CANTERAS UTILIZADAS PARA DISEÑO DE MEZCLAS EN LA CIUDAD DEL CUSCO Las seis canteras establecidas para la presente investigación son: de Kunyac, de Huilque, de Zurite, de Pisac, de Vicho y de Huambutio. 1 CARACTERÍSTICAS DE LAS CANTERAS EN ESTUDIO 1.1 CANTERA DE KUNYAC Esta Cantera se ubica aproximadamente a unos 69 km. de la ciudad del Cusco
De esta cantera se extrae material de origen Sedimentario, el cual se forma a partir de los restos de materiales de rocas formadas anteriormente sobre la superficie de la tierra, pasando por alteraciones y erosiones de las rocas por efecto de los cambios climáticos tales como la irradiación solar, los hielos y las lluvias, este agregado presenta grava y arena. La grava esencialmente está compuesta por cantos rodados de cuarzo, areniscas c uarzosas, riolitas, y caliza, los que se catalogan como buenos materiales de construcción que pueden ser empleados en concreto. Las arenas existentes se encuentran limpias o tienen muy poca cantidad de limos, arcillas, se observa la presencia de cuarzos, presenta un color muy variado. Según estudios anteriores mostramos el siguiente cuadro del análisis químico de la cantera en el cual se observa que la suma final no llega al 100% debido a la disolución de la muestra por ataque del reactivo a la muestra analizada. CUADRO N° 1: MINERALES QUE CONFORMAN LOS AGREGADOS DE KUNYAC
De esta manera se observa que este Agregado presenta buenas características para la elaboración de un buen concreto.
1.2 CANTERA DE HUILQUE Esta Cantera se encuentra ubicada aproximadamente a 49 km. de la Ciudad del Cusco.
De esta cantera se extrae material de origen ígneo, básicamente está formado de roca granítica por las siguientes características: se puede observar a simple vista su conformación cristalina, no existe ninguna ordenación en su estructura, los minerales aparecen mezclados entre sí, es muy compacta, presenta un color gris verdoso.
1.3 CANTERA DE ZURITE Esta Cantera se encuentra ubicada aproximadamente a 36 .4 km. de la Ciudad del Cusco.
De esta cantera se extrae material de origen ígneo, básicamente está formado de roca granítica del cual se puede observar las siguientes car acterísticas: su conformación es cristalina, los minerales aparecen mezclados entre sí, es muy compacta, presenta un color gris claro. Según estudios anteriores mostramos el siguiente cuadro del análisis químico de la cantera en e l cual se observa que la suma final no llega al 100% debido a la disolución de la muestra por ataque del reactivo a la muestra analizada. CUADRO N° 2: MINERALES QUE CONFORMAN LOS AGREGADOS DE ZURITE
1.4 CANTERA DE VICHO Esta Cantera se encuentra ubicada aproximadamente a 36 .4 km. de la Ciudad del Cusco, en la Provincia de Calca, distrito de San salvador.
Esta cantera pertenece al grupo Copacabana el cual está compuesto principalmente por calizas y lutitas marinas. Las calizas son de grano fino, eolíticas o nodulosas, de color gris blanquecino a negro. 1.5 CANTERA DE PISAC Esta cantera se ubica aproximadamente a 32 km. de la ciudad del Cusco.
De esta cantera se extrae material de origen Sedimentario. Las arenas existentes se encuentran con mucha cantidad de limos, arcillas y otros elementos nocivos para e l concreto. Se pueden observar que su superficie es lisa, no ex iste ninguna ordenación, los minerales aparecen mezclados entre sí, en la arena no se observa la presencia de cuarzos y presenta un color pardo. Según estudios anteriores mostramos el siguiente cuadro del análisis químico de la cantera en el cual se observa que la suma final no llega al 100% debido a la disolución de la muestra por ataque del reactivo a la muestra analizada. CUADRO N° 11: MINERALES QUE CONFORMAN LOS AGREGADOS DE PISAC.
