UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
_______________________________________________________ ____________________________________________________ ___ DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO PARA UNA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN A LOS 28 DÍAS DE 350KG/CM2 _______________________________________________________ ____________________________________________________ ___ TESIS PARA OBTENER EL GRADO DE BACHILLER EN INGENIERÍA CIVIL LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: MATERIALES AUTORES:
TORRES REYES, ANDRÉS FELIPE ALVA CABELLOS, ESTUARDO
TRUJILLO – PERÚ PERÚ 2017
DEDICATORIA
Esta Tesis la dedico a mi madre que estuvo siempre a mi lado brindándome su mano amiga, dándome a cada instante una palabra de aliento para llegar a culminar mi profesión y ser con su trabajo y esfuerzo un ejemplo a seguir; a todos mis hermanos que fueron fuente de cariño y comprensión, convirtiéndose en pilares fundamentales de mi anhelo a la superación y formación profesional.
Torres Reyes, Andrés Felipe A mis Padres Estuardo y Haydee, que son la razón de mi superación permanente y aliento para seguir adelante, a quienes agradeceré toda mi vida por su ejemplo de trabajo, apoyo permanente, abnegado sacrificio, y continuos consejos que me brindaron durante mi formación profesional, a mi hermano Carlos, a quien siempre le tendré presente por su permanente fortaleza, vigor y voluntad; actitudes que siempre recordare.
Alva Cabellos, Estuardo Abrahan
AGRADECIMIENTOS A Dios porque estuvo siempre con nosotros guiándonos y respaldarnos en tod o los momentos importantes de nuestras vidas y por darnos la fuerza necesaria en aquellos momentos difíciles que nos tocó vivir, Gracias porque hiciste realidad este sueño anhelado.
A la UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO por darnos la oportunidad de estudiar y ser profesionales.
A mi Asesor de tesis, Ing. Manuel Antonio Villalobos Vargas por su esfuerzo y dedicación, quien con sus conocimientos, experiencia, visión crítica, consejos, paciencia y motivación ha logrado que nosotros pudiésemos terminar con éxito el presente proyecto.
Atentamente:
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Torres Reyes, Andrés Felipe
Alva Cabellos, Estuardo Abrahan
INDICE
RESUMEN El presente trabajo de investigación tiene como objetivo principal realizar un diseño de mezclas para determinar una resistencia a la compresión de 350 kg/cm2, el cual será evaluado a edades de 7, 14, 21 y 28 días analizando mediante ensayos mecánicos, tomando nota sobre el comportamiento de la resistencia a la compresión según la edad.
Para llegar a cumplir con este objetivo, previamente se realizó los ensayos físicos a los materiales agregados que formaron parte del concreto, posteriormente con los datos obtenidos se procedió mediante la metodología ACI (American Concret Institute) para determinar la dosificación que nos llevó a nuestro diseño deseado. Luego se elaboraron las probetas las cuales fueron un total de ocho cuyas dimensiones son de 15 cm. x 30 cm. Se llevó a cabo la mezcla de los concreto utilizando el cemento portland Tipo MS (cementos Pacasmayo). Se efectuó dos muestras de probetas o testigos de concreto para cada ensayo a ser evaluado a 7, 14, 21 y 28 días.
Como resultado del proceso de análisis se obtuvieron resistencias del concreto cada siete días alcanzaba una mayor resistencia, se obtuvo resultados notoriamente favorables p ara el ensayo a los 28 días.
INTRODUCCIÓN A lo largo de los años en las construcciones civiles se han implementado distintos materiales al momento de erguir una estructura, siendo el concreto el más usado en el país. El concreto es un conglomerado de agua, cemento, agregados gruesos y finos, por lo general es usado como agregado grueso piedra picada y como agregado fino arena.
Por otra parte se ha presentado la preocupación sobre la demanda de concretos no convencionales que puedan satisfacer la calidad de estructuras muy resistente; esto impulsa a llevar a cabo esta investigación que está basada en la realización de una mezcla experimental de concreto de 350 kg/cm2.
Para llevar a cabo la investigación se realizara 8 probetas de la mezcla patrón, los cuales se les realizará el ensayo a compresión a los 7, 14, 21 y 28 días, determinando finalmente si cumple con la resistencia de diseño.
CAPÍTULO I I.
PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 1.1. Descripción del problema El concreto comúnmente se conoce en el medio como un material de construcción que se diseña bajo normas específicas dependiendo del proyecto que se v aya a utilizar y con las características económicas para un dete rminado fin. (Molina, 1998)
El concreto se hace a base de diseños, con trabajos de ingeniería y por esta condición están sujetos a cambios y modificaciones para optimizarlo. Para su elaboración se deben tener en cuenta que este proceso implica el diseño, elaboración, colocación, curado y protección, de los cuales depende si este es un concreto bueno o malo.
Esto conlleva a investigar el diseño de mezclas de un concreto para una resistencia a la compresión a los 28 días de 350kg/cm2.
1.2. Formulación del problema ¿Cuál deberá ser las características del diseño de mezclas de concreto para una resistencia a la compresión a los 28 días de 350 kg/cm2?
1.3. Objetivo General -
Realizar el diseño de mezclas de concreto considerando como resistencia a la compresión requerida a los 28 días de 350 kg/cm2
1.4. Objetivos específicos -
Realizar un diseño de concreto de alta resistencia a los 28 días de 350 kg/cm2 (replantear)
-
o
Aditivo reductor de agua
o
Granulometría de agregado grueso y agregado fino
o
Agua
o
Tipo de cemento
Realizar la prueba de calidad al concreto en estado endurecido: resistencia a la compresión a los 7, 14, 21 y 28 días.
1.5. Justificación de la Investigación Toda la información que genere este proyecto de estudio podrá ser usada como referente para tomar decisiones técnicas a mejorar cada vez más el uso de concretos que son diseñados para diversas estructuras según su uso, así como sentar las bases para futuras investigaciones en esta área y su factibilidad para aplicarlas en el campo de la ingeniería civil a nivel regional y nacional.
1.6. Viabilidad El presente proyecto tiene como finalidad el diseño de una mezcla de concreto para una resistencia a los 28 días de 350kg/cm2, previamente se realiza los estudios pertinentes al material agregado (fino y grueso) como es la granulometría, definir el porcentaje del aditivo reductor de agua, entre otros. Lo cual definirá que tengamos resultados con éxito. Por tanto es viable la ejecución del estudio descrito en el presente.
CAPÍTULO II II.
MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes de la Investigación “Diseño de mezcla experimental de concreto, con una resistencia f’c=250 kg/cm2
y asentamiento t=3” sustituyendo el 100% del agregado fino por escombros triturados” (Britcher, 2015), cuyo resultado que nos interesa con respecto a nuestra investigación es acerca del patrón de ensayo que n o tuvo aditivo, el cual concluyó así:
Con los resultados presentados anteriormente se puede verificar que el diseño de mezcla aplicado en esta investigación es correcto, ya que al realizar el ensayo a la mezcla patrón a los 28 días como especifica la Norma COVENIN 338-2002, se obtuvo una resistencia promedio de 252Kg/cm2 la cual se encuentra por encima de la resistencia diseñada.
"Obtención
del concreto de alta resistencia” - Diseño de Mezclas (Vilca, 2008),
cuyas principales conclusiones fueron que la resistencia a la compresión del concreto se incrementa conforme su edad: Concreto patrón a los 28 días=100% (638.09 kg/cm2). Concreto patrón más aditivo superplastificante (1.2%) a los 90 días= 127% (812.12 kg/cm2. La alta resistencia a la compresión del concreto en estado endurecido se debe a una buena dosificación y al uso de un aditivo superplastificante.
“Concreto de alta resistencia”
Diseño de mezclas - (Morataya, 2005), cuya
principal conclusión realizada para un ensayo que no incluía aditivos fue el siguiente: 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.
2.2. Bases Teóricas Concreto En términos generales, el concreto u hormigón pue de definirse como la mezcla de un material aglutínate (Cemento Portland Hidráulico), un material de relleno (agregados o áridos), agua y eventualmente aditivos, que al endurecerse forma un todo compacto (piedra artificial) y después de cierto tiempo es capaz de soportar grandes esfuerzos de compresión. (Sanchez, 2001)
Diseño de Mezcla En la actualidad existen diversos métodos de diseño de mezcla disponibles sin que haya variaciones representativas en las proporciones calculadas para cada uno de los materiales a utilizar. Sin embargo en Perú el método más empleado es ―Práctica recomendada para dosificar concreto normal y concreto pesado A.C.I.- 211. La ACI (American Concrete Institute) cuenta con un procedimiento a través del cual se puede realizar el diseño de mezcla. Este método consiste en una serie de tablas obtenidas de forma empírica, las cuales permiten determinar las cantidades necesarias de cada uno de los materiales presentes en la mezcla. A fin de obtener un concreto adecuado y para un uso específico. A continuación se presentan los pasos a seguir+: selección del asentamiento, selección de la relación agua/cemento, estimación del contenido de agua, estimación del contenido de cemento, estimación del contenido de agregado grueso, estimación del contenido de agregado fino, fraguado y curado. (Torre, 2004)
Ensayo destructivo en el concreto: resistencia a la compresión ASTM C39 - Método de prueba estándar para la resistencia a la compresión de probetas cilíndricas de concreto.
