UNIVERSIDAD DE HUÁNUCO FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Civil
PROYECTO DE TESIS “ESTUDIO DEL NIVEL EFECTIVIDAD DE LOS ADITIVOS
ACELERANTES DE FRAGUA FRAGUA MARCA SIKA 3 Y CHEMA 5 EN CONCRETOS APLICABLES A ZONAS ALTO ANDINAS DE REGIÓN HUANUCO – DISTRITO DE SANTA MARIA DEL VALLE – CENTRO EDUCATIVO DE POMACUCHO ”
AUTORES Tolentino Castañeda, Lino Isaias Cárdenas Gómez, Pierre Alexis
ASESOR Morales Chuquimantari, Edson Javier
Huánuco – Perú - 2017
TÍTULO DEL PROYECTO:
“ESTUDIO DEL NIVEL EFECTIVIDAD DE LOS
ADITIVOS ACELERANTES ACELERANTES DE FRAGUA MARCA SIKA 3 Y CHEMA 5 EN CONCRETOS APLICABLES A ZONAS ALTO ALTO ANDINAS DE REGIÓN HUANUCO – DISTRITO DE SANTA MARIA DEL VALLE – CENTRO EDUCATIVO DE POMACUCHO”
ÍNDICE
I. PROYECTO DE INVESTIGACIÓN 1.1 Planteamiento del problema. 1.1.1 Descripción del problema …………………………. 1 1.1.2 Formulación del problema
……………………… 5
1.1.3 Objetivos 1.1.3.1 Objetivo general
……………………….. 5
1.1.3.2 Objetivo específico ……………………….
6
1.1.4 Justificación de la investigación ………………….
6
1.1.5 Limitación de la investigación. ………………….. 7 1.1.6 Viabilidad de la investigación. …………………..
7
II. MARCO TEÓRICO 2.1.
Antecedentes de la investigación ………………… 8
2.2.
Bases teóricas ……………………………………… 15
2.3.
Definiciones conceptuales ………………………..
30
2.4.
Hipótesis …………………………………………....
32
2.5.
Variables …………………………………………… 32 2.5.1. Variable dependiente 2.5.2. Variable independiente.
2.6
Operacionalización de variables (Dimensiones e Indicadores) ……………………………………….. 33
III METODOLOGÚIA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1.
Tipo de investigación (Referencial)...................... 38 3.1.1. Enfoque.......................................................
38
3.1. 2. Alcance o nivel............................................ 39 3.1. 3. Diseño......................................................... 39
3.2.
Población y muestra.............................................. 40
3.3.
Técnicas e instrumento de recolección de datos... 41 3.3.1. Para la recolección de datos (detallar las técnicas e instrumentos utilizados)..................... 45 3.3.2. Para el análisis e interpretación de los datos..47
IV RESULTADOS 4.1. Procesamiento de datos (Cuadros estadísticos con su respectivo análisis e interpretación)........................................... 48 Bibliografía ............................................................................49 Anexo.....................................................................................50
1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 1.1 Descripción del problema. 1.1.1. A nivel Internacional Los aditivos en México constituyen un apoyo importante para el sector de la construcción pues sus productos proporcionan al concreto las características idóneas para su utilización. Por otra parte, l a construcción formal cada vez en mayor proporción, reconoce las ventajas y el desarrollo de esta tecnología .(Mireya Perez , 2014) Un aspecto fundamental para las estructuras hechas de concreto es el asegurar que las resistencias de diseño en el concreto se cumplan en la planta, y en las obras, por lo que se hace cada vez más necesario verificar que los insumos cumplan con las características adecuadas y esto lleva a analizar los agregados, la calidad del cemento, del concreto, de la mezcla y el proceso de elaboración del mismo, y una vez endurecido, rectificar la resistencia en el proceso. (IMCYC) Hace algunos años bastaba con la prueba de revenimiento para el concreto fresco y la de resistencia del concreto en especímenes endurecidos, pero la experiencia basada en los sucesos naturales, y los provocados por el hombre (sismos, sobrecargas y deformaciones del suelo, etc.) Han demostrado que las estructuras están sometidas a esfuerzos diferentes a los del diseño. Como una solución a la creciente necesidad de equipos que dieran los parámetros al ingeniero para evaluar la calidad del concreto en su elaboración, y de las estructuras se funda el grupo CONTROLS, en Milán, Italia, el cual con un equipo de investigadores y doctores en tecnología del concreto, asfalto, geotecnia, mecánica de rocas y aceros, quienes se dan a la tarea de mejorar los equipos tradicionales para
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mejorar la calidad en su precisión, y de manejo del éxito obtenido se forman las filiales en España, Francia, Gran Bretaña y en México, donde se comercializan los equipos y se cumple con las normas internacionales. En 1994 la certificación del ISO 9001 avala la calidad de los equipos Control, y en el 2003 se obtiene la certificación como empresa ISO 9001: 2000. (La Revista Construcción y
