SUELOS Y GRAVIMETRIA

Practica 17: Densidad y absorcion del agregado

 INTRODUCCIÓN  Una de las propiedades físicas de los agregados es la DENSIDAD. AL realizar este laboratorio podemos decir que de acuerdo a los tipos de agregados encontraremos  partículas que tienen poros saturables como no saludables que dependiendo de su  permeabilidad pueden estar vacíos parcialmente saturados saturad os o totalmente llenos de agua, generando así una serie de estados de humedad y densidad. Sabiendo lo que más interesa en el diseño de mezcla es la densidad aparente de los agregados. Este factor es importante para el diseño de mezcla porque con él podemos determinar la cantidad de agregado requerido para un volumen unitario de concreto.

1. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL.

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 Determinar la densidad y la absorción de los agregados ag regados (finos y gruesos) a partir  p artir  del humedecimiento de los agregados en un tiempo determinado.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS. 

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Calcular la densidad y absorción de una cierta muestra de agregado (fino y grueso)  para saber si cumple los requerimientos para la elaboración del diseño de mezcla. Establecer el tipo de agregado (fino y grueso) para la elaboración de un buen diseño de mezcla. Conocer la importancia y cómo influye la densidad y absorción que tienen los agregados en una mezcla de concreto.

 2. MATERIAL Y EQUIPOS Se utilizaron los siguiente materiales y equipos:

 PARA EL AGREGADO GRUESO 

 Balanza. Un aparato sensible, fácil de leer, con precisión del 0.05% de la masa de la muestra en cualquier punto dentro del rango usado para este ensayo. La balanza

debe estar equipada con un aparato apropiado para suspender el recipiente de la muestra en agua desde el centro de la plataforma de la balanza. 

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 Recipiente de la muestra. Una canasta de malla con abertura de 3 .35 mm o más  fina, o un balde de aproximadamente igual ancho y altura, con ca pacidad de 4L y 7L para un tamaño máximo nominal de 37.5 mm o menos. El recipiente debe ser  construido de modo que no se atrape aire cuando se sumerja. Tamices. Tamiz N° 4 o 4.75 mm.

 PARA EL AGREGADO FINO 

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 Balanza. Un aparato sensible, fácil de leer, con sensibilidad sens ibilidad de 0.1 gramo de la masa de la muestra en cualquier punto dentro del rango usado para este ensayo. Picnómetro. Frasco volumétrico de vidrio con capacidad de 500 cm³ a temperatura normal  Molde Metálico. Debe ser de forma tronco cónica con las medidas s iguientes: 40 mm de diámetro en la base superior, 90 mm de diámetro en la inferior y 75 mm de altura. Pisón Metálico. Debe tener un peso de 340 g y una sección plana de 25 mm de diámetro Secador de Pelo. Aparato utilizado para secar el agregado.

 3.-BASE TEÓRICA  La densidad es una propiedad física de los agregados a gregados y está definida por la relación entre el peso y el volumen de una masa determinada, lo que significa que depende directamente de las características del grano de agregado. Como generalmente las partículas de agregado tienen poros tanto saturables como no saturables, dependiendo de su permeabilidad interna pueden estar vacíos, parcialmente saturados o totalmente llenos de agua se genera una serie de estados de humedad a los que corresponde idéntico número de tipos de densidad, descritos en las Normas Técnicas Colombianas 176 y 237; la que más interesa en el campo de la tecnología del concreto y específicamente en el diseño de mezclas es la densidad aparente que se define como la relación que existe entre el peso del material y el volumen que ocupan las partículas de ese material incluidos todos los poros (saturables y no saturables).

Este factor es importante para el diseño de mezclas porque con él se determina la cantidad  de agregado requerido para un volumen unitario de concreto, debido a que los poros interiores de las partículas de agregado van a ocupar un volumen dentro de la masa de concreto y además porque el agua se aloja dentro de los poros saturables. El valor de la densidad de la roca madre varía entre 2.48 y 2.8 kg/cm³. El procedimiento para determinarla está se encuentra en la NTC 176 pára los agregados gruesos y la NTC 327   para los agregados finos. Existe tres tipos de densidad las cuales están basadas el la relación entre la masa (en el aire) y el volumen del material; a saber: 

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 Densidad Nominal. Es la relación entre la masa en el aire de un volumen d ado de agregado, incluyendo los poros no saturables, y la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a temperatura establecida.  Densidad Aparente. La relación entre la masa en el aire air e de un volumen dado de agregado, incluyendo sus poros saturable y no saturables, (pero sin incluir los vacíos entre las partículas) y la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a una temperatura establecida.  Densidad Aparente (SSS). La relación r elación entre la masa en el aire de un volumen dado de agregado, incluyendo la masa del agua dentro de los poros saturables, (después de la inmersión en agua durante aproximadamente 24 horas), pero sin incluir los vacíos entre las partículas, comparado con la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a una temperatura establecida.

 La densidad aparente es la característica usada us ada generalmente para el cálculo del volumen ocupado por el agregado en diferentes tipos de mezclas, incluyendo el concreto de cemento Portland, el concreto butiminoso, y otras mezclas que son proporcionadas o analizadas sobre la base de un volumen absoluto. La densidad aparente es también usada en el cálculo de los vacíos en el agregado en la NTC 1926. La densidad aparente (SSS) se usa si el agregado está húmedo, es decir, si se ha satisfecho su absorción. Inversamente, la densidad nominal (seco al horno) se usa para cálculos cuando el agregado esta seco o se asume que está seco. La densidad nominal concierne a la densidad relativa del material sólido sin incluir los poros saturables de las partículas constituyentes.  La absorción en los agregados, es el incremento en la masa del agregado debido al agua en los poros del material, pero sin incluir el agua adherida a la superficie exterior de las  partículas, expresado como un porcentaje de la masa ma sa seca. El agregado se considera como c omo "seco" cuando se s e ha mantenido a una temperatura de 110°C ± 5°C por suficiente tiempo  para remover toda el agua no combinada.  La capacidad de absorción se determina por medio de los procedimientos descritos en la  Norma Técnica Colombiana 176, para agregados agregado s gruesos, y la Norma Técnica Colombiana 237, para los agregados finos. Básicamente consiste en sumergir la muestra durante 24 horas luego de lo cual se saca y se lleva a la condición de densidad aparente (SSS); obtenida esta condición, se pesa e inmediatamente se seca en un horno y la

diferencia de pesos, expresado como un porcentaje de peso de la muestra seca, es la capacidad de absorción. Para el cálculo, tanto las densidades como la absorción para el agregado grueso se calculan de la siguiente manera: 

 Densidad Aparente  D = A / [ B  –  C ]

 Donde  A es la masa en el aire de la muestra de ensayo secada s ecada al horno (grs)  B es la masa en el aire de la muestra de ensayo saturada s aturada y superficialmente seca (grs) C es la masa en el agua de la muestra de ensayo saturada (grs) 

 Densidad Aparente (saturada y superficialmente seca). seca ).  D = B / [ B  –  C ]



 Densidad Nominal.  D = A / [ A  –  C ]



 ABSORCIÓN   Absorción = ( [ B  –  A ] / A ) * 100

Para el agregado fino la densidad se calcula de la siguiente manera: 

 Densidad Aparente  Daparente = A / [ B + S  –  C ]

 Donde  A es la masa en el aire de la muestra de ensayo secada s ecada al horno (grs)  B es la masa del picnómetro lleno con agua S es la masa de la muestra saturada y superficialmente seca (grs) C es la masa del picnometro con la muestra y el agua hasta la marca de calibración (grs),  y

 D densidad grs / cm³  

 Densidad Aparente (saturada y superficialmente seca).  Dsss = S / [ B + S  –  C ]



 Densidad Nominal.  D = A / [ B + A  –  C ]



 ABSORCIÓN   Absorción (%) = ( [ S  –  A ] / A ) * 100

 Nota: Para que la densidad se exprese en unidades de grs/cm³, se multiplica su valor por  1grs/cm³ que es la densidad del agua a 20°C. En el ensayo no se indica pero se asume esta operación.

 4.-PROCEDIMIENTO Se llevaron a cabo dos procedimientos, uno para el agregado grueso y el otro para el agregado fino. 

 PARA EL AGREGADO GRUESO

Se escogió una muestra representativa del agregado, la cual se redujo desechando el material que pasara por el tamiz # 4, luego se procedió a lavarla y sumergirla en el balde durante 24 horas.  Al día siguiente, se tomo la muestra secándola parcialmente con una toalla hasta eliminar   películas visibles de agua en la superficie. Se tuvo en cuenta que las par tículas más grandes se secaron por separado. Cuando las partículas tienen un color mate es porque ya esta en la condición saturada y superficialmente seca. Con la balanza debidamente calibrada se pesa la muestra para averiguar su masa en esta condición. Luego se introdujo en la canastilla y se sumergió, y se cuantifico la masa sumergida en agua a una temperatura ambiente. Luego fue llevada al horno a una temperatura de 110°C durante 24 horas, al día siguiente se cuantifico su peso y se tomaron apuntes.

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 PARA EL AGREGADO FINO

Se toma una muestra representativa de agregado fino la cual se sumerge durante 24 horas.  Al día siguiente se expande la muestra sobre la superficie super ficie de un recipiente o bandeja la cual no es absorbente. Con el secador se le inyecta una corriente de aire hasta conseguir  un secado uniforme, la operación es terminada cuando los granos del agregado están sueltos. Luego se introduce la muestra en un molde cónico, se apisona unas 25 veces dejando caer el pisón desde una altura aproximada de 1 cm, posteriormente se nivela y si al quitar el molde la muestra se deja caer es porque no existe humedad libre, si es lo contrario se sigue secando y se repite el proceso hasta que cumpla con la condición. Cuando se cae el agregado al quitar el molde cónico es porque se ha alcanzado una condición saturada con superficie seca. Se procede a tomar una muestra de 500 gramos del agregado para envasarla en el  picnómetro llenándolo con agua a 20°C hasta más o menos 250 cms³, luego se hace girar  el picnómetro para eliminar todas las burbujas de aire posibles. Se procede a cuantificar el  peso del picnómetro en la balanza anotando su r espectivo valor.  Al término de este paso, se embaza la muestra en tazas taza s para ser dejadas en el horno por  po r  espacio de 24 horas. Y por último, al día siguiente se llevaron las muestras a la balanza y su cuantifico su valor. Se tomaron apuntes.