NTP 339.034 - Método de ensayo normalizado para la determinación de la resistencia a la compresión del concreto, en muestras cilíndricas
Definición: “Consiste en aplicar una carga de compresión axial a los cilindros moldeados o extracciones diamantinas a una velocidad normalizada en un rango prescrito mientras ocurre la falla. La resistencia a la compresión de la probeta es calculada por división de la carga máxima alcanzada durante el ensayo, entre el área de la sección recta de la probeta”. El parámetro obtenido es una propiedad principalmente física y es frecuentemente usado en el diseño de estructuras, se expresa en kilogramos por centímetro cuadrado (kg/cm2) o en megapascales (MPa).
2.3. Definiciones Conceptuales En el desarrollo del proyecto podrían incorporarse nuevos términos que podrían hacerse mención en los resultados y/o conclusiones.
a/c: Relación agua cemento. Agregado fino: Agregado que pasa la malla de 3/8” (9.5 mm) y casi totalmente la malla número 4 (4.75 mm), y es predominante retenido en la malla número 200 (0.075 mm).
Agregado grueso: Agregado predominante retenido en la malla número 4 (4.75 mm). ACI: Siglas del Instituto Americano del Concreto (American Concrete Institute) ASTM Siglas de la Sociedad Americana para el ensayo e inspección de los materiales (American Society for Testing and Materials).
Contenido de humedad: Es la cantidad de agua de un material expresada como un porcentaje de su peso seco.
Ensayo destructivo Es aquel que destruye la muestra al ser ensayada, puede ser en la obra o en el laboratorio.
Fatiga: Pérdida de la resistencia mecánica de un material, al ser sometido largamente a esfuerzos repetidos.
Fraguado Condición adquirida paulatinamente por una pasta de cemento o por una mezcla de mortero o concreto, cuando ha perdido plasticidad en un grado arbitrario, definido normalmente en función de su resistencia a la penetración o de su deformación. f’c: Resistencia a compresión del concreto.
Probeta Parte de una porción de lo que se va a analizar o ensayar, que puede tener forma de un prisma, cilindro, cubo, etc.
2.4. Hipótesis Los resultados de los ensayos de comprobación de las probetas a los 28 días será igual o mayor a la resistencia a la compresión de diseño de concreto f’c= 350 kg/cm2
2.5. Variables 2.5.1. Variable Dependiente Resistencia a la compresión del concreto (kg/cm2)
2.5.2. Variables Independientes Agregado grueso Agregado fino Tipo de cemento Agua Aditivo reductor de agua
2.6. Operacionalización de Variables Variable Resistencia a la
Tipo
Dimensión
Unidad de
instrumento
Medida
de Medición
Dependiente
Prensa para
compresión
Kg/cm2
ensayo de compresión.
Agregado grueso
Agregado fino
Independiente
Independiente
Granulometría
% que
Mallas Estándar
del material
pasa
– Laboratorio
Granulometría
% que
Mallas stándar
del material
pasa
– Laboratorio
Kg
Balanza
m3
Balanza Cálculos
%
aritméticos
Independiente
Tipo de cemento Agua Aditivo reductor de agua
Independiente Independiente
CAPÍTULO III III.
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1. Tipo de Investigación: Experimental 3.2. Técnicas e Instrumentos de recolección de datos El diseño de mezclas utilizado para la presente investigación se basó en el método ACI ya que los resultados obtenidos se ajustaban mejor a los valores esperados. Inicialmente se preparó una mezcla patrón con el tamaño máximo de piedra de la cantera de procedencia que fue de 1/2”. Con esta mezcla se ensayaron probetas cilíndricas de 15cm*30 cm buscando obtener un slump que se encuentre dentro del rango entre 3” y 4” con una resistencia de diseño 350 kg/cm2.
