Tesis Influencia de Agregados en Concreto

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

TESIS

ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DE LA PROCEDENCIA DE AGREGADOS Y SU REPERCUSIÓN EN EL DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETOS ESTRUCTURALES EN EL DISTRITO DE PUNO - 2013.

PRESENTADO POR: OMAR HENRY VARGAS PALOMINO PARA OPTAR EL TITULO DE: INGENIERO CIVIL

PUNO - PERÚ

2013

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL TESIS ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DE LA PROCEDENCIA DE AGREGADOS Y SU REPERCUSIÓN EN EL DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETOS ESTRUCTURALES EN EL DISTRITO DE PUNO - 2013. PRESENTADA POR: OMAR HENRY VARGAS PALOMINO

PARA OPTAR EL TITULO DE: INGENIERO CIVIL

APROBADA POR EL SIGUIENTE JURADO:

…………………………………………. PRESIDENTE Ing. Máximo Eleuterio Coyla Quiza

………………………………………… … PRIMER MIEMBRO Ing. Daniel Coyla Sanchez

…………………………………………. SEGUNDO MIEMBRO Ing. Hernan Parmenio Colorado Huanca

…………………………………………. DIRECTOR Ing. German Belizario Quispe

i

DEDICATORIA A

mis

yYolanda,

padres que

inconmensurable

Antonio con

su

amor

y

sobre todo su entendimiento me

encaminaron

en

esta

vida. A Cesar, Camila, Kyara y Rocio, mis grandes amores.

ii

AGRADECIMIENTO

A Dios, por acompañarnos en todo momento y permitir la culminación de esta gran etapa.

Antonio y Yolanda, mis queridos padres, por su apoyo sincero y desinteresado, así como el su amorincondicional para con nosotros, este logro es de ustedes.

A Edgar, Carmen y Rocío, que siempre creyeron y apostaron por esta nueva aventura que empiezo.

A César, Camila y Kyara que hoy en día son los pilares y la razón fundamental que me impulsan para seguir adelante.

A mis compañeros y amigos que han formado parte de mi vida profesional a los que agradezco su amistad, consejos, apoyo, ánimo y compañía.

iii

RESUMEN ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DE LA PROCEDENCIA DE AGREGADOS Y SU REPERCUSIÓN

EN

EL

DISEÑO

DE

MEZCLAS

DE

CONCRETOS

ESTRUCTURALES EN EL DISTRITO DE PUNO – 2013.

Br. Omar Henry Vargas Palomino En el presente trabajo de investigación el propósito fundamental fue estudiar la influencia de la calidad de los agregados pétreos ubicados en el distrito de Puno sobre la resistencia a compresión del concreto, realizando ensayos comparativos entre los concreto realizado con agregados de la Cantera Viluyo y de la cantera Carucaya variando las resistencias de diseño empleadas, para lo cual se realizaron 60 mezclas de concreto y 180 cilindros de ensayo. Las propiedades del concreto que se estudiaron fueron la trabajabilidad (manejabilidad) y la resistencia a la compresión a los 7 días y 28 días Los resultados permiten concluir que en el concreto realizado con agregados de la Carucaya, presento poca trabajabilidad debido a la gran cantidad de tamaños cercanos al tamaño máximo nominal del agregado, en el concreto endurecido, los resultados de la resistencia a compresión fueron los esperados en el diseño de mezcla, todo esto, a diferencia del concreto realizado con agregados de la Viluyo que presento mejor trabajabilidad pero baja resistencia a la compresión, es de hacer notar que existen variables en la calidad de los agregados que no están incluidas en las fórmulas de diseño de mezcla que afectan directamente las propiedades mecánicas del concreto.

iv

INDICE

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS______________________________________1 DEDICATORIA________________________________________________________ii AGRADECIMIENTO___________________________________________________iii RESUMEN___________________________________________________________iv INTRODUCCIÓN.____________________________________________________vii CAPITULO I__________________________________________________________1 1.

EL PROBLEMA.___________________________________________________1 1.1.

Planteamiento del Problema_________________________________________1

1.2.

Objetivos de la Investigación.________________________________________3

1.3.

Justificación de la Investigación.____________________________________4

1.4.

Alcances de la Investigación.________________________________________5

1.5.

Limitaciones de la Investigación.____________________________________6

1.6.

Delimitación Temporal y Espacial.____________________________________6

1.6.1. 1.6.2.

Temporal._____________________________________________________________6 Espacial.______________________________________________________________6

CAPITULO II__________________________________________________________7 2.

MARCO TEÓRICO.________________________________________________7 2.1.

Antecedentes de la Investigación.____________________________________7

2.1.1. 2.1.2.

2.2.

Bases Teóricas.___________________________________________________15

2.2.1. 2.2.2. 2.2.3. 2.2.4. 2.2.5. 2.2.6.

2.3.

Antecedentes históricos.________________________________________________7 Investigaciones Previas._______________________________________________13 Estudios Geológicos de las Canteras a Investigar.________________________15 Geomorfología._______________________________________________________20 El Concreto.__________________________________________________________29 Características del concreto.___________________________________________31 Componentes del Concreto____________________________________________34 Resistencia del Concreto______________________________________________45

Definición de Términos____________________________________________53

CAPITULO III________________________________________________________59 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION Y PROGRAMA DE ENSAYOS_59 3.1.

Variable a Estudiar en el Desarrollo Experimental____________________59

3.1.1. 3.1.2. 3.1.3.

3.2.

Resistencia de Diseño.________________________________________________60 Tipos de Agregados.__________________________________________________61 Ensayos a los Agregados._____________________________________________62

Programa de ensayos______________________________________________63 v

3.3. Parámetros de Comparación._________________________________________64 3.3.1. 3.3.2. 3.3.3. 3.3.4. 3.3.5. 3.3.6. 3.3.7.

Concreto en Estado Fresco.____________________________________________65 Concreto en Estado Endurecido.________________________________________65 Identificación de las Probetas.__________________________________________66 Preparación de las mezclas de concreto:________________________________68 Ensayos Previos._____________________________________________________68 Obtención de Pesos específicos para el Diseño de Mezcla Método ACI._____70 Diseños de mezcla de concreto.________________________________________77

CAPITULO IV________________________________________________________87 DESARROLLO DE LA ETAPA EXPERIMENTAL_________________________87 4.1.

Evaluación de la calidad de los agregados.__________________________87

4.1.1. 4.1.2.

4.2.

Agregados cantera Viluyo:_____________________________________________87 Agregados cantera Carucaya:__________________________________________87

Preparación del Ensayo Slump_____________________________________88

4.2.1. 4.2.2. 4.2.3.

Definición.___________________________________________________________88 Equipos a utilizar._____________________________________________________88 Procedimiento del ensayo (SLUMP)_____________________________________89

4.3. Elaboración de briquetas para los ensayos de Compresión del Concreto.________________________________________________________________92 4.3.1. 4.3.2. 4.3.3. 4.3.4.

4.4.

Equipo necesario:_____________________________________________________92 Muestreo:____________________________________________________________93 Desmoldado:_________________________________________________________97 Curado:_____________________________________________________________97

Evaluación y aceptación del concreto.______________________________98

4.4.1.

Ensayo a la Compresión del Concreto.__________________________________99

CAPITULO V___________________________________________________________101 RESULTADOS Y DISCUSIÓN____________________________________________101 CONCLUSIONES_______________________________________________________111 REFERENCIAS_________________________________________________________114

vi

INTRODUCCIÓN. El concreto es el material constituido por la mezcla en ciertas proporciones de cemento, agua, agregados y opcionalmente aditivos, que inicialmente denota una estructura plástica y moldeable y que posteriormente adquiere una consistencia rígida con propiedades aislantes y resistentes, lo que hace un material ideal para la construcción.

La pasta es el resultado de la combinación química del cemento y el agua. Se le considera la fase continua del concreto, ya que siempre está unida con algo de ella misma a través de todo el conjunto.

El agregado es la fase discontinua del concreto, dado que sus diversas partículas no están unidas o en contacto unas con otras, si no se encuentran separadas por espesores diferentes de pasta reducida.

