universidad central del ecuador facultad · pdf filepavimento de concreto.” ......

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y

MATEMÁTICA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

“DISEÑO DE HORMIGÓN RÍGIDO DE ALTA RESISTENCIA

UTILIZANDO ESCORIA DE ACERO PARA LA APLICACIÓN EN

PAVIMENTO DE CONCRETO.”

TRABAJO DE GRADUACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL

TÍTULO DE:

INGENIERO CIVIL

AUTORES

BRYAN ERNESTO NINABANDA CANGO

KARINA LORENA SANTAMARÍA JEREZ

TUTOR:

ING. BYRON OMAR MORALES MUÑOZ

QUITO, 28 DE AGOSTO

2017

ii

DERECHOS DE AUTOR

iii

APROBACIÓN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN

iv

DESIGNACIÓN DE LECTORES

v

NOTA DE LECTORES

vi

DEDICATORIA

A Dios por darme unos padres maravillosos, por brindarme sabiduría y paciencia,

que ha permitido que este sueño se haga realidad

A mi familia César, Marina, David, Mateo por su apoyo incondicional en cada uno

de los momentos y etapas de mi vida, sin ellos no hubiera sido posible alcanzar esta

meta.

A mis Tíos y primos que han estado a mi lado siendo el apoyo para lograr mis

metas y que han aportado su granito de arena.

A Karina mi compañera, amiga y enamorada, con quien hemos compartido muchas

experiencias a lo largo del desarrollo del proyecto y de la carrera, quien me ha

brindado su tiempo paciencia, compresión y que hoy se ve reflejado en esta meta

alcanzada.

Atentamente

Bryan Ernesto Ninabanda Cango

vii

DEDICATORIA

A mi Padre Celestial quién me ha guiado toda mi vida, quien me levanta de mis

continuos tropiezos y creador de todos mis seres queridos.

A mis queridos Padres, por su gran amor por todo el esfuerzo que realizaron para

que yo pueda estudiar, con su apoyo incondicional y por sus amonestaciones que

me ayudaron para ser una mejor persona.

A mis amadas hermanas quienes siempre han estado conmigo en las buenas y en

las malas, que demostraron ser mis mejores amigas y siempre velaron por mi

bienestar.

A mis sobrinos por todos los momentos de felicidad que me han dado, y han hecho

que me esfuerce para ser un buen ejemplo para ellos.

A mi amigo, colega, enamorado Bryan Ninabanda, quién me ha dado su apoyo

incondicional, por haberme permitido terminar a su lado una etapa muy importante

de mi vida y por brindarme su amor.

Karina Lorena Santamaría Jerez

viii

AGRADECIMIENTO

Agradezco inmensamente a la Universidad Central del Ecuador y muy

especialmente a la carrera de Ingeniería Civil, quien me acogió en sus aulas a lo

largo de la carrera, a todos mis profesores quienes compartieron sus experiencias

y conocimientos, que me sirvieron para cumplir mi meta.

Agradezco a mis padres que siempre estuvieron en los buenos y malos momentos,

quienes de manera desinteresada y con amor me apoyaron siempre. Este no es mi

logro, es ¡Nuestro Logro!

A mi Tutor Ing. Byron Morales, quien confío en mí, brindó su apoyo y experiencias

durante el desarrollo del proyecto.

Agradezco a los ingenieros Jorge Santamaría y Paul León por su colaboración en

el desarrollo y revisión del proyecto de investigación.

Al personal técnico del Laboratorio Ensayo de materiales, quienes nos apoyaron y

compartieron sus experiencias para el desarrollo del proyecto.

Agradezco a Karina, compañera de tesis y enamorada por permitirme formar parte

de esta hermosa experiencia.

GRACIAS

Bryan Ernesto Ninabanda Cango

ix

AGRADECIMIENTO

Agradezco a la prestigiosa Universidad Central del Ecuador por haberme

permitido formarme como profesional, y haberme otorgado a los mejores

profesores a quienes agradezco por compartir conmigo sus conocimientos y por su

ardua labor que generan a diario para que nuestro país sea mejor.

A mi tutor de tesis Ingeniero Byron Morales, por ayudarme y guiarme en todo este

proceso de investigación, por haberme dado la oportunidad de aprender de sus

conocimientos.

A mis lectores Ingeniero Paul León e Ingeniero Jorge Santamaría, por su tiempo

que dieron para la revisión de mi tesis, y por sus sugerencias para lograr un mejor

trabajo.

Agradezco a mi familia por todo su apoyo, amor y ayuda que me han dado a lo

largo de mis estudios, A mis compañeras de trabajo que permitieron ausentarme

de mis labores para poder estudiar y a mi compañero de tesis Bryan Ninabanda

por permitirme realizar a su lado esta investigación, por haber puesto todo su

esfuerzo para lograr concluir y ser el mejor compañero de tesis.

Gracias.

Karina Lorena Santamaría Jerez

x

CONTENIDO

DERECHOS DE AUTOR....................................................................................... ii

APROBACIÓN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN .......................................... iii

DESIGNACIÓN DE LECTORES ......................................................................... iv

NOTA DE LECTORES .......................................................................................... v

DEDICATORIA .................................................................................................... vi

AGRADECIMIENTO.......................................................................................... viii

LISTA DE TABLAS............................................................................................. xv

LISTA DE ILUSTRACIONES ........................................................................... xvii

LISTA DE GRÁFICAS ..................................................................................... xviii

LISTA DE FOTOGRAFÍAS.............................................................................. xviii

LISTA DE ANEXOS ........................................................................................... xix

RESUMEN ............................................................................................................ xx

ABSTRACT ......................................................................................................... xxi

CAPÍTULO I ........................................................................................................... 1

1. GENERALIDADES ........................................................................................ 1

1.1. INTRODUCCIÓN .................................................................................... 1

1.2. ANTECEDENTES ................................................................................... 2

1.3. JUSTIFICACIÓN ..................................................................................... 3

1.4. OBJETIVOS ............................................................................................. 4

1.4.1. Objetivo General ............................................................................... 4

1.4.2. Objetivos Específicos ........................................................................ 4

1.5. HIPÓTESIS .............................................................................................. 4

CAPÍTULO II ......................................................................................................... 5

2. MARCO TEÓRICO ........................................................................................ 5

2.1. HORMIGÓN ............................................................................................ 5

2.2. HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA................................................ 5

2.3. COMPONENTES DEL HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA ........ 7

2.3.1. Cemento ............................................................................................ 7

2.3.2. Áridos ................................................................................................ 9

2.3.3. Agua ................................................................................................ 10

2.3.4. Aditivos ........................................................................................... 11

xi

2.4. PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DEL HORMIGÓN

FRESCO ............................................................................................................ 13

2.4.1. Trabajabilidad. ................................................................................ 13

2.4.2. Consistencia. ................................................................................... 14

2.4.3. Homogeneidad ................................................................................ 15

2.4.4. Segregación ..................................................................................... 16

2.4.5. Exudación ........................................................................................ 16


ENDURECIDO ................................................................................................. 16

2.5.1. Densidad .......................................................................................... 16

2.5.2. Porosidad ......................................................................................... 17

2.5.3. Permeabilidad .................................................................................. 17

2.5.4. Retracción ....................................................................................... 17

2.6. CURADO DEL HORMIGÓN ............................................................... 18

2.7. RESISTENCIA MECÁNICA ................................................................ 19

2.7.1. Resistencia a la compresión ............................................................ 19

2.7.2. Resistencia a la flexión del hormigón ............................................. 20

2.7.3. Resistencia a la abrasión ................................................................. 20

2.7.4. Comportamiento elástico e inelástico ............................................. 21

2.6.5. Deformación ........................................................................................ 22

2.8. ESCORIA NEGRA ................................................................................ 22

2.8.1. Clasificación de las escorias............................................................ 23

2.8.2. Escorias negras de horno de arco eléctrico (EAF) .......................... 23

2.8.3. Proceso de obtención de las escorias (EAF) ................................... 24

2.8.4. Composición química las escorias negras ....................................... 26

2.9. PAVIMENTO RÍGIDO.......................................................................... 28

2.9.1. Estructura de un pavimento rígido .................................................. 28

2.10. TIPOS DE PAVIMENTOS ................................................................ 30

2.11. Tipo de Juntas ..................................................................................... 32

2.12. FLUJOGRAMA DE DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDOS ........... 34

CAPÍTULO III ...................................................................................................... 36

3. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ................................................... 36

3.1. SELECCIÓN DE LOS AGREGADOS.................................................. 36

3.2. UBICACIÓN .......................................................................................... 36

xii

3.3. JUSTIFICACIÓN DE LA SELECCION DEL MATERIAL ................. 38

3.4. LIMITACIÓN DEL PROYECTO ......................................................... 38

3.5. ENSAYO DENSIDAD DEL CEMENTO ............................................. 39

3.6. ENSAYO CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO .................. 42

3.7. ENSAYO TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO ..................... 45

3.8. ENSAYO DE COLORIMETRÍA .......................................................... 47

3.9. ENSAYO PESO ESPECÍFICO (DENSIDAD REAL) .......................... 53

3.10. CAPACIDAD DE ABSORCIÓN ....................................................... 58

3.11. ENSAYO DE GRANULOMETRÍA .................................................. 62

3.12. ENSAYO DE ABRASIÓN ................................................................ 72

3.13. ENSAYO DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA 76

3.14. ELEMENTOS QUÍMICOS EN LAS ESCORIAS NEGRAS ............ 84

3.14.1. Test TCLP (Procedimiento de lixiviación característico de toxidad)

84

3.14.2. Determinación de metales pesados Método EPA 3050 para Suelos 88

3.15. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN CAPÍTULO III .......................... 91

CAPÍTULO IV ...................................................................................................... 36

4. DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN DE ALTO DESEMPEÑO ...... 92

4.1. GENERALIDADES ............................................................................... 92

4.2. DOSIFICACIÓN .................................................................................... 92

4.3. PROBETAS DE HORMIGÓN .............................................................. 93

4.3.1. Elaboración De Las Probetas .......................................................... 93

4.4. ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA ESPECIFICADA DEL

HORMIGÓN (f´c= 42MPa) .............................................................................. 95

4.5. ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA PROMEDIO REQUERIDA (f´cr) 95

4.6. MÉTODO DEL VOLUMEN ABSOLUTO (ACI 11-4R-98 Y ACI363-

2R-98) ................................................................................................................ 97

4.6.1. Procedimiento para el diseño de las mezclas .................................. 97

4.7. MEZCLAS DE PRUEBA .................................................................... 107

4.7.1. Mezcla de Prueba 1 (Arena- Ripio), relación A/C=0.38, método:

ACI 211-4R-93 ............................................................................................ 108

4.7.2. Mezcla de Prueba 2 (Arena- Ripio), relación A/C=0.34, método:

ACI 211-4R-98 ............................................................................................ 109

4.7.3. Mezcla De Prueba 3 (Escoria- Ripio), relación A/C=0.34, método:

ACI 211-4R-98 ............................................................................................ 110

xiii

4.7.4. Mezcla de Prueba 4 (Escoria- Ripio), relación A/C=0.34, método:

ACI 211-4R-98 ............................................................................................ 111

4.8. MEZCLA 5 (ARENA-RIPIO RELACION A/C= 0.38) Y MEZCLA 6

(ESCORIA-RIPO A/C= 0.38) ......................................................................... 112

4.8.1. Mezcla 5 Combinación (Arena- Ripio- Agua) método: ACI 211-4r-

93 113

4.8.2. Mezcla 6 Combinación (Escoria- Ripio) Metodo: Aci 211-4r-98

114

4.9. MEZCLA 7 DEFINITIVA RELACION AGUA /CEMENTO = 0.36

(ESCORIA- RIPIO- AGUA- CEMENTO PORTLAND) ............................... 115

CAPÍTULO 5 ...................................................................................................... 117

5. RESULTADO DE LOS ENSAYOS PROPUESTOS ................................. 117

5.1. DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN. 117

5.1.1. Resultados de la resistencia a la compresión de las mezclas de

prueba 120

5.1.2. Resultado de la resistencia a la compresión Mezcla 5 (Arena-Ripio-

Cemento Portland) ....................................................................................... 122

5.1.3. Resultado de la resistencia a la compresión Mezcla 6 (Escoria-

Ripio-Cemento Portland) ............................................................................. 124

5.1.4. Resultados de la Mezcla 5 Y Mezcla 6 ......................................... 126

5.1.5. Resultado de la resistencia a la compresión Mezcla Definitiva 7

(Escoria-Ripio-Cemento Portland) .............................................................. 128

5.1.6. Análisis e interpretación de resultados Mezclas 6 Y Mezcla 7 ..... 130

5.1.7. Resistencia característica de la mezcla 7 según Montoya- Meseguer-

Morán 131

5.1.8. Densidad de los cilindros de hormigón según la norma NTE INEN

1573 133

5.2. DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL

HORMIGÓN EN VIGAS SEGÚN NTE INEN 2554 ..................................... 137

5.2.1. Resultados ensayo a flexión de la Mezcla 6 (Escoria – Ripio) ..... 139

5.2.2. Resultados ensayo a flexión de la Mezcla 7 definitiva (Escoria –

Ripio) 140

5.3. DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL

HORMIGÓN ................................................................................................... 144

5.3.1. Determinación Teórica .................................................................. 145

5.3.2. Determinación experimental del módulo de elasticidad del hormigón

145

xiv

5.3.3. Procedimiento según la ASTM C469-02 ...................................... 148

5.3.4. Resultados obtenidos en el laboratorio ......................................... 149

5.3.5. Curva Esfuerzo vs Deformación – Cilindro 1 ............................. 150

5.3.6. Curva Esfuerzo Vs Deformación – Cilindro 2 .............................. 152

5.3.7. Curva Esfuerzo Vs Deformación – Cilindro 3 ............................ 154

5.3.8. Resumen de resultados obtenidos ................................................. 155

5.4. RESISTENCIA AL DESGASTE POR ABRASIÓN........................... 156

5.4.1. Ensayo de la resistencia al desgaste por abrasión según la norma

NTE INEN 3040 .......................................................................................... 156

5.4.2. Procedimiento descrito en la norma NTE INEN 3040.................. 158

5.4.3. Resultados obtenidos en las placas ............................................... 160

5.5. TEST TCLP (PROCEDIMIENTO DE LIXIVIACIÓN

CARACTERÍSTICO DE TOXIDAD) DEL HORMIGÓN ENDURECIDO -

MEZCLA 7 ...................................................................................................... 161

5.5.1. Muestra placa de hormigón ........................................................... 161

5.5.2. Muestra del agua de la placa sumergido durante 28 días .............. 162

5.5.3. Análisis e interpretación de resultados .......................................... 163

CAPÍTULO VI .................................................................................................... 167

6. APLICACIÓN TEÓRICA Y PRÁCTICA DEL DISEÑO DE HORMIGÓN

DE ALTA RESISTENCIA ................................................................................. 167

6.1. DISEÑO TEÓRICO DEL ESPESOR DE LA LOSA DE UN

PAVIMENTO RÍGIDO................................................................................... 167

6.1.1. Recopilación de información ........................................................ 168

6.1.2. Cálculo del espesor de la losa ....................................................... 169

6.1.3. Juntas de hormigón ....................................................................... 171

6.1.4. Diseño de juntas de aislamiento .................................................... 171

6.1.5. Análisis Comparativo De Resultados Obtenidos .......................... 175

6.2. FUNDICION DE UNA FRANJA CON EL DISEÑO DE HORMIGÓN

DE ALTA RESISTENCIA UTILIZANDO ESCORIA DE ACERO ............. 176

CAPITULO VII .................................................................................................. 182

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................... 182

7.1. CONCLUSIONES ................................................................................ 182

7.2. RECOMENDACIONES ...................................................................... 185

8. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................ 187

9. ANEXOS ..................................................................................................... 192

xv

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Tipos de cemento ..................................................................................... 7

Tabla 2. Requisitos químicos ................................................................................. 9

Tabla 3. Requisitos físicos ..................................................................................... 9

Tabla 4. Consistencia del hormigón ..................................................................... 15

Tabla 5. Composición química de la escoria ....................................................... 27

Tabla 6. Composición química de la escoria españolas usadas para hormigones 27

Tabla 7. Escala de color ....................................................................................... 48

Tabla 8. Tamaño de la muestra para ensayos del árido grueso ............................ 62

Tabla 9. Escoria triturada (tclp epa1311) ............................................................. 85

Tabla 10. Límites de descarga al sistema de alcantarillado público .................... 86

Tabla 11. Cuadro comparativo entre los límites de descarga permisibles y el

ensayo tclp de la escoria ................................................................................ 87

Tabla 12. Criterios de calidad para suelos ........................................................... 88

Tabla 13. Resultados ensayo químico escoria negra ............................................ 89

Tabla 14. Cuadro comparativo del ensayo en la escoria y los límites permisibles

....................................................................................................................... 89

Tabla 15. Cuadro resumen de las propiedades físicas y mecánicas de los

materiales ....................................................................................................... 90

Tabla 16. Requisitos para determinar el método de compactación ...................... 94

Tabla 17. Resistencia promedio a la compresión requerida cuando no hay datos

disponibles para establecer una desviación estándar de la muestra. .............. 96

Tabla 18. Resumen de resultados de las propiedades de los componentes del

hormigón de alta resistencia con escoria de acero. ........................................ 98

Tabla 19. Asentamiento recomendado para hormigones de alta resistencia con y

sin superplastificante...................................................................................... 98

Tabla 20. Tamaño máximo del agregado grueso ................................................. 99

Tabla 21. Volumen recomendado del agregado grueso por unidad de volumen de

hormigón. ..................................................................................................... 100

Tabla 22. Primera estimación de la mezcla agua y aire fresco contenido de base

de hormigón sobre el uso de la arena vacíos con el 35% ............................ 101

Tabla 23. Máximo recomendado w / (c+p) para hormigones sin hrwr .............. 102

Tabla 24. Máximo recomendado w / (c+p) para hormigones con hrwr ............. 103

Tabla 25. Resumen de resultados obtenidos ...................................................... 126

Tabla 26. Resumen de resultados obtenidos ...................................................... 130

Tabla 27. Resistencia característica de la mezcla definitiva 7 ........................... 132

Tabla 28. Densidad de los cilindros correspondientes a la mezcla 5 ................. 134



Tabla 31. Comparación de módulos de rotura entre mezclas 6 y 7 ................... 141

Tabla 32. Comparación del módulo de rotura (28 días) y la resistencia a la

compresión (28 días) de las mezclas 6 y 7................................................... 142

Tabla 33. Comparación de módulo de rotura obtenido en laboratorio con el

módulo de rotura teórico .............................................................................. 143

xvi

Tabla 34. Factores que afectan el módulo de elasticidad de un concreto .......... 144

Tabla 35. Resumen del módulo de elasticidad obtenido en laboratorio ............ 155

Tabla 36. Comparación de módulos estáticos de elasticidad teóricos y de

laboratorio .................................................................................................... 155

Tabla 37. Medida de la resistencia al desgaste por abrasión en el hormigón .... 160

Tabla 38. Ensayo TCLP - placa de hormigón .................................................... 162

Tabla 39. Ensayo TCLP - agua de la placa de hormigón sumergido ................. 163

Tabla 40. Cuadro comparativo de resultados ..................................................... 163

Tabla 41. Propiedades del hormigón de la mezcla 7 .......................................... 168

Tabla 42. Parámetros de diseño de la “interconexión: escalón n°2 (av. Simón

Bolívar periférico sur occidental) ................................................................ 169

Tabla 43. Cálculo de la longitud de la junta transversal .................................... 172

Tabla 44. Cálculo del acero longitudinal ........................................................... 173

Tabla 45. Cálculo de la longitud de la barra de anclaje ..................................... 174

Tabla 46. Comparación de resultados el diseño de hormigón rígido convencional

y hormigón rígido con escoria de acero ....................................................... 175

Tabla 47. Dosificación de la mezcla 7. ............................................................. 177

xvii

LISTA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Resistencia en función de la relación a/c. ........................................ 6

Ilustración 2. Cono de abrams. Ensayos de hormigón en estado fresco y

endurecido ...................................................................................................... 15

Ilustración 3. Influencia del curado húmedo ........................................................ 19

Ilustración 4. Comportamiento elástico e inelástico del hormigón. ..................... 21

Ilustración 5. Acopio y triturada escoria. ............................................................. 24

Ilustración 6. Horno de arco eléctrico. ................................................................. 25

Ilustración 7. Separación de escoria. .................................................................... 26

Ilustración 8. Sección transversal de un pavimento rígido. ................................. 28

Ilustración 9. Junta transversal de contracción .................................................... 32

Ilustración 10. Junta transversal de construcción ................................................. 32

Ilustración 11. Junta transversal de expansión ..................................................... 33

Ilustración 12. Junta longitudinal de contracción ................................................ 33

Ilustración 13. Juntas longitudinales de construcción .......................................... 34

Ilustración 14. Diseño de pavimento rígido – método aashto 93hto 93 ............... 35

Ilustración 15. Ubicación de la cantera construarenas ......................................... 37

Ilustración 16. Patrón colorimétrico ..................................................................... 47

Ilustración 17. Capacidad de absorción de los agregados .................................... 53

Ilustración 18. Esquema de los modelos de fractura típicos ............................... 119

Ilustración 19. Distribución estadística normal .................................................. 131

Ilustración 20. Aplicación de cargas en vigas para determinación del módulo de

rotura. ........................................................................................................... 137

Ilustración 21. Módulo secante del hormigón según la astm ............................. 146

Ilustración 22. Diagrama de desplazamientos .................................................... 147

Ilustración 23. Partes fundamentales de la máquina para la prueba de desgaste de

los adoquines................................................................................................ 157

Ilustración 24. Cálculo del espesor de la losa del pavimento rígido por medio del

programa “método aashto para el diseño de pavimento (1993) por luis r.

Vásquez”. ..................................................................................................... 170

Ilustración 25. Espesores del pavimento rígido con escoria de acero ................ 170

Ilustración 26. Esquema del pavimento rígido diseñado .................................... 174

Ilustración 27. Laboratorio de ensayo de materiales - universidad central del

ecuador ......................................................................................................... 176

xviii

LISTA DE GRÁFICAS

Gráfica 1. Resumen de resistencias a la compresión entre el diseño patrón y el

diseño investigado........................................................................................ 126

Gráfica 2. Diferencia de resistencia entre las mezclas 6 y 7 .............................. 130

Gráfica 3. Densidad de las mezclas 5 y 6........................................................... 135

Gráfica 4. Densidad de las mezclas 6 y 7........................................................... 136

Gráfica 5. Comparación de los módulos de rotura de la mezcla 6 y 7 ............... 141

Gráfica 6. Módulos de rotura vs resistencia a la compresión. ........................... 142

Gráfica 7. Comparación de resultados (plomo) .................................................. 164

Gráfica 8. Comparación de resultados (cinc) ..................................................... 164

Gráfica 9. Comparación de resultados (cadmio) ................................................ 165

LISTA DE FOTOGRAFÍAS

Fotografía 1. Planta de trituración construarenas ................................................. 37

Fotografía 2. Colocación de capping en los cilindros de hormigón ................... 117

Fotografía 3. Máquina universal de 100 tn, universidad central del ecuador,

carrera ingeniería civil ................................................................................. 118

Fotografía 4. Medición de la masa del cilindro.................................................. 133

Fotografía 5. Medición de la altura y diámetro de los cilindros ........................ 133

Fotografía 6. Vigas de hormigón - mezcla 7 (escoria – ripio) ........................... 142

Fotografía 7. Compresómetro ............................................................................ 147

Fotografía 8. Placa de 15 x 15 x 10 cm. ............................................................. 158

Fotografía 9. Colocación de material abrasivo .................................................. 158

Fotografía 10. Huella en las placas ensayadas .................................................... 159

Fotografía 11. Placa de hormigón de 5x5x10cm ............................................... 162

Fotografía 12. Placa sumergida .......................................................................... 163

Fotografía 13. Pavimento deteriorado del laboratorio ensayo de materiales UCE

..................................................................................................................... 177

Fotografía 14. Sub base empedrada ................................................................... 178

Fotografía 15. Humedecimiento de la superficie a ser fundida ......................... 179

Fotografía 16. Vertido del hormigón ................................................................. 180

Fotografía 17. Cilindros testigos ........................................................................ 180

Fotografía 18. Acabado final de placa de hormigón con escoria de acería........ 181

Fotografía 19. Trituración del hormigón ............................................................ 199

xix

LISTA DE ANEXOS

Anexo 1. Metales en lixiviados tclp epa 1311 ................................................... 192

Anexo 2. Informe de resultados de los metales pesados, método epa 3050 para

suelos. .......................................................................................................... 194

Anexo 3. Envejecimiento de la escoria .............................................................. 195

Anexo 4. Resultados químicos del envejecimiento............................................. 196

Anexo 5. Informe de la medida de la resistencia al desgaste por abrasión en

hormigón. Método de la rueda ancha........................................................... 197

Anexo 6. Ensayo del desgaste a la abrasión ........................................................ 198

Anexo 7. Resultado del ensayo de tcl de la muestra de hormigón triturado ...... 199

Anexo 8. Resultado del ensayo de tclp de la placa de hormigón. ....................... 201

Anexo 9. Resultado del ensayo de tclp de la muestra de agua. ........................... 202

Anexo 10. Ensayo de colorimetría del agregado fino y consistencia normal del

cemento ........................................................................................................ 203

Anexo 11. Lavado de la escoria .......................................................................... 203

Anexo 12. Mezcla del hormigón de alta resistencia con escoria de acero .......... 204

Anexo 13. Determinación del asentamiento usando el cono de abrams ............ 204

Anexo 14. Varillado del hormigón...................................................................... 205

Anexo 15. Cilindros de hormigón de 10x20 cm ................................................. 205

Anexo 16. Ensayo de resistencia a la compresión .............................................. 206

Anexo 17. Resistencia a la flexión del hormigón en vigas ................................. 206

Anexo 18. Resistencia al desgaste por abrasión................................................. 207

Anexo 19. Construcción de la placa en el laboratorio de ensayo de materiales

universidad central del ecuador ................................................................... 207

Anexo 20. Cálculo de ejes equivalentes ............................................................. 208

Anexo 21. Valores del coeficiente de transferencia de carga j ......................... 209

Anexo 22. Calidad de drenaje ............................................................................. 209

Anexo 23. Valores del coeficiente de drenaje cd ............................................... 209

Anexo 24. Relación entre el valor relativo de soporte (c.b.r) y el módulo de

reacción de la subrasante (k). ....................................................................... 210

Anexo 25. Selección del cbr de diseño .............................................................. 210

Anexo 26. Cbr de diseño .................................................................................... 211

xx

RESUMEN

TEMA: “DISEÑO DE HORMIGÓN RÍGIDO DE ALTA RESISTENCIA

UTILIZANDO ESCORIA DE ACERO PARA LA APLICACIÓN EN PAVIMENTO

DE CONCRETO”

El presente proyecto de investigación, se ha fundamentado en la necesidad de

obtener un hormigón de alto desempeño, reemplazando el agregado fino natural por

escoria negra de horno de arco eléctrico, con la finalidad de poder utilizar en

pavimentos rígidos, evitando la generación de un impacto ambiental tanto a la

sociedad como a la naturaleza.

Para respaldar el cumplimiento en la obtención de un hormigón de alta resistencia

con escoria de acero para pavimentos rígidos, se sigue todas las normas y

especificaciones técnicas, con el objetivo de conseguir una resistencia especificada

de 42 MPa. Se calcularon las dosificaciones utilizando las recomendaciones del

comité ACI 211.4R-98, con las mezclas se realizan ensayos de resistencia a la

compresión. La mezcla definitiva superó a la resistencia especificada en un 19%,

con la cual se procede a la determinación de las propiedades mecánicas del

hormigón endurecido, determinación del contenido de metales pesados mediante el

procedimiento de lixiviación característico de toxidad (TCLP), planteamiento de un

diseño teórico de una losa de hormigón de un pavimento rígido y a la construcción

de una placa.

PALABRAS CLAVES: HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA / ESCORIA

NEGRA DE HORNO DE ARCO ELÉCTRICO / ENSAYOS EN AGREGADOS /

DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN / PROPIEDADES MECÁNICAS DEL

HORMIGÓN / PAVIMENTO RÍGIDO/ PROCEDIMIENTO DE LIXIVIACIÓN

CARACTERÍSTICO DE TOXIDAD

xxi

ABSTRACT

TOPIC: “DESIGN OF RIGID HIGH-RESISTANCE CONCRETE BY USING

STEEL SLAG FOR CONCRETE FEED APPLICATION”

The present research project has been based on the need to obtain a high-

performance concrete by replacing the natural fine aggregate with black slag of

electric arc furnace, in order to be able to use this material in rigid pavements,

avoiding the generation of an environmental impact to both society and nature.

To support compliance in obtaining high strength concrete with steel slag for rigid

pavements, all standards and technical specifications are followed in order to

achieve a specified strength of 42 MPa. The dosages were calculated using the

recommendations of the ACI committee 211.4R-98, with the mixtures are carried

out tests of resistance to the compression. The final mixture exceeded the specified

resistance by 19%, with which the mechanical properties of the hardened concrete

were determined, the determination of the heavy metal content by the characteristic

leaching method (TCLP), theoretical design of a concrete slab of a rigid pavement

and the construction of a plaque.

KEY WORDS: HIGH RESISTANCE CONCRETE / BLACK ESCROW OF

ELECTRIC ARC OVEN / AGGREGATE TESTS / CONCRETE MIX DESIGN /

MECHANICAL CONCRETE PROPERTIES / PAVEMENT RIGID/ TOXIC

CHARACTERISTIC OF A LEACHING PROCEDURE

1

CAPÍTULO I

1. GENERALIDADES

1.1. INTRODUCCIÓN

La presente investigación convierte a la escoria negra de horno de arco eléctrico en

un material de construcción incorporándola como agregado fino en la elaboración

de hormigones de alta resistencia, con el objetivo de aplicar en los diseños de

pavimentos rígidos y a su vez reducir el impacto ambiental que puede generar la

acumulación de escoria de acero. En el Ecuador no se da la debida importancia a

las escorias, países como Estados Unidos, Japón, España y Chile usan la escoria de

acero para la construcción de carreteras y autopistas.

Dada la importancia de las carreteras dentro de la economía de un país, los costos

de transporte de pasajeros y mercancías dependen en gran medida de la calidad de

los pavimentos, por lo cual se buscan materiales que presenten mejores

características y que garanticen la serviciabilidad de las carreteras es por ello que

un hormigón de alto desempeño es ideal para la construcción de carreteras.

Para llevar a cabo un hormigón de alto desempeño con la inclusión de la escoria

negra es indispensable realizar la caracterización física de la misma, y a su vez una

evaluación mediante ensayos de lixiviados que permita conocer el nivel de

contaminación que se puede llegar a presentar en el hormigón. Parte de los

agregados usados en la investigación provienen de una cantera de la parroquia de

Pifo.

Las mezclas fueron realizadas siguiendo los procedimientos establecidos en la ACI

211.4R-93. Debido a la baja relación agua cemento se incorpora un aditivo químico

2

que mejora las propiedades de hormigón fresco y endurecido con el fin de garantizar

el alto desempeño del hormigón. Para la aceptación de la calidad del hormigón se

realizan ensayos de resistencia a la compresión a los 7, 14, y 28 días de cada una de

las mezclas propuestas, y para la determinación del módulo de rotura se realizan

ensayos a flexo tracción de vigas a los 28 días. Adicionalmente se realiza ensayos

de abrasión y se determina el módulo de elasticidad.

