Plan de Tesis Estudio de Agregados

PLAN DE TESIS: ESTUDIO DE LA CALIDAD DEL AGREGADO PARA SU USO EN LA PRODUCCION DE CONCRETO BACHILLER : CARLOS ANTONIO, HUAMAN OSORIO

Huánuco, 25 de Marzo de 2010 Solicita: Aprobación de plan de tesis SEÑOR: Ing. Clifton Paucar y Montenegro Decano de la facultad de Ingeniería Civil y Arquitectura – UNHEVAL – HUANUCO

Yo, Carlos Antonio, HUAMÁN OSORIO, Identificado con DNI N° 41159039 Bachiller, egresado de la Facultad de Ingeniería Civil y Arquitectura, Escuela Académico profesional de Ingeniería civil, me presento ante usted y expongo. Que siendo requisito para la obtención del título profesional de Ingeniero Civil, someterse a cualquiera de las opciones que se establece en el Articulo 14 Inciso B del estatuto Universitario, he determinado acogerme a la modalidad que se indica en el numeral b.1 del indicado estatuto, es decir a la Presentación, Sustentación y aprobación de la tesis. Con tal propósito adjunto a la presente el plan de tesis y programación de Actividades que será denominado “Estudio de la calidad del agregado para su uso en la producción de concreto”, aplicado a las principales canteras de las regiones Huánuco y Pasco. Por lo que solicito se le dé el trámite correspondiente. Atentamente.

ALUMNO

CARLOS ANTONIO HUAMAN OSORIO : Carlos Antonio, HUAMÁN OSORIO

DNI N°

: 41159039

CODIGO

: 1997110236

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PLAN DE TESIS: ESTUDIO DE LA CALIDAD DEL AGREGADO PARA SU USO EN LA PRODUCCION DE CONCRETO BACHILLER : CARLOS ANTONIO, HUAMAN OSORIO

UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TÍTULO DEL PLAN DE TESIS “ESTUDIO DE LA CALIDAD DEL AGREGADO PARA SU USO EN LA PRODUCCION DE CONCRETO” APLICADO A LAS PRINCIPALES CANTERAS DE AGREGADOS DE LAS REGIONES HUÁNUCO Y PASCO ESPECIALIDAD TECNOLOGIA DE MATERIALES TESISTA CARLOS ANTONIO, HUAMAN OSORIO ASESOR Ing. WILSON, ARQUIÑIGO TRUJILLO HUÁNUCO, PERÚ 2

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2009

CONTENIDO DEL PLAN DE TESIS SOLICITUD DE APROBACION DE PLAN DE TESIS

PAG 1

CARATULA

PAG 2

CONTENIDO DEL PLAN DE TESIS

PAG 3

1. TITULO DE LA TESIS

PAG 4

2. ANTECEDENTES

PAG 4

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

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4. HIPOTESIS

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5. VARIABLES E INDICADOR

PAG 8

6. JUSTIFICACION E IMPORTANCIA

PAG 8

7. OBJETIVOS

PAG 10

8. ALCANCES Y DELIMITACIONES DEL ESTUDIO

PAG 10

9. LIMITACIONES

PAG 12

10. INDICE – RESUMEN

PAG 13

11. METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN

PAG 14

12. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

PAG 15

13. ASIGNACION DE RECURSOS

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14. BIBLIOGRAFIA

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PLAN DE TESIS 1. TITULO DE LA TESIS “Estudio de la calidad del agregado para su uso en la producción de concreto”, Aplicado a las principales canteras de la Región Huánuco y Pasco

2. ANTECEDENTES La calidad del agregado es de suma importancia, ya que le corresponden aproximadamente las tres cuartas partes del volumen del concreto. El agregado no solo puede limitar la resistencia del concreto, sino que sus propiedades pueden afectar enormemente su durabilidad y desempeño. La influencia de este material en las propiedades del concreto tiene efecto importante no sólo en el acabado y calidad final del concreto sino también sobre la trabajabilidad y consistencia al estado plástico, así como sobre la durabilidad, resistencia, propiedades elásticas y térmicas, cambios volumétricos y peso unitario del concreto endurecido. La norma de concreto E-060, recomienda que a pesar que en ciertas circunstancias agregados que no cumplen con los requisitos estipulados han demostrado un buen comportamiento en experiencias de obras ejecutadas, sin embargo debe tenerse en cuenta que un comportamiento satisfactorio en el pasado no garantiza buenos resultados bajo otras condiciones y en diferentes localizaciones, en la medida de lo posible deberán usarse agregados que cumplan con las especificaciones del proyecto.