En tiempos pasados se decía que los agregados eran elementos inertes dentro del concreto ya que estos no intervenían directamente dentro de las reacciones químicas, en la actualidad se establece que siendo este material el que mayor porcentaje (aproximadamente el 60% - 80% del volumen) de participación tiene dentro de la unidad cubica de concreto, sus propiedades y características diversas influyen en todas las propiedades del concreto, la influencia de los agregados en las propiedades del concreto tienen efectos importantes, no solo en el acabado y calidad final del concreto, sino, también sobre la trabajabilidad y consistencia en estado plástico, así como la durabilidad y resistencia del vii

concreto endurecido. La mayor parte de los factores que influyen en la bondad de las canteras de agregados se relacionan a la historia geológica de la región. Estos factores incluyen el tamaño, forma y ubicación de la cantera; tipos y condiciones de roca; granulometría, grado de redondez y uniformidad de las partículas de los agregados. Esta gran variabilidad en las características de componentes en los agregados pétreos de acuerdo a su ubicación, por lo que las propiedades del concreto están determinadas fundamentalmente por las características físicas y químicas de sus componentes, además de los cambios en la trabajabilidad, serán la base de esta investigación que pretende evaluar la influencia de los diferentes agregados en el Distrito de Puno en las características del concreto en estado fresco y en estado endurecido, siendo una guía para poder comprender el importante rol que los agregados desempeñan.

En la actualidad, para el momento de la elaboración de expedientes que contienen mezclas de concreto, el ingeniero civil se ve en la necesidad de recurrir a la utilización de agregados de diferentes proveniencia, pero al momento de ejecutar la obra existe diferentes problemas con relación a la extracción del agregado, generando cambios de la procedencia de los agregados sin realizar los ajustes correspondientes en los diseños de mezclas, los cuales nos van a alterar y por ende generar cambios en la trabajabilidad del concreto en estado fresco y en su resistencia final en estado endurecido.

viii

Esta investigación en particular se ve enfocado en el comportamiento mecánico del concreto elaborado con agregados de la cantera de Viluyo y Cantera de Carucaya, los agregados a utilizar en el caso de ambas cantera serán el hormigónque fueron evaluados según la Norma Técnica Peruana NTP, observando de esta manera los diferentes niveles de calidad para ambos casos.

Para cuantificar los efectos de la variación en los niveles de calidad de los agregados y su influencia en la resistencia final del concreto, se establece un plan de ensayos a realizar en el Laboratorio de Materiales donde se efectúan ensayos comparativos entre mezclas de concreto que poseen igual resistencia e igual relación agua-cemento, pero se varían las cantidades de agregados de acuerdo a su proveniencia, para lo cual se realizan 60 mezclas en total, evaluando resistencia baja (175 Kg/cm 2) y resistencia alta (210Kg/cm2) para ambas canteras en estudio.

ix

CAPITULO I 1. EL PROBLEMA. 1.1.

Planteamiento del Problema La calidad del concreto es referida, usual y principalmente, a su resistencia a la compresión, la misma que es indicada en las especificaciones técnicas y 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 aun cumpliendo con estos, los resultados de laboratorio muestran variaciones considerables en la resistencia de un concreto hecha bajo un mismo diseño. Las causas de las variaciones en la resistencia de un concreto son difíciles de descifrar, pero si se considera que los agregados constituyen el esqueleto del concreto, y son responsables de buena parte de las características del mismo pues son un elemento mayoritario, estando su porcentaje del 70% al 80% de la unidad cúbica del concreto , se puede concluir que las variaciones de calidad en el tiempo de estos afectan en gran medida las propiedades finales del concreto. Se puede mencionar, por ejemplo, que uno de los factores que afectan la resistencia mecánica del concreto y no encuentran

1

implícito en las formulas en que se basan los diseños de mezcla, es la cantidad de agregado fino que pasa la malla N° 200, además de éste, la presencia de materiales desmenuzables e impurezas como limos, arcillas, materias orgánicas y partículas livianas en los agregados afectan de igual modo la adherencia interna del concreto y por ende su resistencia final dado que estos agregados son de baja densidad por lo que son poco resistentes y porosos . Con base a lo expuesto, y considerando que la explotación de canteras de grava y bancos de arena en Puno y en nuestro país se lleva a cabo con un mínimo y a veces ningún control de calidad que aseguren que el material obtenido cumpla con los requisitos de las normas técnicas empleadas en nuestro medio, la presente investigación tiene como propósito estudiar los diferentes tipos de agregados disponibles en el mercado, elaborar mezclas de baja y alta resistencia con estos agregados y evaluar resultados con el fin optimizar las cantidades a incluir en el diseño de mezcla, de acuerdo a la proveniencia del mismo, contribuyendo así, con dar a conocer las bondades de las canteras de agregados disponibles en Puno. 1.2.

Objetivos de la Investigación. Objetivo General Evaluar la influencia de agregados de diferentes procedencias en el

2

Distrito de Puno en las propiedades mecánicas a la compresión del concreto.

Objetivos Específicos -

Realizar los ensayos de control de calidad de agregados de procedencia de la cantera Viluyo y la cantera Carucaya además de elaborar un análisis comparativo.

-

Diseñar y elaborar mezclas de concreto con diferentes resistencias, alta (210 Kg/cm2) y baja (175Kg/cm2), para ambas canteras.

-

Efectuar ensayos de laboratorio que permitan conocer las características del concreto en estado fresco (trabajabilidad y/o manejabilidad) y en estado endurecido (resistencia mecánica a la compresión).

1.3.

Justificación de la Investigación. La importancia de obtener concreto de resistencia estable obteniendo concretos de acuerdo al diseño propuesto, de durabilidad óptima, con las proporciones adecuadas dependiendo

3

de la proveniencia del agregado en el Distrito de Puno, es la razón principal del enfoque de este estudio, debido a que estos aspectos son los que idealmente deben cumplir los usuarios del concreto.

Obtener resultados estables en cuanto a resistencia en distintas fechas de producción en una obra, es realmente difícil, las variaciones que se presentan son comúnmente a causa de no optimizar los componentes del concreto.

Sabemos que la durabilidad del concreto está ligada a la durabilidad individual de sus componentes, y de estos, los agregados son los señalados como principales modificadores de ésta, ya que la producción de cemento esta normada y tecnificada en el país, no así, la producción y obtención de agregados pétreos, en esta investigación se evaluaran posibles factores que modifiquen las características del concreto como por ejemplo: una excesiva finura en la arena, la cual aumenta los requerimientos de agua y en consecuencia de cemento, además de excesos de absorción y material grueso presente en arenas que puedan disminuir la trabajabilidad, aumentando la necesidad de pasta.

En conclusión, este estudio permitirá predecir los efectos que sufre

4

el concreto con cada alteración de las características de los agregados al ser explotados en las canteras del Distrito de Puno, además se analizara la falta estricta de controles de calidad o estudios que verifiquen la variación de los agregados.

1.4.

Alcances de la Investigación. En el presente trabajo de investigación se alcanzará a evaluar la calidad de los agregados para concreto disponibles en el Distrito de Puno, estableciendo

así un análisis comparativo entre ellos,

determinando si estos se mantienen dentro de los límites aceptables determinados por la NTP (Norma Técnico Peruana), así como la influencia de las variaciones de estos índices de calidad y plantear a nivel de diagnóstico, las causas y los efectos que estos puedan generar en la resistencia del concreto, todo esto, a través de la experimentación y ensayos en el Laboratorio de Materiales. Esto permitirá esquematizar y analizar los resultados para nuevas investigaciones referidas al área en estudio. 1.5.

Limitaciones de la Investigación. Las limitaciones en esta investigación están determinadas por la falta de conocimiento de datos importantes acerca de las características químicas en los agregados, derivando que no se puedan conocer los efectos que estas características puedan

5

causar sobre el concreto, estos ensayos no es posible realizarlos por la insuficiencia de equipos de laboratorio y el alto costo que implica la elaboración de ensayos mineralógicos y petrográficos como:

presencia

de

cloruros

y

sulfatas,

además

de

la

disgregabilidad del agregado a los sulfatos, especificados en la norma NTP 334.094:2001.

1.6.

Delimitación Temporal y Espacial. 1.6.1. Temporal. El objeto de la investigación tomó como punto de partida el mes de Julio del dos mil trece a Noviembre del dos mil trece, dicho periodo permitió establecer los objetivos planteados.

1.6.2.

Espacial.

Esta investigación recopilará y analizará las canteras que suministran material pétreo (Agregado Grueso, fino y hormigón) al distrito de Puno, provincia de Puno y Departamento de Puno.

CAPITULO II 2. MARCO TEÓRICO.

6

2.1. 2..1.

Antecedentes de la Investigación. Antecedentes históricos. El concreto, en su concepto más general de masa constituida por materiales pétreos ligados con productos aglomerantes, fue utilizado por el hombre desde los albores de la civilización en la construcción de diversas obras, muchas de las cuales causan admiración, aún en nuestros días, por su magnitud, belleza, resistencia y extraordinaria durabilidad .