Materiales - Cemento Portland Tipo MS - Piedra chancada de 1/2" - Agregado fino de M.F de 2.75 - Agua potable
3.3. Caracterización de los Agregados El agregado fue caracterizado para determinar los siguientes parámetros:
Parámetros
Norma Técnica
Análisis granulométrico NTP 400.012: 2013 Peso específico y porcentaje de NTP 400.022: 2002 absorción para agregado fino Peso específico y porcentaje de NTP 400.021:2002 absorción para agregado grueso Contenido de humedad natural NTP 339.185:2013 Peso unitario y compactado para NTP 400.017: 2011 agregado fino y grueso Los resultados se muestran en el Cuadro N° 12 del capítulo de resultados IV.
En el proceso de fabricación se realizará diferentes etapas que tengan como único fin obtener un concreto de buena calidad para poder llevar a cabo las fases posteriores. Dentro de esta fase se encuentran las siguientes:
Fase 1. Proceso de fabricación del concreto
Etapa 1. Caracterización de la materia prima (NTP 339.185, NTP 400.012)
Etapa 2. Diseño de mezcla (ACI 211)
Etapa 3. Elaboración de probetas
Etapa 4. Proceso de fraguado y curado (Norma ASTM C31)
Fase 2. Ensayos experimentales
I.
Ensayo de resistencia a la compresión (NTP 339.034)
Aspectos administrativos 4.1.
Diagrama de Gant
8/28/2017
9/17/2017
10/7/2017
Planeamiento Objetivos Limitaciones Bases Teóricas Diseño de investigación Mezcla experimetal Ensayo de comprobación 14 días Ensayo de comprobación 28 días
Fecha de inicio
4.2.
Presupuesto
duracion
10/27/2017
11/16/2017
12/6/2017
Ítem
Descripción
Unidad Cantidad
Costo (S/.)
Costo (S/.)
1.00 A. Material de oficina y escritorio 1.01 Papel Bond A4
Millar
1
20
20
1.02 Lapiceros
Unidad
4
2
8
1.03 Cuadernos
Unidad
1
3
3
1.04 Tinta de impresión a color Unidad 1.05 Tinta de impresión en negro Unidad
1 1
90 50
90 50
Subtotal 2.00 B. Gastos de experimentación 2.01 Cemento Portland
171
Bolsa
1
20
20
2.02 Arena
Kg
10
2
20
2.03 Piedra ½”
Kg
10
2
20
Litros
10
1
10
4
30
120
2.04 Agua 2.05 Laboratorio (Ensayos)
Subtotal
190
3.00 C. Otros servicios 3.01 Internet
Horas
100
1
100
3.02 Copias
3
10
30
3.03 Imprevistos
1
50
50
3.04 Anillado
3
10
30
3.05 Empastado
3
20
60
Subtotal TOTAL
270 631
Referencias Bibliográficas Libros: Molina, M. 1998. Urbanismo y Medio Ambiente, 1era Edición. Tirant Lo Blanch Editores. Madrid – España. Rivva E. 2014. Concreto de Alta Resistencia. IGG. 3ed. Lima. P. 127p Sánchez, D. 2001. Tecnología del Concreto y del Mortero. 5ta Edición. Bhandar Editores Ltda. Bogotá – Colombia. Torres, A. 2004. Curso Básico de Tecnología del Concreto para Ingenieros Civiles. 2da Edición. Lima – Perú.
Normas: NTP 339.034 - Método de ensayo normalizado para la determinación de la resistencia a la compresión del concreto, en muestras cilíndricas. NTP. 339.185 – Contenido natural de humedad. NTP. 400.012 – Análisis granulométrico NTP. 400.017 – Peso unitario NTP. 400.021, 400.022 - Peso específico y absorción
Tesis: Britcher, T., Pestana, J. 2015. Diseño de mezcla experimental de concreto, con una resistencia f’c=250kg/cm2 y asentamiento t=3” sustituyendo el 100% del a gregado fino por escombros triturados. Tesis. Caracas. Universidad Nueva Esparta. Vilca, P. 2008. Obtención del concreto de alta resistencia. Tesis profesional. Lima. Universidad Nacional de Ingeniería. Morataya, C. 2005. Concreto de alta resistencia (experimentación en Guatemala). Tesis Profesional. Universidad de San Carlos de Guatemala.