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Los agregados finos y gruesos ocupan comúnmente de 60% a 75% del volumen del concreto (70% a 85% en peso), e influyen notablemente en las propiedades del concreto recién mezclado y endurecido, en las proporciones de la mezcla, y en la economía. Los agregados finos comúnmente consisten en arena natural o piedra triturada siendo la mayoría de sus partículas menores que 5mm. Los agregados gruesos consisten en una grava o una combinación de grava o agregado triturado cuyas partículas sean predominantemente mayores que 5mm y generalmente entre 9.5 mm y 38mm. Algunos depósitos naturales de agregado, a veces llamados gravas de mina, rió, lago o lecho marino. El agregado triturado se produce triturando roca de cantera, piedra bola, guijarros, o grava de gran tamaño. La escoria de alto horno enfriada al aire y triturada también se utiliza como agregado grueso o fino. Un material es una sustancia sólida natural que tiene estructura interna ordenada y una composición química que varía dentro de los límites muy estrechos. Las rocas (que dependiendo de su origen se pueden clasificar como ígneas, sedimentarias o metamórficas), se componen generalmente de varios materiales. Por ejemplo, el granito contiene cuarzo, feldespato, mica y otros cuantos minerales; la mayor parte de las calizas consisten en calcita, dolomita y pequeñas cantidades de cuarzo, feldespato y arcilla. El intemperismo y la erosión de las rocas producen partículas de piedra, grava, arena, limo, y arcilla. El concreto reciclado, o concreto de desperdicio triturado, es una fuente factible de agregados y una realidad económica donde escaseen agregados de calidad. Los agregados de calidad deben cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieril optimo: deben consistir en partículas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y otros materiales finos que pudieran afectar la hidratación y la

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adherencia la pasta del cemento. Las partículas de agregado que sean desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse son indeseables. Los agregados que contengan cantidades apreciables de esquistos o de otras rocas esquistosas, de materiales suaves y porosos, y ciertos tipos de horsteno deberán evitarse en especial, puesto que tiene baja resistencia al intemperismo y pueden ser causa de defectos en la superficie tales como erupciones. Lo importante en la granulometría de un agregado es que ha de tener las mezclas de las diferentes fracciones de agregado grueso y arena (agregados totales). Hormigón.- mezcla natural de Agregado Fino y Agregado Grueso. La granulometría del hormigón consiste en la distribución del tamaño de sus partículas .Y esta se determina haciendo pasar una muestra representativa de hormigón por una serie de tamices ordenados, de mayor a menor. Cada uno de estos pesos retenidos se expresa como porcentaje (retenido) del peso total de la muestra. El porcentaje acumulado que pasa, que será simplemente la diferencia entre 100 y el porcentaje retenido acumulado. Fórmula % pasa = 100 – % Retenido Acumulado. Los resultados de un análisis granulométrico también se pueden representar gráficamente lo cual a este grafico se llama curva granulométrica. Estas gráficas se representan por medio de dos ejes perpendiculares entre sí, horizontal y vertical, en donde las ordenadas representan el porcentaje que pasa y en el eje de las abscisas la abertura del tamiz cuya escala puede ser aritmética, logarítmica o en algunos casos mixtos. Las curvas granulométricas permiten visualizar mejor la distribución de tamaños dentro de una masa de agregados, permitiendo conocer además que tan grueso o fino es el hormigón. En consecuencia hay factores que se derivan de un análisis granulométrico como son: Tamaño máximo: Es el menor tamiz por el que se pasa toda la muestra. Tamaño máximo nominal: El tamaño máximo nominal de un agregado, es el menor tamaño