1.6 CANTERA DE HUAMBUTIO Esta Cantera se encuentra ubicada aproximadamente a 3 5 km. de la ciudad del Cusco, Provincia de Quispicanchi.
De esta cantera pertenece al grupo Mitu, está compuesto en su mayor parte por areniscas rojas con algo de presencia de limonitas, pizarras, etc. Luego de la observación de los mapas geológicos del cusco podemos distinguir que las canteras se encuentran dentro de la siguiente geología regional: 2 CLASIFICACIÓN DE LAS CANTERAS SEGÚN SU PROCEDENCIA GEOLÓGICA CLASIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS En Geología, la mezcla de minerales formados de un modo natural se llama roca. En la construcción se habla de piedras naturales, o simplemente piedras. El origen de los agregados es una característica muy importante que debe ser tomada en cuenta por el ingeniero para lograr un comportamiento adecuado del concreto, la clasificación de las rocas se puede realizar desde varios puntos de vista, a continuación realizaremos la siguiente clasificación:
2.1 CANTERA DE KUNYAC
Según la carta geológica esta cantera está ubicada en las coordenadas UTM 8499 S y 760 E, y observando en la geología del cuadrángulo Abancay (28-q) nos da una clasificación Q-al, siendo esta perteneciente a la edad cuaternaria en formaciones y eventos geo-históricos aluviales de origen sedimentario. DEPÓSITOS RECIENTES Los depósitos recientes son de cuatro tipos: Depósitos aluviales Depósitos eluviales Depósitos glaciares y fluvio-glaciares Productos del volcanismo reciente DEPÓSITOS ALUVIALES Tienen buenas exposiciones a lo largo de los grandes ríos: Apurímac,
Chumbao, Pachachaca, etc. Consisten de conos aluviales y terrazas. A lo largo del río Apurímac se puede ver buenos ejemplos de conos aluviales originados por riachuelos que desembocan en ambas orillas del mencionado río. También, asociadas a estos conos aluviales, frecuentemente se encuentran depósitos de terrazas. Los aluviones están compuestos por guijarros más o menos redondeados según la distancia del transporte. Los cantos están envueltos en una matriz de arena y limo. El tamaño de los elementos varía según los lugares. Los conos pueden presentar cantos de
gran tamaño llegando hasta dos metros de diámetro (cono aluvial en la desembocadura de la Quebrada Alluninca en el río Matara, hoja de Abancay). Sin embargo, alejándose del cono se ve la variación de los guijarros hacia un tamaño mucho más pequeño y se aprecia a la vez una mejor clasificación.
2.2 CANTERA DE HUILQUE Según la carta geológica esta cantera está ubicada en las coordenadas UTM 8513 S y 786 E, y observando en la geología del cuadrángulo de Urubamba (27 - r) nos da una clasificación T-cmd, siendo esta perteneciente a las edades Cenozoica y Mesozoica (roca Intrusiva) FORMACION ANTA: Denominación dada por Carlotto (en preparación) para describir los afloramientos conglomerádicos de la región de Anta-Limatambo que infrayacen al “Grupo Tacaza” (Marocco, 1978). Aflora ampliamente en el borde norte de la
Meseta de Chinchaypujio, entre Anta y Limatambo y se prolonga más al sur, en los cuadrángulos de Cotabambas y Cusco. Esta unidad sobreyace en discordancia, indistintamente sobre el Grupo Yuncaypata, las formaciones Quilque y Chilca, el Grupo San Jerónimo o sobre intrusivos del Batolito Andahuaylas - Yauri. Esta formación está compuesta por conglomerados con clastos esencialmente volcánicos, intercalados con areniscas feldespáticas, limolitas rojas y además algunos niveles de brechas y aglomerados volcánicos. Está dividida en 4 secuencias. La primera secuencia (170 m) es decreciente y está compuesta por conglomerados de conos aluviales con clastos de volcánicos, que llegan a los 40 cm. La Segunda secuencia (400 m) es grano decreciente y está compuesta de conglomerados en la base de secuencias menores, que gradan a areniscas feldespáticas; se trata de depósitos fluviales. La tercera secuencia (500 m) y la cuarta secuencia (250 m) son también decrecientes y muy parecidas a la segunda secuencia. La particularidad de estas tres últimas secuencias, es que globalmente se hacen crecientes hacia el techo. Internamente se han encontrado discontinuidades y discordancias, que son interpretados como efectos tectónicos sin sedimentarios. El espesor total de la unidad es mayor a 1,300 metros.