 5.-DATOS Y RESULTADOS 

 DATOS PARA EL AGREGADO GRUESO

PARA LA MUESTRA # 1 Peso de Canastilla : 56,5 grs Peso taza : 42,5 grs C = 586,5 grs  –  56,5 grs = 530,4 grs  B = 906,15 grs  – 42,5 grs = 863,65 grs  A = 898,9 grs  –  42,5 grs = 856,4 grs  D aparente = A / [ B  –  C ]  D aparente = 856,4 grs / [ 863,65 grs  –  530, 4 grs ]  Daparente = 2,5698 grs/cm³ 

 Dsss = B / [ B  –  C ]  Dsss = 863,65 grs / [ 863,65 grs  –  530,4 grs ]  Dsss = 2.5916 grs/cm³   Dnominal = A / [ A  –  C ]  Dnominal = 856,4 grs/ [ 856,4 grs  –  530,3 grs ]  Dnominal = 2,6270 grs/cm³   Absorción = ( [ B  –  A ] / A ) * 100  Absorción = ( [ 863,65 grs  –  856,4 grs ] / 856,4 grs ) * 100  Absorción = 0.84% PARA LA MUESTRA # 2 Peso de Canastilla : 56,5 grs Peso taza : 42,5 grs C = 668,0 grs  –  56,5 grs = 611,5 grs  B = 1029,15 grs  – 42,5 grs = 986,65 grs  A = 1023,8 grs  –  42,5 grs = 981,3 grs  D aparente = A / [ B  –  C ]  D aparente = 981,65 grs / [ 986,65 grs  –  611,5 grs ]  Daparente = 2,6157 grs/cm³   Dsss = B / [ B  –  C ]  Dsss = 986,65 grs / [ 986,65 grs  –  611,5 grs ]  Dsss = 2.6300 grs/cm³   Dnominal = A / [ A  –  C ]  Dnominal = 981,3 grs/ [ 981,3 grs  –  611,5 grs ]

 Dnominal = 2,6535 grs/cm³   Absorción = ( [ B  –  A ] / A ) * 100  Absorción = ( [ 986,65 grs  –  981,3 grs ] / 986,65 grs ) * 100  Absorción = 0.54% PARA LA MUESTRA # 3 Peso de Canastilla : 56,5 grs Peso taza : 42,5 grs C = 619,7 grs  –  56,5 grs = 563,2 grs  B = 954,9 grs  –  42,5 grs = 912,4 grs  A = 948,1 grs  –  42,5 grs = 905,6 grs

 D aparente = A / [ B  –  C ]  D aparente = 905,6 grs / [ 912,4 grs  –  563,2 grs ]  Daparente = 2,5933 grs/cm³   Dsss = B / [ B  –  C ]  Dsss = 912,4 grs / [ 912,4 grs  –  563,2 grs ]  Dsss = 2.6128 grs/cm³   Dnominal = A / [ A  –  C ]  Dnominal = 905,6 grs/ [ 905,6 grs  –  563,2 grs ]  Dnominal = 2,6448 grs/cm³   Absorción = ( [ B  –  A ] / A ) * 100  Absorción = ( [ 912,4 grs  –  905,6 grs ] / 905,6 grs ) * 100  Absorción = 0.75%

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 DATOS PARA EL AGREGADO FINO

 MUESTRA # 1 Peso Picnómetro : 177, 3 grs Peso taza : 82 grs  A = 581,95 grs  –  82 grs = 499,95 grs  B = 350 grs C = 821,8 grs S = 582 grs  –  82 grs = 500 grs  Daparente = A / [ B + S  –  C ]  Daparente = 499,95 grs / [ 350 grs + 500 grs  –  821,8 grs ]  Daparente = 17,7287 grs/cm³   Dsss = S / [ B + S  –  C ]  Dsss = 500 grs / [ 350 grs + 500 grs  –  821,8 grs ]  Dsss = 17,7305/cm³   Dnominal = A / [ B + A  –  C ]  Dnominal = 499,95 grs / [ 350 grs + 499,95 grs  –  821,8 grs ]  Dnominal = 17,7602 grs/cm³   Absorción (%) = ( [ S  –  A ] / A ) * 100  Absorción (%) = ( [ 500 grs  –  499,95 grs ] / 499,95 grs ) * 100  Absorción (%) = 0.01%

 MUESTRA # 2 Peso Picnómetro : 143,6 grs

Peso taza : 61 grs  A = 560,92 grs  –  61 grs = 499,92 grs  B = 350 grs C = 965,5 grs  –  143,6 grs = 821,9 grs S = 500 grs  Daparente = A / [ B + S  –  C ]  Daparente = 499,92 grs / [ 350 grs + 500 grs  –  821,9 grs ]  Daparente = 17,790 grs/cm³   Dsss = S / [ B + S  –  C ]  Dsss = 500 grs / [ 350 grs + 500 grs  –  821,9 grs ]  Dsss = 17,7935 grs /cm³   Dnominal = A / [ B + A  –  C ]  Dnominal = 499,92 grs / [ 350 grs + 499,92 grs  –  821,9 grs ]  Dnominal = 17,8415 grs /cm³   Absorción (%) = ( [ S  –  A ] / A ) * 100  Absorción (%) = ( [ 500 grs  –  499,92 grs ] / 499,92 grs ) * 100  Absorción (%) = 0.016%

6.-CONCLUSIONES  La densidad del agregado se encuentra d entro del intervalo especificado en la revista ASOCRETO, el cual determina que la roca madre se encuentra dentro de los límites de 2,48 y 2,8 grs /cm³. En nuestro laboratorio la densidad aparente  promedio del agregado grueso de las tres muestras tomadas es de 2,5929 grs/cm³. Esta densidad es importante porque la utilizaremos para nuestro diseño de la mezcla. El resultado de laboratorio arrojó que la densidad del agregado fino es mayor que el agregado grueso debido a que la relación entre masas de los dos agregados. El agregado fino es proporcionalmente más grande el agregado grueso debido a tiene

una mayor compactación y menos espacio de vacíos, lo cual hace que aumente su densidad.  La absorción que se presentó en el agregado grueso es buena, ya que nos indica que en el diseño de mezclas, el agregado aportará agua en una mínima dosis; debemos tener en cuenta este porcentaje. Se observa en los resultados que ese mínimo aumento en peso debido a la absorción del agregado fue de 0.84% para la muestra #1 y 0.54% para la muestra #2. Puede ser que el agregado escogido en la muestra #2, las partículas escogidas sean más pequeñas que las partículas de la muestra # 1 y por eso la diferencia entre el porcentaje de absorción.  La densidad promedio del agregado fino que nos resultó en el laboratorio esta entre 17,70 grs/cm³ y 17,84 grs/cm³. Esto indica que el grado de compactación es menor que en el agregado grueso, presentando un mejor acomodamiento en las  partículas. La saturación que se presentó en el agregado fino es muy mínima, esto se nota en el aumento de peso se observó en el laboratorio; por eso sus densidad  aparente es menor que la densidad saturada y la densidad nominal.  Debido a que la saturación de el agregado fino fue mínima, su abs orción también. Por esto los resultados de 0.01% y 0.016% en la absorción de las dos muestras estudiadas. Puede que ser que el agregado no se halla dejado durante el tiempo suficiente para que la absorción se llevara hasta el máximo alcance.

7.-BIBLIOGRAFÍA  NORMA TECNICA COLOMBIANA # 176. Método de Ensayo para Determinar la  Densidad y la Absorción del Agregado Grueso.  NORMA TECNICA COLOMBIANA # 237. Método de Ensayo para Determinar la  Densidad y la Absorción del Agregado Fino. CONCRETO. Serie de Conocimientos Básicos. Revista N°1. ASOCRETO. Instituto Colombiano de Productores de Cemento.

MECANICA DE SUELOS MECANICA: parte de la ciencia física que trata de la acción de las fuerzas sobre los cuerpos. MECANICA DE SUELOS: Es la rama de la mecánica que trata de la acción de las fuerzas sobre la masa de suelo. DEFINICIÓN DE KARL TERZAGHI: ―La Mecánica de Suelos es la aplicación de las leyes de la Mecánica y la

Hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas, producto de la desintegración química y mecánica de las rocas‖ Actualmente se ha incorporado a la terminología de suelos las acepciones “GEOTECNIA” è ―INGENIERÍA GEOTECNICA‖, lo que nos evidencia que se esta tomando en cuenta los principios y la aplicación tanto de la Mecánica de Suelos como de la Geología y la Mecánica de las rocas. Hoy en día es concluyente el hecho de que “Ningún ingeniero que sienta responsabilidad técnica y moral de su profesión deja de efectuar un estudio de las condiciones del suelo cuando diseña estructuras de cierta importancia”, esta situación determina dos características que se conjugan: Seguridad y economía. Por mucho tiempo y por muy diversas razones el hombre ha estudiado y sigue estudiando el suelo sobre el cual vive, presentando varias teorías y métodos en la solución de los problemas relativos al uso del mismo. Sin embargo fue el distinguido investigador Dr. Karl Terzaghi quièn organizó conceptos y los hizo crecer hasta formar una nueva rama de la ingeniería ―La Mecánica de Suelos‖; así mismo, en cierta ocasión mencionó: Quién solo conoce la teoría de la Mecánica de Suelos y carece de experiencia práctica, puede ser un peligro público. KARL TERZAGHI Se le conoce como el Padre de la Mecánica de Suelos. Nació en Praga el 2 de Octubre de 1883 y murió el 25 de Octubre de 1963 en WINCHESTER MASSACHUSSETS. Abordó problemas de ingeniería de suelos y cimentaciones. Publicó su famoso libro “ERDBAUMECHANIH”, que en la actualidad se considera como el nacimiento de la mecánica de Suelos; trabajo en: Instituto Tecnológico de Massachussets (1925-1929)

En la Universidad de Harvard (1938) Durante muchos años desempeño el cargo de Presidente de la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos y Cimentaciones. Se le otorgaron numerosos premios honoríficos, incluido la Medalla de Norman de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (A.S.C.E.), en 1942, 1946 y 1955. Universidades de ocho países diferentes le concedieron nueve títulos de Dr. HONORIS CAUSA. PROPIEDADES FISICAS DE LOS SUELOS FASES DEL SUELO, SÍMBOLOS Y DEFINICIONES. Consideramos el suelo como un material trifásico constituido por partículas sólidas rodeada por espacios de agua y aire. En efecto, con la finalidad de poder describir las características del suelo es necesario expresar la mezcla de sólidos, agua y aire. Para definir las propiedades físicas utilizaremos la figura 1.1, la que representa de manera esquemática las proporciones en volumen y peso (masa en otros casos) de las fases que constituyen el suelo. Se distinguen tres fases constituyentes: ........... ............ . . . . . . . Va . Fase gaseosa . Wa .............. . . . . . . . . Vv .... . Fase gaseosa . . . Vm Vw Fase líquida Ww . . . . Wm . . . . . . . Fase líquida Vs . Fase sólida . . Ws .......