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de la malla por el cual debe pasar la mayor parte del agregado, la malla de tamaño máximo nominal, puede retener de 5% a 15% del agregado dependiendo del número de tamaño. La importancia de la granulometría de los agregados radica, ya que de estos dependerán las propiedades de los diferentes tipos de concretos, mayor estabilidad volumétrica, resistencia, y por esto conviene que los agregados ocupen la mayor masa del hormigón, compatible con la trabajabilidad. Para la construcción de vías terrestres, la norma ASTM D448 enlista los trece números de tamaño de la ASTM C33, más otros seis números de tamaño para agregado grueso. La arena o agregado fino solo tiene un rango de tamaños de partícula.

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La calidad de un concreto es un factor determinante en la seguridad de una estructura, pero esta no se obtiene únicamente con un correcto diseño de mezcla para una obra, un eficiente mezclado y colocación, porque aún cumpliendo con estos, los resultados de laboratorio muestran variaciones considerables en la resistencia de un concreto hecho bajo un mismo diseño. No se han investigado aún las causas de estas variaciones en la resistencia del concreto diseñado para toda una obra, pero si se considera que los agregados constituyen del 60% al 80% de éste, en volumen de este, se puede deducir que las variaciones de calidad en el tiempo de éstos afectan en gran medida las propiedades finales del concreto. Se puede mencionar, por ejemplo, que uno de los factores que afectan a la contracción del concreto es la cantidad del agregado fino (que pasa la malla Nº 200), también la adherencia interna del concreto se ve afectada por materiales desmenuzables e impurezas como limos y arcillas y la resistencia es afectada también por un exceso de partículas liviana en los

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agregados. Ya que la explotación de canteras de grava y bancos de arena en nuestro país se lleva a cabo con un mínimo y a veces ningún control de calidad, no se asegura que el material obtenido cumpla con los requisitos de las Normas técnicas empleadas en nuestro medio. Por lo tanto, es necesario hacer un estudio de las principales canteras que se explotan en nuestro medio abarcando las canteras más importantes de las regiones Huánuco y Pasco, tomando en cuenta las Normas ASTM y las NTP correspondientes.

4. HIPOTESIS La calidad de los agregados experimenta variaciones estacionales de sus propiedades Químicas, Físicas y mecánicas que afectan significativamente la calidad del concreto que con estas se producen.

5. VARIABLES E INDICADOR 5.1.

VARIABLE INDEPENDIENTE 

5.2.

Calidad del Agregado INDICADORES



Propiedades Químicas de los agregados

X1



Propiedades Físicas de los agregados

X2



Propiedades mecánicas de los agregados

X3

6. JUSTIFICACION E IMPORTANCIA La importancia de obtener concreto de resistencia estable, de durabilidad óptima y al más 8

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bajo costo en los proyectos de construcción, es la razón principal del enfoque de éste estudio; debido a que estos aspectos son los que idealmente deben cumplir los productores de concreto. Sin embargo, lo que sucede al proporcionar un diseño de concreto a un constructor cualquiera, es que no se obtiene de éste concreto, resultados estables en cuanto a resistencia, es decir, en distintas fechas de producción en una misma obra, ésta sufre variaciones considerables a causa de no optimizar los componentes del concreto. Aunque la fuente de abastecimiento se mantenga, el agregado en algún grado aún desconocido, sufren variaciones que afectan las propiedades del concreto. Sabemos que la durabilidad del concreto está ligada a la durabilidad individual de sus componentes, y siendo que la producción de cemento esta normada, son los agregados los señalados como los principales modificadores de resistencia ya que su explotación y obtención no está aun normada. Tomando el aspecto económico, al estudiar la calidad y características del agregado a usar en concreto, es posible determinar factores que contribuyen al encarecimiento de éste como por ejemplo: una excesiva finura en la arena, aumenta los requerimientos de agua y en consecuencia de cemento, lo mismo sucede si la arena es demasiado gruesa ya que la trabajabilidad disminuye, aumentando la necesidad de pasta. Un exceso de pómez o partículas de alta absorción también presenta el problema mencionado. En conclusión, este estudio permitirá predecir teóricamente, los efectos que sufre el concreto con cada alteración de las características de los agregados al ser explotados en las canteras y bancos. Ya que el comportamiento del concreto hidráulico, se ve afectado, entre otros aspectos, por la falta estricta de controles de calidad o estudios que verifiquen la

