PLAN DE TESIS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
DISEÑO, FABRICACION, Y EVALUACION DE LAS PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS DE LADRILLOS SUELO-CAL PARA ALBAÑILERIA NO ESTRUCTURAL
PLAN DE TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL
TESISTAS: DIRECTOR DE TESIS:
Arequipa, diciembre del 2017
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1. TITULO DEL PROYECTO: “DISEÑO, FABRICACION, Y EVALUACION DE LAS PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS DE LADRILLOS SUELO-CAL PARA ALBAÑILERIA NO ESTRUCTURAL”
2. PALABRAS CLAVES: Cal, cal viva, cal apagada BTC bloque de tierra comprimida Contenido de humedad óptimo. Compactación Plasticidad Dosificación optima Estabilización Resistencia a la compresión axial.
3. LINEA DE INVESTIGACION: Perteneciente a la rama de construcción 4. RESUMEN
5. METODOLOGIA: Para el presente trabajo de investigación primero identificaremos el material a utilizar: suelo y cal. Se utilizarán tipos diferentes de suelos entre (arenas, arcillas y limos) con el fin de hallar la combinación adecuada de los mismos para encontrar el diseño óptimo de porcentajes de participación en el material (suelo) definitivo a utilizar. En cada tipo de suelo se realizarán ensayos como análisis granulométrico, límites de Atterberg para obtener la caracterización, clasificación y propiedades del suelo de la cantera elegida. PRIMERA ETAPA Consistirá en elaborar especímenes de ladrillo de suelo-cal comprimido utilizando cada diseño de combinación existentes en las bibliografías e investigaciones a fines. En esta etapa se ejecutarán ensayos de alabeo, variación dimensional y resistencia a la compresión.
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Cabe mencionar que en este proceso de elaboración se añadirá un porcentaje constante de cal, el que corresponda a la información obtenida de referencias bibliográficas de investigaciones a fines. SEGUNDA ETAPA Conforme a los resultados de los ensayos de los diseños correspondientes a la primera etapa se seleccionarán los que presenten mayor resistencia a la compresión. En esta etapa se elaborarán nuevos especímenes de ladrillo de suelo-cal comprimido utilizando un nuevo porcentaje de cal, según sean los resultados. En esta etapa se ejecutarán ensayos de alabeo, variación dimensional y resistencia a la compresión. TERCERA ETAPA En esta ultima etapa se seleccionará el diseño que presente mejores resultados
Se r y del tipo de cal (viva o apagada), posteriormente se realizaran los ensayos posteriormente se define la resistencia del concreto con la que se va a trabajar para el diseño de mezclas, en este caso será F’c 210kg/cm2, utilizando el diseño de mezcla s se variara el cemento a utilizar a 1,2,3,4,5,6 meses de tiempo de expiración para determinar la resistencia a la compresión que presenta cada concreto preparado evaluando su comportamiento conforme se va desarrollando en el tiempo 7,14 y 28 días. Obteniendo estos datos se realizará un diagrama (CURVA: RESISTENCIA-TIEMPO DE EXPIRACIÓN) que abarque todos los resultados que se evaluaran en una curva como tendencia del comportamiento de la resistencia a la compresión del concreto elaborado a diferentes tiempos de expiración. Del diagrama (CURVA: RESISTENCIA-TIEMPO DE EXPIRACIÓN) se obtendrá un punto crítico que corresponderá al concreto que presente la menor resistencia a la compresión pero que a la vez cumpla con la resistencia requerida (F´c=210 Kg/cm2), con el cual se trabajará modificando la relación agua/cemento en un rango que varíe de 0.40 a 0.70.
Se realizarán ensayos para determinar la resistencia a la compresión en cada variación de la relación agua/cemento determinando así el valor de la relación agua/cemento más óptima que nos permita garantizar la resistencia a la compresión de diseño.