1.2. ANTECEDENTES

Un primer trabajo corresponde a Cuásquer & Altamirano (2015), quienes realizaron

la: “Evaluación del uso de escorias de acero en la producción de hormigón”. En este

trabajo se propone la elaboración de un hormigón de 21 MPa utilizando escoria de

acero en diferentes porcentajes conjuntamente con la arena, observándose que la

incorporación del 100 % de escoria como agregado fino en el hormigón da buenos

resultados. Dada la demanda de materiales de acero en el Ecuador provoca un

incremento de escoria negra por lo cual parte la iniciativa de usar este material como

parte constituyente de un hormigón de alto desempeño.

En Andec la demanda de productos de acería en el Ecuador es de 800 mil toneladas

anuales, Adelca produce cerca de 10.000 toneladas anuales de escoria de los cuales

una determinada cantidad es vendida a las industrias cementeras para su

reutilización, sin embargo, gran parte de estas escorias son emplazadas en rellenos

de acuerdo a la disposición del Ministerio del Ambiente. En varios países, por

medio de investigaciones científicas y actividades prácticas que ellos han realizado,

demuestran que el desarrollo integral y el uso apropiado de la escoria ha sido un

sustituto de materias primas vírgenes empleadas en la industria de materiales de

construcción.

3

1.3. JUSTIFICACIÓN

La escoria al ser el reemplazo de una arena natural en la fabricación de un hormigón

contribuye no solo al medio ambiente, sino convierte a este material como fuente

de una cantera viable para el uso en la construcción. En concordancia a las

necesidades que se presentan en la a ciudad de Quito, siendo una de ellas el campo

de la vialidad se pretende elaborar un hormigón de alto desempeño que cumpla con

las características tanto físicas y mecánicas requeridas para un pavimento rígido,

para ello se realizarán ensayos en el hormigón a partir de los cuales se obtendrán

valores cuantitativos que nos permitan establecer la viabilidad en cuanto al uso de

las escorias negras en la construcción.

4

1.4. OBJETIVOS

1.4.1. Objetivo General

Diseñar un hormigón rígido de alta resistencia utilizando escoria de

acero para la aplicación en pavimentos de concreto.

1.4.2. Objetivos Específicos

● Determinar las propiedades físicas y químicas de la escoria que conformara

el concreto

● Determinar la dosificación del hormigón de alta resistencia con el uso de la

escoria.

● Realizar los ensayos de resistencia mecánica del hormigón de alta

resistencia con escoria de acero.

● Analizar los resultados obtenidos en el laboratorio y compararlos con un

patrón de hormigón normalizado.

● Diseñar el espesor de la losa de hormigón para un pavimento rígido.

● Aplicar el diseño de hormigón rígido de alta resistencia utilizando escoria

de acero en un punto de monitoreo.

● Observar el comportamiento del hormigón de alta resistencia con escoria de

acero, sometido a condiciones ambientales

1.5. HIPÓTESIS

La inclusión de Escoria negra de horno eléctrico permitirá elaborar un hormigón de

alta resistencia, cuya finalidad radicará en su aplicación a pavimentos de concreto.

5

CAPÍTULO II

2. MARCO TEÓRICO

2.1. HORMIGÓN

Hormigón o concreto es el resultado de la mezcla de un conglomerante (cemento)

con áridos (arena, grava, piedra triturada) y agua, cuya mezcla se la conoce como

mortero. La mezcla de cemento con agua forma una pasta con propiedades

adherentes que en el transcurso del tiempo fragua y forma una pasta rígida

(Chiluisa, 2014).

2.2. HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA

Un hormigón de alto desempeño es aquel cuya resistencia a la compresión ensayada

a los 28 días en probetas cilíndricas supera los 42 MPa (ACI211.4R-93, 1998). La

resistencia del hormigón está en función de dos parámetros siendo la más influyente

la relación agua-cemento, a menor relación agua-cemento se tiene mayor resistencia

en un hormigón y de la calidad de los agregados.

La ecuación de Féret (1896), expresa la influencia de la relación agua-cemento en

la resistencia del hormigón a la compresión, donde w expresa el volumen de agua,

c el volumen del cemento y k es una constante que depende del tipo de cemento con

el que se trabaje (Camposano, 2011).

Ecuación 1. Ecuación de FÉRET (1898)

𝑓′𝑐 = 𝑘 1

(1+𝑤

𝑐 )2

(Camposano, 2011).

6

Las curvas de las ecuaciones de Féret están graficadas para un rango de variación,

considerado factible hasta mediados del siglo pasado, de la relación a/c entre 0.4 y

0.8. Sin embargo, si esas curvas se extrapolan para una relación a/c menor que 0.4,

los incrementos teóricos de resistencias son notables (Camposano, 2011).

Ilustración 1. Resistencia en función de la relación a/c.

Fuente: (Camposano, 2011)

Como se observa en la Ilustración.1 a medida que se reduce la relación a/c se

obtiene mayor resistencia, esto se da ya que las partículas de cemento estarán más

juntas, evitando espacios libres y existirá menos porosidad capilar, resultando la

mezcla dura e inmanejable. Al momento de bajar la relación a/c se debe tomar en

cuenta que el agua estrictamente indispensable para la hidratación del cemento debe

ser de 0.30, es decir que el 30% del agua empleada se destina únicamente al proceso

de hidratación de cemento, mientras el agua que se coloque mayor del 30% será el

agua sobrante y tiene como finalidad dar al hormigón mayor trabajabilidad

(Camposano, 2011).

7

En varias investigaciones se ha demostrado que los hormigones de alta resistencias

presentan una elevada resistencia a la compresión, mejora la resistencia a la tracción

por flexión (MR) y se caracterizan por tener una considerable resistencia a la

abrasión, su permeabilidad es baja y tienen mayor durabilidad en el tiempo

(Camposano, 2011).

2.3. COMPONENTES DEL HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA

2.3.1. Cemento

Es el aglomerante de la mezcla de hormigón conocido como cemento portland, al

ser mezclado con agua forma una pasta que fragua y endurece por medio de algunas

reacciones y procesos de hidratación. Para la elaboración del cemento se pulveriza

la piedra caliza y la arcilla, las cuales entran a hornos con temperatura de 1500 a

1600 grados centígrados, formando un material gris oscuro conocido como Clinker,

el cual es mezclado con el regulador de fraguado (yeso), posteriormente es

introducido en los molinos de bolas para la molienda, una vez que se obtenga la

finura deseada el producto obtenido será el cemento (Flores, 2014). Existen 5 tipos

de cementos portland, para diversos usos como se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1. Tipos de Cemento

TIPO DE CEMENTO CARACTERÍSTICAS

Tipo I Cemento Portland

estándar.

Se usa para hormigones de uso normal, sin ninguna

propiedad especial

Tipo II Cemento Portland

modificado.

Se usan para hormigones que estén expuestos a los

ataques moderados de sulfatos, por ejemplo,

cuando están en contacto con aguas subterráneas y

suelos

8

Tipo III Cemento Portland

de alta resistencia a edades

tempranas.

Utilizado cuando se requieren resistencias a edades

tempranas, se usan especialmente en lugares fríos.

Tipo IV Cemento Portland

de bajo calor

Se usan cuando se requiere que el calor durante el

proceso de hidratación sea mínimo

Tipo V Cemento Portland

de alta resistencia a

sulfatos

Utilizadas en hormigones que estarán expuestos a

altas concentraciones de sulfatos, como tuberías de

aguas residuales, etc.

Fuente: (Chiluisa, 2014)

2.3.1.1. Cemento Puzolánico

Son cementos caracterizados por tener puzolanas sean artificiales o naturales,

generalmente constituyen entre el 15% y 40% del material cementante, aumenta la

resistencia al ataque de sulfatos, aumentan la permeabilidad, y trabajabilidad del

hormigón (Chiluisa, 2014).

2.3.1.2. Cemento Selvalegre Plus

Es un cemento puzolánico tipo IP, diseñado para construcciones de hormigón en

general, cumple con la norma NTE INEN 490, y posee licencia ambiental.

Disponible en el mercado en sacos de 50kg (UNACEM, 2015).

Características

Permite alcanzar resistencias a la compresión a los 28 días entre 35 y 50 MPa bajo

condiciones normales. Se caracteriza por desprender menor calor de hidratación

que los cementos puros, permitiendo la manipulación de grandes volúmenes de

hormigón (UNACEM, 2015).

9

Tabla 2. Requisitos químicos

PARÁMETRO NTE INEN 490 SELVALEGRE PLUS

Pérdida de calcinación ≤ 5% 1,40%

Magnesio (MgO) ≤ 6% 2,30%

Sulfatos (SO3) ≤ 4% 2,40%

Fuente: Ficha técnica Selvalegre Plus, UNACEM 2015.

Tabla 3. Requisitos físicos

PARÁMETRO NTE INEN 490 SELVALEGRE PLUS

Fraguado Inicial ≥ 45≤ 420min 140 min

Expansión ≤ 0.8% 0,04%

Contenido de aire ≤ 12% 4,50%

Fuente: Ficha técnica Selvalegre Plus, UNACEM 2015.

2.3.2. Áridos

Son materiales granulares, que generalmente presentan una distribución

granulométrica adecuada, influyen directamente en la resistencia y durabilidad del

hormigón. Los áridos deben cumplir con los requisitos establecidos en la norma

NTE INEN 872 - 2011. La norma europea UNE –EN 12620 considera como

agregado fino a las escorias siderúrgicas enfriadas por aire, siempre y cuando

cumplan con determinados estándares de calidad.

2.3.2.1. Agregado Grueso

Este material ocupa el mayor volumen en la mezcla de hormigón e influye en la

resistencia es por ello que deben seleccionarse cuidadosamente, el agregado debe

estar limpio sin ningún recubrimiento superficial, tener buena resistencia a la

abrasión la cual se recomienda sea menor al 35% si va hacer usado en pavimentos,

10

presentar una granulometría adecuada. La densidad aparente oscila entre 2.3 y 2.9

gr/cm3, cuanto mayor sea su densidad mejor será la calidad del agregado (Ávila,

2014).

Es importante seleccionar el tamaño máximo de agregado grueso, al diseñar un

hormigón de alta resistencia, existe la posibilidad que la falla potencial del

hormigón se de en la zona de transición interracial entre la pasta y el agregado. Los

agregados de tamaño máximo nominal inferiores a ¾ plg proporcionan mayor

resistencia potencial en el hormigón (ACI211.4R-93, 1998).

2.3.2.2.Agregado Fino

Para hormigones de alta resistencia es importante la forma del agregado fino y su

granulometría. La forma del agregado y su textura superficial tienen alta influencia

en la demanda de agua en la mezcla y en la resistencia a la compresión del

hormigón. El uso de agregados finos con un MF menor que 2.5, genera hormigones

viscosos, con baja trabajabilidad, con mayor demanda de agua y la consiguiente

disminución de resistencia. (Camposano, 2011)

2.3.3. Agua

El agua es un componente importante en las mezclas de hormigón y morteros, ya

que permite que el cemento desarrolle su capacidad ligante. El agua debe ser limpia,

en lo posible pura y libre de impurezas, apta para el consumo humano por lo cual

se recomienda usar agua potable (ADOCEM, 2015). Desempeña diferentes

funciones en la fabricación del concreto tales como: agua en la mezcla, de curado

y en algunos casos en el lavado de los agregados.

11

El agua de mezclado influye en la trabajabilidad e hidrata al material cementante,

el 30% del agua de mezcla es requerido para el proceso de hidratación mientras que

el resto contribuye a la docilidad del hormigón. Mientras el agua en el curado tiene

como principal función hidratar al hormigón endurecido, garantizando que se

obtenga la resistencia de diseño esperada. El uso del agua para el curado del

hormigón es el método más usado (Camposano, 2011).

2.3.4. Aditivos

Son productos que se incorporan en pequeña cantidad (no mayor del 5% en masa

con relación al contenido de material cementante) en el hormigón fresco durante el

proceso de amasado en el hormigón. Su principal función es producir una

modificación en el comportamiento del hormigón fresco y endurecido. Los aditivos

permiten la realización de hormigones con propiedades diferentes a los hormigones

tradicionales (ADOCEM, 2015). La cantidad de aditivo está en relación a un

porcentaje del peso de cemento. En el mercado existe una gran variedad de aditivos.

Según la Norma técnica ASTM-C494, se clasifican en:

TIPO A: Reductor de agua

TIPO B: Retardante

TIPO C: Acelerante

TIPO D: Reducto de agua retardante

TIPO E: Reductor de agua acelerante

TIPO F: Súper reductor de agua

TIPO G: Súper reductor de agua retardante

12

2.3.4.2. Influencia del aditivo en el hormigón

La gran variedad de aditivos y, aún más, la enorme cantidad de productos

inorgánicos y orgánicos que intervienen en su composición, se debe a que las

distintas características y propiedades del hormigón y de los morteros se pueden ver

influenciadas por numerosos compuestos, produciendo modificaciones.

Hormigón fresco

Incrementa la trabajabilidad, en hormigones con baja relación a/c.

Modifica la velocidad de exudación.

Reducir la segregación.

Facilitar el relleno de los encofrados.

Facilitar el bombeo.

Hormigón endurecido

Disminuye el calor de hidratación.

Aumenta la resistencia mecánica del hormigón.

Aumenta la durabilidad del hormigón.

Disminuye el flujo capilar del agua.

Mejora la adherencia entre el concreto y el acero de refuerzo

Mejora la resistencia al impacto y abrasión.

Disminuye las fisuras y porosidad en el hormigón.

2.3.4.3. Aditivo Glenium 3400 NV

Aditivo químico de policarboxilatos, desarrollado como reductor de agua en

hormigones, produce mezclas con diferentes niveles de trabajabilidad. Cumple con

los requisitos de la norma ASTM C 494 para los aditivos reductores de agua tipo

13

A, y para los reductores de agua de alto rango, tipo F. Este aditivo se caracteriza

por no contener cloruros y no es corrosivo siendo ideal para el hormigón con escoria

de acero (BASF, 2008).

El concreto producido con GLENIUM 3400 NV logra una resistencia inicial a la

compresión significativamente más alta en comparación con las mezclas de

concreto. La dosificación se lo realiza en el rango de 195 a 360 ml/100 kg de

material cementante dan mezclas con desempeño mayor. El aditivo puede

adicionarse a la mezcla con el agua inicial o bien al final (BASF, 2008).


FRESCO

2.4.1. Trabajabilidad.

Se la define por la mayor o menor facilidad para realizar el mezclado, transporte,

colocación y compactación del hormigón. Los factores que influyen en la

trabajabilidad son: la cantidad y características de los materiales cementantes,

consistencia del concreto, tamaño, forma y textura de los agregados; cantidad de

agua, temperatura, aire incluido y aditivo (Ávila, 2014). La trabajabilidad describe

varias propiedades del hormigón fresco.

Las propiedades que están relacionadas con la trabajabilidad son: la consistencia,

segregación, movilidad, exudación, y la facilidad que se tenga al realizar un

acabado, la consistencia es un buen indicador de la trabajabilidad. La distribución

uniforme de los agregados y el aire incorporado en el hormigón ayudan en el control

de la segregación y mejoran la trabajabilidad (Ávila, 2014).

14

2.4.2. Consistencia.

Se define como la menor o mayor facilidad que tiene el hormigón fresco para

deformarse, se ve influenciado por varios factores: cantidad de agua de amasado,

tamaño máximo, granulometría y forma de los áridos (Camposano, 2011). Para

determinar la consistencia existen varios procedimientos, siendo los más usados el

cono de Abrams, la mesa de sacudidas y el consistómetro Vebe.

Consistómetro Vebe

El Consistómetro vebe es un aparato de ensayo de laboratorio que permite, no

solo medir la consistencia dada por el asentamiento del hormigón en el cono, si no

también, da una idea de la docilidad del hormigón fresco. Su uso se da en casos en

los que el cono de Abrams carece de sensibilidad como ocurre con los hormigones

muy secos, en donde podrían existir asientos nulos (LADICIM, 2015).

Mesa de sacudidas

Este ensayo determina la consistencia del hormigón fresco mediante la medida del

esparcimiento del hormigón sobre un plato plano sometido a sacudidas. Este

método de ensayo se describe en la norma ASTM C-124 (LADICIM, 2015).

Cono de Abrams

El cono de Abrams es un molde troncocónico de 30 cm de altura y con diámetros

de 10 y 20 cm, se coloca el hormigón fresco dentro del cono y se compacta con una

varilla. Se levanta el cono de Abrams cuidadosamente permitiendo que el hormigón

se asiente. Se mide con un flexómetro la distancia vertical entre la altura original y

de la superficie del hormigón desplazado, ese valor es el asentamiento del hormigón

(LADICIM, 2015).

15

Ilustración 2. Cono de Abrams. Ensayos de hormigón en estado fresco y endurecido


Tabla 4. Consistencia del hormigón

Consistencia Asiento en Cono de Abrams (cm) Compactación

Seca 0 – 2 Vibrado

Plástica 3 – 5 Vibrado

Blanda 6 – 9 Picado con barra

Fluida 10 – 15 Picado con barra

Líquida 16 – 20 Picado con barra


2.4.3. Homogeneidad

La homogeneidad en el hormigón es la distribución uniforme de todos los

componentes que conforman el hormigón, de tal forma que todos los materiales

ocupan su lugar de forma uniforme, para obtener homogeneidad en el hormigón se

debe dar un buen amasado y para poderse mantener requiere de un cuidadoso

transporte y colocación adecuada (Ávila, 2014).

16

2.4.4. Segregación

La segregación produce una separación de los materiales que conforman el

hormigón, las cuales pueden presentarse de dos formas: separación de los agregados

(grueso y fino), o por la separación de los agregados con el cemento, esto se da

cuando existe un exceso de agua de mezclado o de aditivo (Chiluisa, 2014).

2.4.5. Exudación

La exudación es la tendencia que posee el agua para subir hacia la superficie del

hormigón, se la puede determinar en base a los métodos estándar de la ASTM C232.

La exudación se la controla teniendo una adecuada dosificación y selección de los

componentes del hormigón (Chiluisa, 2014).


ENDURECIDO

Con el transcurso del tiempo el hormigón pasa de su estado fresco ha endurecido,

perdiendo paulatinamente humedad en su composición y adquiriendo a la vez

dureza, mediante un proceso físico – químico que actúa en el transcurso del tiempo

evolucionando sus propiedades, dependiendo de las características y proporciones

de los materiales que componen al hormigón y en las condiciones ambientales que

se encuentre expuesto (Ávila, 2014). Las propiedades del hormigón endurecido son:

Densidad, Resistencia Mecánica, Durabilidad, Porosidad, Permeabilidad, etc.

2.5.1. Densidad

La densidad es definida como la relación que existe entre la masa y el volumen del

hormigón. El valor de la densidad depende de varios factores como la granulometría

de los agregados, la manera en cómo se realizó la compactación del hormigón, el

17

origen de los materiales constituyentes. Cuanto mayor es el grado de compactación

mayor será la densidad del hormigón esto se debe a que se reduce la cantidad de

vacíos (Sanchez, 2001).

2.5.2. Porosidad

Se la considera como la proporción de huecos existentes en el hormigón endurecido

respecto a la masa total del mismo. Esta propiedad influye en la resistencia, en la

densidad y la permeabilidad del hormigón (Chiluisa, 2014).

2.5.3. Permeabilidad

La permeabilidad es la capacidad del hormigón para ser atravesado por líquidos o

gases, para obtener un hormigón con una baja permeabilidad se debe bajar la

relación a/c, tener una buena compactación, un contenido adecuado de material

cementante y un buen curado del hormigón (Mattio, 2014).

2.5.4. Retracción

La retracción ocurre durante el proceso de fraguado en el cual se produce una

disminución del volumen del hormigón debido a la perdida de agua. Varios factores

influyen en este fenómeno cuanto mayor es la cantidad de agua requerida en la

mezcla mayor es la probabilidad de que se produzca la retracción. Los áridos

influyen también en el fenómeno, donde la cantidad de agregados es inversamente

proporcional a la probabilidad de existir una retracción (Miranda, 2014).

La retracción se ve reflejado en las grietas que pueden aparecer en las estructuras e

influye en la resistencia del hormigón. Para prevenir la retracción se recomienda

una etapa de curado adecuado, construcción de juntas de retracción y elaboración

de armaduras superficiales (Miranda, 2014). Existen tres tipos de retracción:

18

Retracción plástica.

Es aquella que se da antes del final del fraguado, se debe a la evaporación

del agua y la exudación que se produce en el hormigón. Se presenta en forma

de fisuras afogarado debido a una falta de cohesión (Chiluisa, 2014).

Retracción química

Este fenómeno se presenta en el post fraguado, característico de hormigones

de alta resistencia donde la relación agua/cemento es inferior a 0.40. La

deficiencia de agua puede reducir el proceso de hidratación (Chiluisa,

2014).

Retracción de secado

Se debe a que el hormigón se seca desde el exterior del elemento hacia el

interior, conocida como pérdida de humedad (Chiluisa, 2014).

2.6. CURADO DEL HORMIGÓN

Asegura que el proceso de hidratación del cemento que forma parte de la pasta del

hormigón, se realice en la forma más completa posible y ayuda, además a minimizar

el proceso de contracción presente en todo tipo de hormigón (Camposano, 2011).

La Ilustración 3, muestra el desarrollo de la resistencia frente a un determinado tipo

de curado.

19

Ilustración 3. Influencia del curado húmedo


Como se observa en la Ilustración 3, un curado permanente en el hormigón

garantiza que la resistencia esperada sea superada, a medida que se reduce el tiempo

de curado la resistencia decrece. La grafica muestra que con un curado al aire tan

solo se podría alcanzar un poco más del 50% de la resistencia esperada.

2.7. RESISTENCIA MECÁNICA

2.7.1. Resistencia a la compresión

Es la relación que existe entre una carga aplicada y la superficie de aplicación,

expresada en MPa o kg/cm2. La norma que describe el procedimiento es la NTE

INEN 1573. Para determinar la resistencia a la compresión se requiere de la

elaboración de probetas que serán ensayadas a determinadas edades, se estima que

a los 28 días el hormigón alcance más del 95% de la resistencia esperada.

20

2.7.2. Resistencia a la flexión del hormigón

Es una resistencia expresada en el Módulo de Rotura, que combina cargas de

compresión y tracción, generan un momento el cual lleva a la falla del elemento

sujeto al ensayo (Chiluisa, 2014). La norma que describe el tipo de ensayo y

características del elemento requerido para determinar la resistencia a la flexión es

la NTE INEN 2554.

El módulo de rotura generalmente representa el 10% al 20 % de la resistencia a la

compresión esto dependerá mucho de la calidad de los materiales que se usen en la

fabricación del hormigón. El módulo de rotura es un valor fundamental para el

diseño de un pavimento rígido, ya que considera criterios por fatiga y posibles

agrietamientos que se puedan producir en el hormigón. Muchos de los diseños de

mezclas para pavimentos tienen como valor impuesto el módulo de rotura

establecido de acuerdo a las necesidades requeridas en el pavimento (ADOCEM,

2015).

2.7.3. Resistencia a la abrasión

Es la capacidad que tiene un hormigón para resistir a los efectos de rozamiento, es

una propiedad requerida para el desarrollo de pavimentos, ya que el vehículo o

peatones que circulan por el mismo producen desgastes o efectos abrasivos en el

hormigón. El efecto de desgaste puede ser controlado si se utilizan agregados de

buena calidad y resistentes (Chiluisa, 2014).

A nivel nacional no existe una norma para pavimentos rígidos que establezca un

método de ensayo para la determinación de la resistencia a la abrasión, sin embargo,

21

se usará la norma NTE INEN 3040 donde se describe el ensayo para la resistencia

a la abrasión para adoquines.

2.7.4. Comportamiento elástico e inelástico

El comportamiento elásticas del hormigón permite establecer una relación entre

tensiones y deformaciones la cual se establece a través de módulo de elasticidad,

también conocido como el módulo de Young. Las propiedades plásticas en cambio

sirven para evaluar el comportamiento a largo plazo en elementos sometidos a

tensiones permanentes, produciendo una deformación denominada fluencia del

hormigón (Romo, 2008).

Como se puede observar en la Ilustración 4, el hormigón presenta los dos

comportamientos, es elástico al inicio del ensayo cuando se aplica una fuerza en la

probeta y se mantiene como un material homogéneo, y el comportamiento

inelástico se da cuando el hormigón presenta micro fisuras, al aumentar la fuerza

aplicada hasta el momento en que la probeta ya no reciba carga, este seguirá

deformándose hasta llegar a la rotura (Romo, 2008).

Ilustración 4. Comportamiento elástico e inelástico del hormigón.

Fuente: (Romo, 2008)

Leyenda

1. Zona elástica

2. Zona inelástica

22

2.6.5. Deformación

El efecto de la deformación se produce cuando aún cuerpo se le aplica una carga

en un tiempo determinado. Los tipos de deformaciones son:

Deformación elástica.

Como su nombre lo indica son deformaciones reversibles, se producen tanto

vertical como horizontal. La deformación elástica de un hormigón puede ser

determinada mediante la curva esfuerzo vs deformación, esta curva depende

de varios factores entre ellos se tiene la resistencia a la compresión, la edad

a la cual es ensayado el cilindro, el tipo de curado, etc. El ACI determina

que el límite de la deformación elástica se da en 0.40f’c (Arequipa, Coba,

Garzón, & Vargas, 2012).

Deformación plástica

Es una deformación irreversible que se da de manera instantánea, es

directamente proporcional al aumento de carga en el tiempo de aplicación.

Un efecto de estabilización de este tipo de deformación se da siempre y

cuando la carga aplicada permanezca constante en un tiempo no menor a 3

años (Asmal, Ocaña, Perdomo, & Perez, 2012).

2.8. ESCORIA NEGRA

Es un subproducto que resulta de la producción de hierro y acero, caracterizado por

tener cantidades significativas de compuestos químicos en comparación a un suelo

común. Los compuestos químicos representativos de las escorias son los óxidos de

calcio, óxido de hierro y manganeso. La importancia de las escorias dentro de la

fabricación de hierro y acero es la de purificar y absorber los componentes o

23

elementos que perjudiquen la calidad de los materiales que se fabrican en las

industrias de acería (Asociación Nacional de Escorias, 2013).

Las industrias siderúrgicas en Ecuador producen 30000 toneladas de acero

mensuales y aproximadamente el 8% de esta producción es escoria, es decir, se

emite 2400 toneladas de escoria y residuos ferrosos mensuales (Cuásquer &

Altamirano, 2015).

2.8.1. Clasificación de las escorias

La Asociación nacional de escorias de Estados Unidos realiza una clasificación en

función de los materiales usados para la fabricación tanto del hierro como del acero

y del proceso de elaboración de mencionados materiales, estos tres grandes grupos

son:

Escoria de alto horno (Blast Furnace Slag BF).

Escoria de acero del horno de oxigeno básico (Basic Oxygen Furnace Slag

BOF).

Escoria de horno de arco eléctrico (Electric Arc Furnace Slag EAF).

2.8.2. Escorias negras de horno de arco eléctrico (EAF)

El nombre de estas escorias se debe al proceso de fabricación de los elementos de

acero y hierro, una de las características es el proceso de fundición de la materia

prima la cual es mediante un horno que usa la electricidad para producir el líquido

fundido, el cual debe ser purificado para obtener un excelente producto para ello es

necesario añadir cal y oxígeno al material fundido, con esto se garantiza la calidad

del material siderúrgico, producto de esta combinación resultan las escorias negras.

Las escorias resultantes de este proceso se caracterizan por contener en cantidades

24

significativas de óxidos de hierro, calcio, silicio, aluminio magnesio, etc.

(Asociación Nacional de Escorias, 2013).

2.8.3. Proceso de obtención de las escorias (EAF)

Reciclaje, acopio y trituración de la chatarra

Las recicladoras ubicadas a lo largo del territorio nacional se encargan de

reciclar y pre clasificar la chatarra férrica, para posteriormente ser vendida

a las industrias siderúrgicas del país. En los centros de acopio de las distintas

empresas se compra la chatarra y se vuelve a clasificar el material que llegan

a este sitio. El material clasificado se somete a un proceso de trituración y

compactado con la finalidad de que el volumen de chatarra que ingrese a los

cestos de procesamiento sea mayor.

Ilustración 5. Acopio y triturada escoria.

Fuente: (ANDES, 2013)

Proceso de fusión de la chatarra ferrosa

25

Para el desarrollo de este paso es indispensable que la materia prima haya sido

triturada y compactada. La materia prima es ingresada en el horno eléctrico, el

cual se caracteriza por ser usado en la fundición de chatarra, la capacidad de

este tipo de horno es de por lo menos 20 toneladas, el proceso empieza al entrar

en contacto la materia férrica con los electrodos que posee el horno, momento

en el cual salta el arco eléctrico, dicho efecto es parecido al de un proceso de

soldadura.

Ilustración 6. Horno de arco eléctrico.

Fuente: (Martín, 2013)

El proceso de fundición de la chatarra se da a temperaturas que superan los 1500

grados centígrados, el procedimiento descrito dura aproximadamente 45 min.

Una vez que toda la chatarra es fundida se realiza el proceso de oxidación, en el

que se añade cal y oxigeno los cuales desempeñan un papel fundamental al

momento de absorber los óxidos que impiden que el líquido de acero alcance su

pureza. (Asociación Nacional de Escorias, 2013)

26

Al añadir oxígeno y cal en el líquido de acero se produce una especie de espuma

rica en óxidos de silicio, calcio, magnesio y que posteriormente es separada del

líquido de acero y da origen a las llamadas escorias negras. El proceso culmina

con el vaciado del líquido de acero del horno eléctrico y que posteriormente será

llevado a un horno de a fino donde se controlará por segunda vez la pureza y la

composición química del líquido fundido (Asociación Nacional de Escorias,

2013).

Ilustración 7. Separación de escoria.

Fuente: (SteelUniversity, 2013)

2.8.4. Composición química las escorias negras

La composición química de una escoria según la Asociación Nacional de Escorias

y CEDEX depende de tres factores:

Materia prima (chatarra de hierro dulce o acero).

Proceso de fusión de la materia prima.

Proceso de enfriamiento de las escorias resultantes.

27

A pesar de que los factores mencionados influyen en la composición química

de una escoria se han tabulado valores representativos que caracterizan a estos

productos.

Tabla 5. Composición química de la escoria

Composición química Rango (%)

CaO 22 - 60

SiO2 11 - 37

FeO 0.5 - 4

Fe2O3 38

MgO 4 - 12

Cr2O3 1 – 8

TiO2 0.6 - 2

MnO 1 – 4

Al2O3 2 – 8

P2O6 0 - 0.2

Fuente: (CEDEX, 2013)

Tabla 6. Composición química de la escoria españolas usadas para hormigones

Composición

química

Rango

(%)

Valor medio

(%)

FeO 7.0 - 35.0 25

Fe2O3 11.0 - 40.0 25

CaO 23.0 - 32.0 25

CaO (libre) 0 - 4.0 2

SiO2 8.0 - 15.0 11

Al2O3 3.5 - 7.0 5

MgO 4.8 - 6.6 5

MnO 2.5 - 4.5 4

Fuente: CEDEX, 2013

Como se muestra en la Tabla 5 y Tabla 6 los valores representativos son los óxidos

de hierro y calcio, ya que la escoria proviene de la fusión de la chatarra y la

28

presencia de calcio se debe al proceso de oxidación que se efectúa en el líquido de

acero. Es indispensable conocer el nivel de contaminación de las escorias para ello

será necesario realizar un análisis de lixiviados conocido como TCLP

(procedimiento de lixiviación característico de toxicidad).