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variación de las características tales como: tamaño del agregado, salinidad, contenido de orgánicos, etc. de las arenas y gravas debido a la estación lluviosa, estación seca, contaminación y malos procesos de extracción o manufacturación en las canteras de grava y bancos de arena más importantes del área de estudio.

7. OBJETIVOS 7.1.

OBJETIVOS GENERALES

Investigar la variación de la calidad de los agregados, obtenidos de varias canteras de Hormigón y bancos de arena del área de estudio y el comportamiento de dicha variación en el tiempo para un periodo anual, teniendo como base las Normas ASTM y las NTP correspondientes.

7.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Para el logro de los objetivos generales proponemos los siguientes objetivos específicos: 1. Determinar las características físicas de los agregados de las diversas canteras en base a la información recolectada de diseños de mezclas elaborados en los últimos 05 años, ordenados en un periodo anual. 2. Determinar las características Químicas y mecánicas de los agregados de conformidad con las normas ASTM y las NTP correspondientes, de las muestras tomadas en todas las canteras en estudio 3. Proponer un sistema de explotación de canteras a fin de obtener agregados globales que

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cumplan con los requerimientos de la NTP y las normas ASTM correspondientes.

8. ALCANCES Y DELIMITACIONES DEL ESTUDIO Basados en la norma ASTM C-33 y las NTP, se evaluaran la calidad de los agregados para concreto, a través de un estudio para el periodo de un año, con el que se pretende determinar si estos se mantienen dentro de los límites aceptables, así como la influencia de las variaciones en estos índices de calidad y plantear a nivel de diagnóstico, las causas y los efectos que estos puedan generar en la resistencia del concreto; Permitiendo realizar ajustes en su diseño y elaboración. El estudio comprenderá, la recolección y organización estacional de ensayos granulométricos de todas las canteras del área de estudio, las mismas que en combinación con los ensayos que se efectúen de las muestras recolectadas, nos permitirá visualizar y analizar las variaciones de las diferentes propiedades de los agregados para un periodo anual. Para el presente estudio se delimitará el área de estudio como sigue: 

Cuenca del Rio Marañón: cantera de Tingo Chico y Cantera de Culquish



Cuenca del Río Huertas: Cantera de Cochachinche y cantera de Acochacán



Cuenca del Río Huallaga: Cantera de Yanag



Y en la región Pasco se estudiaran las canteras de cerro de origen glaciar, la cantera de Sacra-Familia y la Cantera de Ninacaca.

Las canteras mencionadas líneas arriba han sido tomadas en cuenta dado que son las de mayor uso y explotación en el área de estudio, obedecerá a posteriores estudios hacerlo con otras canteras no consideradas. 11

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El número de ensayos que se realizaran estarán supeditadas a la cantidad de información útil que se recolecte, ya que esta será fundamental para el logro de los objetivos del proyecto. Además el número de muestra a estudiar estará limitado por el costo que representan las mismas. El cuadro siguiente muestra los tipos y números de pruebas a efectuar por cada cantera en estudio de manera referencial, el número y tipo de pruebas planteadas pueden variar según la necesidad conforme se desarrolle la tesis.