........ Fase sólida . . . . ...... . Fase gaseosa: Comprende específicamente el aire; pueden estar presentes otros gases (vapores sulfurosos, anhídrido carbónico, etc) que no se consideran en esta fase. Fase líquida: Constituida por el agua (libre, específicamente), aunque en los suelos pueden existir otros líquidos de menor significación. Fase sólida: Formada por partículas minerales del suelo (incluyendo la capa sólida absorbida) a) VOLÚMENES: Va = Volumen del aire o de la fase gaseosa Al agruparse las partículas minerales Vw = Volumen de agua o de la fase líquida unas a otras para formar el suelo, Vs = Volumen de sólidos o de la fase sólida quedan espacios vacíos (oquedades) Vm = Volumen total de la muestra de suelo que son ocupados por el agua total Vm = Va + Vw + Vs ò parcialmente. Vv = Volumen de vacíos de la muestra de suelo: º Vv = Va + Vw Suelo seco: Cuando la muestra de suelo no contiene la fase líquida, el mismo que no existe en la naturaleza, solamente se obtiene en laboratorio. =0 Vm = Vs + Vw + Va = Vs + Va Suelo totalmente saturado: Cuando todos sus vacíos están ocupados por agua Vm = Vw + Vs b) PESOS: (También se puede trabajar considerando masa)

Wa = Peso del aire o de la fase gaseosa Ma = Masa del aire El Peso ó Masa del aire en los poros: Wa, Ma, = 0 Ww = Peso del agua o de la fase líquida Mw = Masa del agua intersticial Ws =Peso de los sólidos o de la fase sólida del suelo Ms = Masa de sólidos Wm = Peso total de la muestra de suelo. Mm = Masa total de la muestra =0=0 Wm = Ws + Ww + Wa = Ws + Ww Mm = Ms + Mw + Ma = Ms + Mw El peso de los sólidos o sea del suelo seco, es obtenido eliminando la fase líquida. La película de agua absorbida, no desaparece por completo al someter el suelo al horno a temperaturas prácticas. En Mecánica de suelos, el estado seco de un suelo se considera que se obtiene a temperaturas de 105°C - 110°C. RELACIONES DE PESOS Y VOLÚMENES Peso específico del suelo: Es la relación entre el peso del suelo y su volumen. También se denomina peso volumétrico; es decir peso de dicho suelo contenido en la unidad de volumen. o = Peso específico del agua destilada; a una temperatura de 4°C y 01 atmósfera de presión (a nivel del mar), es igual a 1.0 gr/cm3 . En Mecánica de Suelos relacionamos el peso de las distintas fases con sus volúmenes correspondientes: En el suelo se distinguen los siguientes pesos específicos o pesos volumétricos: PESOS ESPECIFICOS ABSOLUTOS 1.- Peso específico de sólidos = denomina:

s: También se

Peso específico real s (gr/cm3) Peso específico verdadero 2.- Peso especifico del aga contenida en el suelo = w

muy poco del A temperatura 0°C 100°C

w = (gr/cm3) Su valor varía con la temperatura y difiere o w = 0.95gr/cm3; a temperatura w = 0.99gr/cm3

En problemas prácticos ambos se toman como iguales: w=

o = 1 gr/cm3

3.- Peso específico total de la muestra de suelo: m (gr/cm3) También se denomina: Peso específico húmedo, peso específico aparente Peso volumétrico del suelo, peso volumétrico húmedo del suelo PESOS ESPECIFICOS RELATIVOS (S): Peso específico relativo: Se define como la relación entre el peso específico de una sustancia y el peso específico del agua.

S = SIN UNIDADES 1.- Peso específico relativo de sólidos: También se llama: Gravedad específica

S s

w = densidad del agua = 1000kg/mm3 2.- Peso específico relativo de masa del suelo:

Se conoce como peso volumétrico relativo

Sm  de la masa de suelo. RELACIONES VOLUMÉTRICAS Son de gran importancia, para el manejo comprensible de las propiedades mecánicas de los suelos y un completo dominio de su significado y sentido físico. 1.- Relación de vacíos (e): Se llama también proporción de vacíos ó índice de poros e Es la relación entre el volumen de vacíos y el volumen de sólidos Teóricamente ―e‖ puede variar desde 0 hasta el "

En la práctica, según Juárez Badillo: 0.25 " e " 15 e = 0.25, se trata de arenas muy compactas con finos e = 15, se trata de arcillas altamente compresibles 2.- Porosidad ( ): Porosidad de un suelo es la relación entre el volumen de vacíos y el volumen de su masa. variar: 0 "

(%) Los valores de " 100%

pueden

Si

= 0, es un suelo ideal con solo fase sólida

Si

= 100%, solo sería un espacio vacío (imposible).

Los valores de , en la práctica varían: 20% "

" 95%

Si

= 20%, Se trata de arenas muy compactas con finos

Si

= 95%, Se trata de arcillas altamente compresibles

Según Meter L. Berry - David Reid: En suelos granulares:

Estado más suelto: Corresponde al máximo volumen de vacíos: e máx = 0.91, = 47.6% Estado más denso: Corresponde al mínimo volumen de vacíos: e min = 0.35, = 26% En la práctica los valores extremos para suelos granulares: Arenas bien graduadas: 0.43 " e " 0.67; Arenas de tamaño uniforme: 0.51 " e " 0.85 Arenas bien graduadas: 30% " tamaño uniforme: 34% "

" 46%

" 40%; Arenas de

En suelos cohesivos: La proporción de vacíos es mucho más alta que en suelos granulares, ello se debe a la actividad electroquímica asociada con las partículas de mineral de arcilla: 0.55 " e " 5 ; 35% " " 83% Turba: Se caracteriza por tener alto contenido de materia orgánica y una gran capacidad para retener y almacenar agua, los valores de ―e‖ están en rango de 10 - 15. Por tanto, un depósito típico de turba de 3.0m de espesor podrá haber menos de 300mm materia sólida La turba es un material muy compresible y los depósitos superficiales podrían experimentar una deformación del 50% o más si es sometido a la acción de una carga equivalente a 1.0m de suelo de relleno. 3.- Grado de saturación (Gw): De un suelo expresa la proporción de vacíos ocupada por el agua. Se define por la relación entre el volumen del agua y el volumen de sus vacíos. También se conoce como humedad relativa del suelo. Gw(%) Los valores de Gw pueden variar de: 0% "Gw " 100% Si Gw = 0, es un suelo seco Si Gw = 100%, Es un suelo totalmente saturado 4.- Contenido de humedad ó agua de un suelo (w): Expresa la proporción de agua presente en el suelo. Es la relación entre el peso de agua del suelo y el peso de su fase sólida. Generalmente se expresa en porcentaje. W(%) , también Teóricamente los valores varían de: 0 "w " " En la naturaleza la humedad de los suelos varia entre límites muy amplios; por ejemplo:

Los suelos de los valles de México tienen humedades normales entre 500 - 600% En arcillas Japonesas se han registrado contenidos de agua de 1200 - 1400%. 5.- El contenido de aire (Ar): Expresa la proporción de aire presente en el suelo. Es la relación entre el volumen de aire y el volumen total de la muestra de suelo.

0 " Ar " Tabla 1.1: Propiedades de algunos suelos naturales (basadas en Terzaghi y Peck 1967) ----------------------------------------------------------------------------------------------------------Contenido de Porosidad Relación de humedad Vacíos Gw = 1 Densidad (Mg/m3) Descripción

s

(%) e w (%)

d

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Arena uniforme suelta 46 0.85 32 1.44 1.89 Arena uniforme densa 34 0.51 19 1.75 2.08 Arena bien graduada suelta 40 0.67 25 1.59 1.98 Arena bien graduada densa 30 0.43 16 1.86 2.16 Tilita glacial bien graduada 20 0.25 9 2.11 2.32 Arcilla glacial blanda 55 1.20 45 1.21 1.76 Arcilla glacial dura 37 0.60 22 1.69 2.06 Arcilla ligeramente orgánica blanda 66 1.90 70 0.92 1.57 Arcilla muy orgánica blanda 75 3.00 110 0.68 1.43

Arcilla montmorilonotoca blanda (bentonita) 84 5.20 194 0.44 1.28 Turba amorfa 91 10 500 0.18 1.09 Turba fibrosa 94 15 1,000 0.09 1.03 densidad saturada

d = densidad seca

s=

RELACIONES ENTRE e Y e Despejando tenemos: y Igualando tenemos: ; despejando: Sabemos que: Vm = Vv + Vs  Reemplazando tenemos: Entonces: ; Luego porosidad: Ahora, proporción de vacíos: DENSIDAD Densidad absoluta: De un cuerpo es la masa de dicho cuerpo contenida en la unidad de volumen, sin incluir sus vacíos. Se le puede llamar simplemente densidad.

Densidad aparente: Es la masa de un cuerpo contenida en la unidad de volumen, incluyendo sus vacíos.

Densidad relativa: De un sólido, es la relación de su densidad a la densidad absoluta del agua destilada. , ó también Donde: Ps = Peso de la partícula sólida en gramos Vs = Volumen de sólidos en Cm3 Vt = Volumen de sólidos más volumen de vacíos, en cm3 Dw = Densidad absoluta del agua destilada a temperatura de 4°C; su valor es 1 gr/cm3 Los suelos que contienen partículas gruesas en su mayor parte se les determina la densidad relativa aparente, y a los suelos que están formados por gran cantidad de partículas finas se les determina la densidad relativa absoluta. SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS VOLÚMENES PESOS ........ Va . . . F.G . . . Wa = 0 e=Vv Vw F.L Ww = wSs

w

Vm=1+e Wm = Ss

w(1+w)

.... ...... 1=Vs . . . F.S . . . Ws = Ss ...... 1.- PESOS 

Peso de sólidos

w

; Si Vs = 1 Ws = s 

Ahora, como peso esp. relativo: s = Ss Ss w b) Peso del agua Ww = wWs Ww = wSsw  

Peso de la masa

Wm = Ww + Ws Wm = wSsw + Ssw Wm = Ssw(1+w) 2.- VOLÚMENES ; como Vs =1 Vv = e  Vm = Vv + Vs Vm = 1 + e  FORMULAS:



Para Calcular Grado de Saturación:

; Pero:

También: Por tanto el grado de saturación será:

w Ws =

b) Peso Específico Relativo Aparente ó de la Masa: ; Pero

Entonces:

Reemplazando valores de Wm y Vm : c) Peso Específico Aparente ó peso volumétrico parcialmente saturado: Sí Reemplazando valores de Sm , tenemos:

; Como También Según ―a‖, reemplazando: wSs = eGw 

SUELOS SATURADOS En un suelo saturado Gw = 100% y el Vv = Vw, significa que todos los vacíos están llenos de agua; en consecuencia esta conformado por dos fases: VOLÚMENES PESOS e=Vv = Vw F.L Ww =Vw =e

w w

1+e = Vm Wm = 1= Vs F.S Ws =Ss 1.- PESOS: Asumiendo que Vs = 1u3 

w(Ss+e) w

a) Peso de Sólidos:

; Como Vs = 1 y b) Peso del agua:

; Pero: * Ahora en función de: e 

(porque Vs = 1 u3); Pero

Por tanto, reemplazando en (*): c) Peso total de la muestra de suelo:

2.- VOLUMEN DE LA MUESTRA

FORMULAS:

Para evaluar la proporción de vacíos, partimos de: (*) 

Remplazamos valores de: y en (*)



Peso específico relativo de la masa:

y

Reemplazando: Wm y Vm , tenemos: ; también reemplazando valor de ― e ‖

Otra fórmula en función de n ; Reemplazando en Sm 



Peso específico de la muestra de suelo Densidad saturada

, ó también

SUELO SECO En su conformación no existe agua, por tanto no tiene fase líquida: w = 0 y Gw = 0  Se llama también: Peso volumétrico seco VOLÚMENES PESOS Vv = Va F.G Wa = 0 Vm Wm = Ws Vs F.S Ws FORMULAS: 0 a) Wm = Ws + Wa Wm = Ws ; Sabemos que: Entonces: ; Por tanto, peso específico seco: 

También el peso específico seco se obtiene a partir del m para un suelo parcialmente saturado.

; como w = 0 ; Por tanto: 

Otra expresión del peso específico seco es:

En un suelo saturado tenemos: i) y ii) e = w Ss  Reemplazando ii) en i), pero solo en el numerador: Como: m = Smo ; m = d (1+w)

Correlación de pesos volumétricos secos y saturados y/ó parcialmente saturados en función de la humedad. PROBLEMAS PROBLEMA: Una muestra de arcilla blanda saturada tiene un contenido de agua natural de 43 por ciento. El peso específico relativo de sus sólidos es 2.70. Determinar la relación de vacíos, la porosidad y el peso volumétrico saturado. SOLUCION: Se trata de un suelo totalmente saturado Datos: w = 43% Ss = 2.70. Asumimos que Ws = 1gr y = 1gr/cm3

w

Volumen de sólidos Vs = Ws/

s = 1.0 gr/ 2.70 gr/cm3

0.43 F. L 0.43 Vs = 0.37 cm3 Vm=0.80 0.37 F.S 1.0 Volumen de vacíos e = Vv/vs = 0.43/0.37 = 1.16 Entonces volumen de la muestra: Vm = Vw + Vs = Vv + Vs = 0.43 + 0.37 = 0.80 cm3 Luego, Porosidad:

= Vv/Vm = 0.43/0.80 = 0.51

Como: Wm = Ww + Ws = 0.43 + 1.0 = 1.43 gr Vm = 0.80 cm3 msat = Por tanto: Wm/Vm = 1.43 / 0.80 = 1.79 gr/cm3

m=

PROBLEMA: Una muestra de suelo parcialmente saturada tiene un peso de 63.4gr y un volumen de 46.5cm3. después de secado al horno su peso se ha reducido a 52.7gr. El peso específico de las partículas sólidas es de 168 lb/pie3. Calcular: El grado de saturación, el peso específico de la masa y el peso específico seco. SOLUCION:

Wm =63.4gr Vm = 46.4gr Vs = 52.7grs s = 2.69 gr/cm3

s

Cálculo del peso del agua: Ww = Wm - Ws = 63.4 - 52.7 = 10.7gr Ww = 10.7grs Cálculo del volumen de los sólidos: Cálculo del volumen de agua: Cálculo del volumen de vacíos: Va = Vm - Vs - Vw = 46.5 - 19.60 -10.7 = 16.2cm3 Por tanto: Vv = Vw + Va = 10.7 + 16.2 = 26.9cm3 Vv = 26.9cm3 1.- Grado de saturación: m

2.- Peso específico de la masa: m = 1.36gr/cm3 3.- Peso específico seco:

d = 1.13gr/cm3

d

PROBLEMA: Un recipiente contiene 2.00 m3 de arena de peso específico de sólidos 2.68 ton/m3 y la arena seca pesa 3,324 kg. Calcular la cantidad de agua requerida para saturar la arena del recipiente. SOLUCION: Vm = 2.00m3 ton.

s = 2.68 ton/m3 Ws = 3,324 kg = 3.324

Cálculo del volumen de vacíos:

s = Vs = Vs =

Vv = Vm - Vs = 2.00 - 1.24 = 0.76 m3  Para suelo saturado (100% de saturación) se tiene: e = w.Ss w = Pero: , y Peso de la muestra de suelo saturada ó peso en estado 2 (peso del suelo saturado): Wmsat = Ws ( 1+w) Wmsat. = 3.324(1+0.229)= 4,084 kgs  Luego la cantidad de agua para saturar la arena será:

Ww = Wmsat. - Ws = 4,084 - 3,324 = 760 kg. Vw = 760 lts. Rpta PROBLEMA: Un suelo de 0.25 pie3 pesa 30.8 lbs. Después de secado al horno pesa 28.2 lbs; si Ss = 2.7. Determine: 

Peso específico húmedo - Peso específico seco - Porosidad



Contenido de agua - Relación de vacíos - Grado de saturación

SOLUCION Vm = 0.25 pie3 Wm = 30.8lbs Ws = 28.2lbs Ss = 2.7 1.- Calculo de peso específico húmedo (peso específico de la masa) m 2.- Contenido de humedad o de agua d

3.- Peso específico seco: 4.- Proporción de vacíos: e Vs e 5.- Porosidad: n 6.- Grado de saturación: Entonces:

PROBLEMA: Una probeta de suelo de 20cm de alto y 5cm de radio pesa 7.2 lbs, el porcentaje de humedad de dicho suelo es 20% . Si el peso específico relativo de las partículas sólidas es 2.7, calcular el grado de saturación, así como la porosidad y el peso unitario al estado seco SOLUCION: Datos: h = 20 cm r = 5.0 cm w = 20% Ss = 2.7 Hallar: Gw, ,y d Volumen de la muestra: Vm = Vm = 1,570 cm3 

r2 h Vm = (5)2 x 20

Peso de los sólidos del suelo: Ws = 6.0 lbs 

Volumen de sólidos: s Ws = Vs . Ss . o  Peso del agua: Ww = 0.20 Ws Ww = 0.20x6.0lbs = 120lbs  Volumen del agua: Ww = Vw. Ww = Vw.

o Vw o Vw Vw = 543 cm3

Volumen de vacíos: Vv = Vm - Vs = 1570 cm3 - 1000 cm3 = 570 cm3 El grado de saturación será: Porosidad: Peso unitario húmedo: Entonces, el peso unitario seco es: PROBLEMA: El peso de una muestra húmeda y su recipiente es de 75.49gr antes de secar, y 64.28gr después de secado en el horno a 110°C por 24 horas. Tomando en el laboratorio el peso del recipiente dio 32.54gr y según datos del terreno: Ss = 2.69. Sí suponemos que la muestra se encuentra totalmente saturada, se pide calcular: El contenido de humedad, la porosidad y la proporción de vacíos SOLUCION Wm + Wr = 75.49gr Wr = 32.54gr Ws * Wr = 64.28gr Ss = 2.69 Se trata de un suelo saturado totalmente Peso del suelo húmedo: Wm = 75.49 - 32.54 = 42.95gr Peso del suelo seco : Ws = 64.28 - 32.54 = 31.74gr Entonces, peso del agua : Ww = 42.95 - 31.74 = 11.21gr 1.- Contenido de humedad:

2.- Porosidad: s Como se trata de suelo saturado: Por tanto: Luego: 3.- Proporción de vacíos: PROBLEMA: Se tiene 900 kg de arena seca (Ss = 2.65) que ocupan 0.55m3. Responda: Cuantos litros de agua son necesarios agregar a la muestra para saturarla al 70% Con la cantidad agregada de agua, ¿Que porcentaje de humedad tiene la muestra? Si se compacta la arena mojada, esta reduce su volumen en 0.05; ¿Cuál será el peso volumétrico saturado? Ws = 900kg Ss = 2.65 F.G Wa=0 Vm = 0.55m3 Vv Vw Vm=0.55 0.21 0.147 F.L Vs=0.34 F.S Ws=900 Cálculo del volumen de los sólidos: 2.65gr/cm3

s = Ss

s = 2650 kg/m3

o = 2.65(1 gr/cm3) =

Entonces, el volumen de sólidos será: Ahora el volumen de vacíos: 1.- Cálculo de los litros de agua que se debe agregar para saturar al 70% la muestra.

Sí 1.0 m3 1000lts 0.147 m3 X X = 147 kg Se requieren 147 lts de agua para saturar la muestra al 70% 2.- Calculo del contenido de humedad de la muestra con 70% de saturación , y Ww = Vw

w =0.147m3x1000kg/m3 = 147 kg

3.- Peso volumétrico saturado: Viene hacer el peso específico de la muestra saturada Condición: Al compactarse la arena mojada, se reduce el volumen en 0.05m3 Al reducirse la arena en 0.05m3, entonces se reduce el volumen de vacíos El nuevo volumen de vacíos será: Vv = 0.21 - 0.05 = 0-16m3 El volumen de la masa será : Vm = 0.55 - 0.05 = 0.50m3 El peso volumétrico saturado, es el peso específico de la muestra en estado saturado: cuando Gw = 100% . sat = msat = sat = 2122 kg/m3

m sst =

Problema: Una muestra representativa e inalterada obtenida de un estrato de suelo pesa 28.0kg. con un volumen de 14.8 litros. De esta muestra se extrae un pequeño espécimen que pesa 80gr húmedo y 70 gr ya seco al horno. La densidad absoluta relativa de las partículas sólidas de la muestra es de 2.66. se desea calcular: 