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Se asume que esta relación agua/cemento óptima debe cumplir con la resistencia a la compresión requerida para los concretos elaborados con cementos de menor tiempo de expiración, para lo cual se hará un ensayo por cada punto (mes de expiración) del diagrama (CURVA: RESISTENCIA-TIEMPO DE EXPIRACIÓN), que nos permitirá comprobar la veracidad de ésta afirmación. La investigación se limita a tocar los siguientes aspectos:
Se empleará agregados de la cantera LA PODEROSA. El cemento a utilizar será el cemento PUZOLÁNICO TIPO IP expirado no endurecido. Se analizará 6 variaciones de tiempos de caducidad a: 1, 2, 3, 4, 5, 6 meses de caducidad. Se harán variaciones de la relación agua/cemento entre los valores de 0.40 a 0.70. La resistencia a la compresión para el diseño será F’c= 210 kg/cm2. La humedad del ambiente se considerará para los valores estándares de la ciudad de Arequipa. ENSAYO: RESISTENCIA-TIEMPO DE EXPIRACIÓN Tiempo de 7 días 14 días 28 días Subtotal expiración (mes) 1ero 3 3 3 9 2do 3 3 3 9 3ero 3 3 3 9 4to 3 3 3 9 5to 3 3 3 9 6to 3 3 3 9 TOTAL: 54 ENSAYO: RELACIÓN A/C-RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN ∆ Relación A/C 7 Días 14 Días 28 Días Subtotal 0.40 3 3 3 9 0.45 3 3 3 9 0.50 3 3 3 9 0.55 3 3 3 9 0.60 3 3 3 9 0.65 3 3 3 9 0.70 3 3 3 9 TOTAL: 63
ENSAYO: RELACIÓN A/C ÓPTIMA-RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN Tiempo de 7 Días 14 Días 28 Días Subtotal expiración (mes) 1 1 1 1 3 2 1 1 1 3
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3 4 5
1 1 1
1 1 1
1 1 1 TOTAL:
3 3 3 15
TRABAJO EN LABORATORIO: ENSAYOS PARA EL DISEÑO DE MEZCLA: ENSAYOS DEL CEMENTO:
Perdida por calcinación; La pérdida por calcinación del cemento Portland se determina calentando una muestra de cemento de peso conocido a 900 a 1 000 grados Celsius hasta que se obtenga un peso constante. Se determina entonces la pérdida en peso de la muestra. El ensayo para la pérdida por calcinación se lleva a cabo de acuerdo con la Norma ASTM C114. La Norma ASTM C150 indica que como máximo permisible de perdida es de 3 por ciento.
ENSAYOS EN ESTADO PLASTICO DEL CONCRETO: ENSAYOS EN ESTADO SECO DEL CONCRETO:
Resistencia a la compresión; La prueba consiste en aplicar una carga axial de compresión creciente hasta su ruptura (falla del espécimen), la resistencia a compresión del concreto resulta de la carga máxima alcanzada dividida entre la sección transversal del espécimen usando ASTM C 39.