ITEM 01 02 03 03 04 05 06 07

DESCRIPCION DE LA PRUEBA Salinidad SO4Na2 Gravedad Específica y absorción del agregado fino Gravedad especifica y absorción del agregado grueso Absorción % Partículas desmenuzables % (maquina de los angeles) Impurezas Orgánicas Granulometría (varios puntos de la cantera) Partículas de peso ligero

N° DE ENSAYOS 2 2 2 2 2 2 8 2

9. LIMITACIONES Para lograr la determinación exacta de las características físicas, mecánicas y químicas de los agregados para concreto y conocer datos importantes de los efectos que éstas características puedan causar al concreto, se necesita realizar una serie de ensayos, enmarcados en la norma ASTM C-33. Sin embargo, importantes ensayos como: ASTM C586: “Métodos de ensayo para Reactividad Alcalina Potencial de Rocas Carbonatadas para agregados de concreto”, ASTM C-342: “Método de Ensayo para Cambio Potencial de

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volumen en Combinaciones Cemento-Agregado”, ASTM C-289: Método de Ensayo para Reactividad de agregados” y otros ensayos no son menos importantes, no es posible realizarlos por la insuficiencia de equipo de laboratorio y el alto costo económico que representa. Estos ensayos son importantes porque por ejemplo en nuestros ríos, fuente principal de abastecimiento de arena, es conocido el alto grado de contaminación que recibe de las aguas domesticas y la minería, lo que puede agregar a la arena sustancias químicas que reaccionan con el cemento de la pasta, llevando a problemas mayores de durabilidad al concreto. Respecto de los ensayos indicados en el párrafo anterior, el tesista se compromete efectuar estos ensayos por lo menos uno por cantera fluvial en época crítica siempre y cuando estén disponibles en algún laboratorio del país. El muestreo, así como los trabajos de transporte y movilización de los materiales al laboratorio también representan un alto costo por lo que se optimizará la cantidad de muestras a tomar en cuenta en la elaboración del presente estudio, siendo las cantidades de ensayos mostrados en el cuadro del ítem anterior una referencia que puede variar según las necesidades de la investigación.

10. INDICE – RESUMEN CAPITULO I INTRODUCCION CAPITULO II EL AGREGADO EN EL CONCRETO CAPITULO III

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NORMAS Y REQUISITOS DE LOS AGREGADOS PARA CONCRETO CAPITULO IV ENSAYOS BASICOS PARA LA DETERMINACION DE LA CALIDAD DEL CONCRETO CAPITULO V DETERMINACION DE LAS PROPIEDADES DE LOS AGREGADOS POR CANTERA CAPITULO VI ANALISIS E INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS DE LA INVESTIGACION CAPITULO VII CONCLUSIONES,

RECOMENDACIONES

Y

FUTURAS

LINEAS

DE

INVESTIGACION 11. METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN Para el desarrollo de la presente investigación se empleará la metodología que a continuación se pasa a detallar. Inicialmente se procederá a la recolección de información existente de ensayos de análisis granulométrico por tamizado efectuado en los 10 años anteriores, con fines de diseño de mezcla, efectuados por laboratorios y o entidades de reconocido prestigio en toda el área de estudio. De forma paralela, se efectuaran los trabajos de recolección de muestras en las principales canteras del área de estudio, los mismos que serán tomados en la cantidad suficiente que permita efectuar todos los ensayos necesarios para satisfacer los fines de la investigación planteada. Con los datos obtenidos de la información recolectada, se procederá a obtener curvas

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granulométricas representativas de cada cantera por el periodo de un año en forma mensual, con la finalidad de poder determinar las características físicas de gradación del material y observar su variación. Con las muestras obtenidas se efectuarán todos los ensayos básicos que se indican en el cuadro del ítem 8 y algunas especiales con la finalidad de identificar las características físico-mecánicas del agregado de cada cantera así como su composición mineralógica. Con la información y los resultados obtenidos se procederá a ordenarlos mediante tablas y gráficos que nos permitan de manera didáctica y sencilla efectuar los análisis e interpretaciones de los resultados obtenidos por cada cantera. Finalmente se detallaran las conclusiones y recomendaciones del estudio de forma separada por cada cantera estudiada y se plantearán futuras líneas de investigación que permitan profundizar el presente estudio.

12. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Seguidamente pasaré a definir de manera resumida en qué consiste cada ítem que se está asignando en el cronograma Gantt que se adjunta en el cuadro N° 01. 12.1.