Humedad de la muestra g) Porosidad de la muestra



Peso seco de toda la muestra extraída del estrato h) Grado de saturación de



Peso del agua en toda la muestra extraída del estrato la muestra



Volumen de la parte sólida de toda la muestra obtenida i) Peso volumétrico



Volumen de vacíos de la muestra húmedo de la muestra



Relación de vacíos de la muestra j) Peso volumétrico seco de la muestra

Solución: Wm=28kg Vm=14.8lts=14,800cm3 Wm=80gr; Ws=70gr; Ss=2.66 a) Contenido de humedad:

b) Peso Seco, viene hacer Peso de los sólidos de toda la muestra (ya que Wa = 0 )

w1 c) Peso del agua en toda la muestra: d) Volumen de la parte sólida de toda la muestra; viene hacer el volumen de sólidos

e) Volumen de vacíos de toda la muestra: f) Relación de vacíos de la muestra es: g) Porosidad de la muestra: h) Grado de saturación de la muestra: i) Peso volum. húmedo de la muestra:

j) Peso volumétrico seco de la muestra: SUELO SUMERGIDO Suelos que se ubican debajo del nivel freático; por tanto son suelos totalmente saturados NTN Peso del suelo = W E1 E2 m-

w

E3 N.F SUELOS SUMERGIDOS E4 Peso del agua = Ww En suelos sumergidos es necesario considerar el empuje hidrostático, es decir el peso en agua del volumen desalojado por los sólidos.. El suelo se ha sedimentado, porque el peso del suelo ha vencido la resistencia del agua ! =Peso específico absoluto de suelo sumergido. S! = Peso específico relativo de suelo sumergido e=Vv = Vw F.L Ww =Vw =e 1+e = Vm Wm = 1= Vs F.S Ws =Ss FORMULAS:

o o o(Ss+e) o

!s = relativo de sólidos de suelos sumergidos

s - 1 S!s = Ss - 1 P.e

!m = relativo de la masa de suelos sumergidos

m - 1 S!m = Sm- 1 P.e

En suelos saturados tenemos: ; Como: Entonces: También: COMPACIDAD RELATIVA El grado de compactación en el campo puede medirse de acuerdo a la compacidad relativa. En los suelos formados por partículas gruesas, como las gravas y las arenas; es muy importante conocer su estado de compacidad, que se define por la ―Densidad relativa‖ ó ―Compacidad relativa‖. Se puede calcular la Compacidad relativa mediante la fórmula empírica de Terzaghi, determinada en laboratorio y se expresa en porcentaje: - Cuando los suelos tienen apreciables cantidades de arcilla ó limos, la Cr pierde su significado, por no tener valores definidos de emáx y emín. Relación de vacíos de un suelo en su estado más suelto. Relación de vacíos de un suelo en su estado más compacto Relación de vacíos de un suelo en su estado natural La compacidad relativa indica el grado de compacidad de un suelo granular en su estado natural También la densidad relativa ó compacidad relativa, puede medirse en términos del peso específico seco, mediante el ―BUREAU RECLAMATION‖, fórmula empírica que se utiliza en el diseño y construcción de presas de tierra.

Peso específico seco en su estado más compacto; es decir cuando la relación de vacíos en mínimo (peso volumétrico seco máximo). Peso específico seco ―insitu‖ (peso volumétrico seco en estado natural)

Peso específico seco del suelo en su estado más suelto (peso volumétrico seco mínimo) Estado de un material granular (grava o arena) según su compacidad relativa: Estado Cr Muy flojo 0 a 15% Flojo 16% a 35% Medio 36% a 65% Denso 66% a 85% Muy denso 86% a 100% PROBLEMA: Calcular el peso específico y la densidad relativa de una muestra de suelo que al estado natural tiene una proporción de vacíos e = 0.7. Además se han obtenido los siguientes datos en el laboratorio: VOLUMEN PESO - En el estado más denso y seco 580 c.c 980 grs - En el estado más flojo y seco 750 c.c 960 grs Usando un frasco volumétrico se observó: Wfw = Peso del frasco + agua = 408.2 grs Wfsw = Peso del frasco + 20 grs de suelo seco + agua = 420.7 grs SOLUCION: Ws = Peso del suelo seco = 20 grs; enat = 0.7  Cálculo del peso específico relativo de sólidos de la muestra de suelo Sabemos que: , suelo seco: (*) Para un estado más flojo (e máx) :

Para un estado más denso : . Ahora de (*) despejamos: Por tanto: Cálculo de: GRANULOMETRÍA DE SUELOS En cualquier masa de suelo, los tamaños de los granos varían considerablemente. Para clasificar apropiadamente un suelo se debe conocer su distribución granulométrica Inicialmente se creyó que las propiedades mecánicas de los suelos dependían directamente de la distribución de las partículas constituyentes del suelo según sus tamaños; a ello se debió la preocupación especial de los ingenieros en la búsqueda de métodos adecuados para obtener tal distribución. En efecto, solamente en suelos gruesos, cuya granulometría puede determinarse por mallas, la distribución por tamaños puede revelar algo de lo referente a las propiedades físicas del material; por consiguiente la experiencia indica que los suelos gruesos bien graduados tienen un comportamiento ingenieril más favorable ANÁLISIS GRANULOMETRICO Se llama también Análisis Mecánico y consiste en la determinación de los porcentajes de piedra, grava, arena, limo y arcilla que hay en una cierta masa de suelo; es decir, el análisis granulométrico se refiere a determinar la cantidad en porcentaje de los diversos tamaños de las partículas que constituyen el suelo. Para clasificar por tamaños las partículas del suelo se tiene los métodos siguientes: El Análisis Mecánico por Tamizado: Se utiliza para partículas gruesas (tamaño mayores a 0.074mm). El conocimiento de la composición granulométrica de un suelo grueso sirve para discernir sobre la influencia que puede tener en la densidad del material compactado Por Sedimentación o Método del Hidrómetro: Cuando se trata de partículas finas (limosas, arcillosas), este método requiere mucho tiempo y exige una serie de operaciones de cálculo y correcciones de peso específico, temperatura, etc.} Las propiedades físicas de los suelos de partículas finas se determinan mejor y con mayor seguridad mediante los estudios de plasticidad; sin embargo se

requiere conocer el porcentaje de material menor a 0.02 mm de diámetro para saber la susceptibilidad de los suelos finos a la acción de las heladas. De igual manera, cuando se quiere emplear como medio de clasificación de un suelo el diámetro de sus partículas, se debe efectuar un análisis granulométrico por sedimentación. ANÁLISIS MECANICO POR TAMIZADO Para separar las partículas de un suelo según el tamaño se utiliza mallas o tamices, haciendo pasar una muestra representativa de suelo a través de una serie determinada de tamices estándar de aberturas mayores a cada vez menores. La parte inferior es una malla, con cribas que constituyen cuadrados perfectos TAMIZ: Es un elemento de metal y forma cilíndrica Tamices más recomendables a utilizar en el análisis mecánico por tamizado: Tamiz Abertura (mm) 4‖ 101.600 S 2‖ 50.800 U 1‖ 25.400 E ¾‖ 19.100 GRAVAS L ½‖ 12.700 O 3/8‖ 9.520 S ¼‖ 6.350

N°4 4.760 Indispensable para clasificar gravas y arenas N°10 2.000 G N°20 0.840 R N°30 0.590 U N°40 0.426 E

N°50 0.297 ARENAS S N°60 0.250 O N°70 0.210 S N°100 0.149 N°200 0.074 Separa la fracción gruesa de fracción fina. No debe faltar N°270 0.053 N°400 0.037 SUELOS FINOS Según sean las características de los materiales finos de la muestra, el análisis con tamices se hace, bien con la muestra entera, o con parte de ella (después de separar los finos por lavado). Si la necesidad del lavado no se puede determinar por examen visual, se seca en el horno una pequeña porción húmeda de suelo y luego se examina su resistencia en seco rompiéndola entre los dedos. Si se puede romper fácilmente y el material fino se pulveriza bajo la presión de los dedos, entonces el análisis con tamices, se puede efectuar sin previo lavado. PROCEDIMIENTO SIN EFECTUAR LAVADO Para efectuar el análisis granulométrico, la muestra de suelo debe estar completamente seco (proceso de secado en la estufa a 105°C ó 110°C por 24 horas) 1.- Seleccionar muestra de suelo: Gravas 1200gr-2500gr; arenas 300gr-500gr; Suelo fino 200gr. Pesar la muestra seca con aproximación en gramos. 2.- Si hay presencia de terrones se machacan con un rodillo suavemente sobre una superficie limpia y llana ó pulverizar con la mano. 3.- Seleccionar los tamices y ordenarlos (tamices de mayor abertura van en la parte superior), el tamiz N°200 puede ser el último. Colocamos la muestra en el tamiz de la parte superior 4.- Proceder a efectuar un movimiento mecánico (vibrador), que permita esparcir las partículas del suelo y pasen a los tamices inferiores. También el conjunto de tamices podemos sacudir vigorosamente con un movimiento rotatorio horizontal, pueden agitarse dejándolos caer ligeramente sobre un rimero de periódicos (manual). 5.- Terminado el movimiento, se procede a determinar el peso de la muestra retenida en cada tamiz.

6.- La suma de todos los pesos, debe ser igual al peso original de la muestra. ACLARACIÓN: En el proceso de pesado pueden ocurrir errores por defecto: 2% Ensayo bien ejecutado; errores por defecto mayores no son aceptables. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN OBTENIDA EN LABORATORIO Peso total de la muestra = m 

Tamiz Abertura Peso % parcial % retenido % Que pasa retenido (gr) Retenido acumulado 1‖ 25.400 a

N°4 4.760 b N°100 0.149 c ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... N°200 0.074 X Platillo Y 100 0 7.- Luego, en papel semilogarítmico se procede a trazar la composición de la CURVA GRANULOMETRICA con los datos de abertura de tamiz en el eje horizontal (abscisas) con escala logarítmica y % que pasa en eje vertical (ordenadas) a escala aritmética.