2.9. PAVIMENTO RÍGIDO

Se definen como aquellos pavimentos cuya capa de rodadura es una losa de

hormigón que se encarga de transmitir las cargas producidas por el flujo vehicular

en forma minimizada y uniforme hacia la subbase y subrasante, en algunos casos y

dependiendo de la calidad del suelo la losa puede asentarse directamente sobre la

subrasante. (Instituto Boliviano del Cemento y el Hormigón, 2012)

2.9.1. Estructura de un pavimento rígido

Ilustración 8. Sección transversal de un pavimento rígido.

Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina

29

Subrasante.

Es la primera capa de la estructura del pavimento que se extiende hasta una

profundidad que no afecte la carga de diseño que corresponde al tránsito

previsto. Esta capa puede estar formada en corte o relleno y una vez

compactada debe tener las secciones transversales y pendientes especificadas

en los planos finales de diseño.

El espesor de pavimento dependerá en gran parte de la calidad de la subrasante,

por lo que ésta debe cumplir con los requisitos de resistencia,

incompresibilidad e inmunidad a la expansión y contracción por efectos de la

humedad, por consiguiente, el diseño de un pavimento es esencialmente el

ajuste de la carga de diseño por rueda a la capacidad de la subrasante. La

calidad de la subrasante se expresa en función del módulo de reacción “k”

(Alvarez, 2012).

Subbase o base granular

Es la capa intermedia de la estructura del pavimento con mejores características

que la subrasante, funciona como capa de drenaje que controla la erosión de la

capa subyacente, otra de las funciones es distribuir y soportar las cargas que se

generan en la capa de rodadura y que son transmitidas a la subrasante (Calo,

2013).

Al igual que la subrasante el valor de medida de la subbase es el módulo de

reacción “k1”, que, al combinarse con el ksubrasante, dan lugar al módulo de

reacción combinado “Kc”. A pesar de que la subbase mejora la distribución de

30

las cargas no influye de manera significativa en el espesor de la capa de

rodadura (Calo, 2013).

Capa de rodadura

Es la capa principal y a la cual se le debe el nombre de pavimento rígido. Es una

losa de hormigón de cemento portland, dado su comportamiento mecánico la

losa absorbe las cargas, las distribuye de forma uniforme y las transmite hacia

las capas inferiores. En el diseño de un pavimento rígido la incógnita o valor a

buscar es el espesor de la losa de hormigón de tal manera que cumpla con las

necesidades y requerimientos del sitio en el que se implementará el diseño

(Farinango & Herrera, 2014).

2.10. TIPOS DE PAVIMENTOS

La forma en como está dispuesta y construida la losa da lugar a los diferentes tipos

de pavimentos rígidos:

Pavimento de concreto con juntas y sin elementos de transferencia de

carga.

Se caracterizan por tener juntas de contracción, construcción, expansión,

encargadas de controlar posibles agrietamientos o para permitir el

movimiento del pavimento. Las juntas están espaciadas de 3 a 4.5 m

(Ortuño, Pila, Viteri, & Yagchirema, 2011).

Pavimento de concreto con elementos de transferencia de cargas y

juntas.

31

Este tipo de pavimento se caracteriza por tener elementos de acero que

unen a las losas, una con otra cuyo objetivo es de transmitir las cargas de

un elemento a otro. Las barras son colocadas en la sección más corta del

tablero (Ortuño, Pila, Viteri, & Yagchirema, 2011).

Pavimento de concreto hidráulico con refuerzo discontinuo.

Se caracterizan por tener dos armados uno distribuido a lo ancho de la losa,

y otro en las juntas de contracción, la función principal de estos armados

es mantener cerradas las fisuras, debido a que los tramos en los que están

dispuestos las juntas son más largos, lo que hace que el hormigón tenga

mayor probabilidad de generar grietas (Ortuño, Pila, Viteri, &

Yagchirema, 2011).

Pavimento de concreto con refuerzo continúo.

Se caracterizan por no tener juntas transversales, el refuerzo que posee este

pavimento controla las grietas que se puedan generar debido a la

deficiencia de juntas de contracción (Ortuño, Pila, Viteri, & Yagchirema,

2011).

Pavimentos de concreto hidráulico compactado con rodillo.

Se caracterizan por carecer de juntas y refuerzo, la relación agua-cemento

para este tipo de concreto son relativamente bajos por lo que se requiere

para su colocación in situ de un rodillo vibrador (Ortuño, Pila, Viteri, &

Yagchirema, 2011).

32

2.11. Tipo de Juntas

a) Junta transversal de contracción

Son construidas de forma transversal, controlan el agrietamiento producido por los

cambios bruscos de temperatura. Ubicadas de forma perpendicular al borde y línea

central del pavimento (Farinango & Herrera, 2014).

Ilustración 9. Junta transversal de contracción

Fuente: (Farinango & Herrera, 2014)

b) Junta transversal de construcción

Se induce una grieta controlada y de forma ordenada, recomendada a una distancia

de 4.5 m entre sí, se las realizan al final de la jornada (Farinango & Herrera, 2014).

Ilustración 10. Junta transversal de construcción


33

c) Junta transversal de expansión

Permiten el movimiento horizontal del pavimento con relación a las estructuras

existentes como son las losas de aproches, alcantarillas, los estribos del puente, etc.

Esta junta aísla al pavimento de cualquier otra estructura, el ancho es de 12 a 25

mm, la transferencia de carga se genera en el pasador (Farinango & Herrera, 2014).

Ilustración 11. Junta transversal de expansión


d) Junta longitudinal de contracción

Construidas de forma longitudinal intermedias, que se encuentran dentro de una

franja (Farinango & Herrera, 2014).

Ilustración 12. Junta longitudinal de contracción


34

e) Junta longitudinal de construcción

La función de estas losas es unir las losas adyacentes cunado se ha realizado el

colocado del hormigón en tiempos diferentes (Farinango & Herrera, 2014).

Ilustración 13. Juntas longitudinales de construcción


2.12. FLUJOGRAMA DE DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDOS

MÉTODO AASHTO - 93

Consiste en determinar el espesor D de un pavimento de concreto

1. W18

2. Parámetro ZR

Sigue una ley distribución normal, con una media MT y

una desviación estándar So. Se puede obtener ZR asociado

a un nivel de confiabilidad R.

Requiere la transformación a ejes simples equivalentes

kips (8.2T) de los ejes de diferentes pesos que circulan

sobre el pavimento a lo largo del periodo de diseño.

Log W18 = ZRSO + 7.35 log(D + 1) − 0.06 +log (

∆PSI4.5 − 1.5

)

1.624x107

(D + 1)8.46

+ (4.22 − 0.32Pt)log

[

S´cCd(D0.75 − 1.132)

15.63J [D0.75 −18.42

[Eck

]0.25]

]

35

Ilustración 14. Diseño de Pavimento Rígido – Método AASHTO 93HTO 93

Fuente: Officials, American Association of State Highway and Transportation, 1993

3. Desviación

Estándar So

4. Índice de Servicio Final PT

y variación ∆PSI en el índice

de servicio

Conjuga la desviación estándar de la ley de predicción del

tránsito en el periodo de diseño y el número de ejes que

puede soportar el pavimento hasta que el índice de

servicio descienda. So: 0.30-0.40

2.5 ≥ Carreteras de mayor

tránsito

2.0 para tráficos menos

importantes

∆PSI = Po - Pt

Rígidos: 4.5

5. Coeficiente de

Drenaje CD

Calidad de drenaje: Tiempo que tarda el agua en ser

evacuada

Porcentaje de tiempo: Depende de la precipitación media

anual

6. Coeficiente de

transmisión de

cargas J

Capacidad del pavimento

para transmitir las cargas

a través de las juntas o

grietas

Tipo de pavimento

Tipo de berma

Existencia o no de

dispositivos de

transmisión de cargas

7. Módulo de elasticidad

Ec del concreto

Se determina de acuerdo a la norma ASTM C469

8. Factor de pérdida

de soporte LS

Indica la pérdida de

apoyo potencial de las

losas

Erosión de la sub-base

Asentamientos diferenciales de la

subrasante

9. Módulo de reacción k o

módulo efectivo de la subrasante

10. Determinación del espesor del pavimento

Módulo resiliente de la subrasante

Módulo de la sub-base

Módulo de elasticidad de la sub-base

36

CAPÍTULO III

3. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

3.1. SELECCIÓN DE LOS AGREGADOS

Uno de los pasos más importantes en la elaboración de hormigones de alto

desempeño es la selección adecuada de los agregados. Para el proyecto de

investigación se opta por usar los agregados de una de las canteras existentes en la

parroquia rural de Pifo. Algunas de las construcciones realizadas en Quito son con

agregados provenientes de este sector, y varios proyectos de investigación nos han

demostrado que el material es apto para el diseño de hormigón de alto desempeño.

La escoria cuyo uso será destinado a reemplazar al agregado fino, proviene de una

de las Empresas Siderúrgicas del Ecuador que se encuentra ubicada en el Provincia

de Pichincha, Cantón Mejía.

3.2. UBICACIÓN

Los agregados naturales (arena y ripio) fueron adquiridos de la empresa

“CONSTRUARENAS CIA LTDA”, la cantera se encuentra ubicada en la parroquia

de Pifo, en la vía Pintag – Pifo 2 km y vía Interoceánica, posee un área aproximada

de 16 hectáreas, obtiene agregados a través de la explotación y trituración. La

cantera se halla a una cota aproximada de 2648msnm (Recalde, 2007).

CONSTRUARENAS: LATITUD: 0º 15´14.00” S

LONGITUD: 78º 20´09.17” S

EXTENCIÓN APROXIMADA: 16 Ha

37

Ilustración 15. Ubicación de la cantera ConstruArenas

Fuente: Google Earth

Fotografía 1. Planta de trituración ConstruArenas Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina

38

3.3. JUSTIFICACIÓN DE LA SELECCION DEL MATERIAL

Agregado Grueso y Fino (Cantera Construarenas)

La resistencia a la compresión de estos agregados es alta por lo tanto es ideal

para el desarrollo de hormigón de alta resistencia, debido que son Andesitas

de origen ígneo. “La minería que se explota en la Cantera es una roca

Andesítica, y como estéril se tienen rocas sedimentarias y andesitas

meteorizadas” (Recalde, 2007).

Escoria negra de arco eléctrico

Es un material resultante de la fundición de chatarra y que actualmente en

el Ecuador no se le ha destinado a un uso específico, es por ello que en el

presente proyecto se lo destina al desarrollo de un hormigón de Alto

desempeño. Material que se encuentra en constante aumento debido a la

demanda de productos de hierro y acero en la construcción.

3.4. LIMITACIÓN DEL PROYECTO

La cantidad de escoria disponible para el desarrollo del proyecto es limitada,

ya que proviene de una empresa privada que se sujeta a controles

ambientales por parte del Ministerio del Ambiente.

39

3.5. ENSAYO DENSIDAD DEL CEMENTO

La densidad del cemento es el volumen de la masa desplazada y el volumen

expresado en gr/cm3. La densidad del cemento es usada para el cálculo del peso y

volumen en una mezcla de hormigón. La densidad oscila en valores de 2.9 gr/cm3

a 3.10 gr/cm3 (NTE INEN 156, 2009).

La norma NTE INEN 156:2009, establece el método de ensayo para la

determinación de la densidad del cemento. Se puede determinar la densidad del

cemento mediante dos métodos: método de Le Chatellier y el método del

Picnómetro. Para la determinación de la densidad del cemento se debe usar un

líquido que posea una densidad mayor a 0.73 g/cm3 a 23°C ± 2 °C.

MATERIAL Y EQUIPO

Balanza electrónica Ap. ± 0,1 gr

Frasco Le Chatellier

Gasolina

Toallas de papel

Agua

Recipiente metálico

Cemento Selva Alegre Plus

40

Procedimiento del ensayo densidad del cemento

Método Le Chatellier según la NTE INEN 156:2009

Pesar alrededor de 64 g con una aproximación de 0,05 g.

Llenar con gasolina el frasco hasta un punto en la parte baja del cuello entre

las marcas 0 cm3 y 1 cm3, con una toalla de papel secar el interior del frasco

sobre el nivel del líquido.

Registrar la primera lectura del frasco con la gasolina.

Introducir pequeñas cantidades de cemento, evitando que se quede en el

cuello del frasco.

Después hacer rodar el frasco con la gasolina y el cemento en forma

inclinada, para eliminar el aire atrapado, hasta donde se observe que ya no

suban burbujas a la superficie de la gasolina.

Sumergir el frasco en agua para evitar variaciones de temperatura en el

frasco.

Registrar la lectura final

Calcular la densidad del cemento por medio de la siguiente formula.

𝜌 (𝑔

𝑐𝑚3) =

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜(𝑔)

𝑙𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑙𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 (𝑐𝑚3)

41



MATEMÁTICA


DEPARTAMENTO DE ENSAYO DE MATERIALES Y

MODELOS

ENSAYO DENSIDAD DEL CEMENTO

NORMA: NTE INEN 156:2009(ASTM-C127)

ORIGEN: SELVA ALEGRE - PLUS FECHA DE ENSAYO: 31/01/2017

ENSAYO: 1

DENSIDAD ABSOLUTA DEL CEMENTO

MÉTODO DE LECHATELLIER

Frasco + gasolina 0.5 ml

Masa de frasco + gasolina 323.8 g

Frasco + gasolina + cemento 19 ml

Frasco + cemento + gasolina 376.6 g

Densidad del cemento 2.85 g/cm3

ENSAYO: 2



Frasco + gasolina 0.5 ml

Masa de frasco + gasolina 325.2 G

Frasco + gasolina + cemento 18 Ml

Frasco + cemento + gasolina 375.1 G


ENSAYO: 3



Frasco + gasolina 0.6 Ml

Masa de frasco + gasolina 322.1 G

Frasco + gasolina + cemento 20 Ml

Frasco + cemento + gasolina 377.3 G


OBSERVACIÓN:

El promedio de la densidad absoluta del cemento es 2.85 g/cm3.

42

3.6. ENSAYO CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO

La consistencia normal se define como el agua necesaria en el cemento para que la

aguja del aparato de Vicat de 10 mm ± 0.05 mm de diámetro penetre 10mm ± 1mm

durante 30 segundos en la pasta de cemento. La determinación de la consistencia

(NTE INEN 157, 2009).

El ensayo se realiza siguiendo los procedimientos establecidos en la norma NTE

INEN 157:2009 (ASTM C187). Antes de realizar el ensayo se debe tomar en cuenta

la temperatura del ambiente, los moldes deben mantenerse entre 20°C y 27,5 °C, el

agua del mezclado debe estar entre 23°C ± 2,0 °C, y la humedad relativa del

laboratorio no debe ser menos que el 50%.

MATERIAL Y EQUIPO

Balanza electrónica Ap. ± 0,1 gr

Aparato de Vicat

Mezclador mecánico dos velocidades (140 ± 5 r/min y 285 ± 5 r/min)

Probeta 250 cm3 de capacidad

Guantes

Cronómetro

Cono truncado de hule duro

Agua potable

Cemento Selva Alegre Plus

43

Procedimiento consistencia normal del cemento según la NTE INEN

157:2009

Preparar la pasta con 650 g de cemento con una cantidad de agua de

mezclado (entre 26% a 32% respecto al peso del cemento). La paleta y el

recipiente del mezclador deben estar secos.

Colocar el agua en el recipiente del mezclador y agregar el cemento. Dejar

en reposo durante 30 segundos.

Encender la mezcladora con una velocidad lenta (140 ± 5 rpm), durante 30

segundos.

Detener la mezcladora durante 15 segundos y con la paleta raspar el

recipiente retirando la pasta que pueda haberse quedado adherida a ella.

Con la pasta preparada se forma una esfera y se lanza 6 veces de una mano

a otra, con una separación de unos 150 mm,

Llenar completamente con la pasta de cemento por la base mayor del molde,

el exceso retirar con la mano, se coloca la placa sobre la base mayor, se

voltea y se retira el exceso de pasta de la base menor con una pasada de una

espátula.

Para determinar la consistencia normal se coloca el molde con la pasta bajo

del vástago, se hace descender el vástago hasta el extremo del émbolo tenga

contacto con la pasta de cemento, se fija en ese punto.

Se lee la posición inicial y se libera el vástago inmediatamente. La

consistencia normal será cuando el émbolo penetre 10 ± 1 mm, en 30

segundos después de haber sido soltado.

44



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DE CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO

NORMA: NTE INEN 157 (ASTM-C187)


ENSAYO: 1

Peso del Cemento Cantidad de

Agua

Cantidad

de Agua Penetración

(g) (%) (g) (mm)

650 26 169 5

ENSAYO: 2


Agua

Cantidad


(g) (%) (g) (mm)

650 26.4 171.6 6

ENSAYO: 3


Agua

Cantidad


(g) (%) (g) (mm)

650 27 175.5 10

OBSERVACIONES:

La consistencia del cemento se alcanza con un 27% de agua respecto al material.

45

3.7. ENSAYO TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO

El tiempo de fraguado ayuda a determinar las etapas de endurecimiento que tiene

la pasta del cemento. El tiempo de fraguado puede ser alterado por los siguientes

factores: finura del cemento, composición química del cemento, temperatura del

ambiente, cantidad de agua en la pasta de cemento (NTE INEN 158, 2009).

Se realiza el ensayo en base de una pasta de cemento en consistencia normal con

ayuda del aparato de Vicat. El ensayo se lo realiza a una temperatura mínima de

20°C y humedad del 50% (NTE INEN 158, 2009).

Procedimiento ensayo tiempo de fraguado del cemento según la NTE INEN

158:2009

Con una pasta de cemento en consistencia normal, se coloca dentro de un

anillo cónico y se debe ir determinando el tiempo de fraguado con ayuda del

aparato de Vicat.

La pasta de cemento debe estar tapada con una franela húmeda simulando

un curado, y se debe colocar en el aparato de Vicat en diferentes tiempos,

hasta obtener el fraguado inicial y el fraguado final.

Tomar el fraguado inicial, cuando la aguja penetre 25 mm o menos. Tomar

el fraguado final, cuando la aguja penetre 0 mm en la pasta de cemento.

46



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO



ENSAYO: 1

ENSAYO TIEMPO DE FRAGUADO " CEMENTO SELVA

ALEGRE PLUS"

DESCRIPCIÓN Unidades Tiempo

Consistencia normal del cemento % 27

Penetración de la aguja de Vicat mm 10

Hora inicio del ensayo h: min 8:48

Tiempo de fraguado inicial del cemento h: min 11:30

Tiempo de fraguado inicial del cemento h: min 1:48

TIEMPO DE FRAGUADO

LECTURA TIEMPO PENETRACIÓN

No min (mm)

1 42 25

2 217 6

3 240 0

TIEMPO DE

FRAGUADO 4 HORAS

OBSERVACIÓN:

El tiempo de fraguado se dio a las 4 horas de haber empezado el ensayo del tiempo

de fraguado.

47

3.8. ENSAYO DE COLORIMETRÍA

El ensayo de colorimetría determina la presencia de materia orgánica inapropiada

para el agregado fino en la elaboración de morteros y hormigones. La materia

orgánica afecta directamente a la resistencia a la compresión del hormigón y a la

correcta hidratación del cemento (NTE INEN 855, 2010).

Para llevar a cabo este ensayo de colorimetría se debe hacer el uso de hidróxido de

sodio el cual esta detallado su uso en la norma NTE INEN 855:2010 (ASTM-C40),

y dependiendo del color que resulte después de las 24 horas se realiza la

determinación de forma cualitativa con respecto a los patrones que se muestran en

la Ilustración 16.

Ilustración 16. Patrón colorimétrico

Fuente: ASTM, “Standar Method of Test for Organic Impurities in Sands for Concrete: C40”

(1942)

48

Tabla 7. Escala de color

N° COLORACIÓN DESCRIPCIÓN

1 Blanco Claro a Transparente Arena de muy buena calidad por no contener

materia orgánica, limo o arcillas.

2 Amarillo Pálido Arena de poca presencia de materia orgánica,

limos o arcillas. Se considera de buena calidad.

3 Amarillo Encendido Contiene materia orgánica en altas cantidades.

Puede

usarse en hormigones de baja resistencia

4 Café Contiene materia orgánica en concentraciones

muy elevadas. Se considera de mala calidad

5 Café Chocolate Arena de muy mala calidad. Existe demasiada

materia orgánica, limos o arcilla. No se usa.

Fuente: ASTM-C40

Material y equipo

Botella de vidrio transparente y graduado, con capacidad de 350 a 470 ml.

Comparador de color normalizado (Norma ASTM –C40)

Arena (aproximadamente 450 g suficiente para llenar un volumen de 130

ml)

Solución de hidróxido de sodio reactivo al 3%

Procedimiento del ensayo según la NTE INEN 855:2010

En la botella de vidrio calibrada se coloca el agregado fino hasta que

ocupe un volumen de 130 ml. Añadir en la botella la solución de hidróxido

de sodio, hasta que ocupe un volumen de 200ml.

Tapar la botella y agitar vigorosamente, hasta observar que el agregado

fino y la solución de hidróxido de sodio se han mezclado completamente,

dejar reposar por 24 horas. Después de las 24 horas se compara el color

obtenido del líquido con las figuras de comparación de color normalizado

(Norma ASTM –C40).

49



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DE COLORIMETRÍA DE LA ARENA SIN LAVAR


ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 02/02/2017

ENSAYO: 1

COLOR PROPIEDADES

Blanco claro a transparente Arena de muy buena calidad por no

contener materia orgánica, limo o

arcillas

OBSERVACIÓN:

La determinación cualitativa de la arena sin lavar es figura 1 con respecto a la

Ilustración 16, blanco claro a transparente la cual es una arena de muy buena calidad

por no contener materia orgánica, limo o arcilla, siendo ideal para la elaboración de

hormigones de alta resistencia.

50



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DE COLORIMETRÍA DE LA ARENA LAVADA



ENSAYO: 1

COLOR PROPIEDADES

Blanco claro a transparente Arena de muy buena calidad por no


arcillas

OBSERVACIÓN:

La determinación cualitativa de la arena lavada es de figura 1 con respecto a la



hormigones de alta resistencia

51



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DE COLORIMETRÍA DE LA ESCORIA SIN LAVAR



ENSAYO: 1

COLOR PROPIEDADES

Amarillo encendido Contiene materia orgánica en altas cantidades.

Puede usarse en hormigones de baja resistencia

OBSERVACIÓN:

Escoria sin lavar dio de forma cualitativa figura 3 con respecto a la Ilustración 16,

amarillo encendido, contiene materia orgánica en altas cantidades. Puede usarse en

hormigones convencionales, por lo cual este material para la elaboración de

hormigón de alta resistencia no es adecuado.

52



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DE COLORIMETRÍA DE LA ESCORIA LAVADA



ENSAYO: 1

COLOR PROPIEDADES

Blanco claro a transparente

Arena de muy buena calidad por no


arcillas

OBSERVACIÓN:

La determinación cualitativa de la escoria lavada es de la figura 1 con respecto a la



hormigones de alta resistencia.

53

3.9. ENSAYO PESO ESPECÍFICO (DENSIDAD REAL)

La densidad se define como la relación entre el peso y el volumen del material, los

agregados se caracterizan por tener poros, los cuales pueden estar parcialmente

saturados o saturados por completo, dicha característica genera una serie de estados

entre los que se puede mencionar a los siguientes: humedad seca, húmedo al

ambiente, saturado superficie seca y sobre saturado como muestra la Ilustración 17

(Miranda, 2014).

Ilustración 17. Capacidad de absorción de los agregados

Fuente: civilgeeks, 2011

La densidad real de los agregados es importante ya que en función de dicha

característica se determina la cantidad necesaria de material requerido para producir

un volumen unitario de hormigón, por lo general un valor alto en la densidad

implica un mejor comportamiento en la resistencia del hormigón (Miranda, 2014).

Materiales y equipo

Recipiente metálico y Canastilla metálica

Picnómetro

Agregados en estados SSS (ASTM C-2566H)

Balanza electrónica A ± 0,1g

54

Procedimiento

Verificar que los agregados se encuentren en estado SSS ya sea con el cono

metálico para el caso de la arena o por simple observación para el agregado

grueso.

El agregado grueso será debidamente pesado en estado SSS y la arena será

pesada una vez dentro del Picnómetro

Para determinar el peso sumergido del agregado grueso se procederá a pesar

la canastilla en conjunto con el ripio, mientras que el agregado fino será

pesado considerando una porción de agua y arena y posteriormente

comparada con un volumen de agua similar al conjunto

El peso específico de cada uno de los agregados será determinado con la

fórmula que a continuación se denota:

𝐷(𝑠𝑠𝑠) =𝐴

𝐴 − 𝐵

Dónde:

A= Masa del ripio en estado (SSS)

B = Masa del ripio en agua

55



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DENSIDAD REAL DEL AGREGADO GRUESO


ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 30/01/2016 - 31/01/2016

ENSAYO: 1

PESO ESPECÍFICO

MASA RECIPIENTE 180 G

MASA RECIPIENTE + RIPIO SSS 3619 G

MASA RIPIO EN SSS 3439 G

MASA CANASTILLA SUMERGIDA 1646 G

MASA CANASTILLA + RIPIO (SUMERGIDO) 3679 G

MASA RIPIO EN AGUA 2033 G

VOLUMEN DESALOJADO 1406 cm3

PESO ESPECÍFICO 2.45 g/cm3

ENSAYO: 2

PESO ESPECÍFICO

MASA RECIPIENTE 298 G

MASA RECIPIENTE + RIPIO SSS 2566 G

MASA RIPIO EN SSS 2268 G

MASA CANASTILLA SUMERGIDA 1646 G

MASA CANASTILLA + RIPIO (SUMERGIDO) 3012 G

MASA RIPIO EN AGUA 1366 G

VOLUMEN DESALOJADO 902 cm3


OBSERVACIÓN:

El valor promedio de los ensayos es de 2,48 g/cm3

56



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DE DENSIDAD REAL DE LA ARENA



ENSAYO: 1

PESO ESPECIFICO

MASA PICNÓMETRO 126.40 Gr

MASA DE PICNÓMETRO + ARENA SSS 349.60 Gr

MASA DE ARENA EN SSS 223.20 Gr

MASA PICNÓMETRO + ARENA + AGUA 759.10 Gr

MASA PICNÓMETRO CALIBRADO 625.10 Gr

VOLUMEN DESALOJADO 89.2 cm3


ENSAYO: 2

PESO ESPECIFICO

MASA PICNÓMETRO 130.00 Gr

MASA DE PICNÓMETRO + ARENA SSS 547.00 Gr

MASA DE ARENA EN SSS 417.00 Gr

MASA PICNÓMETRO + ARENA + AGUA 759.10 Gr

MASA PICNÓMETRO CALIBRADO 508.00 Gr



OBSERVACIÓN:

El valor promedio de los ensayos es de 2,50 g/cm3

57



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DE DENSIDAD REAL DE LA ESCORIA



ENSAYO: 1

PESO ESPECÍFICO

MASA PICNÓMETRO 126.40 gr

MASA DE PICNÓMETRO + ESCORIA SSS 418.30 gr

MASA DE ESCORIA EN SSS 291.90 gr

MASA PICNÓMETRO + ESCORIA+ AGUA 836.00 gr

MASA PICNÓMETRO CALIBRADO 625.90 gr



ENSAYO: 2

PESO ESPECÍFICO

MASA PICNÓMETRO 129.30 gr

MASA DE PICNÓMETRO + ESCORIA SSS 418.30 gr

MASA DE ESCORIA EN SSS 289.00 gr

MASA PICNÓMETRO + ESCORIA + AGUA 832.00 gr

MASA PICNÓMETRO CALIBRADO 625.90 gr



OBSERVACIÓN:

El valor promedio de los ensayos es de 3.53 g/cm3

58

3.10. CAPACIDAD DE ABSORCIÓN

Se define como la cantidad de agua requerida para que una partícula llegue al estado

de superficie saturada seca. La capacidad de absorción es directamente proporcional

a la porosidad. La capacidad de absorción es un valor porcentual en función de la

masa seca a las 24h de haber estado en el horno y resulta de la relación entre la

cantidad de agua absorbida por el árido y el peso seco del mismo (NTE INEN 856,

2010).

El ensayo de capacidad de absorción se realizará de acuerdo a los parámetros

establecidos en la norma NTE INEN 856:2010 y 857:2010 (ASTM C-127 Y ASTM

C-128).

MATERIALES

Recipiente metálico

Balanza electrónica (A ± 0.1g) y Balanza (A±1g)

Horno eléctrico 110°C ± 5 °C

Muestra de agregado grueso = 3.6kg y Muestra de arena = 592 g

Procedimiento del ensayo según la NTE INEN 856:2010 Y 857:2010

Las muestras deberán ser sumergidas en agua por 24 horas, y secadas hasta

alcanzar el estado de superficie saturada seca.

Una vez alcanzado el estado SSS y puestas al horno por 24 horas. Con los

pesos obtenidos se calculará la capacidad de absorción en %.

59



MATEMÁTICA



MODELOS

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN AGREGADO GRUESO LAVADO


ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 31/01/2017-01/02/2017

ENSAYO: 1

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN

MASA RECIPIENTE 180 g

MASA RECIPIENTE + RIPIO SSS 3619 g

MASA RIPIO + RECIPIENTE (SECO) 3523 g

MASA RIPIO EN SSS 3439 g

MASA RIPIO SECO 3343 g

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN 2.87 %

ENSAYO: 2


MASA RECIPIENTE 298 g

MASA RECIPIENTE + RIPIO SSS 2566 g

MASA RIPIO + RECIPIENTE (SECO) 2500 g

MASA RIPIO EN SSS 2268 g

MASA RIPIO SECO 2202 g


OBSERVACIÓN:

El valor promedio de los ensayos es de 2.93 %

60



MATEMÁTICA



MODELOS

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DE LA ARENA LAVADA


ORIGEN: CANTERA PIFO FECHA DE ENSAYO: 31/01/2017-01/02/2017

ENSAYO: 1


MASA RECIPIENTE 184.80 g

MASA RECIPIENTE + ARENA SSS 593.00 g

MASA RECIPIENTE + ARENA (SECO) 583.30 g

MASA ARENA SSS 407.20 g

MASA DE ARENA SECA 398.50 g


ENSAYO: 2



MASA RECIPIENTE + ARENA SSS 784.10 g

MASA RECIPIENTE + ARENA (SECO) 768.20 g

MASA ARENA SSS 662.10 g

MASA DE ARENA SECA 646.20 g


OBSERVACIÓN:

El valor promedio de los ensayos es de 2.5%

61



MATEMÁTICA



MODELOS

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DE LA ESCORIA LAVADA


ORIGEN: EMPRESA SIDERÚRGICA FECHA DE ENSAYO: 01/02/2017

ENSAYO: 1



MASA RECIPIENTE + ESCORIA SSS 581.70 g

MASA RECIPIENTE + ESCORIA (SECO) 568.30 g

MASA ESCORIA SSS 444.00 g

MASA DE ESCORIA SECA 430.60 g


ENSAYO: 2



MASA RECIPIENTE + ESCORIA SSS 422.00 g

MASA RECIPIENTE + ESCORIA (SECO) 414.60 g

MASA ESCORIA SSS 291.20 g

MASA DE ESCORIA SECA 283.80 g


OBSERVACIÓN:

El valor promedio de los ensayos es de 2.85%

62

3.11. ENSAYO DE GRANULOMETRÍA

La granulometría es la distribución de los tamaños de las partículas del agregado

fino y grueso, influyen en la relación agua-cemento, la trabajabilidad, economía,

porosidad, contracción y durabilidad del concreto. La norma NTE-INEN 696

establece el método de ensayo para determinar la distribución de las partículas de

los agregados por tamizado.