Tecnología, 2005) El Opus Caementicium romano fue sin duda uno de los avances tecnológicos más importantes de la construcción en el mundo antiguo. Este concreto que tiene una estrecha similitud a nuestro CCR (Concreto Compactado con Rodillo) se constituyó en el soporte estructural de obras como el Coliseo, el Panteón o el Puente de la Guardia que se aprestan a cumplir los dos milenios. El concreto de la antigüedad tenía como su ligante principal la cal viva o apagada, que los romanos buscaban de la mayor pureza posible. La transformación del óxido o hidróxido de calcio en carbonato de calcio (caliza), volvía a darse en el tiempo cuando el CO2 de la atmósfera reaccionaba con el agua y con estos compuestos inestables.(CANDLOT) De esta manera la caliza que fue a través del fuego transformada en Cal, volvía con el tiempo a convertirse en la roca que fue. El proceso de endurecimiento de los morteros y concretos de cal era extremadamente lento debido a que la reacción del CO2 de la atmósfera, con los compuestos de calcio progresa muy lentamente (mm/año). Estos ligantes son los que se conocen como ligante aéreos, puesto que endurecen con los elementos presentes en la atmósfera. 2
Para contribuir a la estanqueidad de estas estructuras se tiene noticia que se empleó en algunos casos leche, sangre, manteca de cerdo y hasta huevos. Independientemente de la efectividad de estos
aditivos
para
cumplir
en
este
caso
un
papel
impermeabilizante, vemos que son en extremo costosos y debieron usarse sólo en casos muy específicos. La mayoría de estas opciones casi culinarias, actuaban como incorporadores de aire y bloqueadores de poros. (DYCKERHOFF) Las posibilidades de hoy con respecto a usar tecnologías sustitutivas del cemento portland, la introducción de geo polímeros, de concretos ultra optimizados (bajos contenidos de pasta) o concretos con altísimos contenidos de adiciones minerales, van de la mano con el desarrollo de tecnologías químicas de aditivos que nos permiten usar un material con mejores propiedades en estado fresco como endurecido.
(Aditivos para Concreto, 2012).
1.1.2. A nivel nacional Se Indica que hoy en día se puede adaptar el concreto para lograr mezclas fluidas y de alto desempeño, con una vida útil mucho más prolongada. Especialistas en modificar las características del concreto, los aditivos de BASF se emplean como ingredientes en el concreto o mortero para modificar su estado plástico o endurecido, contribuyendo con la mejora de la fluidez, trabajabilidad y bombeabilidad en obra, con la mejora de sus resistencias mecánicas, reducción de la permeabilidad y mayor durabilidad en las estructuras. 3
Empleando aditivos, se puede lograr una mantención prolongada de la fluidez del concreto, facilitando el proceso constructivo de las estructuras sin afectar su fraguado normal. (BASF) Entre
otros beneficios están la prolongación del fraguado y
endurecimiento del concreto, facilitando su transporte y suministro a grandes distancias. Asimismo, se acelera el fraguado para agilizar los trabajos de acabados y desencofrado o se acelera sus resistencias mecánicas para la puesta en servicio en tan solo pocas horas posterior a su fabricación. Uno de los productos que proporciona es el X-Seed, agente activador de la hidratación del cemento, que potencia el desarrollo de resistencia, permitiendo agilizar el desencofrado de las estructuras y duplicar la jornada de trabajo para incrementar la productividad en obra (Sotomayor, 2012). Otra innovación es Glenium, hiperplastificante reductor de agua de alto rango basado en la tecnología de policarboxilato, ideal para concretos fluidos o autocompactantes donde se requiera eliminar el proceso de compactación del concreto. Asimismo, BASF ha desarrollado el producto Delvo, el cual es un inhibidor de hidratación y controlador del gradiente de temperatura en climas cálidos, que facilita los procesos de fabricación y transporte del concreto al proyecto sin retemplado alguno o adición de hielo para no exceder la temperatura máxima exigida de 32°C. En general se consideran condiciones extremas de temperatura para el concreto cuando la temperatura ambiental es inferior a 5º C y superior a los 28º C, en cuyo caso se debe tener especial cuidado en la selección de materiales, dosificación, preparación, transporte, curado, control de calidad, encofrado y desencofrado del concreto. 4
También podemos considerar como condición extrema la combinación
de
condiciones
especiales
de
temperaturas
ambientes, humedades relativas y velocidad del viento. Es necesario que se obtengan registros históricos de las temperaturas ambientales máximas y mínimas de la zona en donde se construye la obra.