8.- La forma de la curva granulométrica dibujada en escala semilogarítmica, nos indica la composición granulométrica del suelo. - Cuando la curva es de pendiente muy empinada (vertical), se trata de un suelo formado por partículas de un mismo tamaño; es decir son suelos uniformes ó pobremente graduados. - En cambio cuando la curva es de pendiente suave (bien tendida) nos indica un suelo con gran variedad de tamaños de partículas; por consiguiente se trata de un suelo bien graduado. El método más conocido para determinar las características granulométricas de un suelo es el de Allen Hazen, quién descubrió que la permeabilidad de las arenas sueltas para filtros dependía de: diámetro efectivo, coeficiente de uniformidad y coeficiente de curvatura. Diámetro efectivo(D10): Tamaño de las partículas que corresponde al 10% en la curva granulométrica, de modo que el 10% de las partículas son más finas que D10 y el 90% más gruesas. Coeficiente de Uniformidad (Cu): Cu , donde D60 = es el diámetro en milímetros para el cual el 60% de las partículas son menores que ese diámetro

Coeficiente de curvatura (Cc): Cc Un suelo bien graduado debe cumplir las condiciones siguientes:

Cu > 4, para gravas Cu > 6, para arenas También, el coeficiente de curvatura: 1 " Cc " 3 Los suelos bien graduados tienen mejor comportamiento ingenieríl que aquellos de granulometría uniforme. Los suelos finos, tanto sus propiedades mecánicas como hidráulicas dependen de su estructura, plasticidad e historia geológica. Esto hace que la determinación de la granulometría de dichos suelos no conduzcan a obtener, por sí sola, datos muy útiles sobre ellos. Los suelos bien graduados cuando se compactan, se obtiene un mínimo de vacíos, lo que no sucede con suelos uniformes (gran cantidad de vacíos). Ubicación del D60: - Ubicamos en el eje % que pasa el valor de 60% - Levantamos una perpendicular al este eje hasta cortar la curva (ó también una paralela al eje X, hasta cortar la curva). - A partir del punto de corte bajamos una perpendicular al eje X, entonces en el punto de corte del eje X se obtiene la lectura (diámetro en mm) que corresponde a D60. De la misma forma se procede para hallar el D10 y D30 PROBLEMA: El ensayo de análisis granulométrico por tamizado de un suelo proporciona la siguiente información: Peso total de la muestra húmeda antes del ensayo: 180 grs Contenido de humedad : 25% Tamiz : N°10 N°60 N°200 Peso retenido (grs): 35 18 25 El 40% de las partículas que pasan el tamiz N°200 son mayores que 0.05mm, y 10grs son partículas de diámetro mayor que 0.04mm. 

Dibujar la curva granulométrica



Hallar los coeficientes de uniformidad (Cu) y curvatura (Cc).

SOLUCION: El análisis granulométrico por tamizado se trabaja con muestra seca, entonces se debe calcular el peso de sólidos. Significa entonces que 144grs es el 100% de la muestra seca, con la cual procedemos a realizar los cálculos del análisis granulométrico. Tamiz Abertura Peso % parcial % retenido % Que pasa (mm) retenido (gr) Retenido acumulado la malla N°10 2.000 35 24.31 24.31 75.69 N°60 0.250 18 12.50 36.81 63.19 N°200 0.074 25 17.33 54.14 45.86 0.05 26 18.05 72.19 27.81 0.04 10 6.94 79.13 20.87 PLATILLO 30 20.83 100% 0 El 40% de partículas que pasan el tamiz N°200 son mayores de 0.05mm: Peso retenido en malla N°200: 35+18+25 = 78grs Pasan la malla N°200 : 144 - 78 = 66grs Entonces: 66grs 100% X 40% , quedan retenidos Para 10grs son partículas mayores a 0.04mm: Quiere decir que los 10grs son retenidos en un tamiz teórico de 0.04mm de diámetro. Trazamos la curva granulométrica:

Para suelo bien graduado debe cumplirse que: 1"Cc"3, como Cc = 0.47, no cumple dicha condición; por tanto es un suelo uniforme o pobremente graduado. PROCEDIMIENTO EFECTUANDO LAVADO DE LA MUESTRA. 1.- Se toma una muestra representativa de unos 20.0kg y se seca al sol o en horno, unas 12 horas. 2.- Por medio de cuarteos, de la muestra mencionada, se sacan unos 2.0kg. 3.- Los 2.0kg de muestra se hacen pasar por las mallas de: 2‖, 1 ½‖, 1‖, ¾‖, 3/8‖,y N°4, luego se pesa las porciones de muestra retenidas en cada una de las mallas. 4.- De la muestra de suelo que pasa la malla N°4 se toma una cierta cantidad (generalmente 200gr) y se coloca en un vaso con agua, dejando que el material se remoje unas 12 horas. 5.- Con un agitador metálico se agita el contenido del vaso durante un minuto y se vacía luego sobre la malla N°200, luego se procede nuevamente a vaciar el material al vaso lavando la malla en posición invertida; se agita nuevamente el agua del vaso y se repite el procedimiento tantas veces como sea necesario hasta que no se enturbie el agua al ser agitada.

6.- Se elimina el agua y se pone la muestra a secar en un horno a temperatura constante. 7.- Se pesa y por diferencia a los 200gr se obtiene el porcentaje que pasó la malla N°200. 8.- Se vacía el material que pasó la malla N°4 y se retuvo en la malla N°200 para que pase lo correspondiente por las mallas N°s 10, 20, 40, 60, 100 y 200, pesando los retenidos. 9.- Conociendo los pesos parciales retenidos desde la mall a de 2‖ hasta la 200 se obtienen los porcentajes retenidos parciales, los porcentajes retenidos acumulados y los porcentajes pasando. Es necesario aclarar que : Los retenidos parciales en cada malla deberán 

expresarse como porcentajes de la muestra total, y para calcular los porcentajes  retenidos en las mallas 10 a 200, se divide el peso en gramos retenido en cada  malla entre el peso seco de la muestra para la prueba lavado (200gr  generalmente) y se multiplica este cociente por el porcentaje que pasa la malla  N°4, determinado en el análisis del material grueso. El retenido acumulativo en la  malla N°10 se calcula sumando el retenido parcial en dicha malla al retenido  acumulativo de la malla N°4. El retenido acumulativo en la malla N°20 es igual al  retenido acumulativo en la malla N°10 más el retenido parcial en la malla N°20. De  igual manera se calculan los demás retenidos acumulativos hasta la malla N°200. 10.- Se traza la composición de la curva granulométrica del material en una gráfica que tiene por abscisas a la escala logarítmica, donde se indica las aberturas de las mallas y por ordenadas los porcentajes de material que pasa por dichas mallas, a escala aritmética. 11.- La curva resultante se compara con las que se tengan como especificaciones, o se obtienen de ella relaciones entre ciertos porcentajes pasando que dan la idea de la graduación del material. Además, la forma de la curva granulométrica, dibujada a escala semilogarítmica, da una idea de la composición granulométrica del suelo. Así, un suelo que esta formado por partículas de un mismo tamaño quedará representado por una línea vertical y un suelo con curva granulométrica bien tendida indicará gran variedad de tamaños. PROBLEMA: En un análisis granulométrico por mallas, se obtienen los resultados que siguen (peso de la muestra 18,715grs) . Calcular y dibujar la granulometría del material. Tamiz Abertura Peso % parcial % retenido % Que pasa (mm) retenido (gr) Retenido acumulado la malla

3” 76.2 0.0

0.0 0.0 100

2” 50.8 0.0

0.0 0.0 100 10.47 10.47 89.53

1 ½” 38.1 1960 1” 25.4 2320 ¾” 19.1 2310

12.40 22.87 77.13 12.34 35.21 64.79

3/8” 9.52 3700

19.77 54.98 45.02

N°4 4.76 1850 9.89 64.87 35.13 Pasa la malla N°4 6575 35.13 100 0.00 SUMA 18715 100 De los 6575gr que pasan la malla Nº4, por medio de cuidadosos cuarteos, se tomaron y pesaron 200gr para efectuar la granulometría chica por lavado, obteniendo los resultados: Tamiz Abertura Peso % parcial % retenido % Que pasa (mm) retenido (gr) Retenido acumulado la malla N°10 2.00 31.5 5.53 70.40 29.60 20 0.84 26.6 4.67 75.07 24.93 40 0.42 28.8 5.06 80.13 19.87 60 0.25 22.0 3.86 83.99 16.01 100 0.149 24.7 4.34 88.33 11.67 200 0.074 18.0 3.16 91.49 8.51 Pasa la malla N°200 48.4 8.50 100 0 SUMA 200.0 35 Cálculo del % parcial retenido:

PLASTICIDAD DE SUELOS La Plasticidad de un material, es la propiedad por la cual es capaz de soportar  deformaciones rápidas, sin rebote elástico, sin variación volumétrica apreciable y  sin desmoronarse ni agrietarse. Plasticidad del suelo, es la propiedad que presentan los suelos de poder deformarse hasta cierto límite, sin romperse al aplicar una fuerza. Por medio de ella puede medirse el comportamiento de los suelos en todas las épocas. - Es una característica física de los suelos finos (arcillas ó limos) - Es característica no permanente, sino circunstancial, según el contenido de humedad. - Para conocer la plasticidad de un suelo se hace uso de los Límites de Atterberg. Otras ramas de la ingeniería han desarrollado otra interpretación del concepto de plasticidad fundándose en las características esfuerzo-deformación de los materiales. La forma de una curva esfuerzo-deformación depende, naturalmente, de las características del material con que se trabaje; pero la investigación ha permitido establecer algunos hechos comunes a muchos materiales. Por ejemplo: - Para esfuerzos lo suficientemente pequeños en cada caso, la relación esfuerzo deformación es reversible: comportamiento elástico. - Para mayores valores de esfuerzo, sin embargo, la relación se hace irreversible, teniéndose un comportamiento llamado plástico. E s f u e r z

o Plástico Elástico Deformación CURVA REAL CURVA IDEALIZADA Las arcillas: arcillas: Tienen un comportamiento con rango elástico muy rápido; también tienen un rango plástico. Es un material elastoplástico. elastoplástico. LIMITES DE CONSISTENCIA O DE ATTERBERG Los límites de consistencia permiten conocer la plasticidad de un suelo y se considera como fronteras convencionales en base al contenido de humedad. Mediante estos se puede tener una idea del tipo de suelo en estudio. Los límites de consistencia se determinan con muestras de suelo que pasan la malla N°40. Atterberg (científico Sueco) estableció cuatro estados de consistencia de los suelos coherentes; para mayor claridad se emplea el siguiente gráfico: LC LP LL w = 0 wLC wLP wLL w% Incremento de la humedad Estado sólido Estado semisólido Estado plástico Estado E stado líquido Limites de Atterbert: Atterbert: Son contenidos de humedad. Límite líquido (LL): (LL): Contenido de humedad, frontera existente entre el estado líquido y el estado plástico del suelo



Límite plástico (LP): (LP): Contenido de humedad, frontera existente entre el estado plástico y el estado semisólido



Límite de contracción (LC): (LC): Contenido de humedad, frontera existente entre el estado semisólido y el estado sólido del suelo. También se define como el contenido de humedad a partir del cual el suelo ya no disminuye de volumen al someterlo a un proceso de secado.