2.3 CANTERA DE ZURITE Según la carta geológica esta cantera está ubicada en las coordenadas UTM 8512 S y 796 E, y observando en la geología del cuadrángulo de Urubamba (27-r) nos da una clasificación T-cmd, siendo esta perteneciente a las edades Cenozoica y Mesozoica (roca Intrusiva) FORMACION ANTA: Denominación dada por Carlotto (en preparación) para describir los afloramientos conglomerádicos de la región de Anta-Limatambo que infrayacen al “Grupo Tacaza” . Aflora ampliamente en el borde norte de la Meseta de Chinchaypujio, entre Anta y Limatambo y se prolonga más al sur, en los cuadrángulos de Cotabambas y Cusco. Esta unidad sobreyace en discordancia, indistintamente sobre el Grupo Yuncaypata, las formaciones Quilque y Chilca, el Grupo San Jerónimo o sobre intrusivos del Batolito Andahuaylas - Yauri. Esta formación está compuesta por conglomerados con clastos esencialmente volcánicos, intercalados con areniscas feldespáticas, limolitas rojas y además algunos niveles de brechas y
aglomerados volcánicos. Está dividida en 4 secuencias. La primera secuencia (170 m) es decreciente y está compuesta por conglomerados de conos aluviales con clastos de volcánicos, que llegan a los 40 cm. La Segunda secuencia (400 m) es grano decreciente y está compuesta de conglomerados en la base de secuencias menores, que gradan a areniscas feldespáticas; se trata de depósitos fluviales. La tercera secuencia (500 m) y la cuarta secuencia (250 m) son también decrecientes y muy parecidas a la segunda secuencia. La particularidad de estas tres últimas secuencias, es que globalmente se hacen crecientes hacia el techo. Internamente se han encontrado discontinuidades y discordancias, que son interpretados como efectos tectónicos sin sedimentarios. El espesor total de la unidad es mayor a 1,300 metros.
2.4 CANTERA DE VICHO Según la carta geológica esta cantera está ubicada en las coordenadas UTM 8503 S y 201 E, y observando en la geología del cuadrángulo del Cusco (28-s) nos da una clasificación Pi-co, siendo esta perteneciente al Paleozoico – Grupo Copacabana. GRUPO COPACABANA: El grupo está compuesto principalmente por calizas y lutitas marinas. Las calizas son de grano fino, eolíticas o nodulosas, de color gris blanquecino a negro. Estas rocas se caracterizan por presentar fósiles silicificados de fusulinas, braquiópodos, corales, etc. Las lutitas son negras, conteniendo restos de plantas. Sin embargo, hacia el techo, se puede presentar intercalaciones de lutitas rojas, areniscas blancas y capas de calizas. En el anticlinal de Vilcanota se le estima un espesor que varía entre 300 a más de 700 metros y en la zona de escamas solo alcanza unos 100 m. Las calizas se han depositado en una plataforma interna de rampa carbonatada, afectada por l as transgresiones y regresiones durante el Pérmico inferior En cambio, los depósitos detríticos parecen corresponder a me dios litorales y lagoons.
El grupo Copacabana en nuestra regional aflora en las partes bajas de la carretera Cusco – Pisac, en la totalidad de San Salvador, en donde se midieron unos 600 m de Calizas Fosilíferas, con areniscas en su parte inferior.