1.1.3. A nivel local Dado que en la construcción de distintos tipos de estructuras se requiere de concreto como parte fundamental de la estructuración, ha generado la necesidad de su uso en la construcción de obras, en zonas alto Andinas de Huánuco, especialmente en Santa María del Valle, donde la Municipalidad va a contar con buenos presupuestos para la elaboración de proyectos de edificación. Se tiene en cuenta que las bajas temperaturas, el clima y la humedad hacen que el fraguado requiera de mayor tiempo para su secado, también obteniendo baja resistencia ; así demorando el avance en la obra. Para salvar este problema se recurre al uso de aditivos de fragua y plastificantes como: (sikarapid y Chema plast).
Debido a la falta de conocimiento de la población muchas veces se elige el producto de menor precio en el mercado, pesando que se genera un ahorro sin embargo no necesariamente el producto más económico no es aquel que asegure una buena calidad en las estructuras de concreto armado por lo tanto se desarrollara el uso y efectividad de los aditivos acelerantes de fragua en las marcas sika 3 y chema 5. 5
1.2. Formulación del problema. ¿Cuál es el nivel efectividad de los aditivos Acelerantes de fragua marca Sika 3
y Chema 5 en concretos aplicados a zonas alto
andinas?
1.3
Objetivo general
Evaluar el nivel efectividad de los aditivos Acelerantes de fragua marca Sika Rapid y Chema plast en la aplicación del concreto en Pomacucho – Santa Maria del Valle.
1.4
Objetivos específicos
1. Evaluar el proceso de fraguado (endurecimiento del concreto) de las muestras de estudio en Pomacucho 2. Elaborar un diseño de mezcla de concreto convencional de resistencia a la compresión f`c=210 kg/cm2. 3. Elaborar muestras (de acuerdo a los ensayos a realizar) de concreto convencional y concreto con aditivos Acelerantes. 4. Evaluar y comparar las propiedades mecánicas Del concreto (Tiempo de Fraguado, Resistencia a la compresión, Temperatura, Slump entre otras) sin aditivo y con aditivo (Chema Plast y Sika Rapid) a los 7 y 28 días. 5. Evaluar y comparar el proceso de fraguado (endurecimiento del concreto) de las muestras de estudio en Pomacucho 6. Analizar el aumento o reducción de costos al utilizar aditivos acelerantes.
1.5 Justificación de la investigación 6
Teórica: La información recopilada y procesada servirá de sustento para esta y otras investigaciones similares, ya que enriquecen el marco teórico y/o cuerpo de conocimientos que existe sobre el tema mencionado.
Económica: el concreto con aditivos acelerantes mejora las propiedades mecánicas del concreto convencional reduciendo el tiempo de fraguado y asimismo mejora la construcción reduciendo tiempo y costo.
1.6 Limitaciones de la investigación Lugar o espacio La presente investigación se realizara en el laboratorio de la Universidad de Huánuco con la prestación de los aparatos para las pruebas respectivas
Tiempo La presente investigación se realizará en 04 meses lo que dura el ciclo académico
Financiación Debido a que aun no se cuenta con los medios para dedicarle una investigación a fondo.