Índice plástico (Ip): (Ip): Se obtiene por la diferencia entre los valores de límite líquido (LL) y límite plástico(LP). - Se expresa en porcentaje - No puede ser negativo

- Los límites líquido y plástico dependen de la cantidad y tipo de arcilla del suelo, pero el índice plástico depende generalmente de la cantidad de arcilla. - Cuando no se puede determinar el límite plástico de un suelo, se dice que es no  plástico (N:P), (N:P), y en este caso se dice que el IP = 0. - El índice plástico (IP) indica el rango de humedad a través del cual los suelos con cohesión tienen propiedades de un material plástico. Cuando: Ip < 7 Suelo con baja Plasticidad Cuando: 7 " Ip " 17 Suelo medianamente plástico Cuando: Ip > 17 Suelo altamente plástico Según Arthur Casagrande: - Comparando suelos de igual límite líquido con índice de plasticidad que aumenta, la compresibilidad es la misma, la constante de permeabilidad disminuye, la tenacidad cerca del límite plástico aumenta, y también aumenta su resistencia en seco. - Comparando suelos de igual índice plástico con límite líquido que aumenta, la compresibilidad aumenta, la constante de permeabilidad aumenta, y tanto la tenacidad cerca al límite plástico como la resistencia en seco disminuyen. LIMITE LIQUIDO Es un contenido de humedad expresado en porcentaje con respecto al peso de la muestra seca, con el cual el suelo cambia del estado líquido al plástico. - El límite líquido se determina en laboratorio en la Copa de Casagrande. - Los suelos plásticos en límite líquido tienen una resistencia muy pequeña al esfuerzo de corte, que según Atterberg es de 25 gr/cm2. PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL LIMITE LIQUIDO EN LABORATORIO 1.- Tomar aproximadamente 100grs de muestra de suelo que pasa la malla ma lla N°40 N°40 y colocarlo en una Cápsula de porcelana; luego se prepara una mezcla pastosa, homogénea y de consistencia suave, agregando agua. 2.- Parte de esta mezcla se coloca con una espátula en la Copa de Casagrande, Casagrande, formando una torta alisada de espesor 1.0cm en la parte de máxima profundidad.

- Una altura mayor a 1.0cm, disminuye el valor del límite líquido, y - Una altura menor, aumenta dicho valor. 3.- Se divide la muestra de suelo de la Copa de Casagrande en la parte media con un ranurador, de ranura de forma trapezoidal de las siguientes características: 11 mm . . . . . :..:..:..:. : : : : . . . . . . . . . . . . . . . . : .- : : : : : : : ½‖=1.27mm :::::::::::::::::::::::::: ::::::::::::::::::: 2mm - El ranurador se debe mover de arriba hacia abajo - En suelos arenosos es preferible hacer uso del ranurador laminar en vez del trapezoidal, ya que éste último al ranurar no rebana al suelo sino que lo desplaza, lo que provoca que se rompa la adherencia adherenc ia entre el suelo y la copa; por tanto los resultados no son correctos. 4.- Hecha la ranura sobre la muestra de suelo, se acciona la copa a razón de 01 golpe/seg (02 golpes/seg), contando el número de golpes. Debiendo cerrar la ranura en su parte inferior ½‖ (1.27cm) en forma longitudinal. 5.- El número de golpes debe estar comprendido entre 6 y 35; luego tomar una cantidad de muestra (10 grs aproximadamente) de suelo de la zona próxima a la ranura cerrada, y se procede a determinar el contenido de humedad en forma inmediata: N1 w1 6.- Se repite los pasos del 2 al 5 hasta obtener 3 ó 4 lecturas: N1 w1 N3 w3 N2 w2 N4 w4 7.- Con los datos obtenidos se grafica estos resultados en papel semilogarítmico; en el eje vertical los contenidos de humedad y en el eje horizontal el número de golpes, obteniéndose la curva de fluidez. fluidez.

W% w1 Curva de w2 fluidez C wLL w3 w4 N1 N2 25 N3 N4 N (log) - La curva de fluidez se ajusta a la ecuación de la recta, de la forma: Y = mX + b 8.- En la curva de fluidez ubicamos (en eje horizontal, logarítmico) el punto N = 25 golpes, y en el eje vertical ubicamos su respectivo contenido de humedad WLL; el cual corresponde al valor del Límite Líquido. - Conceptualmente, el límite líquido es el contenido de humedad con el cual la ranura en la copa de casagrande cierra con 25 golpes. - En límite líquido los suelos tienen un esfuerzo cortante: ; es decir viene hacer la resistencia del suelo al corte. - El rango entre 6 y 35 golpes, es el intervalo en que la curva de fluidez puede considerarse recta. OTRA FORMA: FORMA: A partir del paso 5 5.- Se obtiene una primera lectura: lectura: Cuando se tiene un valor consistente de Nro de golpes entre 6 y 35 - Se toma aproximadamente 10grs de muestra de la zona próxima a la ranura y se determina su contenido de humedad de inmediato. - Se repite este ensayo, de modo que se tenga dos grupos de 2 a 3 contenidos de humedad. I GRUPO Entre 6 y 20 II GRUPO Entre 25 y 35 2 - 3 golpes 2 - 3 golpes

Contenidos de humedad Contenidos de humedad 6.- Se unen los 2 ó 3 puntos marcados del intervalo entre 6 y 20 golpes con una línea recta y se señala el punto medio. Se hace lo mismo para los puntos del intervalo entre 25 y 35 golpes 7.- Se conectan los dos puntos medios con una línea recta y se obtiene la curva de fluidez. W% * * * * N (log) 10 20 100 ECUACIÓN DE LA CURVA DE FLUIDEZ Como la ecuación de la curva de fluidez se ajusta a la ecuación de la recta: Y = mX + b, se tiene: Y = w X = log(N) w = - If log N + C m = - If b = C Se trata de una recta con pendiente negativa m = - If w = Contenido de humedad (% en peso de humedad) If = Índice de fluidez (fluencia), indica la pendiente de la curva de fluidez. Es igual a la variación del contenido de humedad en un ciclo de escala logarítmica. N = Número de golpes. C = Constante, correspondiente al contenido de humedad cuando la ranura cierra con un golpe en la copa de Casagrande. Se calcula prolongando la curva de fluidez hasta cortar el eje (w) de contenido de humedad.

CALCULO DE LA PENDIENTE: Se calcula de la misma forma que la pendiente de una recta, tomando un ciclo logarítmico.

Sabemos que: ; luego entonces:

, Así: IMPORTANTE: - La resistencia del suelo a la deformación en los lados de la ranura hecha, es la resistencia al corte del mismo; por tanto el número de golpes necesarios para cerrar la ranura es una medida de la resistencia al corte del suelo a ese contenido de humedad. - Los suelos con curvas de fluidez planas poseen una mayor resistencia al corte que aquellos que tienen mayor pendiente. OTROS METODOS PARA DETERMINAR EL LIMITE LIQUIDO 1.- DETERMINACIÓN DEL LIMITE LIQUIDO USANDO FORMULA: En base a que la curva de fluidez a escala semilogarítmica es una línea recta, WILLIAM LAMBE ha sugerido el empleo de la siguiente expresión: LL = 0.121 LL = Límite líquido w = Porcentaje de humedad arbitraria del suelo w = Porcentaje de humedad arbitraria del suelo N = N° de golpes necesario para cerrar la ranura en la Copa de Casagrande, correspondiente a la humedad (w). - En consecuencia, usando la ecuación de Lambe, se puede calcular el LL de un suelo con solo una lectura de N° de golpes y contenido de humedad. - Situación que permite ahorro de tiempo y la variable operador

- La fórmula de Lambe permite calcular el LL con suficiente grado de precisión, siempre y cuando se amase la pasta con un contenido de humedad que cumpla la condición imprescindible de que N° de golpes (N) esté comprendido entre 20 y 30. - En ensayos de investigación se debe hacer uso del método de laboratorio. La fórmula de Lambe se puede simplificar como: LL = w.F ; donde F =0.121 F = factor de corrección N 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 F 0.9734 0.9792 0.9847 0.9900 0.9951 1.0 1.0048 1.0094 1.0138 1.0162 0.0223 OTRO METODO - Estando el material en la Copa de Casagrande con la ranura hecha (conforme al procedimiento normalizado). - Proceder a dar 25 golpes y ver si la ranura cierra los 12.7mm (1/2‖). - En caso de no producirse lo anterior, se recoge la muestra. Se agrega agua a la pasta ó se hace secar un poco, según sea el caso. - Se repite el proceso hasta conseguir que, con 25 golpes la ranura cie rre ½‖ (12.7mm). - Se extrae de la muestra una determinada cantidad y se procede a determinar la humedad. - Luego, se procede a calcular el límite líquido mediante la relación: LL = Límite líquido en % Wh = Peso de la muestra húmeda o peso total (gr) =Wm Ws = Peso de la muestra seca (gr) LIMITE PLASTICO Es otra característica física que se obtiene en laboratorio. Se define como el contenido de humedad expresado en porcentaje (con respecto al peso seco), en el cual los suelos cohesivos pasan de un estado semisólido a un estado plástico. Para determinar el límite plástico, generalmente se hace uso de la mezcla de suelo que ha sobrado en la prueba de límite líquido.

PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL LIMITE PLASTICO - Se hace evaporar humedad a la muestra de suelo, hasta obtener una mezcla plástica que sea fácilmente moldeable. - Se forma una pequeña bola, la misma que debe someterse a un proceso de rollado en la palma de la mano o en una placa de vidrio, a efectos de formar pequeños cilindros del suelo húmedo de aproximadamente 1/8‖ ó 3.17mm sin romperse. - El proceso anterior debe continuarse hasta que los cilindros de 3.17mm inicien a romperse ó agrietarse. - Se toma los pedazos de suelo que se rompen y a esta muestra se determina su contenido de humedad. - La humedad determinada corresponde al límite plástico del suelo, que se calcula de la siguiente manera: LP = Límite plástico Wh = Peso de trocitos de cilindro de suelo húmedo (gr) Ws = Peso de trocitos de cilindro de suelo seco (gr) Ww = Peso del agua (gr) Este procedimiento se repite por lo menos dos veces, se obtiene el promedio de los contenidos de humedad, obteniéndose así el límite plástico. NOTA: Si los resultados de ensayos de laboratorio se van ha utilizar en diseños de ingeniería, las muestras deben ser representativas e inalteradas de tal manera que los parámetros de diseño reflejen el comportamiento ingenieríl del terreno. Las pruebas de LL y LP, sin embargo, se realizan sobre muestras remoldeadas de suelo y por tanto no pueden esperarse que reflejen las características del comportamiento ingenieríl. La función principal de estas pruebas es proporcionar bases para clasificar suelos arcillosos y no proporcionar criterios de comportamiento ingenieríl. Ejemplo: Datos de determinación del límite plástico Operador: Fecha:

Muestra : Del Km 12 + 350 Base del camino: Juliaca - Lampa Recipiente N° 5 6 a) Wh + Wr (gr) Peso de la muestra húmeda + recipiente 44.80 47.26 b) Ws + Wr (gr) Peso de la muestra seca + recipiente 44.25 46.34 c) Ww (gr) Peso del agua 0.55 0.92 d) Wr (gr) Peso del recipiente 41.87 42.70 e) Ws (gr) Peso de la muestra seca 2.38 3.64 f) Porcentajes de humedad (LP = Ww/Wsx100) 23.11 25.27

CALCULO DE LA RESISTENCIA QUE OFRECE EL SUELO EN LIMITE PLASTICO w1 ------------- - (N1,w1) LL (25,LL) Curva de fluidez: w4 --------------------------------------------------------- (N4,w4) LP ------------------------------------------------ (NLP,LP) N1 25 NLP Curva de fluidez: En punto 1 W1 = - If log N1 + C En punto 2 W2 = - If log N2 + C Para una misma curva de fluidez, tenemos: W y N Son variables independientes If y C Son constantes Por consiguiente, los puntos: (25,LL) y (NLP,LP) ; deben satisfacer la curva de fluidez 1.- En caso de conocer el límite líquido:

W = - If log N + C LL = - If log NLL + C (1) LL = - If log 25 + C 2.- En caso de conocer el límite plástico: (2) LP = - If log NLP + C Conocemos que: En LL: NLL = k

1 2> 1 1 = esfuerzo cortante para LL 1 = 25gr/cm2

En LP: NLP = k esfuerzo cortante en límite plástico

2

2=?