2.5 CANTERA DE PISAC
Según la carta geológica esta cantera está ubicada en las coordenadas UTM 8512 S y 194 E, y observando en la geología del cuadrángulo de Calca (27-s) nos da una clasificación Q-al, siendo esta perteneciente a la edad cuaternaria en formaciones y eventos geo-históricos aluviales de origen sedimentario. DEPÓSITOS RECIENTES Los depósitos recientes son de cuatro tipos: Depósitos aluviales Depósitos eluviales Depósitos glaciares y fluvio-glaciares Productos del volcanismo reciente DEPOSITOS ALUVIALES: (Q-al) Dentro de estos depósitos, hemos considerado los conos tanto aluviales como los de deyección. Estos conos están adosados principalmente a la desembocadura de las quebradas adyacentes al valle del río Vilcanota-Urubamba, de los ríos Lucumayo, Ocobamba y Lares (Cuadrángulo de Urubamba) y los ríos Paucartambo, Yanatili y Kosñipata (Cuadrángulo de Calca), producto de un cambio repentino de pendiente. Dentro de los conos resaltan las quebradas de Pumahuanca, Chicón, Yanahuara, Calca y Hualancay; los que están conformados por grandes bloques
de granitos, cuarcitas, rocas volcánicas, etc., envueltos por una matriz areno-arcillosa. DEPOSITOS FLUVIALES: (Q-f) Estos depósitos han sido reconocidos en el fondo de los valles particularmente del Vilcanota-Urubamba, de los ríos Lucumayo, Ocobamba y Lares (Cuadrángulo de Urubamba) y los ríos Paucartambo y Yanatili. (Cuadrángulo de Calca), donde están constituidos por bancos de gravas y arenas, formando una o varias terrazas. En el mapa geológico, no se han considerado muchos de los depósitos fluviales pequeños, debido a razones de escala.
2.6 CANTERA DE HUAMBUTIO Según la carta geológica esta cantera está ubicada en las coordenadas UTM 8498 S y 206 E, y observando en la geología del cuadrángulo del Cusco (28-s) nos da una clasificación Ps-ml, siendo esta perteneciente al Paleozoico – Grupo Mitu. GRUPO MITU: En nuestra región se caracteriza por facies Volcano – Sedimentarias (lutitas,
areniscas rojas y conglomerados), afloran en la zona de Huambutio, Oropesa, San Salvador, C erro Pachatusan, en conjunto uno de coloración violácea, al norte de Ollantaytambo el grupo Mitu es casi exclusivamente, volcánico, esta distribución de facies permite afirmar que la c ordillera oriental era una zona de focos volcánicos. La e dad de este grupo es atribuida al Permiano Medio a Triásico inferior.
3 CONCLUSIONES PARA SU USO EN EL CONCRETO 1. Las canteras que hoy abastecen de agregados a la ciudad del Cusco no cuentan con una orientación técnica e incluso proveen agregados con una granulometría errada y además de ello las canteras de agregado fino ya no cuentan con la misma calidad que en épocas pasadas ello debido a la contaminación descontrolada de los ríos, sufriendo una reducción de su calidad. Mediante la investigación logramos obtener las propiedades físicas y mecánicas tanto de los agregados gruesos como de los agregados finos, los cuales nos permitieron llegar a la conclusión que las canteras estudiadas necesitan de una asesoría u orientación técnica para poder abastecer agregados de calidad y así lograr mejorar las construcciones. 2. Las propiedades físicas y químicas del cemento influyen en forma determinante sobre las del cemento endurecido. Sin embargo la única propiedad del cemento que se emplea directamente en el cómputo de las proporciones de la mezcla de concreto es su Peso Específico; pero a pesar de ello no se cuenta con un valor único ya que según el Manual de Uso y Aplicaciones del Cemento Portland Puzolanico IP Yura S.A. no nos proporciona el Peso Específico y según el Libro de Diseño de Mezclas del Ing. Enrique Rivva López, nos proporciona como peso específico un valor de 3.06, y según el Ing. Enrique Pasquel Carbajal nos proporciona con certificado de calidad un peso específico de 2.86 gr/cm3, concluyendo que no se cuenta con un valor certero.