El

desarrollo

suficientemente

histórico

de

conocido,

su debido

tecnología a

que

no

es

aun

los

avances

tecnológicos logrados en las diversas épocas por las distintas civilizaciones se han perdido al desaparecer o decaer éstas.

Sin embargo, con los actuales antecedentes disponibles podemos distinguir tres etapas en el desarrollo tecnológico del hormigón:

Una

primera

etapa

abarca

principalmente

el

período

comprendido entre 7.000 años Antes de Cristo hasta las cercanías del siglo I A.C. y se caracteriza por la utilización de aglomerantes en la unión de bloques constituidos tanto por

7

materiales

naturales

(roca)

como

elaborados

(ladrillos

cerámicos). El primer aglomerante conocido fue aparentemente la arcilla, ligante utilizado especialmente en las construcciones babilónicas y asirías. Posteriormente, se utilizó también el yeso, principalmente en las construcciones egipcias. Finalmente, los griegos emplearon extensamente aglomerantes en base a cales grasas simples, material que aparentemente fue ya conocido por civilizaciones más antiguas.

La segunda etapa, más conocida actualmente, corresponde al importante desarrollo tecnológico logrado por los romanos desde el siglo I A.C., que les permitió obtener propiamente un hormigón semejante al que conocemos hoy, que, además de constituir un producto que ligaba bloques, podía utilizarse, mezclando puzolana con cal, materiales pétreos y cascotes de ladrillo, para moldear en sitio partes de estructuras y estructuras completas. Con este producto se generó una revolución tecnológica en la construcción, que permitió mejorar la calidad de las fundaciones, simplificar los procedimientos constructivos y construir elementos de grandes dimensiones y de gran belleza, resistencia y durabilidad. Un ejemplo de obra de hormigón moldeado en sitio lo constituye el domo del Panteón

8

romano, construido en el siglo I D.C., de 43.4 metros de diámetro (levemente superior al de la Basílica de San Pedro), que se mantiene en excelente estado de conservación después de casi veinte siglos de existencia.

Algunos aspectos de este importante desarrollo del concreto ha llegado a nuestros días, entre otros antecedentes, por el libro “DeArchitectura”, escrito por el ingeniero y arquitecto romano Vitruvio en el siglo I A.C., en el cual describió la tecnología utilizada en esa época. Las actuales denominaciones “cemento” y “puzolana” derivan del término “opus coementitium” con que los romanos designaban al concreto, y del nombre de un puerto cercano a Roma, Puzzuoli, en cuya vecindad se extraía el mencionado material volcánico, que mezclado con cal constituía un cemento natural. Es significativo lo que decía Vitruvio en relación con la puzolana: “También hay una clase de polvo que, por causas naturales, produce resultados asombrosos, se encuentra en la vecindad de Bata y Putuoli (Puzzuoli) y en los pueblos alrededor del Monte Vesubio. Esta sustancia, cuando es mezclada con cal y cascotes o piedras, no solamente provee resistencia a construcciones de todo tipo, sino que cuando se construyen pilares en el mar, endurece bajo el agua, de tal

9

manera que ni las olas ni la fuerza del agua pueden disolver.” Esos pilares, aún existentes, tienen más de 2.000 años de antigüedad. La tecnología lograda por los romanos se perdió al decaer la vitalidad del Imperio y ser invadido por otros pueblos.

Fue sólo en el siglo XIX cuando se inicia la tercera y actual etapa, con el redescubrimiento del concreto a través de la obtención, en Francia e Inglaterra, del cemento como ligante hidráulico, complementado a comienzos del presente siglo con la utilización, en Italia, de los cementos puzolánicos. La tecnología del hormigón en esta etapa adquirió de inmediato un extraordinario ritmo de perfeccionamiento debido al esfuerzo sistemático de investigación aplicada desde el siglo pasado. Posteriormente al descubrimiento de Smeaton, en 1756, sobre el uso de buenos morteros para reconstruir el faro de Eddyston, el cemento fue desarrollado a partir de las investigaciones del francés Vicat en 1818 y del escocés Aspdin, quien lo patentó en 1824 con el nombre de cemento Portland, por la denominación romana del hormigón y por la similitud del producto obtenido con las rocas de la isla de ese nombre.

Entre las investigaciones posteriores de mayor importancia

10

pueden citarse, entre otras, las desarrolladas por:

-

Johnson, en 1884, en relación con el proceso de clinquerización, que permitió la producción industrial del

-

cemento. De Preaudeau, en relación con la determinación de la

-

compacidad de las arenas. Alexandre, sobre los

procedimientos

para

la

determinación del agua de mojado de las arenas y la influencia de la temperatura sobre el fraguado de la pasta -

de cemento. Férét, también sobre la determinación de la compacidad y el agua de mojado de las arenas y una de las propiedades básicas del hormigón, la influencia de la

-

razón agua/cemento sobre la resistencia de los morteros. Abrams, quien investigó sobre la medición de la trabajabilidad de los hormigones, desarrollando el cono que lleva su nombre para este objeto, ideó la noción de módulo de finura de los áridos, destinado a sintetizar su granulometría en una sola cifra, y que también llegó, paralelamente con Férét, a la relación entre resistencia y razón agua/cemento.

Diversos investigadores italianos, en relación con la influencia de la puzolana en las características del cemento.

11

Ellas

han

sido

enriquecidas

por

un

sinnúmero

de

investigaciones, entre las que es importante destacar las relacionadas con el uso de otros materiales (fierros, fibras, etc.), y con diversos aditivos que han permitido adaptar sus características a las necesidades de los distintos tipos de obras.

Actualmente se profundizan los estudios relativos a la fisuración y rotura del hormigón, los que permiten precisar el diseño de los elementos de concreto armado.

En la actualidad se han refinado en gran forma los sistemas de análisis, mediante la utilización en computador del método de elementos finitos. Concretos pre y post-tensados. Su empleo fue impulsado principalmente para la construcción de puentes de grandes luces.

En los últimos años es difícil seguir la historia de la evolución del proceso de mezclas. Muchos son los protagonistas y países implicados. Donde hay algo en común: Obtener un concreto que cumpla con todos los requisitos establecidos por el ingeniero proyectista, que ofrezca al usuario el máximo de seguridad, y

12

que tenga el menor consto compatible con las exigencias a sus propiedades en un gran porcentaje .

2..2.

Investigaciones Previas. Aleajos

y

Fernández,

investigación

(2006)

denominada

desarrollaron

“Influencia

de

una los

agregados pétreos en las propiedades del concreto fresco” Dicha investigación consistió en la realización de ensayos con el fin de determinar como la absorción es quizás la propiedad del agregado que más influye en la consistencia del concreto, puesto que las partículas

absorben

agua

directamente

en

la

mezcladora, disminuyendo la manejabilidad de la mezcla. Si dos tipos de agregados tienen absorción similar,

otros

factores

secundarios

serán

de

importancia en la consistencia de la mezcla, tales como forma, tamaño y graduación; ya que mientras mayor superficie de agregado sea necesario cubrir con pasta, se tendrá menos fluidez. Una buena consistencia y manejabilidad de la mezcla se obtiene con la combinación de índices bajos de absorción y un coeficiente bueno de forma, en donde las partículas

13

son aproximadamente redondas.

El presente estudio es un aporte importante para el desarrollo

de

la

investigación,

por

cuanto

los

resultados de la misma referidos a la absorción permiten tener un patrón de comparación a la hora de analizar los resultados obtenidos en el presente estudio.

Por otro lado Kosmatka y Panarese (2003), dieron a conocer que la granulometría y el tamaño máximo del agregado para las gravas afectan las porciones relativas de los agregados, así como los requisitos de agua y cemento, la trabajabilidad la economía y durabilidad del concreto. Cuando los agregados son muy gruesos, pueden producir mezclas rígidas; mientras que los agregados que no poseen una gran deficiencia o exceso de algún tamaño y tienen una curva granulométrica suave, producirán resultados más satisfactorios en las propiedades del concreto fresco.

14

Es necesario indicar que , hacen presente que las principales variables que influyen en el acabado definitivo

del

concreto

son:

el

diseño

y

las

características de la mezcla empleada y las técnicas de

compactación

del

concreto,

así

como

la

improvisación causada por la falta de planeación lleva a

la

selección

de

procedimientos

constructivos

inadecuados.

2.2.

Bases Teóricas.

2.2.1. Estudios Geológicos de las Canteras a Investigar. 2.2.1.1.

Generalidades. El presente estudio de Geología corresponde a la elaboración de estudio definitivo de comparación de agregados en cantera de Viluyo y Carucaya, Distrito de Pichacani, Provincia de Puno y Departamento de Puno.

