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
207
ANEXO 18. Resistencia al Desgaste por Abrasión
Fuente. NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
ANEXO 19. Construcción de la placa en el laboratorio de Ensayo de Materiales
Universidad Central del Ecuador
Fuente. NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina
208
ANEXO 20. Cálculo de ejes equivalentes
Fuente: (Farinango & Herrera, 2014)
209
ANEXO 21. Valores del coeficiente de transferencia de carga J
Fuente: (Farinango & Herrera, 2014)
ANEXO 22. Calidad de drenaje
Fuente: (Farinango & Herrera, 2014)
ANEXO 23. Valores del coeficiente de drenaje Cd
Fuente: (Farinango & Herrera, 2014)
210
ANEXO 24. Relación entre el valor relativo de soporte (C.B.R) y el módulo de
reacción de la subrasante (K).
Fuente: (Farinango & Herrera, 2014)
ANEXO 25. Selección del CBR de diseño
Fuente: (Farinango & Herrera, 2014)
211
ANEXO 26. CBR de diseño
Fuente: (Farinango & Herrera, 2014)