3. En cuanto al módulo de fineza de los agregados finos se demuestra mediante el ensayo de granulometría que ninguno de ellos se encuentra dentro de los parámetros establecidos por la norma NTP 400.037 así como por el comité 211 del ACI para su uso en el diseño de mezclas, razón por la cual se planteó una combinación de agregados finos.
4. Para lograr un concreto f’c=175 kg/cm2 y f’c=210 kg/cm2 se necesita una gran cantidad
de cemento por metro cubico, lo cual nos generará un concreto con un costo elevado si deseásemos elaborar concretos que nos brinde la seguridad deseada. 5. Según los estudios realizados a las canteras y observando los cuadros resúmenes de las propiedades físicas la mayor cantidad de material que pasa la malla N°200 es la cantera de Huambutio con un 8.21%, excediendo al límite máximo permitido, pero cabe recalcar que dicha cantera es una de las más utilizadas en la ciudad del Cusco; por lo que este parámetro puede ser controlada con una adecuada dosificación y un control en obra. 6. Las propiedades físicas de los agregados fino y grueso utilizados en el diseño de mezclas son: el peso específico, la granulometría, el porcentaje de absorción, el contenido de humedad y el peso unitario seco y compactado; los cuales combinados con el cemento y el agua nos proporcionaron proporciones finales de laboratorio tanto en peso como en volumen, en donde las dosificaciones en volumen son similares tal como se puede apreciar en el ítem 4.1.3. 7. En consecuencia del estudio realizado y basándonos en los resultados obtenidos respecto a las propiedades físicas de las canteras, se concluye que la cantera más recomendable para su uso en la elaboración de concreto es la cantera de Vicho, debido a que viene a ser un material que además de contar con una granulometría correcta, tener un alto peso unitario compactado, menor desgaste al ensayo de los Ángeles y ser lavado en el proceso de producción, nos arroja los mejores resultados en la elaboración de concreto, produciendo una ligera reducción de cemento. 4 RECOMENDACIONES PARA SU USO EN EL CONCRETO Luego de haber realizado esta investigación y de obtener resultados provenientes de una serie de análisis de laboratorio, se recomienda lo siguiente: 1. Para aplicar este trabajo de investigación en las diversas obras y obtener los resultados logrados en el presente trabajo se recomienda reproducir las condiciones tanto de los materiales empleados (origen y granulometría del Agregado, relación Agua/Cemento y condiciones de curado), en especial la relación Agua/Cemento ya que la adición de agua al concreto afectará las propiedades del concreto como son la reducción de la resistencia y el incremento de su vulnerabilidad a grietas y segregación. 2. Es necesario que durante todo el desarrollo del trabajo de investigación se tenga presente el objetivo principal de la investigación porque estamos expuestos a la aparición de nuevas variables que cambian el sentido de la investigación. 3. Se debe disponer de todo el material de consulta adecuado para poder realizar los diversos procedimientos en forma correcta y de esta forma minimizar los errores de manejo de instrumentos, interpretación, cálculos, evaluación, etc. 4. Los materiales usados, como es el caso de los Agregados y cemento, deberán ser almacenados y protegidos de manera que evitaremos grandes variaciones en sus propiedades, también debemos controlar periódicamente las propiedades a pesar que estén almacenados, ya que estos factores tienen influencia en las resistencias finales de los especímenes. 5. Durante el moldeo se deberá tener cuidado durante y después de elaborada los especímenes para no obtener falsos resultados debido a la disminución del área de