Granulometría del agregado grueso

La granulometría del agregado grueso la serie de tamices que se usan son:

2", 11

2", 1",

3

4",

1

2",

3

8", #4. La cantidad de agregado grueso que se usara está en

función de la tabla normalizada NTE INEN 696:2011.

Tabla 8. Tamaño de la muestra para ensayos del árido grueso

Tamaño nominal

de aberturas Tamaño de la muestra del ensayo

mínimo (kg) ASTM mm

3/8" 9.50 1

1/2" 12.50 2

3/4" 19.00 5

1" 25.00 10

1 1/2" 37.50 15

2" 50.00 20

2 1/2 " 63.00 35

3" 75.00 60

Fuente: (NTE INEN 696, 2011)

MATERIALES Y EQUIPO

Guantes, gafas, y mascarilla

Palas

Carretilla

63

Serie de tamices. Norma NTE INEN 154

Recipientes metálicos

Balanza (A = ± 1 g.)

Aproximadamente 10 kg de agregado grueso

Procedimiento según la NTE INEN 696:2011

Cuartear el material para tomar la muestra para ensayar.

Pesar en una balanza la muestra para tener como masa inicial.

Ordenar de forma decreciente los tamices dependiendo de sus aberturas,

colocar todo el agregado en el tamiz superior.

Agitar los tamices alrededor de 5 minutos.

En forma ordenada retirar los tamices y colocar la cantidad retenida en

cada tamiz en los recipientes metálicos, para luego pesar cada uno.

Los valores obtenidos al pesar cada recipiente con la muestra se deberán

registrar y realizar los cálculos respectivos.

Resultados del ensayo de granulometría de los agregados

Por medio del ensayo se tiene valores los cuales serán registrados en una tabla, de

la cual se obtendrá la curva granulométrica de los agregados, el módulo de finura

(MF) y por medio de la interpretación de los resultados se determinará el tamaño

máximo nominal (TMN).

Módulo de finura (MF)

El módulo de finura, llamado también modulo granulométrico da una idea del

grosor o finura del agregado.

64

Módulo de finura del agregado fino (MF)

Los valores de MF del agregado fino de 2.5 a 3 son normales, los agregados finos

cuyos módulos de finura están de 2.8 a 3.2 son ideales para producir hormigones

de alta resistencia.

𝑀.𝐹 =∑% 𝑟𝑒𝑡. 𝐴𝑐𝑢𝑚. (N°4, N°8, N°16, N°30, N°50, N°100)

100

Módulo de finura del agregado grueso (MF)

𝑀. 𝐹 =∑% 𝑟𝑒𝑡. 𝐴𝑐𝑢𝑚. (3”, 1 1/2#”, 3/4”, 3/8”, N°4, N°8, N°16, N°30, N°50, N°100)

100

Tamaño máximo nominal (TMN)

Es la abertura del tamiz inmediatamente superior a aquel cuyo porcentaje retenido

acumulado sea 15% o más (NTE INEN 696, 2011).

Curva granulométrica

Luego de realizar el tamizado de los agregados, y de la tabla que lleva la

información de la granulometría del agregado, se grafica en papel semilogarítmico

el porcentaje que pasa por cada tamiz vs las aberturas de los tamices (mm), en la

norma se establecen límites, en donde la curva granulométrica debe encontrarse

para poderla considerar como árido adecuado para la elaboración de hormigón. La

experiencia ha indicado que las curvas ayudan aproximarse a la gradación de

máxima densidad y mínimo contenido de vacíos.

65



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO GRUESO LAVADO

NORMA: NTE-INEN 696: 2011 (ASTM-C136)


ENSAYO: 1

MASA DE LA MUESTRA: 13400 g

Tamiz RETENIDO RETENIDO PASA LÍMITES ESPECIFICOS

plg mm PARCIAL ACUMULADO % % MAX MIN

1" 25.4 0.00 0.00 0.0 100.0 - -

3/4" 19 15.50 16.00 0.1 99.9 100.00 100.00

1/2" 12.5 1550.00 1566.00 11.8 88.2 100.00 90.00

3/8" 9.5 5292.00 6858.00 51.6 48.4 70.00 40.00

No. 4 4.75 6220.00 13078.00 98.3 1.7 15.00 0.00

No. 8 2.36 212.00 13290.00 99.9 0.1 5.00 0.00

No. 16 1.18 12.00 13302.00 100.0 0.0 - -

Bandeja 0.30 13302.30 100.0 0.0 - -

Tamaño Nominal Máximo = 1/2" Módulo de finura: 6.50

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

%

abertura del tamiz (mm)

min

max

66



MATEMÁTICA



MODELOS




ENSAYO: 2




1" 25.4 0 0.00 0.0 100.0 - -

3/4" 19 16.8 16.00 0.1 99.9 100.00 100.00

1/2" 12.5 600 616.00 4.8 95.2 100.00 90.00

3/8" 9.5 5394 6010.00 47.1 52.9 70.00 40.00

No. 4 4.75 6245 12255.00 96.0 4.0 15.00 0.00

No. 8 2.36 500 12755.00 99.9 0.1 5.00 0.00

No. 16 1.18 10 12765.00 100.0 0.0 - -

Bandeja 0.40 12765.40 100.0 0.0 - -


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0 5 10 15 20

% Q

UE

PA

SA


min

max

67



MATEMÁTICA



MODELOS




ENSAYO: 3




1" 25.4 0 0.00 0.0 100.0 - -

3/4" 19 18 16.00 0.1 99.9 100.00 100.00

1/2" 12.5 545 561.00 4.0 96.0 100.00 90.00

3/8" 9.5 6890 7451.00 53.7 46.3 70.00 40.00

No. 4 4.75 5845 13296.00 95.8 4.2 15.00 0.00

No. 8 2.36 570 13866.00 99.9 0.1 5.00 0.00

No. 16 1.18 12 13878.00 100.0 0.0 - -

Bandeja 0.4 13878.40 100.0 0.0 - -


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0 5 10 15 20

% Q

UE

PA

SA


min

max

68



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DE LA ARENA LAVADA



ENSAYO: 1


Nº TAMIZ TAMIZ RETENIDO % % LIMITES

PARCIAL ACUMULADO RETENIDO PASA MAX MIN

- - ( mm ) ( g ) ( g ) - - % %

1 3/8 " 9.5 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 100.00

2 No. 4 4.75 0.10 0.10 0.02 99.98 100.00 95.00

3 No. 8 2.36 52.20 52.30 12.25 87.75 100.00 80.00

4 No. 16 1.18 202.10 254.40 59.58 40.42 85.00 50.00

5 No. 30 0.6 93.00 347.40 81.36 18.64 60.00 25.00

6 No. 50 0.3 50.40 397.80 93.16 6.84 30.00 10.00

7 No. 100 0.15 19.00 416.80 97.61 2.39 10.00 2.00

8 No 200 0.075 8.20 425.00 99.53 0.47 5.00 0.00

BANDEJA 2.00 427.00 100.00 0.00 -

Módulo de finura: 3.2

4,75

2,36

1,18

0,6

0,3

0,150,0750

20

40

60

80

100

120

0,01 0,1 1 10

% Q

ue

pas

a

Abertur del tamiz (mm)

max

min

69



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DE LA ARENA LAVADA



ENSAYO: 3


1 2 3 4 5 6 7 8

Nº TAMIZ RETENIDO % % LIMITES

PARCIAL ACUMULADO RETENIDO PASA max min

- - ( mm ) ( g ) ( g ) - - % %

1 3/8 " 9.5 0 0 0.00 100.00 100 100

2 No. 4 4.75 0.1 0.1 0.02 99.98 100 95

3 No. 8 2.36 52.2 52.3 12.90 87.10 100 80

4 No. 16 1.18 140 192.3 47.45 52.55 85 50

5 No. 30 0.6 130 322.3 79.52 20.48 60 25

6 No. 50 0.3 40 362.3 89.39 10.61 30 10

7 No. 100 0.15 25 387.3 95.56 4.44 10 2

8 No 200 0.075 10 397.3 98.03 1.97 5 0

bandeja - 8 405.3 100.00 0.00 - -


OBSERVACIÓN:

El promedio de módulo de finura de la arena lavada es 3.2

4,75

2,36

1,18

0,6

0,30,150,0750

20

40

60

80

100

120

0,01 0,1 1 10

% Q

ue

pas

a

Abertura del tamiz (mm)

max

min

70



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DE LA ESCORIA LAVADA



ENSAYO: 1




- - (mm) (g) (g) - - % %

1 3/8 " 9.5 0 0 0.00 100.00 100.00 100.00

2 No. 4 4.75 0.9 0.9 0.16 99.84 100.00 95.00

3 No. 8 2.36 123.4 124.3 22.42 77.58 100.00 80.00

4 No. 16 1.18 142.8 267.1 48.18 51.82 85.00 50.00

5 No. 30 0.6 137.4 404.5 72.96 27.04 60.00 25.00

6 No. 50 0.3 67 471.5 85.05 14.95 30.00 10.00

7 No.

100 0.15 53.4 524.9 94.68 5.32 10.00 2.00

8 No 200 0.075 29.5 554.4 100.00 0.00 5.00 0.00

bandeja - 0 554.4 100.00 0.00 - -


100,0099,84

77,58

51,82

27,04

14,95

5,320

20

40

60

80

100

120

0,01 0,1 1 10

% Q

ue

pas

a


max

min

71



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DE LA ESCORIA LAVADA

NORMA: NTE-INEN 872 (ASTM-C136)


ENSAYO: 2


1 2 3 4 5 6 7 8



- - (mm) (g) (g) - - % %

1 3/8 " 9.5 0 0 0.00 100.00 100.00 100.00

2 No. 4 4.75 0.7 0.7 0.14 99.86 100.00 95.00

3 No. 8 2.36 122.5 123.2 25.12 74.88 100.00 80.00

4 No. 16 1.18 114.2 237.4 48.41 51.59 85.00 50.00

5 No. 30 0.6 120.7 358.1 73.02 26.98 60.00 25.00

6 No. 50 0.3 52 410.1 83.63 16.37 30.00 10.00

7 No. 100 0.15 52.2 462.3 94.27 5.73 10.00 2.00

8 No 200 0.075 27.1 489.4 99.80 0.20 5.00 0.00

bandeja - 1 490.4 100.00 0.00 - -


OBSERVACIÓN:

El promedio del módulo de finura de la escoria lavada es 3,0

4,752,36

1,18

0,6

0,3

0,15

0,0750

20

40

60

80

100

120

0,01 0,1 1 10

% Q

ue

pas

a


max

min

72

3.12. ENSAYO DE ABRASIÓN

El ensayo de abrasión es usado para medir el desgaste del agregado grueso al ser

sometido a fuerzas de rozamiento e impacto entre partículas, dicho ensayo nos da

una idea general de la calidad del agregado que se va a usar en el hormigón. Es una

propiedad física indispensable en la fabricación de concretos especialmente de alta

resistencia. El ensayo se rige bajo la norma NTE INEN (Miranda, 2014).

Antes de proceder a la ejecución del ensayo es necesario determinar la gradación

del agregado información que será obtenida de la granulometría y será comparada

con las tablas de gradación que se hallan en la norma INEN a la que se sujeta el

ensayo de abrasión.

Valor de la degradación

Es un valor porcentual que resulta de la diferencia entre la masa inicial de la muestra

y la masa que es retenida en el tamiz #12 dividido para su masa inicial (Miranda,

2014).

%𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑟𝑒𝑣 = 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑢é𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑟𝑒𝑣

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100%

Coeficiente de uniformidad

Es la relación que existen entre el porcentaje de pérdidas después de 100 rev para

él % perdida después de 500 rev, dicho valor representa cuan uniforme es el

agregado que va hacer usado (Miranda, 2014).

𝐶𝑢 =%𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑣 100

%𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑣 500

73

Materiales y equipo

Máquina de los Ángeles, es un tambor cerrado a los extremos con un

diámetro de 711mm ± 5mm

Balanza de precisión A ±1g

11 esferas de acero de masas entre 390g y 445 g

Tamices de 1/2” y 3/8” que cumplan con la norma NTE INEN 154.

Muestra de agregado grueso de 5000g

Procedimiento según la NTE INEN 860:2011

El material retenido en el tamiz de ½” es pesado hasta tener 2550 g de igual

manera se realiza con el material retenido en el 3/8”, la cantidad de material

requerido está en función de la gradación del agregado.

Los 5000g de agregado grueso son colocados en la máquina de los Ángeles,

como la gradación es B se deberá colocar 11 esferas de acero.

El primer punto de análisis será cuando el tambor de la maquina haya dado

100 rev y un segundo punto de análisis se dará a las 500 rev.

Se realiza la separación de la muestra a las 100 rev sobre un tamiz #12, el

material retenido es pesado y vuelto a colocar en la máquina de los Ángeles,

este proceso es vuelto a realizar después de las 500 rev.

Se procede a calcular tanto el valor de degradación como el coeficiente de

uniformidad.

74



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DE RESISTENCIA A LA ABRASIÓN DEL AGREGADO

GRUESO

NORMA: NTE INEN 860:2011 (ASTM-C131)


ENSAYO: 1

TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL DEL ARIDO 1/2”

GRADACIÓN B

ESFERAS 11

DESCRIPCIÓN CANTIDAD UNIDAD

MASA INICIAL 5000 g

RETENIDO DESPUÉS DE 100REV EN EL

TAMIZ #12 4727 g

PÉRDIDA DESPUÉS DE 100REV 273 g

PÉRDIDA DESPUÉS DE 100REV 5.46 %

RETENIDO DESPUÉS DE 500 REV EN EL

TAMIZ #12 3974 g


PERDIDA DESPUES DE 500 REV 20.52 %

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD 0.27 u

OBSERVACIÓN:

El valor de la degradación es de 20.52% están dentro de los límites de la norma

que establece como valor máximo 50%

75



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DE RESISTENCIA A LA ABRASIÓN DEL AGREGADO

GRUESO



ENSAYO: 2

TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL DEL ARIDO 1/2”

GRADACIÓN B

ESFERAS 11

DESCRIPCIÓN CANTIDAD UNIDAD

MASA INICIAL 5000 g

RETENIDO DESPUÉS DE 100REV EN EL

TAMIZ #12 4664 g


PÉRDIDA DESPUÉS DE 100REV 6.72 %

RETENIDO DESPUÉS DE 500 REV EN EL

TAMIZ #12 3950 g


PÉRDIDA DESPUÉS DE 500 REV 21 %

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD 0.26 u

OBSERVACIÓN:

El valor de la degradación es de 21% están dentro de los límites de la norma que

establece como valor máximo 50%

76

3.13. ENSAYO DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA

La densidad aparente de los agregados es la relación entre el volumen y el peso

seco, en el que se incluyen los huecos y poros, que sean aparentes o no. En el

laboratorio se busca el peso del agregado que se requiere para llenar completamente

un recipiente cilíndrico con un volumen unitario específico. La densidad aparente

está relacionada con la granulometría ya que, si se tiene áridos bien graduados y

con una granulometría adecuada esto disminuye el contenido de vacíos,

disminuyendo a la vez el requerimiento de mortero (Chiluisa, 2014).

La norma NTE INEN 858:2010 (ASTM-C29), establece el método de ensayo para

la determinación de la densidad aparente suelta y compactada de los agregados y el

cálculo de los vacíos entre las partículas, este ensayo es primordial para diseño de

la dosificación de las mezclas de hormigón.

MATERIAL Y EQUIPO

Balanza

Varilla de compactación, varilla recta lisa, de acero de 16 mm de diámetro

y aproximadamente 600 mm de longitud con uno o dos extremos

redondeados con punta semiesférica para la compactación

Recipiente cilíndrico de metal

Palas

Balanza (A = ± 1 g.)

77

Procedimiento del ensayo densidad aparente suelta según la NTE INEN

858:2010.

Tomar una muestra del agregado y cuartearla para obtener una muestra

reducida, la muestra con la que se va a trabajar debe estar seca.

Colocar un molde grande rectangular al nivel de la superficie, sobre él un

molde cilíndrico calibrado del que se conozca el volumen y la masa del

mismo.

Con ayuda de la pala se ira llenando el molde con el agregado hasta la

superficie del mismo, con la varilla se enrasa la superficie

Pesar el cilindro con el material enrasado y registrar los valores obtenidos.

Procedimiento del ensayo densidad aparente compactada según la NTE

INEN 858:2010

Tomar una muestra del agregado y cuartearla para obtener una muestra

reducida, la muestra con la que se va a trabajar debe estar seca.

Colocar en el molde el agregado hasta llenar la tercera parte del molde, con

ayuda de la varilla compactar la capa del agregado con 25 golpes,

distribuidos de forma uniforme sobre toda la superficie, luego llenar los 2/3

del molde y por último llenar el molde a rebosar y compactar,

Nivelar la superficie con ayuda de la varilla.

Pesar el cilindro con el material enrasado y registrar los valores obtenidos.

78



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DENSIDAD APARENTE SUELTAY COMPACTADA

AGREGADO GRUESO



ENSAYO: 1

MASA DEL RECIPIENTE VACIO: 2584 (g):

VOLUMEN RECIPIENTE: 2872 (cm3)

DENSIDAD APARENTE SUELTA

MASA DE RIPIO SUELTO +

RECIPIENTE (g)

MASA DEL RIPIO

SUELTO (g)

6088.00 3504.00

6071.00 3487.00

6074.00 3490.00

Promedio (g) 3493.67

Densidad suelta (g/cm3) 1.22

DENSIDAD APARENTE COMPACTADA

MASA DEL RIPIO COMPACTADO +

RECIPIENTE(g)

MASA DEL RIPIO

COMPACTADO (g)

6573.00 3989.00

6489.00 3905.00

6442.00 3858.00


Densidad compactada (g/cm3) 1.36

79



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA

AGREGADO GRUESO



ENSAYO: 2


MASA DE RIPIO SUELTO +

RECIPIENTE (g)

MASA DEL RIPIO

SUELTO (g)

6080.00 3496.00

6076.00 3492.00

6079.00 3495.00




OBSERVACIÓN:

El promedio de la densidad suelta del ripio es 1.22 g/cm3, y de la densidad

compactada del ripio es 1.36 g/cm3.

MASA DEL RIPIO COMPACTADO +

RECIPIENTE(g)

MASA DEL RIPIO

COMPACTADO (g)

6574.00 3990.00

6494.00 3910.00

6450.00 3866.00



80



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DENSIDAD APARENTE SUELTAY COMPACTADA ARENA



ENSAYO: 1




MASA DE LA ARENA SUELTO +

RECIPIENTE (g)

MASA DE LA ARENA

SUELTO (g)

6730.00 4146.00

6695.00 4111.00

6695.00 4111.00

6729.00 4145.00




MASA DE LLA ARENA

COMPACTADO + RECIPIENTE(g)

MASA DE LA ARENA

COMPACTADO (g)

7245.00 4661.00

7300.00 4716.00

7281.00 4697.00

7276.00 4692.00



81



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DENSIDAD APARENTE SUELTAY COMPACTADA ARENA



ENSAYO: 2


MASA DE LA ARENA

SUELTO + RECIPIENTE (g) MASA DE LA ARENA SUELTO (g)

6740.00 4156.00

6730.00 4146.00

6740.00 4156.00

6740.00 4156.00




MASA DE LLA ARENA


MASA DE LA ARENA

COMPACTADO (g)

7265.00 4681.00

7290.00 4706.00

7281.00 4697.00

7264.00 4680.00



OBSERVACIÓN:

El promedio de la densidad aparente suelta es 1.45 g/cm3 y el promedio de la

densidad compactada de la arena es 1.63 g/cm3.

82



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DENSIDAD APARENTE SUELTAY COMPACTADA ESCORIA



ENSAYO: 1




MASA DE LA ESCORIA SUELTO +

RECIPIENTE (g)

MASA DE LA ESCORIA

SUELTO (g)

8430.00 5846.00

8415.00 5831.00

8587.00 6003.00

8309.00 5725.00

8455.00 5871.00

8375.00 5791.00




MASA DE LA ESCORIA


MASA DE LA ESCORIA

COMPACTADO (g)

8830.00 6246.00

8855.00 6271.00

8929.00 6345.00

8895.00 6311.00

8887.00 6303.00

8862.00 6278.00



83



MATEMÁTICA



MODELOS

ENSAYO DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA ESCORIA



ENSAYO: 2


MASA DE LA ESCORIA SUELTO +

RECIPIENTE (g)

MASA DE LA ESCORIA

SUELTO (g)

8440.00 5856.00

8425.00 5841.00

8460.00 5876.00

8410.00 5826.00

8470.00 5886.00

8392.00 5808.00




MASA DE LA ESCORIA


MASA DE LA ESCORIA

COMPACTADO (g)

8810.00 6226.00

8870.00 6286.00

8910.00 6326.00

8905.00 6321.00

8855.00 6271.00

8843.00 6259.00



OBSERVACIÓN:

El promedio de la densidad aparente suelta de la escoria es 2.04 g/cm3 y el

promedio de la densidad compactada de la escoria es 2.19 g/cm3.

84

3.14. ELEMENTOS QUÍMICOS EN LAS ESCORIAS NEGRAS

3.14.1. Test TCLP (Procedimiento de lixiviación característico de toxidad)

El test TCLP determina especies tóxicas inorgánicas presentes en un material, este

ensayo es aplicable a muestras tales como residuos industriales, lodos provenientes

de plantas de tratamiento de agua servida, suelos contaminados, que requieren ser

evaluados para medir su peligrosidad en la naturaleza. El Test TCLP está en base

al método EPA 1311 (Benivia, 2016).

La metodología está basada en la extracción de elementos de origen inorgánico

desde el residuo, el cual se pone en contacto con una solución de lixiviación

(liquido: sólido de 1:20), durante 18 horas de agitación continua a temperatura

ambiente (USEPA, 1991).

Los resultados otorgados por la Empresa Siderúrgica correspondientes al TCLP

presentados en la Tabla 9 son comparados con la Tabla 10, que corresponde a los

límites permitidos de descarga al sistema del alcantarillado público que se hallan en

la NORMA DE CALIDAD AMBIENTAL Y DE DESCARGA DE AFLUENTES

DEL ECUADOR.

La comparación de las tablas se da envista a que el diseño de hormigón es destinado

a un pavimento rígido, donde se ve afectado por el flujo vehicular y el medio

ambiente. Las descargas al sistema de alcantarillado provenientes de actividades

sujetas a regularización deberán cumplir, al menos, con los valores establecidos en

la Tabla 10, en la cual las concentraciones corresponden a valores medios diarios

(Ministerio del Ambiente, 2014).

85

Tabla 9. Escoria triturada (TCLP EPA1311)

Parámetros Simbología Unidad ESCORIA

Aluminio Al mg/l 0,28

Arsénico

total As mg/l 0,005

Bario Ba mg/l 4,4

Cadmio Cd mg/l 0,034

Cobalto

total Co mg/l 0,0038

Cobre Cu mg/l 0,05

Cromo

Hexavalente Cr+6 mg/l 0,022

Fósforo

Total P mg/l 0,5

Hierro total Fe mg/l 2,3

Manganeso Mn mg/l 5

Mercurio

(total) Hg mg/l 0,001

Níquel Ni mg/l 0,036

Plata Ag mg/l 0,001

Plomo Pb mg/l 0,092

Selenio Se mg/l 0,01

Vanadio V mg/l 0,02

Zinc Zn mg/l 38,00

Fuente: Empresa siderúrgica del Ecuador, (Laboratorio químico Gruentec Cía. Ltda.)

Nota: El estudio de lixiviado de la escoria es completo sin embargo se hace referencia solo a

aquellos que constan en el TULAS. El ensayo completo se encuentra en el Anexo 1

86

Tabla 10. Límites de descarga al sistema de alcantarillado público

Parámetros Simbología Unidad

Límite

máximo

permisible

Aluminio Al mg/l 5,00

Arsénico

total As mg/l 0,10

Bario Ba mg/l 5,00

Cadmio Cd mg/l 0,02

Cobalto total Co mg/l 0,50

Cobre Cu mg/l 1,00

Cromo

Hexavalente Cr+6 mg/l 0,50

Fósforo

Total P mg/l 15,00

Hierro total Fe mg/l 25,00

Manganeso Mn mg/l 10,00

Mercurio

(total) Hg mg/l 0,01

Níquel Ni mg/l 2,00

Plata Ag mg/l 0,50

Plomo Pb mg/l 0,50

Selenio Se mg/l 0,50

Vanadio V mg/l 5,00

Zinc Zn mg/l 10,00

Fuente: “Anexo 1 Del Libro Vi Del Texto Unificado De Legislación Secundaria Del Ministerio

Del Ambiente: Norma De Calidad Ambiental Y De Descarga De Efluentes Al Recurso Agua.

(Ministerio del Ambiente, 2014)”

87

Tabla 11. Cuadro comparativo entre los límites de descarga permisibles y el

ensayo TCLP de la escoria

Parámetros Simbología Unidad

Límite

máximo

permisible

ESCORIA Condición

Cadmio Cd mg/l 0,02 0,034 NO CUMPLE LA

NORMA

Hierro total Fe mg/l 25,00 2,3 CUMPLE CON LA

NORMA

Plomo Pb mg/l 0,50 0,092 CUMPLE CON LA

NORMA

Zinc Zn mg/l 10,00 38,00 NO CUMPLE LA

NORMA

Fuente: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina.

El cadmio y el zinc superan el límite máximo permisible para descarga al

alcantarillado público, los cuales pueden llegar hacer encapsulados por el material

cementante en la fabricación del hormigón de alto desempeño. Dicha hipótesis será

verificada con un nuevo ensayo TCLP que será realizado al diseño de hormigón de

alto desempeño.

88

3.14.2. Determinación de metales pesados Método EPA 3050 para Suelos

El ensayo se realiza para determinar la cantidad de metales pesados existentes en

una muestra de suelo usando el método de 3050, conocido como digestión ácida de

suelo por espectrofotometría de absorción atómica. Consiste básicamente en diluir

a la muestra por medios químicos hasta convertirle en material soluble, una vez

diluido el material se procede a colocarlo en la máquina Espectrofotométrica de

absorción atómica en la cual se determina la cantidad de metales pesados existentes

en una muestra expresada en mg/kg.

Los valores obtenidos del ensayo realizado a las escorias negras serán comparados

con los límites máximos permitidos que se presentan en la “Norma de calidad

Ambiental del recurso de Suelo y criterios de remediación para suelos

contaminados”, bajo el amparo de la Ley de Gestión Ambiental y del Reglamento

a la Ley de Gestión Ambiental para la prevención y control de la Contaminación

Ambiental.

Tabla 12. Criterios de calidad para suelos

Parámetros Expresado

como Unidad

Límite

máximo

permisible

Cadmio Cd mg/kg 0,50

Calcio Ca mg/kg -

Cinc Total Zn mg/kg 60,00

Cromo Total Cr mg/kg 20,00

Hierro Total Fe mg/kg -

Magnesio Total Mg mg/kg -

Plomo Total Pb mg/kg 25,00

Fuente: (Anexo 2 del libro VI del texto unificado de legislación secundaria: Norma de calidad

ambiental del recurso suelo y criterios de remediación para suelos contaminados, 2015)

89

Tabla 13. Resultados ensayo químico escoria negra

Parámetros Expresado

como Unidad ESCORIA

Cadmio Cd mg/kg 2

Calcio Ca mg/kg 80157

Cinc Total Zn mg/kg 1599

Cromo

Total Cr mg/kg 48

Hierro Total Fe mg/kg 57669

Magnesio

Total Mg mg/kg 12993

Plomo Total Pb mg/kg 89


Nota: El informe del ensayo realizado se adjunta en el Anexo 2

Tabla 14. Cuadro comparativo del ensayo en la escoria y los límites permisibles

Parámetros

Límite

máximo

permisible

ESCORIA Condición

Cadmio 0,50 2 NO CUMPLE LA NORMA

Calcio - 80157 NO EXISTE CONTROL

Cinc Total 60,00 1599 NO CUMPLE LA NORMA

Cromo Total 20,00 48 NO CUMPLE LA NORMA

Hierro Total - 57669 NO EXISTE CONTROL

Magnesio

Total - 12993 NO EXISTE CONTROL

Plomo Total 25,00 89 NO CUMPLE LA NORMA


Ninguno de los elementos analizados cumple con los requerimientos para calidad

de suelo establecido por el Ministerio del Ambiente.

90



MATEMÁTICA



MODELOS

Tabla 15. Cuadro resumen de las propiedades físicas y mecánicas de los

materiales

ENSAYO MATERIAL NORMA RESULTADOS U

DENSIDAD ABSOLUTA

DEL CEMENTO

SELVALEGRE

PLUS

NTE INEN 156 2,85 g/cm3

CONSISTENCIA DEL

CEMENTO NTE INEN 157

Para obtener una

penetración de

10mm

27%

TIEMPO DE FRAGUADO NTE INEN 158 4 h

COLORIMETRÍA

ARENA

NTE INEN 855

Blanco claro a

transparente u

ESCORIA Blanco claro a

transparente u

DENSIDAD REAL

ARENA NTE INEN 856

2,50 g/cm3

ESCORIA 3,53 g/cm3

RIPIO NTE INEN 857 2,48 g/cm3

CAPACIDAD DE

ABSORCIÓN

ARENA NTE INEN 856

2,50 %

ESCORIA 2,85 %

RIPIO NTE INEN 857 2,93 %

GRANULOMETRÍA /

MÓDULO DE FINURA

ARENA

NTE INEN 696

3.20 U

ESCORIA 3,00 U

RIPIO 6,43 U

RESISTENCIA A LA

ABRASIÓN RIPIO NTE INEN 860 21,00 %

DENSDAD APARENTE

SUELTA

ARENA

NTE INEN 858

1,45 g/cm3

ESCORIA 2,04 g/cm3

RIPIO 1,22 g/cm3

DENSDAD APARENTE

COMPACTADA

ARENA

NTE INEN 858

1,63 g/cm3

ESCORIA 2,19 g/cm3

RIPIO 1,36 g/cm3

-------------------------------------

Ing. Luz América Juinia Juiña.

Supervisión técnica

91

3.15. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN CAPÍTULO III

La escoria es un material denso supera en un 30% al peso específico de la

arena, valores que deberán ser considerados al diseñar el hormigón de alto

desempeño.

La capacidad de absorción de la escoria es un 12% mayor al de la arena.