15

2.2.1.2.

Ubicación y accesibilidad del área de estudio. El área en estudio se encuentra ubicada en: Región

: Puno

Departamento : Puno Provincia

: Puno

Distrito

: Pichacani

Lugar

: C.P. Viluyo. y C.P. Carucaya

Para llegar a la zona de Proyecto se toma de las siguientes rutas como son: Cuadro 01:Vías de acceso de las canteras. VIAS DE ACESOS DIST. (Km)

TIEM. (Min)

TIPO DE VÍA

Puno – Km. 27+000

27

40

Asfaltada

Km. 27+000 – Puente Carrozable Viluyo

5

15

Trocha

TRAMO

VÍA PRINCIPAL Puno – Moquegua A caserío Viluyo

Fuente: Elaboración propia Con coordenadas UTM y altitudes que presenta así: Cuadro 02: Coordenadas de Ubicación del Proyecto. CUADRO DE UBICACIÓN DEL PROYECTO DETALLE

COORDENADAS UTM

VERTICES Vértice A

393800 E

8222600 N

Vértice B

394800 E

8222600 N

Vértice C

394800 E

8221900 N

Vértice D

393800 E

8221900 N

ALTITUD PROMEDIO

3,950

DATUM

WGS 84/UTM Zona 19 H.S.

16

Fuente: Elaboración propia

2.2.1.3.

Clima. Las canteras en estudio corresponde a la región denominado

Altiplano,

presenta

temperaturas

muy

inestables siendo la máxima de 8° C a 12° C y las variaciones estacionales no exceden de 5° C es decir es casi uniforme durante el año existiendo mínimas temperaturas en la temporada de otoño e invierno llegando por debajo de 0° a -5°C. Observándose dos estaciones bien definidas como son:

Época de lluvias. Caracterizada por una precipitación pluvial abundante, que se produce entre los meses de Diciembre a Marzo (del orden de los 670 mm. de promedio anual).

Época de heladas y sequias. Se caracteriza por una escasa precipitación pluvial, comprendiendo los meses de Abril a Noviembre. En los meses de Mayo, Agosto y Octubre

se

presentan

esporádicas

granizadas

y

nevadas.

17

La vegetación en esta región, debido al clima imperante es escaso y está compuesta de gramíneas como ichu o paja brava y otros forrajes que sirven de alimento a la ganadería

compuesta

predominantemente

por

auquénidos, vacunos nativos y ovinos. 2.2.1.4.

Objetivos del estudio geológico. El objetivo del estudio definitivo es determinar las características geológicas de los terrenos y canteras para relleno, afirmado, concreto hidráulico, roca y finalmente se verifico y se determinó la calidad del agua que incluye estas.

2.2.1.5.

Método de trabajo. El presente estudio geológico, la metodología definida comprende básicamente una investigación de campo a lo largo de la zona en estudio, mediante muestreos y mapeos con la toma de muestras.

2.2.1.6.

Recopilación de datos. En esta etapa se efectuó lo siguiente:  Recopilación bibliográfica, selección y evaluación

18

de la información general desde el punto de vista geológico.  Análisis y evaluación de la documentación referente al proyecto.  Obtención de información geológica, cartográfica y topográfica existente.

2.2.1.7.

Trabajo de campo. Se hizo el mapeo geológico, exploración y localización de canteras con un reconocimiento del afloramiento de suelo para relleno, afirmado, roca, agregado y agua, que pudieran ser explotadas para los diferentes usos del proyecto.

2.2.1.8.

Trabajos gabinete. Con los datos obtenidos en campo, se han realizado la interpretación

de

la

geología

de

la

zona

del

emplazamiento de las infraestructuras que contendrá el proyecto en estudio, información con la que se ha confeccionado los mapas geológicos y geomorfológicos, también se efectuó diseño de canteras para concreto hidráulico.

19

2.2.2. Geomorfología. 2.2.2.1.

Geomorfología de la zona de proyecto. La zona de estudio se halla ubicado dentro de la unidad geomorfológica

regional

conocida

como

Cordillera

Occidental y Altiplano o Meseta del Collao, el cual se caracteriza por presentar una topografía Montañosa, ondulada, plana y además está conformada por una cadena de montañas conformada por rocas volcánicas, volcano

clásticas

y

sedimentarias

cubiertas

por

depósitos cuaternarios como son: aluviales, fluviales, coluviales, fluvioglaciares y residuales.

2.2.2.2.

Unidades geomorfológicas locales. En la zona de estudio, durante los trabajos de campo se ha podido identificar tres sistemas (Antrópico, Fluvial, y Volcánico - Montañoso), los mismos que contienen 7 unidades geomorfológicas, las que se presentan en el cuadro siguiente:

20

FOTO 01: VISTA DE LA GEOMORFOLOGIA LOCAL

Cuadro 03: Unidades Geomorfológicas UNIDADES GEOMORFOLOGICAS SISTEMAS UNIDADES ANTRÓPICO Vías y accesos Lecho Fluvial FLUVIAL Terrazas Aluviales Bofedales Laderas Altas VOLCÁNICO Laderas Bajas -MONTAÑOSO Pie de Monte

2.2.2.2.1. Sistema antrópico. Está

constituido

por

las

construcciones

y/o

modificaciones efectuadas en la superficie tales como: 

Vías de acceso local.



Viviendas comunales.

2.2.2.2.2. Sistema fluvial. Este sistema contiene unidades que tienen relación directa con el escurrimiento superficial de las

21

aguas, dichas unidades son: Lecho fluvial. El efluente principal del área donde se emplaza el proyecto es el Rio Viluyo, las cuales discurren en direcciones de SE-NW, siendo

de

gran

biodiversidad

de

importancia la

zona,

para este

la Río

desemboca en rio Ilave y luego en el Lago Titicaca,

llevando

consigo

materiales

cuaternarios sueltos como son las gravas, arenas y limos.

FOTO 02: RIO VILUYO

Terrazas aluviales.

22

Las terrazas se hallan ubicadas en los márgenes izquierdo y derecho del rio Viluyo, y estos fueron formadas al ir desgastando las paredes del lecho fluvial, la terrazas están formadas por materiales granulares y finos

superpuestas

tales

como

gravas,

arenas y suelos finos. Dentro de esta unidad, se desarrolla la producción agrícola, aprovechando su relieve y las propiedades físicas de los suelos, en nuestro tramo en estudio se observa a lo largo del rio Viluyo.

Bofedales. En toda el área de estudio se pudo divisar varias zonas de áreas hidromorficas, que se mantienen como tal incluso en épocas de estiaje, se forman debido a una capa impermeabilizante que impide la infiltración del agua. Estos bofedales son de gran importancia para mantener la Biodiversidad tanto animal como vegetal en la zona y se identificaron en el eje de la carretera al

23

caserío Viluyo. 2.2.2.2.3. Sistema volcánico– montañoso. Está constituido por geo formas originadas por edificación tectónica, volcánica y sedimentaria; así como, originadas por denudación muy relacionada con la composición litológica en la zona de proyecto este sistema se encuentra en el margen izquierdo y derecho del rio Viluyo a unos 2 Kms. Laderas y taludes. Podemos

distinguir

dos

clasificaciones

dentro de esta unidad como son las laderas Altas, que contempla esencialmente las áreas elevadas que poseen una pendiente mayor a 35º 45° que lo constituyen en ambos lados del rio Viluyo. Pie de monte. Son

las

acumulaciones

de

materiales

inconsolidados que se encuentra en las zonas de unión entre las montañas y planicies,

este

depositario

se

produce

24

cuando estas partículas sueltas pierden su energía potencial debido a la disminución del ángulo de la pendiente, este se presenta con claridad en los cerros que lo rodea el proyecto.

2.2.2.3.

Geología local.

2.2.2.3.1. Cenozoica (neogeno). Grupo tacaza (TTA). Este grupo se presenta en los alrededores del proyecto a una distancia de Km. 2.00, su edad esta entre los sistemas Neógeno en las serie Mioceno – Oligoceno correspondientemente, está compuesto por basaltos y arcosas rojas abajo y aglomerados de andesita con tufos de dacita arriba afloran en los cerros aledaños del proyecto, no afectan a nuestro área de estudio.