6. ESTADO DEL ARTE, MARCO TEORICO Y/O REVISION BIBLIOGRAFICA: Se conoce muy poco sobre el comportamiento de la resistencia a la compresión comprobado en laboratorio del concreto elaborado con cemento expirado, su uso es
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restringido a los 3 meses de ser elaborado y se prescinde de las bolsas de cemento expirado para concretos de elementos estructurales, sin embargo, hay citas textuales en las que refieren que el cemento expirado puede ser utilizado para asentamiento de unidades de albañilería. Hasta el momento se sabe que cementos pre hidratados serian el resultado del prolongado o inadecuado almacenamiento que si superan el 3% de perdida por ignición serian determinantemente prohibidos para su uso en elementos estructurales. En la ciudad de Arequipa de ser el caso de presentarse bolsas de cemento expirado en obra son desechados sin opción a utilizarse de ningún modo. 7. PROBLEMA O PREGUNTA DE INVESTIGACION: En nuestro departamento de Arequipa se han presentado casos en los que por diversos factores como de planificación, retrasos, deficiencia logística, inadecuado almacenamiento, se han acumulado bolsas de cemento expirado en obra, las cuales no pueden ser destinadas para concretos de elementos estructurales ya que no se lograría llegar a la resistencia señalada en el diseño, lo cual provoca que el residente de obra tenga que prescindir de ellas produciendo perdidas estimables en cuanto a costos y tiempo en algunos casos. No se cuenta con un estudio experimental que muestre el comportamiento de la resistencia a la compresión del concreto en caso que se utilizara bolsas de cemento expirado, lo cual origina un vacío en esta área de estudio que conviene ser verificado. Entonces esta carencia de estudios desencadena las siguientes incógnitas ¿Es posible destinar el cemento expirado para concretos de elementos estructurales? ¿La caducidad del cemento ejerce una influencia significativa en la resistencia del concreto? ¿Existirá una tendencia modelo en la variación de la resistencia para concretos preparados a tiempos seriados de caducidad? ¿La relación agua/cemento modificara relevantemente la resistencia del concreto elaborado con cemento expirado? ¿Existirá un tiempo límite de expiración del cemento para lograr alcanzar la resistencia del concreto requerido para elementos estructurales? La presencia de cemento expirado en obra es un problema con el que más fácilmente podemos encontrarnos, la evaluación del comportamiento de la resistencia a compresión del concreto elaborado con cemento expirado es de gran importancia para la industria de la construcción y para el mantenimiento y preservación del medio ambiente.
8. JUSTIFICACION DE LA INVESTIGACION: De acuerdo al requisito químico de la pérdida por ignición del cemento se sabe que cementos expirados con una alta perdida por calcinación no deben ser usados en obras
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estructurales, estos son los llamados cementos pre hidratados los cuales son el resultado de situaciones como un almacenamiento prolongado, inadecuado, o de alguna adulteración durante el transporte, situaciones que no están fuera de la realidad y que son latentes y comunes en las obras de construcción. Por lo cual el residente de obra de ser el caso, está obligado a desechar estas bolsas de cemento ya que no se cuenta con información en esta área de conocimiento que muestre el verdadero comportamiento a la resistencia a la compresión del concreto elaborado con cementos expirados. La investigación planteada pretende contribuir a esta área de conocimiento de la rama de la construcción generando una herramienta que permita visualizar detalladamente el comportamiento de la resistencia a la compresión del concreto elaborado con cementos expirados, con la cual el profesional tendrá un instrumento útil para discernir si el cemento expirado que posee puede ser utilizado en elementos estructurales o ser destinado a otro tipo de elementos, evitando de esta manera perdidas económicas. Es importante saber y profundizar el estudio del comportamiento de la resistencia a la compresión del concreto elaborado con cementos expirados, para así encontrar la manera de utilizarlos y evitar el desecho masivo de bolsas de cemento soslayando de esta manera el impacto negativo de la industria del cemento en el medio ambiente. 9. HIPOTESIS:
Con una optimización de la dosificación, realizando variaciones de la relación agua/cemento (expirado) es posible llegar a la resistencia a la compresión de diseño que exigen los elementos estructurales. Existe una tendencia modelo de la variación de la resistencia a la compresión conforme aumenta gradualmente el tiempo de expiración del cemento. El tiempo de expiración del cemento es una variable que influye en la resistencia a la compresión del concreto. Existe un tiempo límite de expiración al cual ya no es posible llegar a la resistencia a la compresión que exigen los elementos estructurales.
10. OBJETIVO GENERAL: Determinar la relación agua/cemento óptima para optimizar la dosificación de un concreto elaborado con cemento expirado de tal forma que se conserve la resistencia a la compresión que los elementos estructurales requieren.
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11. OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Elaborar diagramas de análisis de la resistencia a la compresión del concreto elaborado con cementos a diferentes tiempos de expiración. Analizar la tendencia de la variación de la resistencia a la compresión del concreto en un diagrama de resistencia versus tiempo de expiración. Analizar el comportamiento de la resistencia a la compresión del concreto conforme se va modificando la relación agua/cemento en la dosificación. Determinar el tiempo de expiración límite para el cemento que puede ser utilizado para vaciados en elementos estructurales.