El material grueso (ripio) es un material bien graduado, cumple con lo

establecido en la norma NTE INEN 696

La granulometría de la escoria cumple con la norma INEN 696. El material

tuvo que ser tamizado previo a la realización del ensayo, con la finalidad de

retirar el material grueso retenido en el tamiz #4.

El desgaste del agregado grueso fue de un 21% y la norma establece como

límite 50%, en cuanto a lo mencionado el material es de excelente calidad.

92

CAPÍTULLO IV

4. DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN DE ALTO DESEMPEÑO

4.1. GENERALIDADES

Diseñar un hormigón consiste en determinar la combinación correcta que permita

obtener un producto que tenga buena trabajabilidad y alcance la resistencia

especificada, para ello es necesario conocer las propiedades físicas y mecánicas de

los materiales que intervendrán en el diseño, el uso que se pretende dar al hormigón

y la resistencia a la cual estará sometido.

4.2. DOSIFICACIÓN

Se define como la cantidad de material requerido (agregado grueso, fino, agua,

material cementante, aditivo, etc.) con el que se elabora un hormigón que deberá

cumplir una determinada especificación. La dosificación puede ser expresada en

unidades de volumen o en masa, requeridos para elaborar un hormigón de

determinadas características, considerando que los agregados se hallan en

superficie saturada seca (Hidalgo & Mora, 2016). Generalmente para diseños de

hormigón de alta resistencia la dosificación es expresada en unidades de masa, de

la siguiente manera:

0.36: 1.00:1.35: 1.50

El primer valor corresponde a la cantidad de agua requerida, es un valor influyente

en la resistencia y costo del hormigón, indica que por cada kilogramo de material

cementante se requerirá 0.36 litros de agua. El segundo valor corresponde al

material cementante, la forma de expresar una dosificación resulta de dividir la

cantidad de material cementante para cada uno de los componentes del hormigón

93

requeridos para un metro cúbico. El tercer valor corresponde al agregado fino y el

último pertenece al agregado grueso. Es decir que en 50 kg de material cementante

necesitaremos 1.36 veces más de material fino y 1.5 más de material grueso.

4.3. PROBETAS DE HORMIGÓN

Son realizadas con el objetivo de evidenciar que el diseño de hormigón fue

realizado correctamente. Son tomadas durante el proceso de fabricación de la

mezcla, consideradas como testigos de la resistencia del hormigón, ya sea por un

ensayo a compresión o tracción. La norma INEN NTE 1855 recomienda la

realización mínima de dos probetas.

Las formas geométricas de las probetas dependen de la resistencia que se pretende

determinar para el caso de la resistencia a la compresión generalmente se usan

probetas cilíndricas cuya sección debe ser ½ de la altura y a su vez el tamaño del

agregado debe ser 1/3 de longitud. Cuando se requiere determinar la resistencia a

flexo tracción se usan vigas de por lo menos 15x15x50 cm (NTE INEN 872, 2011).

El tamaño nominal del agregado usado en el proyecto es de ½ pulgada por lo tanto

las probetas recomendadas serán de 100mm x 200mm. La norma es clara en cuanto

a las dimensiones mínimas para el ensayo a flexo tracción por lo tanto la dimensión

de las vigas será de 15x15x50cm.

4.3.1. Elaboración De Las Probetas

Una vez que la mezcla alcance la consistencia deseada comprobada previamente

con el cono de Abrams, se procede al vertido de la mezcla para ello es necesario un

vibrado ya sea por medios mecánicos como un compactador o por varillado de

forma manual (NTE INEN 872, 2011). La norma INEN NTE 1576 especifica qué

94

tipo de compactación usar en función del asentamiento obtenido como se muestra

en la Tabla 16.

Tabla 16. Requisitos para determinar el método de compactación

Asentamiento mm Método de compactación

≥ 25 Varillado o vibración

< 25 Vibración

Fuente: NTE INEN 1576

La mezcla se coloca en 2, 3 o 4 capas dependiendo la dimensión del molde que vaya

hacer usado. El varillado de la mezcla debe ser realizado con la misma intensidad

para cada una de las capas de vertido del hormigón. Una vez varillado se procede a

la eliminación de burbujas o espacios vacíos dejados por el varillado, para ello se

requiere de un mazo con el que se golpe exteriormente a los moldes en repeticiones

de 10 a 15 veces por cada capa de vertido de mezcla (NTE INEN 872, 2011).

El curado de las probetas comienza una vez finalizado la etapa de moldeo, la norma

NTE INEN 1576 recomienda para hormigones de 40MPa que durante las primeras

48h se mantengan en un ambiente a temperaturas de entre 20º y 26º centígrados.

Posterior al curado inicial y desmolde de las probetas, estas deberán ser sumergidas

en agua a una temperatura de 23º C o colocadas en cámaras de curado donde se

evite la pérdida de agua de las muestras (NTE INEN 872, 2011).

95

4.4. ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA ESPECIFICADA DEL HORMIGÓN

(fć= 42MPa)

Para la investigación la resistencia especificada es de fć =42MPa puesto que la

según la guía del ACI 211.R-93 un hormigón de alto desempeño es superior a los

6000 psi. La resistencia especificada (fć) dependerá de la experiencia y criterio del

profesional calculista a cargo del diseño estructural, además dependerá del tipo de

estructura que se desea conformar (Rodriguez, 2014).

Con la resistencia especificada se espera obtener un módulo de rotura no menor a

4.2 MPa. Generalmente el módulo de rotura representa el 10% al 20 % de la

resistencia a la compresión esto dependerá mucho de la calidad de los materiales

que se usen en la fabricación del hormigón (ADOCEM, 2015).

4.5. ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA PROMEDIO REQUERIDA (fćr)

Existe variación de resistencia en una misma mezcla, debido a: la calidad de los

materiales, heterogeneidad del hormigón, transporte, colocación, compactación, y

curado del concreto, a causa de esta variación el diseño de mezcla debe realizarse

con factores de mayoración que garanticen obtener resistencias superiores a la

especificada fć, a la resistencia que considera los factores de seguridad se la conoce

con el nombre de “Resistencia Promedio Requerida (fćr)” (Rodriguez, 2014). Para

la investigación no se tiene datos disponibles para establecer una desviación

estándar de la muestra, el ACI 211.4R y el ACI 318-08 presentan formulas y tablas

con las cuales se pueden determinar la resistencia requerida fćr.

96

Tabla 17. Resistencia promedio a la compresión requerida cuando no hay datos

disponibles para establecer una desviación estándar de la muestra.

Resistencia especificada a la

compresión, Mpa.

Resistencia promedio requerida a la

compresión, Mpa.

fć < 21 fćr = fć + 7.0

21 ≤ fć ≤ 35 fćr = fć + 8.3

fć > 35 fćr = 1.10 fć + 5.0

Fuente: ACI 318-08. Requisitos de regla reglamento para concreto estructural

Ecuación 2. Resistencia requerida cuando se carece de datos para una desviación

estándar

𝑓´𝑐𝑟 =𝑓𝑐+1400

0.90 𝑝𝑠𝑖 (ACI211.4R-93, 1998)

Cálculo de la resistencia requerida (fćr)

Usando la tabla 15.

𝑓´𝑐𝑟 = 1.10 ∗ 𝑓´𝑐 + 5.0

𝑓´𝑐𝑟 = 1.10 ∗ 42 + 5.0

𝑓´𝑐𝑟 = 51.2 𝑀𝑃𝑎

Usando la fórmula propuesta por el ACI211.4R

𝑓′𝑐𝑟 =𝑓´𝑐 + 1400

0.9

𝑓′𝑐𝑟 =6091 + 1400

0.9

𝒇′𝒄𝒓 = 𝟓𝟔. 𝟖𝟕 𝑴𝑷𝒂

Comparando los valores obtenidos se observa que la resistencia requerida propuesta

por el ACI 211.4R es mayor a la recomendada por el ACI318-08, en vista de que el

diseño del hormigón será realizado por el método propuesto en el ACI.211.4R, el

valor usado para el diseño será de fćr = 56.87 Psi. El objetivo del proyecto es

alcanzar una resistencia superior a los 42MPa, que es la resistencia especificada.

97

4.6. MÉTODO DEL VOLUMEN ABSOLUTO (ACI 11-4R-98 Y ACI363-2R-

98)

Para esta investigación el diseño de la dosificación se desarrolló con las sugerencias

de la guía ACI 211.4r-98 y ACI363-2R-98.

El método del volumen absoluto consiste en determinar la cantidad de agregado

fino requerido para elaborar 1yd3 de hormigón, las cantidades de cemento, agua y

agregado grueso son previamente calculados o determinados conforme a las tablas

existentes en la “Guía para la selección de las proporciones de hormigón de alta

resistencia con cemento portland y cenizas volante (ACI 211.4R)” y restadas de

1yd3 para determinar el volumen de agregado fino (Rodriguez, 2014).

4.6.1. Procedimiento para el diseño de las mezclas

El procedimiento que se describe a continuación es usado para todos los diseños de

mezclas del proyecto.

1. Información de los materiales

Para la realización de esta investigación se requiere materiales de buena

calidad, que cumplan con algunos requisitos para ser usados en la

elaboración de hormigones de alta resistencia, los cuales fueron

evidenciados en el Capítulo 3.

Los materiales que se seleccionó para la elaboración del hormigón son:

Cemento

o Cemento SELVALEGRE PLUS

Agregado grueso

o Ripio de la cantera de PIFO

98

Agregado fino

o Escoria de acero y Arena de la cantera de Pifo

Aditivo

o GLENIUM 3400 NV

Los resultados necesarios para la determinación de los componentes del hormigón,

se presentan en la Tabla 18.

Tabla 18. Resumen de resultados de las propiedades de los componentes del

hormigón de alta resistencia con escoria de acero.

ESCORIA

Densidad superficie saturada seca 3.53 g/cm3

Densidad aparente compactada 2.19 g/cm3

Capacidad de Absorción 2.85 %

Porcentaje de Humedad 2.33 %

Módulo de Finura 3.00

RIPIO

Densidad superficie saturada seca 2.48 g/cm3

Densidad aparente compactada 1.36 g/cm3

Capacidad de Absorción 2.93 %

Porcentaje de Humedad 0.26 %

Módulo de Finura 6.43

Tamaño máximo nominal 1/2 plg.

CEMENTO

Densidad Real del cemento 2.85 g/cm3


2. Selección del Asentamiento

Se debe ingresar un asentamiento antes de agregar superplastificante,

dependiendo de los valores recomendados para el asentamiento del hormigón

que se muestra en la Tabla 19 (ACI211.4R-93, 1998).

Tabla 19. Asentamiento recomendado para hormigones de alta resistencia

con y sin superplastificante.

99

Hormigón elaborado con superplastificantes

Asentamiento antes de agregar Sp. 1" - 2"

Hormigón elaborado sin superplastificantes

Asentamiento 2" - 4"

Fuente: ACI 211.4R-93, Guía para la selección de las proporciones de hormigón de alta

resistencia con cemento portland y cenizas volante.

Asentamiento seleccionado 2 Plg

3. Selección del tamaño máximo del agregado grueso

Se asume un tamaño máximo del agregado grueso dependiendo de la

resistencia requerida del hormigón indicada en la Tabla 20. Para el diseño

de esta investigación se selecciona el tamaño máximo del agregado grueso

de acuerdo a los ensayos realizados en el laboratorio.

Tabla 20. Tamaño máximo del agregado grueso

Resistencia

requerida del

hormigón (psi)

Resistencia requerida

del hormigón

(kg/cm2)

Tamaño máximo del

agregado grueso

< 9000 < 630 3/4” - 1"

> 9000 > 630 3/8" - 1/2"

Cuando se usan HRWR y agregados gruesos seleccionados, las

resistencias a la compresión del hormigón en el rango de 9000 a

12,000 psi pueden ser alcanzadas usando Mayores que los

agregados gruesos de tamaño máximo nominal recomendados de

hasta 1 plg



TNM. ASUMIDO: 1/2 Plg

100

4. Selección del contenido óptimo de agregado grueso

Usando la Tabla 21 y conociendo el tamaño nominal máximo, se encuentra el

volumen de agregado grueso. La Tabla 21 es recomendada para agregados finos

con módulo de finura de 2,5 a 3,2. En nuestro caso el TNM es ½” y el módulo

de finura del agregado fino es 3 por lo cual el volumen será 0.68yd3. Una vez

seleccionado el contenido del agregado grueso, se calcula la masa del agregado

grueso por yd3 de hormigón utilizando la Ecuación 3.

Ecuación 3. Peso del agregado grueso

Tabla 21. Volumen recomendado del agregado grueso por unidad de volumen

de hormigón.

Contenido óptimo de agregado grueso nominal, Tamaños máximos de los

agregados que se utiliza con Escoria con Módulo de finura 2,5 a 3,2

Tamaño nominal máximo (plg) 3/8 1/2 3/4 1

Volumen fraccionario de horno agregado grueso

seco superficial 0.65 0.68 0.72 0.75

* Los volúmenes se basan en agregados en condiciones de rodado en horno como se

describe en ASTM C 29 para el peso unitario de los agregados

Fuente: ACI 211.4R-93, Guía para la selección de las proporciones de hormigón de alta resistencia

con cemento portland y cenizas volante.

Factor de árido grueso = 0.68 yd3

Densidad Ap. Comp. = 85.15016899 l/ft3

Factor de conversión = 27

PESO SECO DEL AGREGADO

GRUESO 1563.36 lb

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 = (0.68 ∗ 85,15) ∗ 27

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 = (𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐴𝑟𝑖𝑑𝑜 𝐺𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 ∗ 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎. 𝑐. ) ∗ 27

101

5. Estimación del agua de mezclado y el contenido de aire

Para el cálculo de la cantidad de agua por unidad de volumen de hormigón se

debe tener un asentamiento especificado de 2plg y a su vez está relacionado con

el tamaño máximo del agregado grueso, en nuestro caso es de ½ plg. Para

determinar el agua de mezclado nos basamos en la Tabla 22. La tabla es

aplicable cuando se tiene un contenido de vacíos no mayor al 35%, caso

contrario se realiza una corrección del mismo. Para calcular el contenido de

vacíos de agregado fino se lo realiza por medio de la Ecuación 4, Volumen de

vacíos (ACI211.4R-93, 1998).

Ecuación 5.Ajuste de agua.

Tabla 22. Primera estimación de la mezcla agua y aire fresco contenido

de base de hormigón sobre el uso de la Arena vacíos con el 35%

ASENTAMIENTO

MEZCLA DE AGUA (lb/yd3)

T.M.N. AGREGADO; pulgadas

3/8" 1/2" 3/4" 1"

1 2 310 295 285 280

2 3 320 310 295 290

3 4 330 320 305 300

Aire Atrapado < 35% 3.0% 2.5% 2.0% 1.5%

Aire Atrapado > 35% 2.5% 2.0% 1.5% 1.0%



𝑉(%) = [1 −𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎.𝑐.

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜] ∗ 100 (ACI211.4R-93, 1998)

𝐴𝑗𝑢𝑠𝑡𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 8𝑙𝑏

𝑦𝑑3 ∗ (%𝑉 − 35%) (ACI211.4R-93, 1998)

𝑉(%) = [1 −2.19.

3.53] ∗ 100

𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠. 𝑉(%) = 37.9%

102

Como el porcentaje de vacíos dio mayor al 35%, se requiere de un ajuste

para el agua de mezclado por medio de la Ecuación 5.Ajuste de agua.

6. Selección de la relación agua / material cementicio W/(C+P)

La relación se calcula dividiendo la masa de agua de mezclado entre la masa

combinada del cemento. Se usan las Tabla 23 y Tabla 24, como

recomendación del máximo w/(c+p), están relacionadas con el tamaño

máximo del agregado grueso para obtener diferentes resistencias a la

compresión a los 28 días.

Tabla 23.Máximo recomendado w / (c+p) para hormigones sin HRWR

Resistencia

promedio f´cr Edad

(días)

w / (c+p)

T.N.M. AGREGADO (pulgadas)

Psi Kg/cm2 3/8" 1/2" 3/4" 1"

7000 492.15 28 0.42 0.41 0.4 0.39

8000 562.46 28 0.35 0.34 0.33 0.33

9000 632.76 28 0.3 0.29 0.29 0.28

10000 703.07 28 0.26 0.26 0.25 0.25



𝑀𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐴𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑎 = 8𝑙𝑏

𝑦𝑑3 ∗ (37.9% − 35%)

𝑀𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐴𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑎 = 23.47𝑙𝑏

𝑦𝑑3

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑇𝑎𝑏𝑙𝑎#) = 310𝑙𝑏

𝑦𝑑3

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 310𝑙𝑏

𝑦𝑑3 + 23.47𝑙𝑏

𝑦𝑑3

𝑪𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟑𝟑𝟑. 𝟒𝟕𝒍𝒃

𝒚𝒅𝟑

103

Tabla 24. Máximo recomendado w / (c+p) para hormigones con HRWR

Resistencia promedio

f´cr Edad

(días)

w / (c+p)

T.N.M. AGREGADO

(pulgadas)

Psi Kg/cm2 3/8" 1/2" 3/4" 1"

7000 492.15 28 0.50 0.48 0.45 0.43

8000 562.46 28 0.44 0.42 0.40 0.38

9000 632.76 28 0.38 0.36 0.35 0.34

10000 703.07 28 0.33 0.32 0.31 0.30

11000 773.38 28 0.30 0.29 0.27 0.27

12000 843.68 28 0.27 0.26 0.25 0.25



Para poder obtener la relación w/(c+p), se calcula la resistencia promedio la

cual debe ser ajustada para poder usar las Tabla 1y Tabla 24.

6.1. Resistencia promedio sin ajuste:

6.2. Resistencia promedio con ajuste (Para poder entrar en las Tablas

21 y 22.)

De los anteriores pasos se tiene el tamaño nominal de ½ plg, con estos datos

ingresamos a la Tabla 23, luego se debe realizar una interpolación para

encontrar la relación w/(c+p).

w / (c+p) = 0.38 Por interpolación

𝑓´𝑐𝑟 =𝑓´𝑐+1400

0.90 (Psi)

𝑓´𝑐𝑟 =6091.58+1400

0.90 (Psi)

𝒇´𝒄𝒓 = 𝟖𝟑𝟐𝟑. 𝟗𝟖 (Psi)

0.9 ∗ 𝑓´𝑐𝑟 = 𝑓´𝑐 + 1400 (Psi)

𝑓´𝑐𝑟 = 7491.98(Psi)

104

7. Cálculo del contenido de material cementante

Conocido ya la cantidad de agua total (333.47 lb/yd3), se divide para la

relación w/(c+p), así encontrando el contenido de material cementoso.

CEMENTO= 877.5614358 lb

8. Proporciones de la mezcla

𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 877.56 𝑙𝑏

2.85g

c𝑚3∗62.43𝑙𝑏

𝑓𝑡3

𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 4.93 𝑓𝑡3

𝑅𝑖𝑝𝑖𝑜 = 1563.36 𝑙𝑏

2.48g

c𝑚3∗62.43𝑙𝑏

𝑓𝑡3

𝑅𝑖𝑝𝑖𝑜 = 10.10 𝑓𝑡3

𝐴𝑔𝑢𝑎 = 333.47 𝑙𝑏

1g

c𝑚3∗62.43𝑙𝑏

𝑓𝑡3

Agua= 5.34 𝑓𝑡3

𝐴𝑖𝑟𝑒 = 0.02 𝑙𝑏

𝑦𝑑3 ∗ 27 𝑓𝑡3 𝐴𝑖𝑟𝑒 = 0.54 𝑓𝑡3

Subtotal: 20.91 ft3

Agregado fino “Escoria de acero” = 27 - 20.91 = 6.09 ft3

9. La cantidad de agregado fino “Escoria de acero” en lb para 1 yd3 es:

Para determinar la cantidad en masa de escoria necesaria para producir una

yarda cubica se debe multiplicar el volumen hallado por el peso específico del

agregado fino.

Agregado fino “Escoria de acero” = 6.09𝑓𝑡3 ∗ 3.53g

c𝑚3∗ 62.43

Agregado fino “Escoria de acero” = 1341.99 lb

CEMENTO =𝑤𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝑤/(𝑐+𝑝)

CEMENTO =333.47

0.38

105

10. Las proporciones de mezcla en peso serán:

Cemento 877.56 lb

Ripio 1563.35 Lb

Escoria 1341.99 Lb

Agua 333.47 Lb

Total 4116.38 Lb

11. Dosificación final de la mezcla sin considerar aditivo

Para determinar la dosificación se divide a la masa del cemento para cada

uno de los elementos constituyentes del hormigón.

DOSIFICACIÓN AL PESO

ESCORIA DE ACERO

Cemento 1

Ripio 1.78

Escoria 1.53

Agua 0.38

12. Mezcla de prueba

Se calcula la cantidad de hormigón que se requiere para la elaboración de 4

probetas, se estima que cada probeta de ϕ= 10cm y h= 20cm pesa

aproximadamente 5kg, por lo tanto, la masa de hormigón requerida será de

20kg. La suma de los valores de valores obtenidos en la dosificación será

dividida para los 20kg, el valor obtenido será el material cementante

expresado en masa (kg).

Suma de valores dosificación = 1C+1.78C+1.53C+0.38C = 4.69C

12.1. Cantidad de cemento para 4 cilindros

4.69C = 20kg ˃˃˃ C = 4.26 kg

106

12.2. Cantidad de material requerido para 4 cilindros

MATERIAL M. DE PRUEBA (Kg) DOSIFICACIÓN

Cemento 4,26 1

Ripio 7,58 1,78

Escoria 6,52 1,53

Agua 1,62 0,38


13. Corrección por humedad

Se debe determinar la cantidad de agua que contienen los agregados antes

de proceder a la elaboración de la mezcla. Los agregados deben ser secados

en un horno por 24 horas. Secado el material se procede a la determinación

del contenido de humedad de los agregados.

Ajuste por el contenido de agua de los agregados

Contenido de humedad del agregado grueso = 0.26 %

Contenido de humedad del agregado fino = 2.33 %

contenido de agua en arena 0.03 kg

contenido de agua en ripio 0.20 kg


14. Cantidades definitivas

CANTIDADES DEFINITIVAS PARA LA MEZCLA

MATERIAL CANTIDAD u

Cemento 4.26 kg

Agua 1.86 kg

Ripio 7.40 kg

Escoria 6.49 kg

ADITIVO 200ml/100kg 6.4 ml


El procedimiento descrito fue realizado para cada una de las dosificaciones

realizadas en el proyecto de investigación. La cantidad de aditivo requerida en las

mezclas fue realizada en base a las recomendaciones del proveedor.

107

4.7. MEZCLAS DE PRUEBA

Las mezclas de prueba se utilizan para verificar la dosificación calculada y así

mejorar el rendimiento y trabajabilidad del hormigón, a su vez permite ajustar la

cantidad de aditivo requerido para obtener mejores propiedades en el hormigón

fresco y endurecido. Se realizan mezclas de prueba con diferente relación

agua/cemento y con variantes de agregado fino (arena y escoria). Los cuales fueron

ensayados a los 7 días, tiempo en el cual, según la investigación llevada en el

Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, se espera obtener el 65%

de la resistencia requerida.

La cantidad de aditivo que se coloca en la mezcla dependerá de las especificaciones

técnicas del proveedor, como el aditivo que se usa es líquido y es soluble, se debe

agregar en la mezcla en forma de solución en el agua, la cantidad usada de tal

solución se debe incluir en los cálculos del contenido de agua. (NTE INEN 3124,

2016). Para la presente investigación se realizan cuatro mezclas de prueba a

continuación detalladas:

Mezcla de Prueba 1 (arena – ripio), relación agua cemento 0.38

Mezcla de Prueba 2 (arena – ripio), relación agua cemento 0.34

Mezcla de Prueba 3 (escoria – ripio), relación agua cemento 0.38

Mezcla de Prueba 4 (escoria – ripio), relación agua cemento 0.34

108

4.7.1. Mezcla de Prueba 1 (Arena- Ripio), relación A/C=0.38, método: ACI

211-4R-93

Se realizarán 4 probetas de dimensiones de 10x20 cm. Se estima que cada probeta

tiene una masa de 5kg

DATOS

MATERIAL Dsss

(g/cm3)

Densidad Ap.

Comp. (g/cm3)

% de

Absorción

% de

Humedad MF

Arena 2.50 1.63 2.50 0.46 3.20

Ripio 2.48 1.36 2.93 0.79 6.43

CEMENTO 2.85

f´c = 42 Mpa

# CILINDROS DE PRUEBA 4

MASA CILINDRO 5 kg

MASA TOTAL 20 kg

MATERIAL M. DE PRUEBA DOSIFICACIÓN

Cemento 4.35 1.00

Ripio 8.31 1.91

Arena 5.69 1.31

Agua 1.65 0.38




contenido de agua en arena -0.150 Kg

contenido de agua en ripio 0.205 Kg


MATERIAL CANTIDAD U

Cemento 4.35 Kg

Agua 1.71 Kg

Ripio 8.10 Kg

Arena 5.84 Kg

ADITIVO 6.6 ml

109

4.7.2. Mezcla de Prueba 2 (Arena- Ripio), relación A/C=0.34, método: ACI

211-4R-98



# CILINDROS 4

MASA TOTAL DEL CILINDRO 5 Kg

MASA TOTAL 20 Kg

MATERIAL CANTIDAD (Kg) DOSIFICACIÓN

Cemento 4.84 1.00

Ripio 8.25 1.71

Arena 5.23 1.08

Agua 1.65 0.34

Aditivo 6.91 Ml




agua en arena -0.138 Kg

agua en ripio 0.204 Kg


MATERIAL CANTIDAD unidades

Cemento 4.84 Kg

Agua 1.72 Kg

Ripio 8.05 Kg

Arena 5.37 Kg

ADITIVO 9.21 Ml

Mezcla de prueba 1 y 2 (Arena-ripio)

Para determinar las dosificaciones de las mezclas, se usó el método descrito en

método ACI.211.4R-93. Los componentes de las mezclas son; arena, ripio,

cemento puzolánico Selvalegre Plus y aditivo Glenium 3400Ns. La elaboración de

110

las mezclas se las realiza en una concretera pequeña conocida como Planetaria. La

relación agua/cemento de estas mezclas son de 0.38 y 0.34.

4.7.3. Mezcla De Prueba 3 (Escoria- Ripio), relación A/C=0.34, método: ACI

211-4R-98



DATOS

MATERIAL Dsss

(g/cm3)

Densidad Ap.

Comp. (g/cm3)

34% de

Absorció

n

% de

Hume

dad

MF

Escoria 3.53 2.19 2.85 4.97 3.00

Ripio 2.48 1.36 2.93 0.39 6.43

CEMENTO 2.85

f´c = 42 Mpa

Dosificación

MATERIAL DOSIFICACIÓN

Cemento 1.00

Ripio 1,78

Arena 1,53

Agua 0,38

Mezcla de prueba

# CILINDROS 4


MASA TOTAL 20 Kg


Cemento 4,26 1.00

Ripio 7,6 1,78

Arena 6,52 1,53

Agua 1,62 0,38

111




contenido de agua en escoria 0.03 Kg



MATERIAL CANTIDAD U

Cemento 4.26 Kg

Agua 1.86 Kg

Ripio 7.40 Kg

Escoria 6.49 Kg

ADITIVO 8.53 ml

4.7.4. Mezcla de Prueba 4 (Escoria- Ripio), relación A/C=0.34, método: ACI

211-4R-98



# CILINDROS 4


MASA TOTAL 20 Kg


Cemento 4.79 1.00

Ripio 7.64 1.59

Escoria 5.93 1.24

Agua 1.63 0.34

Aditivo 7.19 Ml




Contenido de agua en la escoria 0.03 Kg

Contenido de agua en el ripio 0.20 Kg

112



Cemento 4.79 Kg

Agua 1.86 Kg

Ripio 7.44 Kg

Escoria 5.90 Kg

ADITIVO 9.59 Ml

Mezcla de prueba 3 y 4 (Escoria-ripio)

Para determinar las dosificaciones de las mezclas se usó el método descrito en el

ACI.211.4R-93. Los componentes de las mezclas son; escoria, ripio, cemento

puzolánico Selvalegre Plus y aditivo Glenium 3400Ns. La elaboración de las

mezclas se las realiza en la Planetaria. La relación agua/cemento de estas mezclas

son de 0.38 y 0.34. Por lo cual se realiza el vertido del hormigón en 3 probetas

cilíndricas que serán usadas para determinar la resistencia a la compresión a los 7

días.

4.8. MEZCLA 5 (ARENA-RIPIO RELACION A/C= 0.38) Y MEZCLA 6

(ESCORIA-RIPO A/C= 0.38)

Uno de los objetivos de la investigación es comparar las resistencias a la

compresión de cada una de las combinaciones de mezclas, para realizar dicho

análisis y acogiéndose a la recomendación de la norma NTE INEN 1855-2 que dice:

“Para cada ensayo de resistencia deben elaborarse por lo menos dos especímenes

de ensayo de mezclas tomadas. Un ensayo será el resultado del promedio de las

resistencias de los especímenes ensayados a la edad especificada.”

Se realizan 9 probetas que serán ensayadas a los 7, 14 y 28 días, los valores

obtenidos serán promediados y se procederá a realizar un análisis comparativo entre

las combinaciones de mezclas realizadas. Para la combinación “Mezcla 6 escoria-

113

ripio” se plantea la elaboración adicional de 3 vigas de 15x15x50 cm que serán

usadas para determinar la resistencia a flexión y 3 cilindros de 10 x 20 para

determinar la resistencia a los 56 días.

4.8.1. Mezcla 5 Combinación (Arena- Ripio- Agua) método: ACI 211-4r-93

Se realizan 9 probetas de dimensiones de 10x20 cm. Cada una se estima tiene una

masa de 5kg

Mezcla definitiva patrón (ARENA)

# CILINDROS 9 #

MASA DEL CILINDRO: 5 Kg

MASA TOTAL 45 Kg


Cemento 9.90 1.00

Ripio 18.69 1.89

Arena 12.70 1.28

Agua 3.72 0.38

Aditivo 14.84 Ml




Contenido de agua en la arena 0.21717 Kg

Contenido de agua en el ripio 0.461643 Kg



Cemento 9.90 Kg

Agua 4.40 Kg

Ripio 18.23 Kg

Arena 12.48 Kg

ADITIVO 19.8 ml

Observación:

La mezcla tuvo un asentamiento de 45 mm. Dosificación de aditivo 200ml/100kg.

Presenta una adecuada trabajabilidad y no existe exudación, ni segregación.

114

4.8.2. Mezcla 6 Combinación (Escoria- Ripio) Metodo: Aci 211-4r-98

Se realizan 3 vigas de 50x15x15 cm y 12 probetas de 10cm x 20cm. Se asume un

aproximado de 33 cilindros para estimar la cantidad de mezcla requerida.

Mezcla definitiva

# # CILINDROS 33

masa cilindro 5 Kg

masa total 165 Kg


Cemento 35.18 1.00

Ripio 62.67 1.78

Escoria 53.79 1.53

Agua 13.37 0.38

Aditivo 70.35 ml




contenido de agua en escoria -1.08 Kg




Cemento 35.18 Kg

Agua 13.88 Kg

Ripio 61.07 Kg

Escoria 54.87 Kg

ADITIVO 70.35 ml

Observación:

La mezcla tuvo un asentamiento de 40 mm, la dosificación de aditivo 200ml/100kg,

no existe exudación del hormigón y la cantidad de agua es adecuada para hidratar

la cantidad de cemento existente en la mezcla.