Grupo barroso (NQ-BA) Este grupo se presenta en las inmediaciones del proyecto su edad esta entre los Sistemas Neógeno –

Cuaternario

en

las

series

Pliocenicas

–

25

holocenicas respectivamente, están compuestos por una variedad de rocas de origen volcánico. Este

grupo

Casamiento

y

contempla

a

Umayo

con

las sus

formaciones respectivos

miembros litológicos. Estas se pueden divisar a grandes extensiones ya que poseen un Angulo de buzamiento mayor a los 45º y presentan un relieve empinado debido a sus componentes líticos como son. Las lavas andesiticas y daciticas, tobas biotiticas, brechas de flujo y aglomerados en una matriz areno tobacea, no afectan al proyecto.

Formación maure (Nm-ma) Esta unidad se encuentra a los alrededores del proyecto su edad está desde el Neógeno – Miocena, está constituido por areniscas tobaceas, limolitas, arcillitas y conglomerados presenta una coloración de tonos rojizos a gris verdosos. En un ámbito

regional,

presentar

una

estos

se

caracterizan

interestratificación

por

(ignimbritas,

tobas, andesitas basalticas) conjuntamente con sedimentos lacustres que se extienden en el

26

cuadrángulo de la hoja 34-Y, no influye en el proyecto.

2.2.2.3.2. Cenozoica (cuaternario) Formación Azangaro (TQ-az) Serie

sedimentario

de

edad

plio-pleistoceno

compuesta de arcillas lacustrino, bien laminados casi horizontales, se observa con claridad ríos abajo del proyecto a unos 600 m. tal como se observa en el plano geológico.

Depósitos fluviales (Q-al) Dentro de este depósito se ubica nuestro proyecto y también se encuentra a lo largo del lecho del rio Viluyo, están compuestos predominantemente por gravas

en

redondeadas

un a

matriz

arenoso,

sub-redondeadas,

de

formas son

de

composición heterogenea. Estos depósitos son adecuados como canteras (agregado para concreto hidráulico y relleno como mezcla de relleno y afirmado).

27

28

MAPA N° 01: Ubicación Regional Geopolítica, Mineral - Región Puno, Fuente MTC.

2.2.3. El Concreto. Define al Concreto como un producto artificial compuesto, que consiste de un medio ligante denominado pasta, dentro del cual se encuentran embebidas partículas de un medio ligado denominado agregado.

La pasta es el resultado de la combinación química del material cementante con el agua. Es la fase continua del concreto dado que siempre está unida con algo de ella misma a través de todo el conjunto de éste.

El agregado es la fase discontinua del concreto dado que sus diversas partículas no se encuentran unidas o en contacto unas con otras, sino que se encuentran separadas por espesores diferentes de pasta endurecida.

Las

propiedades

del

concreto

están

determinadas

fundamentalmente por las características físicas y químicas de sus materiales componentes, pudiendo ser mejor comprendidas si se

29

analiza la naturaleza del concreto.

El concreto el cual es de mucho uso en la construcción de obras civiles cuyos componentes básicos son cemento y agua (pasta), arena y grava (agregado), ofrece una resistencia que depende en gran medida de la calidad y proporción de los componentes de las mezclas y de las condiciones de humedad y temperatura durante los procesos de fabricación, compactación y de fraguado. A los efectos se requiere conocer:

-

Procedencia de los agregados grueso y fino. Origen y tipo de cemento. Procedencia y calidad del agua mezclado. Diseño de mezcla, indicando el asentamiento. Dosificación en peso y volumen de los materiales a mezclar, asegurar una resistencia promedio a la compresión.

La dosificación de los ingredientes del concreto se determina a fin de lograr: La trabajabilidad y consistencia adecuadas para que el concreto sea vaciado dentro del encofrado y alrededor del refuerzo, sin segregación ni exudación excesivas; bajo las condiciones de colación en obra y requisitos del ensayo de resistencia indicados en la norma.

30

2.2.4. Características del concreto. El Concreto es un material constituido principalmente por áridos y pasta de cemento. Eventualmente contiene también una pequeña proporción de aire y aditivos utilizados para modificar algunas de sus propiedades . El agregado utilizado es un material granular compuesto de partículas de origen pétreo de diferente tamaño, de contextura dura y material estables, cuyo objeto básico es constituir un esqueleto inerte para el hormigón. Generalmente se integra mediante dos o más fracciones, cada una de las cuales contiene una gama diferente de tamaños de partículas. La pasta de cemento está formada por la mezcla de cemento y agua el cual constituye el aglomerante activo del Concreto. Todos

estos

materiales

se

mezclan

homogéneamente

en

cantidades adecuadas para constituir una masa plástica y trabajable, a la cual se le pueden conferir propiedades apropiadas para ser moldeada en la forma que se desee. En esta etapa el concreto puede ser fácilmente transportado y depositado en el elemento del cual pasará a formar parte constituyente, recibiendo a continuación un tratamiento adecuado de consolidación o compactación, que le confiere su máxima densidad.

31

En el intertanto, el cemento y el agua se han combinado, generando un proceso físico-químico en cuya etapa inicial se produce la hidratación de los componentes del cemento, del cual resulta primero su fraguado y posteriormente su endurecimiento gradual,

que,

en

condiciones

adecuadas

de

humedad

y

temperatura, prosigue indefinidamente en el tiempo, con un incremento creciente de la capacidad resistente del concreto. Esta capacidad resistente es una propiedad importante para el diseño y la construcción de obras de ingeniería y puede ser aproximadamente prevista en función de las características y proporciones de los materiales constituyentes. Las condiciones reseñadas permiten establecer las razones del uso tan difundido que el concreto a alcanzado como material de construcción y que pueden resumirse en las siguientes: 

Posibilidad de producción utilizando materiales de amplía



difusión en cualquier país del mundo. Facilidad para conferirle cualquier forma debido a su



plasticidad. Posibilidad de prever y adaptar sus características a



cualquier tipo de obra. Posibilidad de construcción utilizando recursos simples o



complejos según la naturaleza de la obra. Buena durabilidad y resistencia a la corrosión, a condiciones

32

ambientales desfavorables y al fuego. Estas características han hecho del concreto un material de construcción ampliamente utilizado en la construcción de obras de ingeniería de muy diversa naturaleza, pudiendo señalarse que actualmente el consumo mundial de cemento supera los 1.100 millones de toneladas. Sin embargo, su empleo requiere de un profundo conocimiento de las propiedades del Concreto, lo cual constituye el objetivo básico de la presente investigación.

2.2.5. Componentes del Concreto 2.2.6.1.

Los Agregados. Define como agregado al conjunto de partículas inorgánicas,

de origen natural o artificial. Los agregados en la fase discontinua del concreto. Ellos son materiales que están embebidos en la pasta y ocupa entre el 62% y 78% de la unidad cubil del concreto.

La estructura interna del concreto es la que establece su comportamiento resistente, debido en gran parte a la capacidad de la pasta para adherirse a los agregados, y

33

soporte mecánico propiciado por el acomodo de las partículas inertes y sus características propias; es decir, que el resultado del comportamiento se debe a la conjunción de ambos.

La estructura del concreto no es homogénea, y en consecuencia no es isotrópica, es decir no mantiene las mismas propiedades en diferentes direcciones. Esto se debe principalmente a los diferentes materiales que intervienen, su variabilidad individual, así como al proceso de elaboración, en que durante la etapa en que la pasta es plática, se posibilita

el

acomodo

aleatorio

de

los

diferentes

componentes hasta su ubicación definitiva al endurecer.

Los agregados son usados en la elaboración de concreto, morteros

y

diferentes

componentes

constructivos,

específicamente en mezclas de concreto ocupan, por lo menos, tres cuartas partes del volumen, por lo que su elección y control deben ser cuidadosos por ser factor decisivo en su calidad.

Los agregados en las mezclas de concreto crean un esqueleto rígido y estable, lo que se logra uniéndolos con cemento y

34

agua (pasta). Entre las funciones principales de los agregados se tienen:



Proporcionar relleno relativamente económico para el



material cementante. Proveer una masa de partículas aptas para resistir la acción



de

cargas aplicadas,

abrasión,

paso

de

humedad, y la acción climática. Reducir los cambios de volumen resultante de los procesos de fraguado y endurecimiento y de los cambios de humedad de la pasta de cemento.

Los agregados pueden ser utilizados en su estado natural o pueden provenir de un proceso de trituración. El agregado grueso triturado presenta mejores características de adherencia que el agregado natural, por lo que sus concretos pueden alcanzar mayor resistencia. Los agregados deben estar libres de partículas orgánicas, sales, limos y arcillas que puedan afectar las reacciones químicas de fraguado o produzcan porosidades indeseables. Dependiendo del tipo de concreto que se desee fabricar, se pueden emplear agregados ligeros, agregados normales o agregados pesados. Así como también se pueden utilizar agregados artificiales.