contacto con el cabezal de la prensa hidráulica, ya que un mal desencofrado dañan los bordes y disminuyen el área en contacto. 6. Antes de realizar un Diseño de Mezclas es necesario controlar el contenido de humedad de las canteras con las que se trabaje, ya que si no se tiene un control podremos cambiar la relación agua /cemento y por ende influir en la resistencia final. 7. Siempre habrá discusión sobre qué tanto debe prolongarse el curado de una estructura, no existiendo una única respuesta para este interrogante. Los materiales ligantes han cambiado en los últimos años de una manera dramática, el uso extensivo de adiciones al cemento y al concreto se ha vuelto común, la finura de los cemento se ha incrementado para recuperar parte de la resistencia inicial que se pierde por el empleo de una gran cuantía de adición puzolánica, así que la lucha para conseguir un concreto con un desarrollo de resistencia “normal” ha hecho que se mire de nuevo hacia el curado
adecuado del concreto y se insista en las obras de que un buen concreto puede echarse a perder, definitivamente, debido a malas prácticas de curado. Las especificaciones actuales dicen que un concreto de resistencia normal debe curarse hasta que complete el 70% de la resistencia a compresión especificada. Sin embargo estas especificaciones parten de la convicción de que, en las condiciones de obra, la estructura curada como se especifica completará la hidratación del cemento y se alcanzará la resistencia especificada a los 28 días. Razón por la cual recomendamos que se pueda tener en cuenta la siguiente figura para el tiempo de curado mínimo y para ello adjuntamos cuadros la temperatura y humedad del medio ambiente (Ver Anexos - Control de Temperatura y Humedad) 5 RECOMENDACIONES PARA SU USO EN OBRA 1. Se recomienda que cuando se utilice las dosificaciones planteadas se tomen en consideración los siguientes factores que afectan la resistencia: A. La relación A/C, siendo este un factor principal que influye en la resistencia final del concreto. B. El contenido de Cemento, en donde la resistencia disminuye conforme se reduce el contenido de cemento. C. El tipo de cemento, ya que la rapidez de desarrollo de la resistencia varía para los concretos hechos con diferentes tipos de cemento. D. Las condiciones de curado, debiéndose cuidar la hidratación del cemento y que esta hidratación se lleva solo en presencia de una adecuada cantidad de agua. 2. En lo referente al mezclado, se puede recomendar lo siguiente: El proceso de cargado a la mezcladora se colocara inicialmente una pequeña porción de agua de mezcla, aproximadamente un 10 %, añadiendo luego los materiales solidos (piedra, cemento, arena, en este orden), conjuntamente con el 80 % de agua. El 10% restante se terminara de introducir cuando los materiales se encuentran en la mezcladora y permitiéndonos así poder regular la mezcla final. 3. En cuanto al tiempo de mezclado se establece a partir del instante en que los componentes del concreto, incluyendo el agua, están en el tambor, hasta la descarga misma. El tiempo mínimo de mezclado dependerá en gran parte de la eficiencia de la mezcladora, considerándose satisfactorio el tiempo de un minuto y medio. 4. En todas las obras el responsable de la obra deberá tomar las precauciones correspondientes para evitar el fenómeno de la segregación del concreto ya sea debido a los equipos utilizados o la mala colocación y manipulación del concreto. 5. Se recomienda que cuando se utilicen los diseños de mezclas propuestos y no se realicen correcciones por humedad del agregado, en donde una manera de poder controlar y corregir el diseño en la obra es midiendo el slump ya que si el slump registrado en obra es mayor al del diseño es indicativo que la granulometría total se ha vuelto más gruesa en consecuencia el módulo de fineza se incrementó y disminuyo la superficie especifica pero todo esto sin haber cambiado la relación a/c.
En consecuencia el slump aumento no porque se haya añadido más agua al diseño sino porque la mezcla requiere menos agua debido a los cambios en la gradación de los agregados que la han vuelto más gruesa, en caso de que en estas mezclas ocurran segregación y exudación será necesario reajustar la granulometría subiendo el contenido de are na y bajando el de la piedra, para así mantener constante el módulo de fineza total de diseño y regresar al slump original. En caso ocurra que el slump haya reducido es indicativo que la granulometría total cambio volviéndose más fina y se corregirá incrementando la proporción de piedra y disminuyendo la de la arena.