115

4.9. MEZCLA 7 DEFINITIVA RELACION AGUA /CEMENTO = 0.36

(ESCORIA- RIPIO- AGUA- CEMENTO PORTLAND)

La mezcla 7 servirá para obtener las propiedades mecánicas del hormigón tales

como: resistencia a la compresión, módulo de rotura, módulo de elasticidad,

resistencia al desgaste y análisis de lixiviados. Los valores obtenidos serán usados

como datos para el diseño de una losa de hormigón para un pavimento rígido.

Dosificación

Cemento 1

Ripio 1.69

Escoria 1.38

Agua 0.36

Para esta dosificación se realizarán 12 probetas de 10x20 cm, 3 probetas de 15x30

cm, 3 vigas de 50x15x15 cm y 3 placas de 15x15x15 cm. Se asume un aproximado

de 44 cilindros para la cantidad de mezcla requerida.

Mezcla definitiva

# CILINDROS 44 #

masa cilindro 5 Kg

masa total 220 Kg


Cemento 49.65 1.00

Ripio 83.79 1.69

Escoria 68.69 1.38

Agua 17.87 0.36

Aditivo 99.30 ml



Contenido de humedad del agregado fino = 2 %

contenido de agua en arena 0.34 Kg


116

MATERIAL CANTIDAD U

Cemento 49.65 Kg

Agua 19.33 Kg

Ripio 82.68 Kg

Arena 68.35 Kg

Aditivo 99.3 Ml

La mezcla 7 tiene una consistencia de 4 cm, con buena trabajabilidad, no presenta

segregación, ni exudación. La mezcla 7 se realiza una con una relación agua /

cemento de 0.36, se espera tener una resistencia mayor a las mezclas realizadas.

117

CAPÍTULLO V

5. RESULTADO DE LOS ENSAYOS PROPUESTOS

5.1. DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

Ensayo realizado en probetas cilíndricas de acuerdo a la norma ASTM C 39M (NTE

INEN 1573), “Método de Ensayo de Resistencia a la compresión de especímenes

cilíndricos de hormigón”. La resistencia a la compresión es la principal

característica mecánica del hormigón endurecido, se expresa en términos de

esfuerzo (kg/cm2 o MPa).

Para la preparación de los cilindros de hormigón, se procede a retirar de la cámara

de curado los cilindros a ensayarse y se deja en reposar durante 15 minutos mínimo

para colocar en sus dos caras una capa de capping antes de ensayar en la máquina

de compresión.

Fotografía 2. Colocación de capping en los cilindros de hormigón


118

El ensayo consiste en aplicar una carga axial de compresión a los cilindros de

hormigón. La velocidad de aplicación de la carga debe estar entre los límites

estipulados y esta debe continuar aplicándose hasta cuando se tenga certeza de que

se ha alcanzado la capacidad máxima y el indicador de carga señale que está

disminuyendo de manera constante (INECYC, 2016).

La máquina de ensayo debe estar equipada con dos bloques de carga de acero con

caras endurecidas, uno de los cuales es un bloque esférico que se apoya sobre la

superficie superior del espécimen y el otro es un bloque sólido sobre el cual se

asienta el espécimen. Las caras de contacto de los bloques de carga deben tener una

dimensión mínima de al menos 3% mayor que el diámetro del espécimen a ser

ensayado (NTE INEN 1573, 2010).

Fotografía 3. Máquina Universal de 100 Tn, Universidad Central del Ecuador, Carrera Ingeniería

Civil

Fuente: NTE INEN 1573, 2010

Al realizar los ensayos de compresión en los cilindros de hormigón se producen

algunos tipos de fracturas los cuales se observan en la Ilustración 18.

119

Ilustración 18. Esquema de los modelos de fractura típicos

Fuente: NTE INEN 1573, 2010

Tabla 23. Tolerancias para rotura de cilindros a compresión

ESPECÍMENES

Variación en el diámetro del cilindro 2%

Verticalidad del eje 0.5°

TIEMPO DE ROTURA

Edad Tolerancia

24 horas ± 0.5 Horas

3 días 2 Horas

7 días 6 Horas

28 días 20 Horas

90 días 2 días

VELOCIDAD DE APLICACIÓN DE CARGA

Diámetro (mm) MPa/s kN / s

150 0,20 a

0,30

3.53 a 5.30

100 1.57 a 2.36

Fuente: (INECYC, 2016)

120

5.1.1. Resultados de la resistencia a la compresión de las mezclas de prueba

MEZCLA DE PRUEBA 1 Y 3

a/c: 0.38 f´c: 42 MPa

MEZCLA Fecha de

realización

Fecha de

ensayo

Edad

Días

Muestra

N°

Diámetro

Promedio

(cm)

Área de

Cilindro

Carga

kg

Resistencia

Compresión

(kg/cm2)

Promedio

(MPa) Porcentaje (%)

ARENA

Asent: 4.5cm

9/2/2017 16/2/2017

7

1 10.30 83.32 33040 396.5

37.7 90 9/2/2017 16/2/2017 2 10.30 83.32 31550 378.7

9/2/2017 16/2/2017 3 10.40 84.95 32100 377.9

ESCORIA

Asent: 5 cm

9/2/2017 16/2/2017

7

1 10.30 83.32 33040 396.5

36.0 86 9/2/2017 16/2/2017 2 10.20 81.71 29600 362.2

9/2/2017 16/2/2017 3 10.30 83.32 28650 343.8

MEZCLA DE PRUEBA 2 Y 4

a/c: 0.34 f´c: 42 MPa

MEZCLA Fecha de

realización

Fecha de

ensayo

Edad

Días

Muestra

N°

Diámetro

Promedio

(cm)

Área de

Cilindro

Carga

kg

Resistencia

Compresión

(kg/cm2)

Promedio


ARENA

Asent: 2.5 cm

9/2/2017 16/2/2017

7

1 10 78.54 38610 491.6

46.1 110 9/2/2017 16/2/2017 2 10.4 84.95 40380 475.4

9/2/2017 16/2/2017 3 10.2 81.71 36280 444.0

ESCORIA

Asent: 2cm

9/2/2017 16/2/2017

7

1 10.1 80.12 28980 361.8

39.2 93 9/2/2017 16/2/2017 2 10.1 80.12 31400 391.9

9/2/2017 16/2/2017 3 10.3 83.32 34390 412.7

121

5.1.1.1. Análisis e interpretación mezclas de prueba

En la mezcla de prueba 1 se obtiene el 90 % mientras que en la mezcla 3 se

obtiene el 86% de la resistencia especificada. Las mezclas de prueba 2 y 4

tienen relación agua-cemento de 0.34, presentan poca trabajabilidad, debido a

esto la compactacion con varillado se torna complicada. Al reducir esta relación

se encarece el proyecto, ya que se requiere en la mezcla mayor cantidad de

material cementante, teniendo este material mayor costo que el resto de

materiales que conforma el hormigón.

Las probetas correspondientes a la mezcla de prueba 2 (arena-ripio), superan a

la resistencia especificada en un 10%, mientras que las probetas de la mezcla de

prueba 4 (escoria-ripio) alcanzan el 93% de la resistencia especificada. De

acuerdo a lo mencionado se escoge la mezcla de prueba 1 y 2 para realizar las

mezclas 5 y 6 con relación a/c de 0.38 , debido a que superan en un 70% la

resistencia esperada a los 7 dias y requieren de menor cantidad de material

cementante. .

122

5.1.2. Resultado de la resistencia a la compresión Mezcla 5 (Arena-Ripio-Cemento Portland)


MEZCLA 5

PATRÓN (ARENA- RIPIO)

Asentamiento: 4,5 cm w/(c+p): 0.38 f´c: 42 MPa

Fecha de

realización

Fecha de

ensayo

Edad

Días

Muestra

N°

Diámetro

Promedio

(cm)

Área de

Cilindro

Carga

kg

Resistencia

Compresión

(kg/cm2)

Prome

dio

(MPa)

Porcentaje

(%)

16/2/2017 23/2/2017

7

1 10.30 83.32 33100 397.2

38.7

92

16/2/2017 23/2/2017 2 10.30 83.32 32000 384.1

16/2/2017 23/2/2017 3 10.40 84.95 34100 401.4

16/2/2017 2/3/2017

14

4 10.30 83.32 38020 456.3

44.8 107 16/2/2017 2/3/2017 5 10.30 83.32 38100 457.3

16/2/2017 2/3/2017 6 10.00 78.54 35960 457.9

16/2/2017 16/3/2017

28

7 10.00 78.54 38500 490.2

47.5 113 16/2/2017 16/3/2017 8 10.20 81.71 39390 482.1

16/2/2017 16/3/2017 9 10.10 80.12 38400 479.3

123

5.1.2.1. Curva Resistencia Vs Tiempo de la Mezcla 5 (Arena-Ripio-Cemento Portland)

RESISTENCIA ESPECIFICADA f´c= 42 MPa

28; 47,45

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 25 30

Esfu

erzo

(M

Pa)

edad (dias)

MEZCLA 5

124

5.1.3. Resultado de la resistencia a la compresión Mezcla 6 (Escoria-Ripio-Cemento Portland)


MEZCLA 6 (ESCORIA- RIPIO)

Asentamiento: 3.0 cm w/(c+p): 0.38 f´c: 42 MPa

Fecha de realización Fecha de

ensayo

Edad

Días

Muestr

a N°

Diámetro

Promedio

(cm)

Área de

Cilindro

Carga

kg

Resistencia

Compresión

(kg/cm2)

Promedio


7/3/2017 14/3/2017

7

1 10.1 80.12 29000 362

35.1

83

7/3/2017 14/3/2017 2 10.2 81.71 28700 351.2

7/3/2017 14/3/2017 3 10 78.54 28200 359.1

7/3/2017 21/3/2017

14

4 10.1 80.12 32900 410.6

40.9

97

7/3/2017 21/3/2017 5 10.1 80.12 33200 414.4

7/3/2017 21/3/2017 6 10 78.54 33500 426.5

7/3/2017 4/4/2017

28

7 10.3 83.32 40100 481.3

46.6

111

7/3/2017 4/4/2017 8 10.1 80.12 38100 475.6

7/3/2017 4/4/2017 9 10.2 81.71 38300 468.7

7/3/2017 2/5/2017

56

10 10.2 81.71 40200 491.97

48.6 116 7/3/2017 2/5/2017 11 10.2 81.71 40000 499.26

7/3/2017 2/5/2017 12 10.3 83.32 40400 494.41

125

5.1.3.1. Curva Resistencia Vs Tiempo Mezcla 6 (Escoria-Ripio-Cemento Portland)

RESISTENCIA ESPECIFICADA f´c= 42 MPa

0; 0

7; 35,05

14; 40,91

28; 46,6156; 48,6

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60

Esfu

erzo

(M

Pa)

edad (dias)

MEZCLA 6

126

5.1.4. Resultados de la Mezcla 5 Y Mezcla 6

Tabla 25. Resumen de resultados obtenidos

MEZCLAS 5 (ARENA-RIPIO) 6 (ESCORIA-RIPIO)

EDAD

w/c = 0.38 w/c = 0.36

Resistencia a la compresión

Mpa % Mpa %

7 38.7 92 35.1 83

14 44.8 107 40.9 97

28 47.5 113 46.6 111


Gráfica 1. Resumen de resistencias a la compresión entre el diseño patrón y el diseño investigado


MEZCLA 6

MEZCLA 5

0

10

20

30

40

50

7 14 28

MEZCLA 6 38,7 44,8 47,5

MEZCLA 5 35,1 40,9 46,6

Títu

lo d

el e

je

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

127

La resistencia inicial de la mezcla 5 cuyos componentes son agregados naturales es

mayor al de la mezcla 6 realizada con escoria como agregado fino. La mezcla 5

alcanza una resistencia de 47.75 MPa, superando a la resistencia especificada de 42

MPa en un 13%. La mezcla 6 alcanza una resistencia a los 28 días de 46.60 Mpa,

superando a la resistencia especificada en un 11%.

La norma ACI 211.4R-98, hace notar que el 90% de la resistencia obtenida en el

laboratorio, se consigue en el campo y bajo condiciones ideales. Es por ello que en

la investigación se realiza la “Mezcla definitiva 7”, disminuyendo la relación agua

/cemento, con el objetivo de aumentar la resistencia del hormigón y aumentar el

rango de seguridad de la mezcla.

128

5.1.5. Resultado de la resistencia a la compresión Mezcla Definitiva 7 (Escoria-Ripio-Cemento Portland)


MEZCLA 7 (ESCORIA- RIPIO) a/c: 0.36

Asentamiento: 3 cm w/(c+p): 0.36 f´c: 42

MPa

Fecha de

realización

Fecha de

ensayo

Edad

Días

Muestra

N°

Diámetro

Promedio (cm)

Área de

Cilindro

Carga

kg

Resistencia

Compresión

(kg/cm2)

Promedio

(MPa)

Porcentaje

(%)

23/3/2017 30/3/2017

7

1 10.1 80.12 32200 401.9

41.4 98 23/3/2017 30/3/2017 2 10.3 83.32 35900 430.9

23/3/2017 30/3/2017 3 10.3 83.32 36000 432.1

23/3/2017 6/4/2017

14

4 10.3 83.32 37600 451.3

45.7 109 23/3/2017 6/4/2017 5 10.3 83.32 39500 474.1

23/3/2017 6/4/2017 6 10.2 81.71 38500 471.2

23/3/2017 20/4/2017

28

7 10.2 81.71 42700 522.6

49.6 118 23/3/2017 20/4/2017 8 10.2 81.71 40100 490.7

23/3/2017 20/4/2017 9 10.2 81.71 40300 503.1

23/3/2017 18/5/2017

56

10 10.2 81.71 42300 517.7

50.1 119 23/3/2017 18/5/2017 11 10.3 83.32 41900 502.9

23/3/2017 18/5/2017 12 10.1 808.12 40900 510.5

129

5.1.5.1. Curva Resistencia Vs Tiempo de la Mezcla 6 (Escoria-Ripio-Cemento Portland)

f´c: 42 MPa

0; 0

7; 41

14; 46

28; 50 56; 50,05

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60

RES

ISTE

NC

IA (

MP

a)

TIEMPO (Días)

CURVA TIEMPO VS RESISTENCIA

130

5.1.6. Análisis e interpretación de resultados Mezclas 6 Y Mezcla 7

Tabla 26. Resumen de resultados obtenidos

COMPARACIÓN ENTRE LOS PROMEDIOS DE LA

RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE LAS DOS MEZCLAS

MEZCLAS ESCORIA-RIPIO ESCORIA-RIPIO

AGUA – CEMENTO w/c= 0.38 w/c= 0.36

MUESTRA EDAD

(DÍAS)

RESISTENCIA RESISTENCIA

(MPa) (%) (MPa) (%)

1 7 35.1 83 41.4 98

2 14 40.9 97 45.7 109

3 28 46.6 111 49.6 118

4 56 48.6 112 50.1 119

Gráfica 2. Diferencia de resistencia entre las mezclas 6 y 7


La resistencia a los 7 días de la mezcla 7 excede en un 15,21% a la resistencia de la

mezcla 6, a los 14 días la resistencia de la mezcla 7 excede a la de la mezcla 6 en

10,50%. A los 28 días la mezcla 7 excede en 6% a la resistencia de la mezcla 6. La

resistencia obtenida a los 28 días de la mezcla 7 fue de 49,6 superando en un 18%

a la resistencia especificada.

ESCORIA-RIPIOESCORIA-RIPIO

0

10

20

30

40

50

60

7 14 28 56

ESCORIA-RIPIO 35,1 40,9 46,6 48,6

ESCORIA-RIPIO 41,4 45,7 49,6 50,1

RES

ISTE

NC

IA (

MP

a)

RESISTENCIAS A EDADES DE 7,14 Y 28 DÍAS

131

5.1.7. Resistencia característica de la mezcla 7 según Montoya- Meseguer-

Morán

El presente método consiste en que una vez obtenida la resistencia a la compresión

simple promedio, que esta es función de la resistencia característica f`ck, siendo la

resistencia característica del hormigón un valor que representa alrededor de un 95%

de confiabilidad, de esta manera decimos que existe la probabilidad de que se

presenten valores individuales de resistencia de los cilindros de hormigón más altos

que f`c (Romo, 2008).

Ilustración 19. Distribución Estadística Normal

Fuente: (Romo, 2008)

Ecuación 6. Resistencia característica

𝑓´𝑐𝑘 = 𝑓´𝑐𝑚 ∗ (1 − 1,64𝛿)

132

Dónde:

f´cm = Resistencia promedio o Resistencia Media

δ = Coeficiente de variación que depende de la fabricación del hormigón, en cuanto

a las diferentes resistencias

Ecuación 7. Coeficiente de variación

𝛿 = √1

𝑛∑(

𝑓𝑐𝑖 − 𝑓𝑐𝑚

𝑓𝑐𝑚)2𝑛

𝑖=1

Tabla 27. Resistencia característica de la Mezcla Definitiva 7

Muestras Resistencia (Mpa) delta f´ck (Mpa)

1 51,25

0,0260 47,46 2 48,12

3 49,34

Promedio 49,57


133

5.1.8. Densidad de los cilindros de hormigón según la norma NTE INEN

1573

Cuando se requiere la densidad del espécimen con una aproximación de 10kg/m3,

se recomienda usar la siguiente formula.

𝑫𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 = 𝑾

𝑽

Para la realización del ensayo se debe medir la masa de los cilindros de hormigón

en una balanza seguidamente de haberlos retirado de la cámara de curado, se toman

las medidas del cilindro, tanto su altura como el diámetro para obtener el volumen

del cilindro. Para su cálculo se divide la masa para el volumen del cilindro y se

expresa el resultado en g/cm3 (NTE INEN 1573, 2010).

Fotografía 4. Medición de la masa del cilindro


Fotografía 5. Medición de la altura y diámetro de los cilindros


134

Tabla 28. Densidad de los cilindros correspondientes a la mezcla 5

MEZCLA 5 PATRÓN (ARENA- RIPIO)

Asentamiento: 4,5

cm w/(c+p): 0.38 f´c: 42 MPa

Fecha de

realización

Fecha de

ensayo

Edad

Días

Muestra

N°

Peso

(g)

Diámetro

Promedio

(cm)

Altura

(cm)

Volumen

(cm3)

Densidad

(g/cm3)

16/2/2017 23/2/2017

7

1 3750 10.3 20.00 1666.46

2.25 16/2/2017 23/2/2017 2 3800 10.3 20.00 1666.46

16/2/2017 23/2/2017 3 3780 10.4 20.00 1698.97

16/2/2017 2/3/2017

14

4 3630 10.3 20.00 1666.46

2.32 16/2/2017 2/3/2017 5 3850 10.3 20.00 1666.46

16/2/2017 2/3/2017 6 3879 10 20.00 1570.80

16/2/2017 16/3/2017

28

7 3896 10 20.00 1570.80

2.38 16/2/2017 16/3/2017 8 3775 10.2 20.00 1634.26

16/2/2017 16/3/2017 9 3788 10.1 20.00 1602.37




Asentamiento: 3 cm w/(c+p): 0.38 f´c: 42 MPa

Fecha de

realizació

n

Fecha de

ensayo

Eda

d

Días

Muestr

a N° Peso (g)

Diámetro

Promedi

o (cm)

Altur

a (cm)

Volume

n (cm3)

Densida

d

(g/cm3)

7/3/2017

14/3/201

7

7

1.00

4215.0

0 10.10 20.00 1602.37

2.60 7/3/2017 14/3/201

7 2.00

4150.0

0 10.20 20.00 1634.26

7/3/2017 14/3/201

7 3.00

4125.0

0 10.00 20.00 1570.80

7/3/2017 21/3/201

7

14

4.00

4340.0

0 10.10 20.00 1602.37

2.69 7/3/2017 21/3/201

7 5.00

4162.0

0 10.10 20.00 1602.37

7/3/2017 21/3/201

7 6.00

4350.0

0 10.00 20.00 1570.80

7/3/2017

4/4/2017

28.

7.00

4190.0

0 10.30 20.00 1666.46

2.59 7/3/2017 4/4/2017

8.00

4316.0

0 10.10 20.00 1602.37

7/3/2017 4/4/2017

9.00

4206.0

0 10.20 20.00 1634.26


135

Gráfica 3. Densidad de las mezclas 5 y 6





Asentamiento: 3 cm w/(c+p): 0.36 f´c: 42 MPa

Fecha de

realización

Fecha de

ensayo

Ed

ad

Día

s

Muestr

a N°

Peso

(g)

Diámetro

Promedio

(cm)

Altura

(cm)

Volumen

(cm3)

Densidad

(g/cm3)

23/3/2017 30/3/2017

7

1 4070 10.10 20.00 1602.37 2.53 23/3/2017 30/3/2017 2 4180 10.30 20.00 1666.46

23/3/2017 30/3/2017 3 4235 10.30 20.00 1666.46

23/3/2017 6/4/2017

14

4 4180 10.30 20.00 1666.46

2.54 23/3/2017 6/4/2017 5 4327 10.30 20.00 1666.46

23/3/2017 6/4/2017 6 4095 10.20 20.00 1634.26

23/3/2017 20/4/2017

28

7 4180 10.20 20.00 1634.26

2.59 23/3/2017 20/4/2017 8 4327 10.20 20.00 1634.26

23/3/2017 20/4/2017 9 4095 10.10 20.00 1602.37

22,12,22,32,42,52,62,7

7 días 14 días 28 días

ARENA-RIPIO 2,25 2,32 2,38

ESCORIA-RIPIO 2,6 2,69 2,59

DEN

SID

AD

g/c

m3

TIEMPO (DÍAS)

DENSIDAD MEZCLA 5 Y 6

ARENA-RIPIO

ESCORIA-RIPIO

136

Gráfica 4. Densidad de las mezclas 6 y 7


2,45

2,5

2,55

2,6

2,65

2,7

7 Días 14 Días 28 Días

Dosificación 0,38 2,6 2,69 2,59

Dosificación 0,36 2,53 2,54 2,59

DEN

SID

AD

g/c

m3

TIEMPO (DÍAS)

DENSIDAD MEZCLA 6 Y 7

Dosificación 0,38

Dosificación 0,36

137

5.2. DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL

HORMIGÓN EN VIGAS SEGÚN NTE INEN 2554

El ensayo se lo realiza para determinar la resistencia a la tracción por flexión del

hormigón, es un parámetro requerido para el diseño y control de calidad en

pavimentos rígidos. El valor obtenido equivale al efecto que produce las llantas de

un vehículo al pasar sobre la losa de hormigón, en donde se producen efectos de

compresión y tensión simultáneamente (Rivera, 2010).

El valor de la resistencia a la flexión es significativamente bajo en comparación a

la resistencia a la compresión. El método a usar para la determinación del módulo

de rotura será el expuesto en la norma NTE INEN 2554, “Hormigón de cemento

hidráulico. Determinación de la resistencia a la flexión del hormigón. (Utilizando

una viga simple con carga en los tercios)”

Ilustración 20. Aplicación de cargas en vigas para determinación del Módulo de rotura.


Para el desarrollo del ensayo a flexión del hormigón se requieren de vigas estándar,

las cuales están sujetas a la norma ASTM C-31, la cual determina que la longitud

mínima de las vigas es 500mm, la sección transversal de la viga debe ser 1/3 de la

longitud de la viga. Para la determinación del módulo de rotura de la presente

138

investigación se realizan 6 vigas de 15 x 15 x 50 cm que fueron ensayadas a los 28

días de edad y que corresponden a las mezclas 6 y 7 (NTE INEN 2554, 2011).

Las vigas deberán ser ensayadas inmediatamente, luego de haberlas retirado de la

cámara de curado, ya que la pérdida de humedad en las probetas podría arrojar

valores erróneos en cuanto a la resistencia. La norma INEN NTE 2554 establece

dos fórmulas para la determinación del módulo de rotura, son dos casos

particulares:

Si la falla se produce dentro del tercio medio de la luz libre

Ecuación 8. Módulo de rotura dentro del tercio medio

𝑅 =𝑃𝐿𝑜

𝑏𝑑2 (NTE INEN 2554, 2011)

Si la falla se produce fuera del tercio medio

Ecuación 9. Módulo de rotura fuera del tercio medio

𝑅 =3𝑃𝑎

𝑏𝑑2 (NTE INEN 2554, 2011)

Dónde:

R= Módulo de rotura (MPa)

P= carga máxima

Lo= Luz libre

b= promedio del ancho

d= promedio de la altura L TOTAL

B

D

Lo= 45cm

139

5.2.1. Resultados ensayo a flexión de la Mezcla 6 (Escoria – Ripio)

FECHA DE

ENSAYO 4/4/2017 EDAD DE LAS PROBETAS 28 días RELACION AGUA -CEMENTO 0.38

PROBETA

DIMENSIÓN VIGA CARGA

MÁXIMA

SECCIÓN DE VIGA EN LA FRACTURA MÓDULO

DE

ROTURA B D L Lo Peso D d(promedio) b b (promedio) c

mm mm Mm mm kg N mm mm Mm mm MPa

VIGA 1 150 150 496 450 30 50031

150

151

151

151.0

27.5

6.55 152 151 26.1

151 151 25.5

VIGA 2 150 150 496 450 29.6 51993

152

153

150

150.0

26.1

6.70 153 150 26.6

154 151 26.3

VIGA 3 150 150 500 450 28.4 48363.3

151

151

150

150.0

26.5

6.40 151 150 26.9

151 151 27.4

MÓDULO DE ROTURA

PROMEDIO 6.55

140

5.2.2. Resultados ensayo a flexión de la Mezcla 7 definitiva (Escoria – Ripio)

FECHA DE

ENSAYO 6/4/2017

EDAD DE LAS

PROBETAS 28 días

RELACIÓN AGUA -CEMENTO 0.36

PROBETA

DIMENSIÓN VIGA CARGA

MÁXIMA

SECCIÓN DE VIGA EN LA FRACTURA MÓDULO

DE

ROTURA

B D L Lo Peso D d

(promedio) B b (promedio) c

mm Mm mm mm Kg N Mm mm mm mm mm MPa

VIGA 1 150 150 496 450 28.1 53366.4

150

151

151

151

27.5

7.00 152 151 26.1

151 151 25.5

VIGA 2 151 150 500 450 28.2 53366.4

152

153

150

150

26.1

6.85 153 150 26.6

154 151 26.3

VIGA 3 150 150 500 450 28.8 53268.3

151

151

150

150

26.5

7.00 151 150 26.9

151 151 27.4

MÓDULO DE ROTURA

PROMEDIO 6.95

141

Interpretación de resultados

Tabla 31. Comparación de módulos de rotura entre mezclas 6 y 7

MÓDULO

DE

ROTURA

RELACIÓN

A/C

% DE

VARIACIÓN DE

MÓDULO DE

ROTURA

6.55 0.38 -

6.95 0.36 6%


Gráfica 5. Comparación de los Módulos de Rotura de la mezcla 6 y 7


Como se observa en la Gráfica 5, al disminuir la relación agua cemento a 0.36

y al ser comparada con la mezcla 4, se obtiene un aumento en el módulo de

rotura del 6%. La falla de las vigas se da dentro del tercio medio de la viga como

se puede apreciar en la Fotografía 6.

6,3

6,4

6,5

6,6

6,7

6,8

6,9

7

0,38 0,36

6,55

6,95

MÓDULO DE ROTURA (Mpa)

142

Fotografía 6. Vigas de hormigón - Mezcla 7 (escoria – ripio)


Tabla 32. Comparación del módulo de rotura (28 días) y la resistencia a la

compresión (28 días) de las mezclas 6 y 7

RESISTENCIA A LA

COMPRESIÓN

OBTENIDA

MÓDULO DE

ROTURA

%

RESISTENCIA

A LA

COMPRESIÓN

46.60 6.55 14

49.64 6.95 14


Gráfica 6. Módulos de Rotura vs Resistencia a la compresión.


0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

MEZCLA 6 MEZCLA 7

46,60 49.60

6,55 6,95

MODULO DE ROTURA VS RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN MÓDULO DE ROTURA

143

Los resultados obtenidos de las mezclas expuestos en la Tabla 32 muestran que el

módulo de rotura representa el 14% de la resistencia a la compresión del hormigón,

obtenida en condiciones ideales de laboratorio.

Tabla 33. Comparación de módulo de rotura obtenido en laboratorio con el módulo

de rotura teórico

ME

ZC

LA

RESISTENCIA

A LA

COMPRESIÓN

MÓDULO DE ROTURA

Laboratorio Laboratorio Adam M. Neville ACI 330R

Centro

técnico

del

hormigón

MPa MPa MPa MPa MPa

6 46.6 6.55 5.17 5.08 4.74

7 49.6 6.95 5.42 5.32 4.96

RESULTADOS

𝑀𝑅 =

0.399 𝐹𝑐2/3

𝑀𝑅 =

0.392 𝐹𝑐2/3

𝑀𝑅 =

0.39 𝐹𝑐2/3


Los resultados obtenidos muestran que las formulas propuestas para el cálculo del

módulo de rotura son menores a la resistencia obtenidas en el laboratorio algunas

de ellas tan solo representan el 70%.

144

5.3. DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL

HORMIGÓN

El hormigón, al no ser un material íntegramente elástico, el módulo de elasticidad

se define como la relación entre, el esfuerzo y la deformación unitaria axial, por lo

tanto, no cabe hablar de módulo de elasticidad sino de módulo de deformación

longitudinal, el cual no tiene un valor constante en el diagrama σ vs ε (Asmal,

Ocaña, Perdomo, & Perez, 2012).

La porosidad y el módulo de elasticidad de los agregados también son elementos

importantes de la rigidez. Es así como los Módulos de Elasticidad de materiales no

porosos con alta densidad producen módulos de elasticidad extremadamente altos.

La relación agua/cemento influye también en el módulo de elasticidad tanto de la

pasta como del concreto. Morteros con relaciones A/C bajas ocasionan un

incremento en el módulo de elasticidad del concreto (CEMEX, 2014).

Tabla 34. Factores que afectan el módulo de elasticidad de un concreto

Concreto Fresco Concreto Endurecido

Pasta Agregado Experimentales

Módulo de elasticidad

de la matriz de pasta

Módulo de elasticidad

de los agregados

Aplicación de la carga

Porosidad de la

mezcla

Condiciones de la

matriz de pasta

Porosidad

Fracción volumétrica

de los agregados

Contenido de

humedad de los

especímenes

Fuente: CEMEX, 2014

Para determinar el módulo de elasticidad del hormigón se usarán dos métodos:

determinación teórica y determinación experimental

145

5.3.1. Determinación Teórica

El cálculo se lo puede realizar de acuerdo a las siguientes ecuaciones:

ACI 318S-08 (1971).

𝐸𝑐 = 4700 √𝑓′𝑐 (𝑀𝑃𝑎)

𝑓´𝑐 ∶ 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑚𝑖𝑔ó𝑛 (𝑀𝑃𝑎)

Módulo Estático de Elasticidad, tomando en cuenta que la variable es

f’c, este dato corresponde a los valores calculados tanto para resistencia

promedio como para resistencia características (Herreria & Villegas,

2008)

ACI- 363.