35

El progresivo agotamiento de las fuentes de obtención de las arenas, o las restricciones ambientalistas para su explotación, tienden a generar escasez del material, por lo cual se ha empezado a obtener arena a partir de la trituración de rocas, usualmente las mismas de las que se obtiene el agregado grueso, aunque sus características no sean idénticas a la de la arena natural.

Por lo que se define como agregado al conjunto de partículas inorgánicas, de origen natural o artificial, cuyas dimensiones están comprendidas entre los límites fijados en la Norma NTP 400.011.

Un adecuado conocimiento de la naturaleza física y química del concreto,

así

como

del

comportamiento

de

éste,

implica

necesariamente el de los materiales que conforman la corteza terrestre, estudiados a la luz de la geología y, específicamente, de la petrología.

El agregado empleado en la preparación del concreto se clasifica en agregado fino, agregado grueso y hormigón, conocido este último como agregado integral. Se define como agregado fino a aquel, proveniente de la desintegración natural o artificial de las rocas, que pasa el Tamiz de

36

3/8" y queda retenido en el tamiz N° 200. El más usual de los agregados finos es la arena, definida como el producto resultante de la desintegración natural de las rocas. Se define como agregado grueso a aquel que queda retenido en el Tamiz N° 4 y es proveniente de la desintegración natural o artificial de las rocas. El agregado grueso suele clasificarse en grava y piedra triturada o chancada, La grava es el agregado grueso proveniente de la disgregación y abrasión natural de materiales pétreos. Se encuentra generalmente en canteras y lechos de ríos depositado en forma natural. La piedra chancada, o piedra triturada, es el agregado grueso obtenido por trituración artificial de rocas y gravas. Se define como hormigón, o agregado integral, al material conformado por una mezcla de arena y grava. Este material, mezclado en proporciones arbitrarias se da en forma natural en la corteza terrestre y se le emplea tal como se le extrae de la cantera. Cuadro 04:Límites de sustancias Dañinas.

37

2.2.6.2.

FUNCIONES DEL AGREGADO Las tres principales funciones del agregado en el concreto son. a. Proporcionar un relleno adecuado a la pasta, reduciendo el contenido de ésta por unidad de volumen y, por lo tanto, reduciendo el costo de la b.

unidad cúbica de concreto, Proporcionar una masa de partículas capaz de resistir las acciones mecánicas, de desgaste, o del

c.

intemperie, que puedan actuar sobre el concreto Reducir los cambios de volumen resultantes de los procesos de fraguado y endurecimiento, de humedecimiento y secado; o de calentamiento de la pasta

2.2.6.3.

INTERRELACION AGREGADO-CONCRETO Las propiedades del concreto resultantes del empleo

38

de un agregado determinado dependen de: a. La composición mineral de las partículas de agregado, la cual influye fundamentalmente sobre la

resistencia,

durabilidad

y

elasticidad

del

concreto. b. Las características superficiales de las partículas, las

cuales

influyen

especialmente

sobre

la

trabajabilidad, fluidez y consistencia del concreto; así como sobre la adherencia entre fa pasta y el agregado. c. La granulometría de los agregados fino y grueso, definida por sí misma, así como por la superficie específica, módulo de fineza, y tamaño máximo del agregado grueso. Estas propiedades influyen fundamentalmente sobre las propiedades del concreto al estado no endurecido, sobre su densidad y sobre la economía de la mezcla. d. El volumen de agregado por unidad de volumen del concreto, el cual influye especialmente en los cambios de volumen debidos a los procesos de humedecimiento y secado; a los procesos de calentamiento y enfriamiento; así como en el costo de la unidad cúbica de concreto. e. La porosidad y absorción del agregado, las cuales influyen sobre la relación agua-cemento efectiva,

39

así como sobre las propiedades del concreto al estado no endurecido. 2.2.6.4. El Cemento El cemento es el componente más activo del concreto y, generalmente, tiene el mayor costo unitario Por ello, y considerando que las propiedades del concreto dependen tanto de la cantidad como de la calidad de sus componentes, la selección y uso adecuado del cemento son fundamentales para obtener en forma económica las propiedades deseadas para una mezcla dada . En el mercado peruano existe variedad de cementos para ser empleados por el usuario y la mayoría de ellos proporcionan adecuados niveles de resistencia y durabilidad en las obras usuales. Se distinguen varios tipos, en función de sus propiedades y características. La importancia de elaborar especificaciones adecuadas es obvia, ya que ellas deben garantizar que sólo se ha de emplear la cantidad y tipo de cemento adecuados para alcanzar los requisitos que se desea obtener en el concreto. La totalidad de los cementos empleados en el Perú son cementos portland que cumplen con los requisitos que especifica la Norma ASTM C 150; o cementos combinados, que cumplen con lo indicado en la Norma ASTM C 595 y la

40

NTP 334.050:2004. Además su calidad depende del tipo y modo de almacenamiento. 2.2.6.5. El Agua

El agua presente en la mezcla de concreto reacciona químicamente con el material cementante para lograr:

a.

La formación de la pasta.

b.

Permitir que el conjunto de la masa adquiera las propiedades que: 

En estado no endurecido faciliten una adecuada



manipulación y colocación de la misma; y En estado endurecido la conviertan en un producto de las propiedades y características deseadas.

Como requisito de carácter general y sin que ello implique la realización de ensayos que permitan verificar su calidad. Se podrá emplear como aguas de mezclado aquellas que se consideren potables, o las que por experiencia se conozca que pueden ser utilizadas en la preparación del concreto .

Adicionalmente, el agua empleada no deberá contener sustancias que puedan producir efectos desfavorables sobre

41

el fraguado, la resistencia o durabilidad, apariencia del concreto, o sobre los elementos metálicos embebidos en éste.

Previamente a su empleo, será necesario investigar y asegurarse que la fuente de provisión no está sometida a influencias

que

puedan

modificar

su

composición

y

características con respecto a las conocidas que permitieron su empleo con resultados satisfactorios.

El agua que a ser empleada en la preparación del concreto deberá cumplir con los requisitos de la Norma NTP 339.088 y ser, de preferencia, potable.

No existen criterios uniformes en cuanto a los límites permisible para las sales y sustancias presentes en el agua que va a emplearse . El agua empleada en la preparación y curado del concreto deberá ser, de preferencia potable. El Agua debe estar dentro de los límites siguientes: 

El contenido máximo de materia orgánica, expresada



en oxígeno consumido, será de 3ppm El contenido de residuo sólido no será mayor de 5000 ppm.

42

 

El pH estará comprendido entre 5,5 y 8. El contenido de sulfatos, expresado en ion SO4 será



menor de 600 ppm El contenido de cloruros, expresado en ion C1, será



menor de 1000 ppm El contenido de Carbonatos y Bicarbonatos alcalinos



(alcalinidad total) será mayor de 1000 ppm. REQUISITOS DE DURABILIDAD Límites permisibles para el Agua de mezcla y de curado según la NTP 339.088 El PH del agua debe estar en promedio en 7 (estado neutro), cuando el PH350 Control

f’cr

Regular o Malo

el comité concreto.

calidad en la obra.

f’c+8 4 f’cr f’c+9 8 1.3 a 1.5 f’c

Bueno

1.2f’c

Excelente

1.1f’c

determinar

el

propuesto por europeo

del

Donde: f’cr

=

Resistencia promedio a calcular.

V

=

Coeficiente de variación de los ensayos de

resistencia a las probetas estándar. t

=

Coeficiente de probabilidad de que 1 de

cada 5, 1 de cada 10, 1 de cada 20 tengan un valor menor que la resistencia especificada.

V entonces es un parámetro estadístico que mide la performancia del constructor para elaborar diferentes

70

tipos de concreto.

Segundo Paso es la elección del tamaño máximo del agregado enfocado al proyecto de Obra a desarrollarse, la cantidad de agua que se requiere para producir un determinado slump depende del tamaño máximo, de la forma y granulometría de los agregados, la temperatura del concreto, la cantidad de aire incluido y el uso de aditivos químicos.

Tercer

paso,comparaciones

con

la

tabla

anexa

para

establecer los contenidos de agua recomendables en función del slump requerido y el tamaño máximo del agregado, considerando concreto sin y con aire incluido.

Cuarto paso, el ACI proporciona una tabla con los valores de la relación agua/cemento de acuerdo con la resistencia a la compresión a los 28 días que se requiera, por supuesto la resistencia promedio seleccionada debe exceder la resistencia especificada con un margen suficiente para mantener dentro de los límites especificados las pruebas con valores bajos. En una segunda tabla aparecen los valores de la relación

71

agua/cemento para casos de exposición severa.