Consideraciones éticas No se cuenta con muchos estudios sobre el tema en nuestra ciudad
1.7 Viabilidad de la investigación 7
Se cuenta con mucha información por parte de BASF PERU con la amplia variedad de aditivos. Disponibilidad de la tecnología de manejo en sus diferentes etapas de procedimiento. Se tiene como guía las normas técnicas peruanas ACI y ASTM
2. MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes de la investigación 2.1.1 A nivel Internacional
Castellón y De La Ossa (2013), “Estudio Comparativo De La Resistencia A La Compresión De Los Concretos Elaborados Con Cementos Tipo I Y Tipo III, Modificados Con Aditivos Acelerantes Y Retardantes en Cartagena de Indias”. Llegaron a las siguientes
conclusiones. Para la buena elaboración del concreto y sus resultados óptimos, es de gran importancia que el ingeniero siga las proporciones que especifica el diseño de mezcla, así mismo debe regirse a las normas y especificaciones que garanticen una buena calidad del mismo.
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El cemento tipo III desarrolla altas resistencias a edades tempranas, debido a que aunque en sus propiedades físicas es similar al Tipo I, su composición química es diferente y además sus partículas han sido molidas más refinadamente; influenciada también por el alto porcentaje de C3S como se puede observar en la siguiente tabla. Tabla 1: V alores típicos de los compuestos de los diferentes tipos de cemento P ortland
Fuente: Libro Tecnología del Concreto y Mortero.
Un alto grado de finura representa un costo considerable debido a que aumentan el tiempo de molienda; y cuanto más fino sea un cemento se deteriorará con mayor rapidez, debido a que absorbe más fácilmente la humedad del aire; liberan mayor cantidad de calor de hidratación ocasionando mayor retracción y por lo tanto, son más susceptibles a la fisuración. Pero un cemento fino, exuda menos que uno más grueso, debido a que retiene mejor el agua al tener mayor superficie de hidratación; por lo tanto, los tiempos de fraguado son menores, esto significa que las partículas gruesas demoran para hidratarse e inclusive no llegar a hacerlo nunca en forma interior, quedando dentro de ellas un núcleo inerte, lo cual se traduce en disminución de la resistencia a la compresión.
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Conocer los tiempos de fraguado inicial y final, es importante porque así se puede estimar el tiempo disponible para mezclar, transportar, colocar, vibrar y afinar concreto en obra, así como para curarlo y colocarlo en servicio. La propiedad que con mayor frecuencia se hace referencia es la resistencia a la compresión, debido a que es muy fácil evaluar y en la mayoría de los casos es suficiente para garantizar un buen comportamiento estructural. Sin embargo, no hay que olvidar que existen otras propiedades que deben ser controladas para mejorar la eficiencia de los procesos constructivos y aumentar su vida útil. La dosificación de los aditivos debe hacerse siguiendo las instrucciones de los fabricantes, pues utilizados en cantidades menores o mayores a las recomendadas no producen los efectos deseados sobre la resistencia del concreto. El período de curado de los elementos de concreto debe ser de por lo menos 7 días a una temperatura mínima de 10°C y máxima de 32°C. Entre las fallas que se dieron en los cilindros para el ensayo de la resistencia a la compresión podemos enunciar unas de tipo Columnas, debiéndose esto a que el área superficial sometida a la carga de la prensa es mínima en relación con el área real y total del cilindro, también ocasionado por englobe o deformación de la mezcla en la parte superior del cilindro expuesta a la intemperie fuera del área circular del cilindro mismo .