12. RESULTADOS ESPERADOS:
Encontrar la relación agua/cemento óptima que permita utilizar el cemento expirado en elementos estructurales sin alterar la resistencia a la compresión de diseño. Comprobar la posibilidad de hacer el uso de cemento expirado en obras estructurales, y así evitar mayores pérdidas económicas en obra.
13. IMPACTO DE LOS RESULTADOS: CALIDAD Al comprobar que las bolsas de cemento caducadas son utilizables para concretos de elementos estructurales de tal manera que no se afecte la calidad del concreto satisfaciendo las exigencias del mismo. COSTO Minimizando mayores pérdidas económicas que ocasionaría desechar las bolsas de cemento expiradas.
ACADEMICO Contribuyendo con material experimental científico a esta área de investigación de la rama de la construcción, difundiendo información respecto al comportamiento del concreto elaborado con cemento expirado.
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AMBIENTAL Minimizando los desechos masivos que produciría prescindir de las bolsas de cemento expirado, haciéndolos utilizables. Minimizar el impacto negativo que produce la industria del cemento con la emanación de gases de efecto invernadero. 14. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ENRIQUE PASQUEL, ANA BIONDI SHAW, JULIO RIVERA, TEODORO HARMSEN, ROBERTO MORALES, LUIS ZEGARRA, IVAN BRAGAGNINI, JUAN RIOS SEGURA, MIGUEL SALINAS (2000) – Supervisión de Obras de Concreto. FLAVIO ABANTO CASTILLO-Tecnología del Concreto (Teorías y Problemas) NORMA ASTM C-109 Método Normalizado de Ensayo de Resistencia a Compresión de Morteros de Cemento Hidráulico. NORMA ASTM C- 192 Preparación y Curado de Especímenes de Concreto para Ensayo en Laboratorio NORMA ASTM C-114 Análisis Químico del Cemento Hidráulico – Perdida por Calcinación. KENNETH FRANCIS FIGUEROA ESTRADA, Incidencia del Cemento Portland Anhidro y Prehidratado para el Mejoramiento de las Propiedades Mecánicas del Suelo para la Utilización en Base y Subbase de Carreteras. UNIVERSIDAD SAN CARLOS DE GUATEMALA.
INDICE GENERAL INDICE DE TABLAS Y GRÁFICOS INTRODUCCION
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RESUMEN ABSTRACT
1.1 1.2
Planteamiento del problema. Objetivos de la investigación. 1.2.1 Objetivo general 1.2.2 Objetivos específicos
1.3 1.4 1.5
Justificación de la investigación. Hipótesis de la investigación. Alcances de la Investigación.
2.1 2.2 2.3
Antecedentes del estudio. Bases teóricas. Sistema de variables. 2.3.1 Definición conceptual de las variables 2.3.2 Definición operacional de variables. 2.3.3 Operacionalización de variables. Definición de términos básicos.
2.4
3.1
3.2 3.3
Agregados. 3.1.1 Agregado Grueso. 3.1.2 Agregado Fino. Cemento. Agua.
4.1 4.2
Procedimiento de Diseño. Diseño de Mezclas de la Investigación.
5.1 5.2
Preparación de Muestras (ver metodología). Ensayos en Estado Fresco del Concreto. 5.2.1 Ensayo del Cono de Abrams.
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5.3
6.1
6.2 6.3
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5.2.2 Otros. Ensayos en Estado Endurecido. 5.3.1 Resistencia a la Compresión del concreto.
Resultados de ensayos en Estado Freso. 6.1.1 Ensayo del Cono de Abrams. 6.1.2 Otros. Resultados de ensayos en Estado Endurecido. 6.2.1 Resistencia a Compresión. Comparación de Resultados. 6.3.1 Comparación de resultados de la resistencia a la compresión. 6.3.2 Comparación de resultados del uso del cemento expirado. 6.3.3 Comparación de los resultados del uso de distintos valores de la relación agua/cemento.
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