Quinto paso es el cálculo del contenido de cemento con la cantidad de agua, determinada en el paso tres, y la relación agua cemento, obtenida en el paso cuatro; cuando se requiera un contenido mínimo de cemento o los requisitos de durabilidad lo especifiquen, la mezcla se deberá basar en un criterio que conduzca a una cantidad mayor de cemento, esta parte constituye el quinto paso del método.

Sexto paso del procedimiento el ACI maneja una tabla con el volumen del agregado grueso por volumen unitario de concreto, los valores dependen del tamaño máximo nominal de la grava y del módulo de finura de la arena. El volumen de agregado se muestra en metros cúbicos con base en varillado en seco para un metro cúbico de concreto, el volumen se convierte a peso seco del agregado grueso requerido en un metro cúbico de concreto, multiplicándolo por el peso volumétrico de varillado en seco.

Sétimo paso es el cálculo del Agregado fino, excepto el agregado fino, cuya cantidad se calcula por diferencia. Para

72

este séptimo paso, es posible emplear cualquiera de los dos procedimientos siguientes: por peso o por volumen absoluto. Octavo paso consiste en ajustar las mezclas por humedad de los agregados, el agua que se añade a la mezcla se debe reducir en cantidad igual a la humedad libre contribuida por el agregado, es decir, humedad total menos absorción.

El último paso se refiere a los ajustes a las mezclas de prueba, en las que se debe verificar el peso volumétrico del concreto, su contenido de aire, la trabajabilidad apropiada mediante el slump y la ausencia de segregación y exudación, así como las propiedades de acabado. Para correcciones por diferencias en el slump, en el contenido de aire o en el peso unitario del concreto el informe ACI 211.1-91 proporciona una serie de recomendaciones que ajustan la mezcla de prueba hasta lograr las propiedades especificadas en el concreto.

73

Foto 04: Realizando la prueba de consistencia

Foto 05: Realizando la Medida del Slump

74

3.3.7.

Diseños de mezcla de concreto. Diseñando la mezcla por el método A.C.I. para el agregado de la cantera Viluyo, cuya resistencia especificada f’c = 210 kg/cm2, asumiendo que la elaboración del concreto va a tener un grado de control bueno. Las condiciones de obra requieren una consistencia Fluídica. El concreto no será expuesto a agentes degradantes (no tendrá aire incorporado) además no se usará aditivos.

 F’c=210 kg/

(a los 28 días)

Consistencia fluídica Peso específico del cemento: 3.15 g/  AGREGADO FINO: Peso específico de masa: 2.816 g/ % de Abs. = 5.411 % W% = 6.381 % Módulo de finura: 2.80.  AGREGADO GRUESO: TMN=1 1/2’’ Peso seco compactado: 1625 Kg/ Peso específico de masa: 2.654g/ % de Abs. = 2.239 % W%=4.148 % CARACTERÍSTICAS FÍSICO - MECÁNICAS: A.-

Agregados Fino y Grueso: PROPIEDADES TAMAÑO MÁXIMO

A. FINO

A. GRUESO

-

1 1/2”

75

TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL 3

-

1 1/2”

PESO ESPECÍFICO DE MASA

(gr/cm )

2.816

2.654

ABSORCIÓN

(%)

5.411

2.239

6.381

4.148

2.80

7.10

-

1625

CONTENIDO DE HUMEDAD

(%)

MÓDULO DE FINURA PESO U. S. COMPACTADO

(Kg/m3 )

B.- Cemento: Pórtland Tipo IP Mejorado (ASTM C 1157). Peso Específico 3.15 gr/cm3. C.- Agua: Agua Potable, cumple con la Norma NTP 339.088 o E 0-60. D.- Resistencia a Compresión: f’c = 210 Kg/cm2

1.

CÁLCULO DE LA RESISTENCIA PROMEDIO: (f’cr). Partiendo del hecho que siempre existe dispersión aun cuando se tenga un control riguroso tipo laboratorio debe tenerse en cuenta en la dosificación de una mezcla las diferentes dispersiones que se tendrán en obra según se tenga un control riguroso o no y por tanto se recomienda diseñar para valores más altos que el f’c especificado.

76

Se puede considerar la resistencia promedio

con que uno debe

diseñar una mezcla, teniendo en cuenta lo siguiente.

Tomando en cuenta el segundo criterio: Como

no

se

tiene

registro

de

resistencias

de

probetas

correspondientes a obras y proyectos anteriores se toma el

f´cr

tomando en cuenta la siguiente tabla: f´c Menos de 210 210-350 Mayor 350

f´cr f´c+70 f´c+84 f´c+98

f´cr = f´c + 84 f´cr = 210 + 84 = 294

 f´cr = 294

2.

DETERMINACIÓN

DEL

TMN

DEL

AGREGADO

GRUESO.

TMN = 1 1/2”

3.

DETERMINACIÓN DEL SLUMP.

77

Slump: 1” – 4”

4.

DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE AGUA O VOLUMEN DE AGUA DE MEZCLADO De acuerdo a la tabla 1 confeccionada por el comité 211 del ACI, que se toma en cuenta el TMN, su asentamiento o slump y teniendo en cuenta si tiene o no aire incorporado. En nuestro caso el TMN es de 1 1/2”, el slump varia de 1” a 4” (pero en la tabla nos indica de 3” a 4”), y sin aire incorporado el valor sería:

Volumen de Agua de mezcla = 190 lts/m 3 5.

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE AIRE. Según tabla 6, que toma en cuenta el TMN.

Volumen de Aire = 1.0 % 6.

DETERMINACIÓN DE LA RELACIÓN a/c. Teniendo en cuenta la tabla 3, RELACIÓN AGUA CEMENTO POR RESISTENCIA. Esta tabla esta en relación al aire no incorporado y al f´cr a los 28 días, siendo esta relación: a/c = 0.674

78

NOTA: Por ser un concreto NO expuesto a condiciones severas, sólo se determinará la relación a/c por resistencia, mas no por durabilidad.

7.

CÁLCULO DEL FACTOR CEMENTO (FC)

FC =

VolumendeA gua de mezcla 190 = a 0.5 c

FC = 380.00 Kg/m3 Que traduciendo a bolsas/m3 será:

8.

CANTIDADDE AGREGADO GRUESO: Para un módulo de finura del agregado fino de 2.80 y para un TMN=1 1/2’’, haciendo uso de la tabla 4: 2.80------------0.71 De donde X= 0.71

Donde b0

b = PUV del agregado grueso suelto seco = PUV del agregado grueso seco compactado

79

9.

CÁLCULOS DE VOLUMENES ABSOLUTOS (Cemento, agua, aire). Cemento

—

=

=

0.121 m3 Agua de mezcla

—

=

= 0.190 m3 Aire

—

=

1.0 %

= 0.010 m3 Agregado Grueso

—

=

= 0.410 m3 ---------- V absolutos = 0.700 m3

10.

CÁLCULO DEL PESO DEL AGREGADO FINO: 1- 0.700

Peso del Agregado Fino=0.300 m3*(2.654*1000)=796.2

.

80

11.

12.

VALORES DE DISEÑO



CEMENTO

:



AGUA

:



AIRE

:



AGREGADO GRUESO

:



AGREGADO FINO

:

/

CORRECCIÓN POR HUMEDAD DE LOS AGREGADOS Utilizando el contenido de humedad en el momento en que se realiza el ensayo, puesto que como sabemos tanto la absorción como el contenido de humedad son parámetros que cambian, y se tiene que corregir tomando en cuenta estos factores en el momento de realización de la práctica.

AGREG. FINO: 796.20*((6.381/100)+1) = 847.00 Kg/ AGREG. GRUESO: 1153.75* ((4.148/100)+1)=1201.61 Kg/

13.

HUMEDAD SUPERFICIAL(W- % Abs) AGREGADO FINO: AGREGADO GRUESO: +2.879

14.

.

6.381-5.411= +0.97 4.148-2.239 = +1.909

APORTE DE AGUA A LA MEZCLA (W- % Abs)*Peso Seco /100

81

AGREGADO FINO: AGREGADO GRUESO: APORTE DE AGUA: 15. 190 lts/ 16.

AGUA EFECTIVA: -(29.75 lts/ )=160.252 lts/

+ 29.75 lts/

= 160 lts/

PROPORCIONMIENTO EN PESO DE DISEÑO:

17.    