En la mezcla de concreto elaborado con cemento Tipo I, con o sin aditivos se presentó una resistencia a la compresión de tipo decreciente, esto pudo ser debido a que la relación agua/cemento no fue óptima para este diseño, ya que se utilizó la misma relación
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para las tres muestras de concreto, es decir, sin aditivos, con aditivo retardantes y con aditivo acelerantes . Con esto, en investigaciones futuras sugerimos variar la cantidad de aditivo bajo una misma relación agua –cemento para encontrar la cantidad óptima de aditivo a una edad de 28 días o en su defecto, para evaluar el poder reductor de agua del aditivo en cuestión y por ende todas las demás características afines con la reducción de agua, controlando otros parámetros, como tiempo de fraguado y evolución de resistencias en particular. En la mezcla de concreto elaborada con cemento Tipo III, con o sin aditivos se observó una resistencia a la compresión de tipo creciente, esto pudo ser a debido a que las partículas del cemento Tipo III, retienen mejor el agua al tener mejor superficie de hidratación, entonces los tiempos de fraguado serán menores, lo cual se traduce en un incremento en la resistencia a la compresión. Teniendo en cuenta la relación agua/cemento, ésta fue óptima para el diseño de 4000psi, ya que se utilizó la misma relación para las tres muestras de concreto, es decir, sin aditivos, con aditivo retardantes y con aditivo acelerantes y se obtuvieron buenos resultados. Como se puede observar en la siguiente tabla. Tabla 2:" C oncreto de A lta R esis tencia"
Fuente: Universidad San Carlos de Guatemala
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Córdova (2005). “Concreto de Alta Resistencia, Para obtener el
Título de
de Ingeniero Civil
en la Universidad de San Carlos
Guatemala” concluyó lo siguiente.
La resistencia alcanzada por los ensayos supera a los 9,000 PSI (630kg/cm2) a los 28 días para los concretos con 12.5 sacos de cemento con Microsilice y aditivos reductores de agua de alto rango y 17 plastificantes. Con relaciones de agua/cemento entre 0.28 a 0.36 para distintos tipos de arenas. Se obtuvieron resistencias un poco arriba de 6,000 PSI (420 Kg/cm²) a 56 días, sin la utilización de aditivos, Microsilice, solamente utilizando 10 sacos de cemento clase 5,000 PSI o cemento para fabricar blocks ARI 24, teniendo el cuidado que la cantidad de agua a mezclar no fuera demasiada y ésta no superara la relación agua/cemento en 0.42. La resistencia inicial de estos concretos es sumamente alta con ello permitirá un desencofrado mucho más rápido que beneficiará en el rendimiento en el trabajo. Las propiedades de la Microsilice provocan disminución en la porosidad en el concreto y esto permite que sea más durable, más resistente y, además, con la utilización de aditivos reductores de agua de alto rango y plastificantes se obtienen asentamientos que van de 6” a 9”.
Entre las arenas utilizadas, la que proporcionó mejores resistencias fue la arena del Río Motagua, ya que posee muy bajas cantidades de materia orgánica y mejor granulometría. De la comparación entre mezclas de distintos cementos resultó que los cementos de clase 5,000 PSI y el cemento para fabricar blocks 12
ARI 24 dieron resistencias altas, pero el de menos resistencia fue f ue el cemento UGC. El costo de este tipo de concreto es mucho mayor al de un tradicional, debido a la presencia de Microsilice, aditivos y el aumento en la 18 cantidad de cemento; pero el beneficio en la disminución de tiempo en alcanzar resistencias altas, y en la disminución de grandes secciones estructurales y la durabilidad que tiene, lo hace también una buena opción a tomar en cuenta. Este concreto no requiere de maquinaria especial para su realización, pues se rige igual que el tradicional, t radicional, solamente requiere mayor control de calidad entre los materiales y el tiempo de ejecución.
2.1.2 A nivel nacional Benítez (2011), “Concreto (Hormigón) con cemento Portland
Puzolánico Tipo IP Atlas de Resistencias Tempranas con la Tecnología Sika Viscocrete 20HE” Para Obtener el Título de
Ingeniero Civil en la Universidad Ricardo Palma, concluyo lo siguiente. El concreto (hormigón) obtenido finalmente es un concreto fluido de buena performance, y de mediana alta resistencia según las condiciones requeridas. Se observa que es necesario realizar mezclas de concreto (hormigón), con contenidos de cemento mayores de 400kg, debido a que siendo menor el contenido de cemento se altera los porcentajes de la combinación de los agregados, requiriendo agregado fino en porcentajes mayores para compensar la ausencia de finos en la mezcla.
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