El código del ACI en el Capítulo 5 pagina 23, del Comité 363 expresa

que el módulo estático de elasticidad podría ser calculado con la

siguiente expresión (Herreria & Villegas, 2008):

𝐸𝑐 = 3320 ∗ √𝑓′𝑐 + 6900(𝑀𝑃𝑎)

𝑓´𝑐 ∶ 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑚𝑖𝑔ó𝑛(𝑀𝑃𝑎)

5.3.2. Determinación experimental del módulo de elasticidad del hormigón

Para la determinación del módulo de elasticidad se usa la norma ASTM C 469 la

cual se basa en el módulo de la secante, en la cual el módulo de elasticidad será la

pendiente de la línea que une los puntos de la curva, la cual se encuentra dentro del

rango de deformación unitaria de 0.00005 y al 40% de la carga máxima (ASTM

C469-02, 2011) .

146

Ilustración 21. Módulo secante del hormigón según la ASTM

Fuente: ASTM C469-02

Se usarán los cilindros de 15x30 cm, los cilindros deberán ensayarse luego de una

hora de haberlos retirado del cuarto de curado, se debe conservar la humedad para

poder ensayar, se mide el diámetro de los cilindros para calcular el área de la sección

del cilindro. Para mantener la planicidad se debe colocar un encabezado en este

caso se colocará capping según la norma ASTM C617-10. Para determinar el

módulo de elasticidad se usará el compresómetro, dispositivo sensor adherida al

cilindro de hormigón, que mide con una aproximación de 5 millonésimas, la

deformación promedio en dos líneas de base diametralmente opuestas, cada una

paralela al eje axial y centrada cerca de la mitad de la altura del espécimen (ASTM

C469-02, 2011).

147

Fotografía 7. Compresómetro


Ilustración 22. Diagrama de desplazamientos

Fuente: ASTM C469-02, 2011

148

5.3.3. Procedimiento según la ASTM C469-02

Se colocará el cilindro de hormigón dentro del equipo de medición de deformación

tal que el cilindro este centrado dentro de los dos aros, colocar cuidadosamente el

conjunto en el bloque de apoyo inferior de la máquina de ensayo de compresión, se

debe hacer que el bloque superior de apoyo baje cuidadosamente hasta apoyarse en

el cilindro de hormigón y se debe enserar el deformímetro.

La carga se aplicará de forma continua y sin producir ningún impacto, se debe

registrar continuamente la carga aplicada y la deformación unitaria desde las 50

millonésimas hasta cuando la carga aplicada es igual al 40% de la carga última, se

ira registrando datos adicionales dentro del rango mencionado para determinar la

curva esfuerzo – deformación unitaria. Según la ASTM C469-02 para calcular el

módulo de elasticidad con una aproximación de 344.74 MPa se utiliza la siguiente

fórmula.

𝐸 =(𝑆2 − 𝑆1)

(휀2 − 0.000050)

Dónde:

E = Módulo de elasticidad cuerda, MPa (psi).

S2=Esfuerzo correspondiente al 40% de la carga última MPa (psi)

S1= Esfuerzo correspondiente a la deformación unitaria longitudinal, ε1, de 50

millonésimas, en MPa (psi)

ε2 = Deformación unitaria longitudinal producida por el esfuerzo S2, en

millonésimas: µm

149

5.3.4. Resultados obtenidos en el laboratorio

CILINDRO 1

Diámetro 15,1 Cm Área 179,08 cm2

Altura 305 Cm Esfuerzo de rotura 42,60 MPa

Peso 8903 G 40% esf.rotura 17,04 MPa

Carga

máxima 77800 Kg

# Carga

deformación x

0,002 deformación Esfuerzo

deformación

unitaria

kg Mm mm Mpa mm/mm X 10^-6

1 0 0 0,0000 0,00 0,00

2 1000 6 0,0120 0,55 39,34

3 2000 8 0,0160 1,10 52,46

4 3000 10 0,0200 1,64 65,57

5 4000 12 0,0240 2,19 78,69

6 5000 14 0,0284 2,74 93,11

7 6000 17 0,0344 3,29 112,79

8 7000 20 0,0400 3,83 131,15

9 8000 24 0,0480 4,38 157,38

10 9000 26 0,0520 4,93 170,49

11 10000 28 0,0560 5,48 183,61

12 11000 30 0,0600 6,02 196,72

13 12000 34 0,0680 6,57 222,95

14 13000 38 0,0760 7,12 249,18

15 14000 40 0,0800 7,67 262,30

16 15000 44 0,0880 8,21 288,52

17 16000 46 0,0920 8,76 301,64

18 17000 50 0,1000 9,31 327,87

19 18000 54 0,1080 9,86 354,10

20 19000 56 0,1120 10,40 367,21

21 20000 60 0,1200 10,95 393,44

22 21000 62 0,1240 11,50 406,56

23 22000 66 0,1320 12,05 432,79

24 23000 68 0,1360 12,60 445,90

25 24000 72 0,1440 13,14 472,13

26 25000 76 0,1520 13,69 498,36

27 26000 78 0,1560 14,24 511,48

28 27000 84 0,1680 14,79 550,82

29 28000 86 0,1720 15,33 563,93

30 29000 90 0,1800 15,88 590,16

31 30000 90 0,1800 16,43 590,16

32 31000 92 0,1840 16,98 603,28

33 32000 100 0,2000 17,52 655,74

34 33000 102 0,2040 18,07 668,85

35 34000 104 0,2080 18,62 681,97

150

5.3.5. Curva Esfuerzo vs Deformación – Cilindro 1

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00 800,00

ESFU

ERZO

(M

Pa)

DEFORMACIÓN X 10^6 (mm/mm)

𝐸 =𝑆2−𝑆1

휀2 − 휀1

𝐸 =17,04 − 0,99

609,57 − 50∗ 106

E=28681,27 MPa

151

CILINDRO 2

Diámetro 15 Mm Área 176,71 cm2

Altura 303 Cm Esfuerzo de

rotura 42,73

MPa

Peso 8480 G 40% esf. rotura 17,09 MPa

Carga

máxima 77000 Kg

# Carga deformación

x0,002 deformación Esfuerzo

deformación

unitaria

kg Mm Mm MPa mm/mm X 10^-6

1 0 0 0,0000 0,00 0,00

2 1000 2 0,0040 0,55 13,20

3 2000 6 0,0120 1,11 39,60

4 3000 8 0,0160 1,66 52,81

5 4000 11 0,0220 2,22 72,61

6 5000 14 0,0280 2,77 92,41

7 6000 16 0,0320 3,33 105,61

8 7000 20 0,0400 3,88 132,01

9 8000 22 0,0440 4,44 145,21

10 9000 26 0,0520 4,99 171,62

11 10000 28 0,0560 5,55 184,82

12 11000 32 0,0640 6,10 211,22

13 12000 36 0,0720 6,66 237,62

14 13000 38 0,0760 7,21 250,83

15 14000 40 0,0800 7,77 264,03

16 15000 42 0,0840 8,32 277,23

17 16000 46 0,0920 8,88 303,63

18 17000 48 0,0960 9,43 316,83

19 18000 52 0,1040 9,99 343,23

20 19000 54 0,1080 10,54 356,44

21 20000 58 0,1160 11,10 382,84

22 21000 60 0,1200 11,65 396,04

23 22000 66 0,1320 12,21 435,64

24 23000 68 0,1360 12,76 448,84

25 24000 70 0,1400 13,32 462,05

26 25000 74 0,1480 13,87 488,45

27 26000 76 0,1520 14,43 501,65

28 27000 78 0,1560 14,98 514,85

29 28000 80 0,1600 15,54 528,05

30 29000 82 0,1640 16,09 541,25

31 30000 84 0,1680 16,65 554,46

32 31000 90 0,1800 17,20 594,06

33 32000 92 0,1840 17,76 607,26

152

5.3.6. Curva Esfuerzo Vs Deformación – Cilindro 2

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00

ESFU

ERZO

. (M

Pa)

DEFORMACIÓN. X 10^6 (mm/mm)

𝐸 =𝑆2−𝑆1

휀2 − 휀1

𝐸 = 17,31 − 1,55

586,14 − 50∗ 106

E=28840,91 MPa

153

CILINDRO 3

Diámetro 14,9 Mm Área 174,37 cm2

Altura 300 Mm Esfuerzo de

rotura 43,87

MPa

Peso 8392 G 40% esf. rotura 17,55 MPa

Carga

máxima 78000 Kg

0,0980665

# Carga

deformación

0,002 deformación Esfuerzo

deformación

unitaria

kg Mm mm kg/cm2 mm/mm X 10^-6

1 0 0 0,0000 0,00 0,00

2 1000 2 0,0040 0,56 13,33

3 2000 4 0,0080 1,12 26,67

4 3000 6 0,0120 1,69 40,00

5 4000 8 0,0160 2,25 53,33

6 5000 10 0,0200 2,81 66,67

7 6000 12 0,0240 3,37 80,00

8 7000 14 0,0280 3,94 93,33

9 8000 18 0,0360 4,50 120,00

10 9000 20 0,0400 5,06 133,33

11 10000 22 0,0440 5,62 146,67

12 11000 24 0,0480 6,19 160,00

13 12000 28 0,0560 6,75 186,67

14 13000 30 0,0600 7,31 200,00

15 14000 32 0,0640 7,87 213,33

16 15000 34 0,0680 8,44 226,67

17 16000 36 0,0720 9,00 240,00

18 17000 40 0,0800 9,56 266,67

19 18000 42 0,0840 10,12 280,00

20 19000 46 0,0920 10,69 306,67

21 20000 48 0,0960 11,25 320,00

22 21000 50 0,1000 11,81 333,33

23 22000 54 0,1080 12,37 360,00

24 23000 58 0,1160 12,94 386,67

25 24000 60 0,1200 13,50 400,00

26 25000 64 0,1280 14,06 426,67

27 26000 66 0,1320 14,62 440,00

28 27000 70 0,1400 15,19 466,67

29 28000 74 0,1480 15,75 493,33

30 29000 76 0,1520 16,31 506,67

31 30000 80 0,1600 16,87 533,33

32 31000 84 0,1680 17,43 560,00

33 32000 86 0,1720 18,00 573,33

34 33000 90 0,1800 18,56 600,00

35 34000 92 0,1840 19,12 613,33

154

-3,00

2,00

7,00

12,00

17,00

22,00

0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00

ESFU

ERZO

. (M

Pa)

DEFORMACIÓN. X 10^6 (mm/mm)

5.3.7. Curva Esfuerzo Vs Deformación – Cilindro 3

𝐸 =𝑆2−𝑆1

휀2 − 휀1

𝐸 = 17,55 − 2,11

562,67 − 50∗ 106

E=30113,80 MPa

155

5.3.8. Resumen de resultados obtenidos

Tabla 35. Resumen del Módulo de Elasticidad Obtenido en Laboratorio

CILINDRO MÓDULO DE ELASTICIDAD

EN LABORATORIO UNIDADES

1 28681,27 MPa

2 28840,91 MPa

3 30113,8 MPa

PROMEDIO 29211,99 MPa


Tabla 36. Comparación De Módulos Estáticos De Elasticidad Teóricos Y De

Laboratorio

MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL HORMIGÓN

COMPARACION DE MODULOS

DE ELASTICIDAD RESISTENCIA A LA

COMPRESIÓN OBTENIDA

EN LABORATORIO (MPa)

47,46

Laborator

io ACI 318 ACI 363

LABORATORIO

VS ACI 318

LABORATORIO

VS ACI 363 MPa MPa MPa

29211,99 32378,87 29771,88

90,22 98,12

ASTM

C469 𝐸𝑐 = 4700 √𝑓′𝑐

𝐸𝑐

= 3320 ∗ √𝑓′𝑐 + 6900


156

5.4. RESISTENCIA AL DESGASTE POR ABRASIÓN

La resistencia a la abrasión está directamente relacionado a la resistencia de los

agregados, técnicas adecuadas de compactación, curado y acabados que permitan

que la superficie adquiera una adecuada resistencia al desgaste. La investigación

ha demostrado que con la relación de agua – cemento, decrecientes con la que se

incrementa la resistencia a compresión, la resistencia la abrasión de la superficie de

concreto también incrementa (IMCYC, 2007).

Al ser un diseño de hormigón de alta resistencia que será destinado al uso en

pavimentos rígidos, es necesario conocer la durabilidad frente agentes ambientales

y de flujo vehicular y el uso que se le dará al pavimento ya sea industrial o de tráfico.

5.4.1. Ensayo de la resistencia al desgaste por abrasión según la norma NTE

INEN 3040

El ensayo consiste en someter una probeta sea esta de un piso o pavimento, a

desgaste por medio de la abrasión ejercida bajo condiciones controladas, por un

flujo o material abrasivo. Esto genera una huella, con la forma de la superficie curva

del disco metálico, cuya longitud resultante es inversamente proporcional a la

resistencia al desgaste por abrasión, del espécimen (COGUANOR, 2012). La norma

NTE INEN 3040 recomienda la realización de este ensayo para adoquines y

establece que la longitud de cuerda de la huella creada por la rueda ancha sea menor

o igual a los 25mm.

157

5.4.1.1. Equipo de desgaste

Según la norma NTE INEN 3040, la maquina debe tener una rueda metálica ancha,

una tolva de almacenamiento estándar con válvulas de control para el material

abrasivo, una tolva guía de flujo y un carro porta probetas móvil.

5.4.1.2. Material Abrasivo

El material usado para el desarrollo del ensayo es el corindón, es un oxido de

aluminio de gran dureza.

Ilustración 23. Partes fundamentales de la máquina para la prueba de desgaste de los adoquines

Fuente: (COGUANOR, 2012)

5.4.1.3. Preparación del espécimen

Según la norma NTE INEN 3040, la sección mínima no debe ser menor a 100mm

x 70mm, la cara superior deberá ser plana con una tolerancia de ± 1mm, cuando la

superficie del espécimen presente rugosidad deberá ser pulida adecuadamente.

158

Fotografía 8. Placa de 15 x 15 x 10 cm.


5.4.2. Procedimiento descrito en la norma NTE INEN 3040

Comprobar que la placa a ensayar cumpla con los requerimientos que establece la

norma NTE INEN 3040, de no ser el caso deberá ser pulida hasta que la superficie

presente una textura lisa. Se recomienda que el espécimen sea marcado o pintado

con la finalidad de tener una mejor apreciación de la huella. Colocar el material

abrasivo (corindón), el material debe estar seco y con un contenido máximo de

humedad del 1%. Llenar la tolva de almacenamiento con el material.

Fotografía 9. Colocación de material abrasivo


159

Colocar la placa en la porta espécimen, acercar al disco metálico para que se

produzca la huella. El disco deberá estar a una distancia no menor de 15mm de los

bordes de la placa a ensayar y estar en contacto con el espécimen, se abre las

válvulas o válvula de la tolva de almacenamiento y simultáneamente se enciende el

disco metálico. El ensayo termina una vez que el disco haya dado 75 revoluciones

en un tiempo de 60 ± 1 segundos.

Limpiar el polvo existente a la superficie y realizar el trazado del contorno de la

huella, para ello se requiere de un lápiz con el que se marca los límites

longitudinales, usando una regleta. Una vez trazado los límites longitudinales se

realizan el marcado transversal con una separación de 10mm en cada extremo. Una

vez marcados los límites se procede a marcar en el punto medio de la huella una

línea transversal. Con un calibrador digital de apreciación de ± 0.1mm se toma tres

medidas.

Fotografía 10. Huella en las placas ensayadas


160

5.4.3. Resultados obtenidos en las placas

Tabla 37. Medida de la resistencia al desgaste por abrasión en el hormigón

MEZCLA 7

RELACION AGUA / CEMENTO 0.38

DIMENSIONES LARGO ANCHO ESPESOR

15cm 15cm 10cm

Muestra unidades 1 2 3

Edad Días 28 28 28

caudal de flujo abrasivo (l/min) l/min 2.5 2.5 2.5

Longitud de cuerda de la pesa Cm 66.5 66.5 66.5

Masa de la pesa Gr 13844 13844 13844

Espesor de la rueda Mm 70 70 70

Diámetro Mm 200 200 200

Factor de Corrección U 0.5 0.5 0.5

Longitud de cuerda medida Mm 21 21,5 23,5

Longitud de la cuerda corregida mm 21,5 22 24

Fuente: Resultado del ensayo del desgaste en el hormigón realizado en el Laboratorio de la

Universidad Católica del Ecuador y realizado por los autores: NINABANDA Bryan &

SANTAMARÍA Karina

Nota: En los Anexo 5 y Anexo 6 se adjunta el informe del Ensayo por desgaste a la abrasión.

La norma INEN NTE 3040 establece que la longitud de cuerda máxima es de

25mm. Los resultados obtenidos presentan una buena resistencia a la abrasión.

Muestra 1 =>> 21.00 < 25 mm (ok)

Muestra 2 =>> 22.00 < 25 mm (ok)

Muestra 3 =>> 24.00 < 25 mm (ok)

161

5.5. TEST TCLP (PROCEDIMIENTO DE LIXIVIACIÓN

CARACTERÍSTICO DE TOXIDAD) DEL HORMIGÓN ENDURECIDO

- MEZCLA 7

Los elementos químicos que serán analizados en el presente capítulo corresponden

a los valores críticos del ensayo TCLP otorgado por la Empresa siderúrgica de la

muestra de escoria triturada, ensayo que fue analizado y descrito en el capítulo 3.

Se considera 2 casos para el análisis de lixiviados en el hormigón endurecido ambos

casos representan a los lixiviados que circularan por el pavimento rígido

1. Cuando el hormigón sea sometido a una lluvia ácida (placa de hormigón)

2. Cuando el hormigón se halle sumergido en agua (agua de sumersión)

5.5.1. Muestra placa de hormigón

Para el análisis de esta muestra se realiza el corte de una placa fabricada en la

mezcla 7. La placa obtenida es de 5 x 5 x 10 cm. El objetivo de este ensayo es

analizar al hormigón diseñado conservando sus propiedades.

La placa de hormigón previo al ensayo de lixiviación fue sumergida en ácido

acético durante 48 horas, con un pH de 4.3 simulando una lluvia ácida. El líquido

resultante fue previamente filtrado y analizado con el espectro de absorción

atómico. Es considerada lluvia ácida cuando su pH oscila entre 4.2 – 4.4 (EPA USA,

2017).

162

Fotografía 11. Placa de hormigón de 5x5x10cm


Tabla 38. Ensayo TCLP - Placa de hormigón

PARÁMETROS UNIDADE

S RESULTADOS MÉTODOS

CADMIO mg/L ˂0,02 ABSORCIÓN

ATÓMICA

CINC mg/L ˂0,1 ABSORCIÓN

ATÓMICA

PLOMO mg/L ˂0,09 ABSORCIÓN

ATÓMICA

Elaborado: Laboratorio De Química Ambiental - Universidad Central Del Ecuador

Nota: el informe de los resultados se halla en el Anexo 8.

5.5.2. Muestra del agua de la placa sumergido durante 28 días

A los 28 días se toma una muestra del líquido en el que se sumergió la placa, esta

muestra será analizada para medir los metales pesados que se pudieron haber

desprendido de la placa, considerando los elementos químicos más críticos

determinados en el ensayo TCLP del hormigón triturado.

El recipiente usado para el desarrollo del experimento es de plástico y puesto bajo

condiciones ambientales normales. Para el análisis de lixiviado se toma un 1litro

de agua como muestra para realizar el ensayo TCLP.

163

Fotografía 12. Placa Sumergida


Tabla 39. Ensayo TCLP - Agua de la placa de hormigón sumergido

PARÁMETROS UNIDADES RESULTADOS MÉTODOS

CADMIO mg/L ˂ 0,02 ABSORCIÓN ATÓMICA

CINC mg/L ˂ 0,4 ABSORCIÓN ATÓMICA

PLOMO mg/L ˂ 0,09 ABSORCIÓN ATÓMICA

Fuente: Laboratorio De Química Ambiental - Universidad Central Del Ecuador

Nota: el informe de los resultados se halla en el ANEXO 9.

5.5.3. Análisis e interpretación de resultados

Tabla 40. Cuadro comparativo de resultados

PARÁMETROS U

LÍMITE

MAX

PERMISIBLE

PLACA DE

HORMIGÓN

AGUA

(PLACA

SUMERGIDA)

Cadmio mg/l 0,02 ˂ 0,02 ˂ 0,02

Plomo mg/l 0,50 ˂ 0,09 ˂ 0,4

Zinc mg/l 10,00 ˂ 0,1 ˂ 0,09


164

Gráfica 7. Comparación De Resultados (Plomo)


Gráfica 8. Comparación De Resultados (Cinc)

Elaborado: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina

LÍMITE MAX PERMISIBLE

PLACA DE HORMIGÓN

AGUA (PLACA SUMERGIDA)

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

1

LÍMITE MAX PERMISIBLE 0,50

PLACA DE HORMIGÓN 0,09

AGUA (PLACA SUMERGIDA) 0,4

CA

NTI

DA

D (

mg/

l)

TCLP (PLOMO)


PLACA DE HORMIGÓN


0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

Cinc




(mg/

l)

TCLP (CINC)

165

Gráfica 9. Comparación De Resultados (Cadmio)

Elaborado: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina

En la Gráfica 7. Se observa que el plomo supera el límite máximo

permisible. Los ensayos muestran que se está dando un encapsulamiento del

metal pesado.

En la Gráfica 8. El contenido de cinc en las muestras ensayadas es mínimo,

lo que hace suponer que el encapsulamiento previsto fue efectivo

En la Gráfica 9. Se observa que el cadmio cumple con los límites máximos

permisibles. En la Tabla 40 el contenido de cadmio es menor a 0.2 lo que

hace suponer que se está dando un encapsulamiento del metal pesado.


PLACA DE HORMIGÓN


0,00

0,01

0,01

0,02

0,02

CADMIO




CA

NTI

DA

D (

mg/

l)

TCLP (CADMIO)

166



MATEMÁTICA



MODELOS

Resumen de las propiedades mecánicas del hormigón.

MEZCLA w/c Asent.

(cm)

EDAD

DÍAS

RESISTENCIA A

LA COMPRESIÓN

(Mpa) NTE INEN

1573

DENSIDAD (g/cm3)

NTE INEN 1574

MEZCLA 5

(ARENA-

RIPIO)

0.38 4.5

7 38.7 2.25

14 44.8 2.32

28 47.5 2.38

MEZCLA 6

(ESCORIA-

RIPIO)

0.38 3.0

7 35.1 2.60

14 40.9 2.69

28 46.6 2.59

MEZCLA 7

(ESCORIA-

RIPIO)

0.36 3.0

7 41.4 2.53

14 45.7 2.54

28 49.6 2.59

MEZCLA MÓDULO DE ROTURA (Mpa)

NTE INEN 2554

MÓDULO DE ELASTICIDAD

(Mpa) ASTM C 469-02

MEZCLA 6

(ESCORIA-

RIPIO)

6.55 ----

MEZCLA 7

(ESCORIA-

RIPIO)

6.95 29211.99

-------------------------------------

Ing. Luz América Juinia Juiña

Supervisón Técnica

167

CAPÍTULO VI

6. APLICACIÓN TEÓRICA Y PRÁCTICA DEL DISEÑO DE

HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA

6.1. DISEÑO TEÓRICO DEL ESPESOR DE LA LOSA DE UN

PAVIMENTO RÍGIDO

El objetivo de este capítulo es demostrar una aplicabilidad de la investigación

realizada, por ello se realiza el cálculo del espesor de una losa de hormigón de un

pavimento. Para el diseño del pavimento rígido se usará los datos de: índice de

serviciabilidad, confiabilidad, error estándar combinado, determinación del tráfico

de diseño, módulo de reacción del suelo, coeficiente de drenaje y transferencia de

carga, de la tesis “ANÁLISIS COMPARATIVO DE COSTOS ENTRE EL

PAVIMENTO RÍGIDO Y PAVIMENTO FLEXIBLE”. En el cual realizan el

diseño de pavimento rígido de la Interconexión: Escalón N°2 (Av. Simón Bolívar

Periférico Sur Occidental, usando el Método AASHTO 1993 aplicado al Ecuador.

Las propiedades mecánicas del hormigón corresponden a la mezcla 7.

El módulo de elasticidad y el módulo de rotura son datos obtenidos mediante

ensayos en el laboratorio, los cuales se calcularon en el capítulo 5 y acogiéndose a

la recomendación de la norma ACI 211- 4R, donde mencionan que las fuerzas

ensayadas bajo condiciones de campo llegan al 90% de la fuerza obtenida en

laboratorio, se realiza una reducción del 10% en las resistencias obtenidas en

laboratorio para el diseño del pavimento rígido. Cabe recalcar que no se realizará

un estudio de costos y no se efectuará estudios que involucre los procesos

constructivos del pavimento.

168

6.1.1. Recopilación de información

Para obtener el tránsito de diseño, la metodología AASHTO considera la vida util

del pavimento, utiliza el número de ejes equivalentes el calculo se puede observar

en el Anexo 20. Para el calculo de ejes equivalentes, en el diseño se tendrá apoyos

laterales,con lo cual el coeficiente de tranferenica de carga J será igual a 2.8 como

se muestra en el Anexo 21.

El valor del coeficiente de drenaje depende de dos parámetros: La calidad del

drenaje y el porcentaje de tiempo. La AASHTO considera la tabla expresada en el

Anexo 22, para determinarla la calidad deldrenaje y para los valores del coeficiente

de drenaje Cd se considera el cuadro del Anexo 23.

Para el valor de K (Módulo de reacción del suelo) se determina graficamente

mediante el uso del Anexo 24, de donde se tiene un C.B.R. de diseño de 9,8 % con

lo cual de obtiene una resistencia del suelo K de 198 Lbs/plg2. El C.B.R. se obtiene

por medio de ensayos de laboratorio, los diferentes C.B.R. obtenidos de ordenand

de menor a mayor, se enumera los C.B.R. como se muestra en el Anexo 25, esto

para dibujar la curva de frecuencia vs C.B.R. como se observa en el Anexo 26. De

donde se determina que el percentil es 90% correspondiente a un C.B.R. de 9.8.

Tabla 41. Propiedades del hormigón de la mezcla 7

PROPIEDADES DE

HORMIGÓN f´c 420

Laboratorio Campo (Recomendación ACI 211 -4R)

MPa MPa Psi

Módulo de Elasticidad 29211.99 26290.79 3813163.75

Módulo de Rotura 6.95 6.26 907.21


169

Tabla 42. Parámetros de diseño de la “Interconexión: Escalón N°2 (Av. Simón

Bolívar Periférico Sur Occidental)

Índice de serviciabilidad Error estándar combinado So

Serviciabilidad final (Pt) 2.00 So 0.35

Serviciabilidad inicial (Po) 4.50 Zr -1.282

∆PSI = Po – Pt 2.50 Nivel de Confiabilidad

Módulo de reacción del suelo Confiabilidad (R) 90%

CBR de diseño 9.80% De acuerdo a las características de la Av.

Escalón N°2, y por encontrarse en una zona

urbana, de clasificación funcional

correspondiente a un tipo de vía colectora. Resistencia del suelo K 198 lb/plg2

Determinación del tráfico de diseño

TIPO DE VEHÍCULO TPDA (veh/día) % de Composición

Livianos 16258 81.22

Pesados 3760 18.78

Total 20018 100

Coeficiente de drenaje Transferencia de carga

Calidad del drenaje Buena EL diseño tendrá apoyos laterales

mi 1.1 J 2.8

En la relación con el drenaje y considerando la

pluviosidad de Quito, y el 5% del año la estructura

de pavimento permanecerá expuesta a niveles de

humedad próximos a la saturación.

Factor del carril 1

Factor de sentido 0.5

ESAL’s de Diseño 41846319

Fuente: Farinango Bilbao & Herrera Heredia

6.1.2. Cálculo del espesor de la losa

Señalar el tipo de pavimento a diseñar, en este caso se señala “Rígido”.

Señalar e ingresar las variables de diseño de la Tabla 42, y las propiedades

requeridas del concreto de la Tabla 41.

Para realizar el cálculo se da clic en diseñar.

170

Ilustración 24. Cálculo del espesor de la losa del pavimento rígido por medio del programa

“Método AASHTO para el diseño de pavimento (1993) por Luis R. Vásquez”.

Fuente. NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina

El diseño dio como resultado un espesor (D) de 23 cm.

“El espesor de la subbase es de 15 cm” (Farinango & Herrera,

2014).

Ilustración 25. Espesores del pavimento rígido con escoria de acero


171

6.1.3. Juntas de hormigón

Los usos de juntas son inevitables en la práctica, estas juntas son necesarias para

evitar fisuración por retracción, las juntas se colocan en puntos de menor fatiga y

con superficie normal a las direcciones de compresión, se evita ubicar juntas

donde exista fuertes tracciones (Brotóns, 2009).

6.1.4. Diseño de juntas de aislamiento

El diseño de juntas se lo realiza en sentido longitudinal y transversal, y se

construyen de acuerdo al eje central del pavimento.

Junta transversal

El diseño se lo realiza con el afán de prevenir fisuras en el hormigón por

contracción y alabeo y se le da un espaciamiento para controlar el agrietamiento

producido por los cambios de temperatura y humedad. El espaciamiento entre

juntas debe ser menor o igual a 6 metros (Ortuño, Pila, Viteri, & Yagchirema,

2011).

El corte de las juntas transversales se lo realiza cuando el concreto esta

endurecido y antes de que este haya sufrido alguna fisura. Para encontrar la

separación entre juntas se aplica la ecuación de Albert Joisel (Ortuño, Pila,

Viteri, & Yagchirema, 2011).

Ecuación 10. Ecuación de Alberth Joisel para el cálculo del espaciamiento entre

juntas

𝑳 = 𝟑 × 𝑷

𝒆𝟐

Fuente: Ortuño Flores, Pila Caiza, Viteri Nicolalde, & Yagchirema Arboleda, 2011

172

Tabla 43. Cálculo de la longitud de la junta transversal

Ecuación:

Dónde:

L = Longitud máxima de la losa

p = Carga máxima estática que puede presentarse en

una losa (T)

e = Espesor mínimo de la losa

Datos:

P 1000 Tn

e 23 cm

Cálculo

L = 5.67 m

L redondeado = 6.00 m


Cálculo del acero longitudinal

Este tipo de juntas se coloca cuando el ancho de la vía sea mayor a 3.70m,

cuando se ubican losas adyacentes en diferentes tiempos se ubica un endentado

en la mitad del espesor de la losa de hormigón. Para tener mejor eficiencia de

trasmisión de carga, se ubican barras de anclaje, esto con la finalidad de

mantener unidas las caras de las juntas longitudinales. Las barras de anclaje se

diseñan para que resistan fuerzas de tracción que son generadas por la fricción

entre la subrasante y la losa de pavimento. Para realizar el diseño se aplica la

Ecuación 11, la cual calcula la sección transversal de acero por unidad de

longitud de la junta (Ortuño, Pila, Viteri, & Yagchirema, 2011).