PESOS POR METRO CÚBICO: CEMENTO = 8.94 Bolsas AGREGADO FINO = 847.0 Kg AGREGADO GRUESO = 1201.61 Kg AGUA EFECTIVA = 160 Lts.

Cuadro Resumen de Diseño de Mezclas Cuadro 12:Diseño de mezclas Cantera Viluyo.

82

Cuadro 13:Diseño de mezclas Cantera Viluyo.

83

Cuadro 14:Diseño de mezclas Cantera Carucaya.

84

Cuadro 15:Diseño de mezclas Cantera Carucaya.

85

CAPITULO IV DESARROLLO DE LA ETAPA EXPERIMENTAL 4.1.

Evaluación de la calidad de los agregados.

Las

especificaciones

normativas

establecen

límites

para

ciertas

características de los agregados que, si no se respetan, pueden producir graves problemas en la calidad del concreto. Parece haber una tendencia a solicitar concretos con nivel de exigencia cada vez más altos, lo cual plantea la necesidad de analizar la calidad de los agregados con mayor detenimiento. A continuación se presenta el estudio de agregado para cada cantera:

86

4.1.1.

Agregados cantera Viluyo: 4.1.1.1. Análisis Granulométrico

Ver anexo (9) 4.1.2.

Agregados cantera Carucaya: 4.1.2.1. Análisis Granulométrico

Ver anexo (10)

4.2.

Preparación del Ensayo Slump 4.2.1. Definición.

El ensayo de consistencia del concreto, o “slump test”, sirve para evaluar su capacidad para adaptarse con facilidad al encofrado que lo va a contener. El procedimiento se explica ampliamente en la norma ASTM C143-78 “Slump of Portland Cement Concrete”. 4.2.2. Equipos a utilizar. 

Cono de Abrams de medidas estandar



Varilla para apisonado de fierro liso de diámetro 5/8″ y punta redondeada L=60 cm



Wincha metálica



Plancha metálica (badilejo)

87

Foto 06: Cono de Abrams y Probeta para agregarle agua necesaria a la mezcla

4.2.3. Procedimiento del ensayo (SLUMP) 

Obtener una muestra al azar, sin tener en cuenta la aparente calidad del concreto. Según la norma se debe obtener una muestra por cada 120 m3 de concreto producido ó 500 m2 de superficie llenada y en todo caso no menos de una al día. Particularmente he llegado a sacar muestras con más regularidad si la importancia del elemento estructural lo amerita. La muestra no debe ser menor de 30 lt y el concreto muestreado no debe tener más de 1 hora de preparado. Entre la obtención de la muestra y el término de la prueba no deben pasar más de 10 minutos.



Colocamos el molde limpio y humedecido con agua sobre una superficie plana y humedecida, pisando las aletas.

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

Vertimos una capa de concreto hasta un tercio del volumen (67

mm

de

altura)

y

apisonar

con

la

varilla

lisa

uniformemente, contando 25 golpes. 

Vertimos una segunda capa de concreto (155 mm de altura) y nuevamente apisonar con la varilla lisa uniformemente, contando 25 golpes. Los golpes en esta capa deben llegar hasta la capa anterior.



Se completa con la tercera capa (en exceso) y repetir el procedimiento, siempre teniendo cuidado en que los golpes lleguen a la capa anterior. Como es usual, les faltará un poco de concreto al final, así es que tendrán que rellenar el faltante y enrasar el molde con la varilla lisa. Desde el inicio del procedimiento, hasta este punto no deben de haber pasado más de 2 minutos. Es permitido dar un pequeño golpe al molde con la varilla para que se produzca la separación de la pasta.



Posteriormente procedemos a retirar el molde con mucho cuidado (no debería hacerse en menos de 5 segundos), lo colocamos invertido al lado del pastón, y colocamos la varilla sobre éste para poder determinar la diferencia entre la altura del molde y la altura media de la cara libre del cono deformado.

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Foto 07: Prueba de Slump y extracción de Briquetas

Comentarios Se distinguen 03 tipos de asientos característicos del concreto al retirar el molde: 1. “normal”, obtenido con mezclas bien dosificadas y un adecuado contenido de agua. El concreto no sufre grandes deformaciones ni hay separación de elementos. Es el que puede apreciarse en la foto. 2. “De corte”, obtenido cuando hay exceso de agua y la pasta que cubre los agregados pierde su poder de aglutinar. Puede

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que no se observe gran asentamiento, pero si se puede observar corte en la muestra. 3. “Fluido”, cuando la mezcla se desmorona completamente. Cuando el asentamiento no es el “normal”, la prueba debe considerarse sin valor. Este ensayo no es aplicable para las siguientes condiciones: 

Para concretos de alta resistencia, sin asentamiento.



Para concretos con contenido de agua menor a 160 litros por m3 de mezcla.



Para concretos con contenido de agregado grueso mayor de 2.5″.

4.3. Elaboración de briquetas para los ensayos de Compresión del

Concreto. El procedimiento necesarios para preparar y curar probetas cilíndricas de concreto compactadas mediante varillado y que además contengan mezclas con agregado grueso de 2″ como tamaño máximo. La norma ASTM C31 también contempla los procedimientos para obtención de muestras “tipo viga”, las que se compactan mediante vibrado y también para el muestreo de concretos preparados con agregados de diámetros mayores a la 2″ (revisar la norma ASTM C172).

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4.1.

Equipo necesario:

Moldes: deben ser de acero, hierro forjado, PVC ú otro material no absorbente y que no reaccione con el cemento. Antes de usarse los moldes deben ser cubiertos ligeramente con aceite mineral o un agente separador de encofrado no reactivo. Varilla: debe ser de fierro liso diámetro 5/8”, de 60 cm de largo y con una de sus extremos boleados. Mazo: debe usarse un mazo de goma que pese entre 0.60 y 0.80 Kg. Equipo adicional: badilejo, plancha de metal y depósito que contenga el íntegro de la mezcla a colocar en la probeta (una carretilla de obra cumple este requerimiento).

Foto 08: Prueba de Slump y extracción de Briquetas

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4.2.

Muestreo:  Los especímenes deben ser cilindros de concreto vaciado y fraguado en posición vertical, de altura igual a dos veces el diámetro, siendo el espécimen estándar de 6×12 pulgadas, o de 4×8 pulgadas para agregado 

de tamaño máximo que no excede las 2”. Las muestras deben ser obtenidas al azar, por un método adecuado y sin tener en cuenta la aparente calidad del concreto. Se deberá obtener una muestra por cada 120 m3 de concreto producido o 500 m2 de superficie llenada y en todo caso no menos de una diaria. Este ya es un tema sujeto al criterio del ingeniero residente o del supervisor de obra, ya que la importancia de determinado elemento estructural puede ameritar la toma de un mayor número de



muestras para control. Colocar el molde sobre



horizontal, nivelada y libre de vibración. Colocar el concreto en el interior

una

superficie del

rígida, molde,

depositándolo con cuidado alrededor del borde para asegurar la correcta distribución del concreto y una segregación mínima.

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

Llenar el molde en tres capas de igual volumen. En la última capa agregar la cantidad de concreto suficiente para que el molde quede lleno después de la compactación. Ajustar el sobrante ó faltante de concreto con una porción de mezcla y completar el número de golpes faltantes. Cada capa se debe compactar con 25

penetraciones de la

varilla,

distribuyéndolas uniformemente en forma de espiral y terminando en el centro. La capa inferior se compacta en todo su espesor; la segunda y tercera capa se compacta penetrando no más de 1” en la capa anterior. Después de compactar cada capa golpear a los lados del molde ligeramente de 10 a 15 veces con el mazo de goma para liberar las burbujas de aire que puedan estar atrapadas (es usual dar pequeños

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golpes con la varilla de fierro en caso de no contar con 

el mazo de goma). Enrasar el exceso de concreto con la varilla de compactación y completar con una llana metálica para mejorar el acabado superior. Debe darse el menor número de pasadas para obtener una superficie lisa y



acabada. Identificar los especímenes con la información correcta respecto a la fecha, tipo de mezcla y lugar de colocación. Hay que proteger adecuadamente la cara descubierta de los moldes con telas humedecidas ó películas plásticas para evitar la pérdida de agua por



evaporación. Después de elaboradas las probetas se transportarán al

lugar

de

almacenamiento

donde

deberán

permanecer sin ser perturbados durante el periodo de curado inicial. Si la parte superior de la probeta se daña durante el traslado se debe dar nuevamente el acabado. Durante las primeras 24 horas los moldes deberán estar a las siguientes temperaturas: para f ´c>422 kg/cm2 : entre 20 y 26°C y para f´c