Trabajos de Campo.- Agrupa todos los trabajos que por su naturaleza, deberán ser

efectuadas necesariamente en contacto directo con la naturaleza o las personas, consiste en la ejecución básicamente de dos actividades, recopilación de la información relacionada existente y toma de muestras en todas las canteras del área de estudio. 12.1.1. Recopilación de la información relacionada existente: Consiste en los trabajos de recopilación de la información referida básicamente a los ensayos de análisis granulométrico efectuado con fines de diseño de mezclas de las canteras más

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importantes del área de estudio.

12.1.2. Toma de muestras de las canteras del área de estudio: consiste de los trabajos de recolección de muestras de las canteras más importantes ubicadas en la región Huánuco y Pasco, las mismas que deberán ser suficientes para efectuar los ensayos y simulaciones que se requieran para los fines del presente estudio.

12.2.

Trabajo de gabinete y laboratorio.- Son todos aquellos trabajos que serán

efectuados en el estudio, en la oficina o en el laboratorio que se refieren básicamente al procesamiento y análisis de los datos tomados en las actividades desarrolladas en el campo, contemplan las actividades de: procesamiento y análisis de los datos recolectados, ensayos de laboratorio, análisis e interpretación de los resultados obtenidos, elaboración de gráficos y cuadros didácticos con los resultados obtenidos y la elaboración del informe final de la tesis. 12.2.1. Procesamiento y análisis de los datos recolectados: consiste en los trabajos de selección y validación de los datos recolectados, que deberán ser analizados separadamente por cada cantera y ordenado de forma mensual por el periodo de un año. 12.2.2. Ensayos de laboratorio: consiste en la ejecución de los ensayos de laboratorio tales como salinidad, gravedad especifica, % de absorción, % de partículas desmenuzables, desgaste de los ángeles, forma de las partículas, análisis granulométrico y otros que se indican en el cuadro del ítem 8 y que sean necesarios para los fines del presente estudio. 16

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12.2.3. Análisis e interpretación de los resultados obtenidos: en esta parte se procede al análisis e interpretación de los resultados obtenidos, para lo cual previamente se elaboraran los cuadros y gráficos que permitan presentar los resultados de manera didáctica. 12.2.4. Elaboración del informe final de la tesis: concluidos todos los trabajos y con toda la información y resultados disponibles, se procederá a ensamblar el informe final de la tesis para su revisión.

Cuadro N° 01 Cronograma Gantt de ejecución de actividades para el desarrollo de la tesis MESES ITEM

ACTIVIDAD M1

1.00

TRABAJOS DE CAMPO

1.01

Recopilación de la información relacionada existente

1.02

Toma de muestras de las canteras del área de estudio

2.00

TRABAJOS DE GABINETE

2.01

Procesamiento y análisis de datos recolectados

2.02

Ensayos de laboratorio

2.03

Análisis e interpretación de los resultados

2.04

Elaboración del informe final de la tesis

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M2

M3

M4

M5

M6

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INFORMES

3.02

Presentación preliminar de tesis

3.03

Revisión de la tesis presentada

3.04

Subsanación de observaciones

3.05

Presentación y sustentación de la tesis

13. ASIGNACION DE RECURSOS 13.1.

13.2.

RECURSO HUAMANO 

Bach. Ing. Carlos Antonio, Huamán Osorio



Ing. Wilson, Arquiñigo Trujillo, asesor de la tesis

RECURSOS MATERIALES 

Camioneta 4X4



Laboratorio de suelos de la universidad Nacional Hermilio Valdizán



Laboratorio de suelos, equipos y herramientas del tesista



Laboratorio de suelos de la Universidad Nacional de Ingeniería



Oficina y equipo de computo del tesista

14. BIBLIOGRAFIA a) A.M. Neville y J.J. Brooks “Tecnología del concreto” Ed. Trillas b) Ana Torre Carrillo, “Curso Básico de concreto para Ingenieros civiles”, Universidad Nacional de Ingeniería. c) J. Ayala, R. Pardo, “Optimización por diseños experimentales, con aplicaciones en Ingeniería”, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, Lima Perú, 1995.

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Ing. Wilson Arquiñigo Trujillo

Carlos Antonio Huamán Osorio

Asesor de tesis

Bachiller Ing° Civil

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