Ecuación 11. Ecuación para la determinación del acero longitudinal

𝐴𝑆 = 𝑏𝑓𝑤

𝑓𝑠 (

𝑐𝑚2

𝑚) (Ortuño, Pila, Viteri, & Yagchirema, 2011)

𝐿 =3𝑥𝑃

𝑒2 ≤ 6𝑚

173

Tabla 44. Cálculo del acero longitudinal

Ecuación:

Dónde:

As = Área de acero por unidad de longitud de junta (cm2/m)

b = Ancho de carril (m)

f = Coeficiente de fricción (1,5 generalmente)

w = Peso del hormigón por unidad de área Kg/m2

fs = Esfuerzo de trabajo del acero multiplicada por 0.67 fy

Datos:

Fy 2800 kg/cm2

B 4 m

F 1.5

W 2590 kg/m2

Fs 1876 kg/cm2

Cálculo

As 8.28 cm2/m

CALCULO DEL ACERO

(Diámetro) Ø N° de Varillas Área Total

16 2 4.02

18 2 5.09

Total 9.11


De la Tabla 44, se observa que por cada metro lineal se colocara 2 varillas de 16

mm y 2 varillas de 18 mm, con espaciamiento de 30 cm. La longitud de las barras

de anclaje debe ser tal que el esfuerzo de adherencia a cada lado de la junta iguale

el esfuerzo de trabajo del acero, agregándose 7.5 cm. Para poder compensar los

defectos de colocación de varilla, la longitud total puede calcularse por medio de

la Ecuación 12 (Ortuño, Pila, Viteri, & Yagchirema, 2011).

Ecuación 12. Ecuación para el cálculo de longitud de la barra de anclaje

𝐿 = 2 𝐴𝑓𝑠

𝑎𝑝+ 7,5 (Ortuño, Pila, Viteri, & Yagchirema, 2011)

174

Tabla 45. Cálculo de la longitud de la barra de anclaje

Ecuación:

Dónde:

A = Área transversal de una barra de anclaje (cm2)

L = Longitud total de la barra de anclaje (cm)

α = Esfuerzo de trabajo por adherencia acero corrugado

p = Perímetro de una varilla (cm)

fs = Esfuerzo de trabajo del acero multiplicada por 0.67 fy

Datos:

A 2.55 cm2

Fs 1876 kg/cm2

Α 24.6

P 5.34 cm

Cálculo

L 70.00 cm


Ilustración 26. Esquema del pavimento rígido diseñado


175

6.1.5. Análisis Comparativo De Resultados Obtenidos

Tabla 46. Comparación de resultados el diseño de hormigón rígido convencional

y hormigón rígido con escoria de acero

DISEÑO DE

PAVIMENTO

RÍGIDO

DISEÑO

PROPUESTO POR

NINABANDA BRYAN &

SANTAMARÍA KARINA

DISEÑO

PROPUESTO POR

(Farinango & Herrera,

2014)

ESPESOR DE LA

CARPETA 23 cm 30 cm

SEPARACIÓN

ENTRE JUNTAS 6 m 4 m

ACERO

LONGITUDINAL 2 Ø16mm; 2 Ø18mm 4 Ø16mm

LONGITUD DE LA

BARRA DE

ANCLAJE

70 cm 70 cm

FUENTE: NINABANDA Bryan & SANTAMARÍA Karina

Existe una reducción de 7cm del espesor de la losa de hormigón y la separación de

juntas aumenta en 2cm, el armado propuesto y el anclaje cambian

considerablemente.

176

6.2. FUNDICION DE UNA FRANJA CON EL DISEÑO DE HORMIGÓN

DE ALTA RESISTENCIA UTILIZANDO ESCORIA DE ACERO

El objetivo principal es construir un elemento de hormigón constituido con ripio-

cemento- escoria, que pueda ser usado para estudios posteriores, principalmente del

nivel de contaminación que pueda presentar el mencionado. Como estudio primario

en el capítulo 5 se observó que el hormigón no presenta niveles de contaminación

y que cumplen con los límites máximos de descarga al alcantarillado público del

Ministerio del Ambiente.

Ubicación del área a fundir

El diseño de hormigón de alta resistencia con escoria de acero es usado para la

reposición de una parte del pavimento existente en el Laboratorio de Ensayo de

Materiales de la Universidad Central, que se halla en mal estado. El área total a

reemplazar es de 2,00 m2 (Largo= 2,50m; Ancho=0,80m).

Ilustración 27. Laboratorio de ensayo de materiales - Universidad Central del Ecuador

Fuente: GoogleEarth

177

Coordenadas Laboratorio de ensayo de materiales Universidad Central

Latitud: 777959.74m

Longitud: 9978084.59m

Cota: 2837 msnm

Dosificación al Peso de la Mezcla 7

La dosificación usada para la aplicación práctica del diseño de hormigón de alta

resistencia es la correspondiente a la mezcla 7, donde se obtuvo un rango de

seguridad del 18% con respecto a la resistencia especificada de 42MPa.

Tabla 47. Dosificación de la mezcla 7.

Cemento 1

Ripio 1.69

Escoria 1.38

Agua 0.36


Fotografía 13. Pavimento deteriorado del Laboratorio Ensayo de Materiales UCE


178

Proceso de construcción de placa de hormigón

Se retira la capa de hormigón que se halla en mal estado de forma manual, el

cual tiene un espesor de 8cm, el mismo que se asienta sobre una sub base

(empedrado).

Fotografía 14. Sub base empedrada


Cálculo de cantidades requeridas para la fundición del área a reponer.

PLACA A FUNDIR

largo 2,5 M

ancho 0,8 M

Espesor 0,08 M

V. requerido 0,16 m3

179

Cantidad de materiales al peso en estado SSS y corrección por

humedad

MATERIAL M. DE PRUEBA

Cemento 88,31

Ripio 149,24

Arena 121,86

Agua 31,79

ADITIVO 176,62 ml


Contenido de humedad del agregado grueso = 3,67 %

Contenido de humedad del agregado fino = 2,80 %

contenido de agua en arena 0,06 Kg

contenido de agua en ripio -1,10 Kg

Cantidades finales para la fundición de la placa

CANTIDADES DEFINITIVAS PARA LA PLACA

MATERIAL CANTIDAD U

Cemento 88,31 kg

Agua 30,75 kg

Ripio 150,34 kg

Arena 121,80 kg

ADITIVO 176,62 ml

El área a ser fundida es compactada y humedecida antes de proceder al vertido

del hormigón

Fotografía 15. Humedecimiento de la superficie a ser fundida


180

La mezcla de los materiales se realiza en una concretara. Se fabrican tres

testigos de 10x20 cm que serán curados de la misma forma que la placa y

ensayados a los 28 días. El hormigón es vertido, consolidado adecuadamente y

se realiza el acabado final.

Fotografía 16. Vertido del Hormigón


Fotografía 17. Cilindros testigos


181

Fotografía 18. Acabado Final de Placa de hormigón con escoria de acería


Resultados de la resistencia a la compresión a los 28 de los cilindros testigos

Dosificación Fecha de

Ensayo Probeta

Diámetro

(Cm)

Altura

(Cm)

Carga

Kg

F'c

(Kg/Cm2)

F’c

Promedio

MPa

placa de

hormigón

08/06/2017 1 10,1 20 36600 456,82

45 08/06/2017 2 10,3 20 37300 447,66

08/06/2017 3 10,2 20 38000 465,04

El promedio de los resultados obtenidos en el ensayo de resistencia a la compresión

fue de 45 MPa, es decir se obtuvo el 7% más de la resistencia especificada en el

hormigón.

182

CAPITULO VII

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1. CONCLUSIONES

1. Los resultados obtenidos en el diseño de hormigón de alto desempeño

realizado con la mezcla 7, muestra que el empleo de escoria de acero como

agregado fino en el hormigón es apto para la aplicación en un pavimento

rígido.

2. Como resultado de la caracterización de las propiedades físicas es posible

concluir que el peso específico de la escoria negra con respecto al de la arena

de Pifo es 1.41 veces mayor. Mientras la capacidad de absorción de la escoria

negra con relación al de la arena es 1.14 veces mayor, por lo cual se concluye

que la escoria es un material poroso. Al realizar los ensayos de densidad suelta

y compactada se deduce que para un mismo volumen se tiene diferentes

masas de escoria y arena, siendo 1.40 veces mayor la densidad suelta de la

escoria con respecto a la arena y 1.34 veces mayor la densidad compactada

de la escoria con respecto a la arena de Pifo.

3. Las escorias negras como residuos constituyen un peligro para el medio

ambiente, puesto que al realizar el análisis de lixiviado TCLP de la escoria y

al ser comparados con los límites máximos permisibles de descargas al

sistema de alcantarillado público se observa que dos elementos químicos (Cd,

Zn) superan los rangos establecidos. A su vez no deben ser considerados

como suelos debido al ensayo realizado por el método EPA 3050 (Espectro

fotometría de absorción atómica) de la escoria en donde los elementos

183

analizados Zn, Cr, Pb superan el criterio de calidad para suelos del texto

unificado de legislación secundaria del Ministerio del Ambiente, siendo un

material degradante para la calidad del suelo.

4. De las dosificaciones obtenidas para las mezclas de arena y escoria se observa

que para una misma relación agua-cemento se requiere mayor cantidad de

pasta en las mezclas realizadas con escoria, se requiere el uso de un aditivo

(Glenium 3400 Nv) que mejore las propiedades del hormigón fresco y

endurecido debido a que la relación agua – cemento es baja.

5. El comportamiento de la escoria es similar a un agregado natural, como se ve

reflejado en el ensayo a compresión realizado en los cilindros de hormigón,

donde se observa que la resistencia aumenta en el transcurso del tiempo. En

los ensayos realizados en la mezcla 6, que fueron ensayadas a los 7, 14, 28 y

56 días se obtuvo el 83%, 97% ,111% y 112% de la resistencia especificada.

Debido a que el hormigón diseñado es para un pavimento rígido, el cual estará

expuesto a factores ambientales, y es probable que no tenga un curado similar

al del laboratorio, se optó por realizar la mezcla 7 con una relación agua-

cemento de 0.36, aumentando así el rango de seguridad.

6. El hormigón con escoria de acero de la mezcla 7 presenta buen desempeño

como se muestra en los ensayos de resistencia mecánica. La resistencia a la

compresión de las probetas ensayadas a los 7, 14, 28 y 56 días, dan como

resultados 98%, 109%, 118% y 119% de la resistencia especificada,

obteniendo así un rango de seguridad de 1.19 veces con respecto a la

resistencia especificada. El módulo de rotura obtenido fue de 6.95 MPa, este

módulo de rotura obtenido en laboratorio representa el 14% de la resistencia

184

promedio a la compresión a los 28 días. El módulo de elasticidad obtenido en

laboratorio es de 29211.99 MPA que representa el 90.22% del módulo teórico

propuesto por el ACI 318 y el 98.12% del propuesto por el ACI 363. El

hormigón con escoria de acero presenta buena resistencia a la abrasión como

se observan en los resultados, donde el promedio del desgaste representado

en la longitud de la cuerda es de 22.33 mm, siendo el máximo permisible de

25 mm según la norma NTE INEN 3040.

7. La comparación entre el hormigón convencional y el hormigón con escoria

de acero muestran que a una misma dosificación sus resistencias son

diferentes con una mínima variación, siendo mayor en todas las edades el

hormigón con arena. La resistencia a la compresión a los 7 días de la mezcla

con arena excede en un 9,30% a la resistencia de la mezcla con escoria, a los

14 días el comportamiento sigue siendo similar con una diferencia de 8,70%.

A los 28 días la mezcla con escoria presenta una recuperación considerable

de la resistencia dando una variación de resistencias entre mezclas del 2%.

8. En los dos casos propuestos para evaluar la cantidad de metales pesados en el

hormigón endurecido por medio del análisis de lixiviados (TCLP) muestran

que los metales pesados cinc, cadmio y plomo no se desprenden de las

muestras de hormigón, los elementos químicos se hallan dentro de los límites

máximos permisibles.

9. Cuanto mejor sean las propiedades mecánicas del hormigón el espesor de una

losa de un pavimento rígido puede llegar a reducirse como se observa en la

Tabla 47, donde el espesor diseñado propuesto en la tesis “Diseño vial

definitivo de la avenida ESCALON 2” fue de 30 cm y al diseñar con las

185

propiedades mecánicas del hormigón de alto desempeño con escoria de acero

se da una reducción del espesor de 7 cm.

10. Los testigos tomados de la reposición del pavimento fueron puestos bajo las

mismas condiciones de curado que la placa y ensayados a los 28 días dando

como resultado una resistencia a la compresión de 45 MPa, es decir 7% mayor

a la resistencia especificada.

7.2. RECOMENDACIONES

1. El ensayo colorimétrico de la escoria negra inicialmente fue de color amarillo

encendido, lo que indica que contiene altas cantidades de material orgánico,

lo cual dificulta fabricar hormigones de alto desempeño, por ello se

recomienda realizar el lavado de la escoria con la finalidad de reducir el

material orgánico.

2. Se debería efectuar un estudio de caracterización físico y químico de cada una

de las escorias que resultan del proceso de la fundición del acero de todas las

empresas siderúrgicas existentes en el país, con la finalidad de generalizar el

uso adecuado de las escorias.

3. Se debería realizar una investigación sobre procesos de envejecimiento en las

escorias, puesto que en este proyecto se realizó un envejecimiento acelerado

descrito en el Anexo 3 y Anexo 4, el mismo que no tuvo resultados

satisfactorios. En el proceso de envejecimiento se puede evaluar el grado de

estabilidad química de las escorias.

4. Cuando se considere realizar el retiro del hormigón fabricado con escoria, se

recomienda reutilizar el material para la conformación de nuevos elementos

186

de concreto, ya que al convertirse en un residuo sólido este afectaría al medio

ambiente como se muestra en el Anexo 7, donde el cadmio y plomo no cumple

como los límites permisibles.

5. Se recomienda usar la dosificación obtenida en este proyecto en un tramo de

vía donde el tráfico vehicular sea significativo y se pueda evaluar el

comportamiento del hormigón.

187

8. BIBLIOGRAFÍA

1. ADOCEM. (2015). Guìa para el diseño de vias de alto volumen. EPSA-

LABCO.

2. Arequipa, E., Coba, W., Garzón, D., & Vargas, L. (2012). Módulo

Estático de Elasticidad del Hormigón en base a su resistencia a la

Compresión simple f´c=21MPa y 30MPa. Quito, Ecuador.

3. Asmal, D., Ocaña, J., Perdomo, A., & Perez, J. (2012). Estudio del módulo

de elasticidad estático del hormigón en base a la resistencia a la

compresión (fc= 21,28 MPa) fabricado con material de la Mina Pintag.

Quito, Ecuador.

4. Asociación Nacional de Escorias. (2013). Asociación Nacional de

Escorias. Recuperado de Escorias de Acero de horno:

http://www.nationalslag.org/slag-history

5. ASTM C469-02. (2011). ASTM Método de prueba estándar para el

módulo estático de elasticidad y la relación de Poisson de hormigón.

Recuperado de http://www.c-s-h.ir/wp-content/uploads/2015/01/C-

469.pdf

6. Ávila, M. (2014). Hormigón de alta resistencia (Fc= 50 MPa), utilizando

el cemento armaduro especial de la línea Lafarge. Quito, Ecuador.

7. BASF. (2008). GLENIUM 3400 NV. Quito.

8. Brotóns, P. (2009). Hormigón Armado. San Vicente.

9. Camposano, J. (2011). Notas Técnicas INECYC. Quito, Ecuador.

10. Chiluisa, S. J. (2014). Hormigones de alta resistencia (f'c = 50mpa)

utilizando agregados del sector de Pifo y cemento Armaduro Especial-

Lafarge. Quito, Ecuador.

11. COGUANOR. (2012). Norma Técnica Guatelmateca. Métodos de Ensayo.

Determinación de la resistencia al desgaste por abrasión de adoquines de

concreto. Guatemala.

12. Cuásquer, C., & Altamirano, S. (2015). Evaluación del uso de escoria de

acero en la producción de hormigón . Quito.

13. Farinango, D., & Herrera, V. (2014). Análisis comparativo de costos entre

el pavimento rígido y pavimento flexible. Quito, Ecuador.

14. Flores, H. (2014). Hormigones de Alta Resistencia (f'c = 53MPa)

utilizando agregados del sector de PIFO y cemento Armaduro Especial-

Lafarge. Quito, Ecuador.

188

15. Helman, J. (1981). Control de estabilidad y limitación de las pruebas

aceleradas. En Farmacotecnia Teórica y Práctica. Volumen 7 (págs. 2394

- 2397). Mexico: CECSA.

16. Hidalgo, A. I., & Mora, L. C. (2016). Diseño de hormigón para pisos de

uso residencial, de alta resistencia, utilizando agregados de la cantera de

pifo, provincia de pichincha. Quito, Ecuador: UCE.

17. IMCYC. (2007). El concreto en la Obra problemas, causas y soluciones.

Resistencia a la abrasión. Mexico.

18. INECYC. (2016). Control de calidad en el hormigón. Quito, Ecuador:

Noción.

19. Ministerio del Ambiente. (2014). Anexo I del libro VI del texto unificado

de legislación secundaria: Norma de calidad ambiental y de descarga de

efluentes al recurso agua . Quito, Ecuador.

20. Ministerio del Ambiente. (2015). Anexo 2 del libro VI del texto unificado

de legislación secundaria: Norma de calidad ambiental del recurso suelo

y criterios de remediación para suelos contaminados. Quito, Ecuador.

21. Miranda, C. E. (2014). Diseño de hormigones de alta resistencia (f´c= 44

MPa), utilizando agregados del sector de Ambuquí, fibras metálicas,

cemento Lafarge Armaduro Especial y aditivos hiperfluidificantes. Quito,

Ecuador.

22. NTE INEN 156. (2009). Cemento hidráulico. Determinación de la

densidad. Quito, Ecuador .

23. NTE INEN 157. (2009). Cemento Hidráulico. Determinación de la

consistencia normal. Método de Vicat. Quito, Ecuador.

24. NTE INEN 1573. (2010). Hormigón de cemento hidráulico.

Determinación de la resistencia a la compresión de especímenes cilídricos

de hormigón y cemento hidráulico. Quito, Ecuador.

25. NTE INEN 158. (2009). Cemento hidráulico. Determinación del tiempo

de fraguado. Método de Vicat. Quito, Ecuador.

26. NTE INEN 2554. (2011). Hormigón de cemento hidráulico.

Determinación de la resistencia a la flexión del horimgón. (Utilizando una

viga simple con carga en los tercios). Quito, Ecuador.

27. NTE INEN 3124. (2016). Hormigón. Elaboración y curado de

especímenes de ensayo en el laboratorio. Quito, Ecuador.

28. NTE INEN 696. (2011). Áridos. Análisis granulométrico en los áridos,

fino y grueso. Quito, Ecuador.

189

29. NTE INEN 855. (2010). Áridos. Determinación de la masa unitaria (Peso

Volumétrico) y el porcentaje de vacíos. Quito.

30. NTE INEN 856. (2010). Áridos determinación de la densidad relativa y

absorción del árido fino. Quito, Ecuador.

31. NTE INEN 857. (2010). Áridos. Determinación de la densidad, densidad

relativa (Gravedad específica) y absorción del árido grueso. Quito ,

Ecuador.

32. NTE INEN 858. (2010). Áridos. Determinación de la masa unitaria (Peso

Volumétrico) y el porcentaje de vacíos. Quito, Ecuador.

33. NTE INEN 860. (2011). Áridos. Determinación del valor de la

degradación del árido grueso de partículas menores a 37,5mm mediante

el uso de la máquina de los ángeles. Quito, Ecuador.

34. NTE INEN 872. (2011). Áridos para hormigón. Requisitos. Quito,

Ecuador.

35. Rodriguez, S. (2014). Diseño de hormigones de alta resistencia

(f’´c=40MPa), utilizando agregados del sector de Pifo, fibras metálicas,

Cemento Lafarge Armaduro especial y aditivos hiperfluidificantes. Quito,

Ecuador.

36. Romo. (2008). Comportamiento Elástico e Inelástico del hormigón. Quito,

Ecuador.

37. Sanchez, D. (2001). Tecnologia del concreto y del mortero. Colombia:

Qquebecor World Bogotá S.A.

38. UNACEM. (2015). Ficha técnica SELVALEGRE PLUS. Quito.

REFERENCIA VIRTUAL

1. ACI211.4R-93. (1998). ACI COMITE 211. Guía para la selección de las

proporciones de hormigón de alta resistencia con cemento portland y

cenizas volante. Recuperado de

http://www.bpesol.org/bachphuong/media/images/book/2114r_93.pdf

2. Alvarez, J. (2012). ICPC. Estabilización de subrasantes. Recuperado de

http://anfacal.org/media/Biblioteca_Digital/Construccion/Estabilizacion_d

e_Suelos/Estab.Doc.Colombiano,varios%20insumos,Cal.2010-

F_Upload.pdf

3. ANDES. (2013). Andes información. Recuperado de

http://www.andes.info.ec/es/noticias/industria-ecuatoriana-avanza-

produccion-acero-reciclaje-chatarra.html

http://anfacal.org/media/Biblioteca_Digital/Construccion/Estabilizacion_de_Suelos/Estab.Doc.Colombiano,varios%20insumos,Cal.2010-F_Upload.pdf



190

4. Benivia. (2016). EPA TCLP: Procedimiento característica de toxicidad de

lixiviación y desechos característicos. Recuperado de

http://www.ehso.org/cssepa/TCLP.htm

5. Calo, D. (2013). ICPA. Diseño y Construcción de Pavimentos Urbanos de

Hormigón. Recuperado de

http://pavimentosurbanos.icpa.org.ar/publico/Jornada-ICPA/03%20-

%20Dise%C3%B1o%20Estructural%20de%20Pavimentos%20R%C3%A

Dgidos.pdf

6. CEDEX. (2013). Escoria de acería de horno de arco eléctrico.

Recuperado de http://www.cedexmateriales.es/catalogo-de-

residuos/25/escorias-de-aceria-de-horno-de-arco-

electrico/valorizacion/propiedades-/45/escorias-negras.html

7. CEMEX. (2014). Propiedades mecánicas de los concretos estructurales

en Guadalajara, Jal. Recuperado de

http://imcyc/boletin/images/jalisco/pdf/cemex

8. EPA USA. (2017). Agencia de protección ambiental. Recuperado de

https://www3.epa.gov/acidrain/education/site_students_spanish/phscale.ht

ml

9. Herreria, S., & Villegas, F. (2008). Módulos de elasticidad y curvas de

esfuerzo vs deformación, en base a la compresión del hormigón a 21, 28,

35 MPa. Recuperado de

https://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/1783/1/T-ESPE-

025382.pdf

10. Instituto Boliviano del Cemento y el Hormigón. (2012). Manual de

construcción de pavimentos rígidos 2. Recuperado de

http://www.obraspublicas.gob.ec/wp-

content/uploads/downloads/2015/04/LOTAIP2015_tomo_2__normas.pdf

11. LADICIM. (2015). Laboratorio de la división de ciencia e ingenierÍa de

los materiales. Recuperado de http://ocw.unican.es/ensenanzas-

tecnicas/materiales-de-construccion/practicas-1/4-Hormigon.pdf

12. Martín, A. (2013). Obtención del hierro y el acero. Recuperado de

http://tecnoindustrialamd.weebly.com/obtencioacuten-del-hierro-y-el-

acero.html.

13. Mattio, M. E. (2014). La Permeabilidad al Agua como Parámetro para

Evaluar la Durabillidad del Hormigón-Parte 1. Recuperado de

https://rdu.unc.edu.ar/bitstream/handle/11086/1576/PS%20Mattio%2C%2

0Mar%C3%ADa%20Eugenia.pdf?sequence=1&isAllowed=y

https://rdu.unc.edu.ar/bitstream/handle/11086/1576/PS%20Mattio%2C%20Mar%C3%ADa%20Eugenia.pdf?sequence=1&isAllowed=y

https://rdu.unc.edu.ar/bitstream/handle/11086/1576/PS%20Mattio%2C%20Mar%C3%ADa%20Eugenia.pdf?sequence=1&isAllowed=y

191

14. Ortuño, J., Pila, S., Viteri, D., & Yagchirema, É. (2011). Diseño vial

definitivo de la avenida ESCALON 2. Recuperado de

http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/1620

15. Recalde, C. (2007). Metodología de planificación minera a corto plazo y

diseño minero a mediano plazo. Recuperado de

https://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/6094/4/Recalde%2

0Eduardo%20%C3%8Dndice.pdf

16. Rivera, G. A. (2010). Resistencia del Concreto. Recuperado de

ftp://ftp.unicauca.edu.co/cuentas/geanrilo/docs/FIC%20y%20GEOTEC%2

0SEM%202%20de%202010/Tecnologia%20del%20Concreto%20-

%20%20PDF%20ver.%20%202009/Cap.%2006%20-%20Resistencia.pdf

17. SteelUniversity. (2013). Recuperado de

https://steeluniversity.org/news/basic-oxygen-steelmaking-simulation-and-

electric-arc-furnace-simulation-tutorials/

18. UNE-EN 1744-1. (2013). Residuos utilizables en construcción.

Recuperado de https://es.scribd.com/doc/93631431/UNE-EN-1744-1-

1998

19. Universidad del Acero. (2013). Escorias de acero. Recuperado de

https://steeluniversity.org/news/basic-oxygen-steelmaking-simulation-and-

electric-arc-furnace-simulation-tutorials/

20. USEPA. (1991). Método 1311, Procedimiento caracteristico de toxicidad .

Recuperado de

http://www.epa.gov/osw/hazard/testmethods/sw846/online/index.htm

ftp://ftp.unicauca.edu.co/cuentas/geanrilo/docs/FIC y GEOTEC SEM 2 de 2010/Tecnologia del Concreto - PDF ver. 2009/Cap. 06 - Resistencia.pdf



192

9. ANEXOS

ANEXO 1. Metales en Lixiviados TCLP EPA 1311

193

Fuente. Empresa siderúrgica del Ecuador, 2017

194

ANEXO 2. Informe de resultados de los metales pesados, Método EPA 3050

para suelos.

Fuente. Laboratorio de Química Ambiental UCE, (2017).

195

ANEXO 3. Envejecimiento de la Escoria

La escoria de acería para ser usada como árido siderúrgico tiene que ser

machacado y no debe contener materiales contaminantes, para luego realizar el

envejecimiento durante 3 meses, el cual consta de un riego con agua (UNE-EN

1744-1, 2013).

Por la limitación de tiempo se realiza el envejecimiento a través de pruebas

aceleradas en el cual nos menciona lo siguiente “El deterioro que sufre un producto

al ser expuesto por un mes a 45°C es el mismo que sufre a 20°C en un año”

(Helman, 1981) Para realizar el envejecimiento se cuarteo la escoria hasta obtener

aproximadamente 5 kg, luego se procedió a lavarla y retirar de manera visual los

materiales que estuvieren dentro de la escoria, se coloca dentro de un recipiente

metálico con agua y se lo lleva durante un mes a una estufa con un termostato para

poder controlar la temperatura de 45°C.


196

ANEXO 4. Resultados Químicos del envejecimiento

Resultados del análisis semicuantitativo de la escoria sin envejecer y

envejecida

Fuente. UNACEM, 2016

CONTROL DE CALIDAD

CON ENVEJECIMIENTO SIN ENVEJECIMIENTO

Pérd. Fuego [%] -2.2 -1.1

SiO2 [%] 16.4 16.8

Al2O3 [%] 7.08 7.2

Fe2O3 [%] 51.08 50.1

CaO [%] 16.71 16.11

MgO [%] 9.30 9.1

SO3 [%] 0.20 0.2

Na2O [%] 0.34 0.43

K2O [%] 0.05 0.09

Ti2O [%] 0.47 0.47

P2O5 [%] 0.20 0.25

MnO [%] 0.03 0.03

Cr2O3 [%] 0.01 0.01

BaO [%] 0.00 0.00

CuO [%] 0.00 0.00

Eu2O3 [%] 0.00 0.00

SrO [%] 0.00 0.00

NiO [%] 0.00 0.00

Nb2O5 [%] 0.00 0.00

PbO [%] 0.00 0.00

ZrO2 [%] 0.00 0.00

MoO3 [%] 0.00 0.00

Tb4O7 [%] 0.00 0.00

ZnO [%] 0.4 0.3

Cl- [%] 0.0 0.0

Total [%] 100.0 100.0

Humedad [%] 5.1 5.3

ANALISIS

MUESTRAS

MATERIAL

8/2/2016

197

ANEXO 5. Informe de la medida de la resistencia al desgaste por abrasión en

hormigón. Método de la rueda ancha.

Fuente. Laboratorio de materiales de construcción PUCE, (2017)

198

ANEXO 6. Ensayo del desgaste a la abrasión

Informe del ensayo de la medida de la resistencia al desgaste por abrasión en

hormigón. Método de la rueda ancha, realizado por NINABANDA Bryan &

SANTAMARÍA Karina.

Proyecto: Tesis- Diseño de hormigón rígido de alta resistencia con escoria de

acero

Localización: Quito

Norma Ensayo: NTE-INEN 3040

Muestra N° 2 3

Identificación ----------- ----------- -----------

Fecha de fabricación ----------- ----------- -----------

Fecha de ensayo Año-mes-día 2017-05-19 2017-05-19

Caudal del flujo abrasivo l/min 2.5 2.5

Longitud de cuerda de la pesa cm 66.5 66.5

Masa de la pesa gr 13844 13844

Espesor de la rueda h mm 70 70

Diámetro mm 200 200

Factor de Corrección u 0.5 0.5

Longitud de la cuerda medida mm 21.5 23.5

Longitud de cuerda corregida mm 22 24

______________________

Ing. Byron Morales

Supervisor - Tutor

199

ANEXO 7. Resultado del ensayo de TCL de la muestra de hormigón triturado

Muestra de hormigón triturado

El material ensayado corresponde a la mezcla 7. El ensayo se lo realiza posterior a

los 28 días de su fabricación, y previamente fue triturado en el laboratorio de

Ensayos de Materiales para su posterior análisis. Los resultados obtenidos en el

ensayo de lixiviados se muestran en la Tabla 35.

Fotografía 19. Trituración del Hormigón


200

Ensayo de lixiviados a una muestra de material triturado de hormigón


201

ANEXO 8. Resultado del ensayo de TCLP de la placa de hormigón.


202

ANEXO 9. Resultado del ensayo de TCLP de la muestra de agua.


203

ANEXO 10. Ensayo de colorimetría del agregado fino y consistencia normal del

cemento


ANEXO 11. Lavado de la escoria


204

ANEXO 12. Mezcla del hormigón de alta resistencia con escoria de acero


ANEXO 13. Determinación del asentamiento usando el cono de Abrams


205

ANEXO 14. Varillado del hormigón


ANEXO 15. Cilindros de hormigón de 10x20 cm


206

ANEXO 16. Ensayo de resistencia a la compresión


ANEXO 17. Resistencia a la Flexión del Hormigón en Vigas


207

ANEXO 18. Resistencia al Desgaste por Abrasión


ANEXO 19. Construcción de la placa en el laboratorio de Ensayo de Materiales

Universidad Central del Ecuador


208

ANEXO 20. Cálculo de ejes equivalentes


209

ANEXO 21. Valores del coeficiente de transferencia de carga J


ANEXO 22. Calidad de drenaje


ANEXO 23. Valores del coeficiente de drenaje Cd


210

ANEXO 24. Relación entre el valor relativo de soporte (C.B.R) y el módulo de

reacción de la subrasante (K).


ANEXO 25. Selección del CBR de diseño


211

ANEXO 26. CBR de diseño


universidad central del ecuador facultad · pdf filepavimento de concreto.” ......

Documents