Entonces para LP, el suelo tiene un

2=

2

Reemplazando los valores de NLL y NLP, en (1) y (2), tenemos: LL = - If log k

1 + C (3)

LP = - If log k

2 + C (4)

Con el objeto de obtener 3 menos 4

2 debemos restar la ecuación

LL - LP = If log k log Ip = If (log k

2 - log 2 log 22=

2 - If log k 2 - log k

1

1 1

1) log

1 1)

2 = log 25) Resistencia que ofrece el suelo al corte En Límite Plástico, el esfuerzo cortante constituye la tenacidad del suelo. La tenacidad, es la resistencia que presenta el suelo a la fractura o deformación.

Índice de Tenacidad (It): Mide la tenacidad del suelo.

It 1 " It " 3 IMPORTANTE: - Los suelos con curvas de fluidez de pendiente plana poseen mayor resistencia al corte que aquellos que tienen pendientes más pronunciadas, ya que el número de golpes en la prueba de límite líquido es una medida de dicha resistencia a ese contenido de humedad. - El límite plástico es muy afectado por el contenido orgánico del suelo, ya que eleva su valor sin aumentar simultáneamente el límite líquido. Por tal razón con contenido orgánico tiene bajo índice plástico y límites líquidos altos. Consistencia relativa (C.R): Es característica de los suelos cohesivos, se determina en función de los límites de consistencia: w = Humedad del suelo en su estado natural - Si la consistencia relativa resulta negativa, o sea cuando la humedad del suelo sea mayor que su límite líquido, el amasado del suelo lo transforma en un barro viscoso. - Consistencias relativas muy cercanas a cero indican un suelo con esfuerzo a ruptura (qu ) a compresión axial no confinada, comprendido entre 0.25 y 1.0 kg/cm2 - Si la CR es aproximadamente igual a 1.0, ello indica que su qu puede estar comprendido entre 1.0 y 5.0 kg/cm2. - Conclusión: El esfuerzo de corte de un suelo crece a medida que la CR varía de 0 a 1.0, Así: Consistencia Relativa Consistencia del Suelo De 0.0 a 0.25 muy suave 0.25 a 0.50 suave 0.50 a 0.75 media 0.75 a 1.0 rígida.

Índice de liquidez (IL): En suelos plásticos, el índice de liquidez es indicativo de la historia de los esfuerzos ha que ha estado sometido el suelo. 



Si el valor del índice de liquidez es cercano a 0.0 (cero), se considera que el suelo está pre consolidado, y Si es cercano a 1.0 entonces se le considera como normalmente consolidado.

La expresión para obtener el índice de liquidez es: IL = w = Humedad del suelo en estado natural. - Si la humedad inicial de un suelo corresponde a un índice de liquidez igual a 0,2 ó más, el suelo aún siendo altamente plástico, tendrá poca o nula expansión. - Una relación aproximada entre el Índice de Liquidez y la sensibilidad de la arcilla es como se observa en la siguiente tabla. IL 0.0 0.2 0.4 0.7 0.8 0.85 0.9 0.95 1.00 1.05 1.30 1.50 2.00 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------Sensibilidad 1.0 1.0 2.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 20.0 45.0 200.0 Número de actividad (A): La actividad es un término que se aplica a los suelos plásticos con propensión a padecer cambios en su volumen en presencia de diferentes contenidos de humedad. A.W. Skempton ha propuesto el uso de un número de actividad (A) como una indicación de la actividad de un suelo, dicho número de actividad es definido así: Numerador Ip = Índice plástico del suelo Denominador = Es el porcentaje en peso de las partículas con diámetro equivalente menor de 0.002mm. - Los altos valores del número de actividad (A) están asociados con suelos que contienen minerales arcillosos de mayor actividad. - El valor de (A) permanecerá aproximadamente constante para muestras que provengan de estratos del mismo origen geológico. En consecuencia, el valor de (A) puede ser el medio más confiable de averiguar la existencia de estratos de diferente origen geológico en un determinado sondeo.

La actividad de la arcilla puede medirse en función de (A), así por ejemplo: A < 0.5 : Arcilla relativamente inactiva, tipo caolinítico A > 0.5 < 1.0 : Arcilla con actividad normal, tipo ilítico A > 1.0 : Arcillas progresivamente más activas, tipo montmorillonítico

ENSAYO DE AGREGADOS

INTRODUCCIÓN Para los estudiantes de construcción civil llevar a cabo la ejecución de los diferentes ensayos como: colorimetría, equivalente de arena, granulometría, desgaste de los Ángeles, peso especifico de los agregados y unitario entre otros; aplicados a los agregados tanto finos como gruesos es esencial, ya que, estos pasaran a formar entre un 70 y/o 75% de la mezcla de concreto o mortero; también es fundamental que el agregado sea optimo para así poder proporcionar a la mezcla una resistencia y durabilidad favorables en estructuras. Objetivo general: Reconocer las diferentes características de los agregados por medio de los métodos de ensayo descritos en el laboratorio como: colorimetría, equivalente de arena, granulometría, desgaste de los Ángeles, peso específico y unitario entre otros; para saber si son aceptables o no. Objetivos específicos: *Detectar los compuestos orgánicos desfavorables en la arena, para saber si es la indicada a usar en la mezcla de concreto o mortero. *Estudiar cuantitativamente la cantidad de finos y ultra finos que conforman la arena. *Ensayar la gradación de tamaño de las partículas de los agregados con el fin de producir un empaquetamiento compacto. *Detectar la resistencia del agregado grueso mayor de ¾‖ al desgaste por medio

de la máquina de los ángeles.

*Calcular el peso específico para el cálculo del volumen que ocupa el agregado en el concreto. *Obtener el peso unitario suelto y compactado de agregados finos, gruesos y mezclados por medio del cálculo del ensayo de peso unitario.

MARCO TEÓRICO 

Definiciones Básicas

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Agregados

También denominados áridos, inertes o conglomerados son fragmentos o granos que constituyen entre un 70% y 85% del peso de la mezcla, cuyas finalidades específicas son abaratar los costos de la mezcla y dotarla de ciertas características favorables dependiendo de la obra que se quiera ejecutar. 

Agregado fino.

El agregado fino es aquel que pasa el cedazo o tamiz 3/8y es retenido en el cedazo numero 200. 

Agregado grueso.

El agregado grueso es aquel que pasa el cedazo o tamiz 3y es retenido el cedazo numero 4. 

Granulometría

Consiste en la distribución del tamaño de los granos. La gradación del material  juega un papel muy importante en su uso como componente del concreto ya que afecta la calidad del material. 

Granulometría de Finos y Gruesos.

Este método consiste en la determinación por tamices de la distribución del tamaño de las partículas de agregados finos y gruesos. Para una gradación optima, los agregados se separan mediante el tamizado, en dos o tres grupos de diferentes tamaños para las arenas, y en varios grupos de diferentes tamaños para los gruesos. Formulas a Utilizar 

%Retenido = W retenido x 100

W total 

% Más Grueso = ðacumulada del % retenido



% Más Fino = 100% - % más grueso



Modulo de Finura = ð % más grueso desde tamiz #4 hasta #100

100 

Porcentaje pasa 200.

Está representado por limo, arcilla y materia orgánica, este a su vez es prejudicial para el concreto y en las obras convencionales se acepta hasta un cinco por ciento de este material y en las exigentes hasta un tres por ciento, pero si existe menos del pasa 200 mejor la mezcla. Formulas a Utilizar 

% Finos = W antes de lavar - W después de lavar

W antes de lavar 

Desgaste de los ángeles.

Este método consiste en ensayar agregados gruesos de tamaños menores de 1 ½ , por resistencia de abrasión usando la maquina de ensayo de los ángeles. Formulas a Utilizar 

% desgaste de los ángeles = W total - W tamiz #12 x 100

W total 

Peso Específico De Finos

Mediante el estudio de esta práctica se evaluara el peso del volumen absoluto de la materia sólida del agregado. Siendo este el factor que se usa para la determinación del volumen que ocupa el agregado y el concreto. Formulas a Utilizar 

P. E = W1 _.

Wa+ W - Wp Donde: P. E = Peso Específico W1 = Peso de la muestra Saturada con superficie Seca Wa = Peso del picnómetro lleno con agua

Wp = Peso del picnómetro con la muestra y el agua hasta la marca de calibración 



P. E = W .

Wa+ W - Wp Donde: P. E = Peso Específico (Saturado con superficie seca) W1 = Peso de la muestra Saturada con superficie Seca Wa = Peso del picnómetro lleno con agua Wp = Peso del picnómetro con la muestra y el agua hasta la marca de calibración 

Peso Específico De Gruesos

Este método permitirá calcular con ayuda del principio de Arquímedes y con la 2da ley de newton la cantidad en volumen que ocupará el agregado grueso en el mezclado del concreto Formulas a Utilizar 

P. E = W1 _.

W2 - W3 Donde: P. E = Peso Específico. W1 = Peso en el aire de la muestra secada al horno, en gramos. W2 = Peso en el aire de la muestra Saturada con superficie Seca W3 = Peso en el aire de la muestra Saturada, en gramos. 

Peso Unitario de los agregados

Este ensayo presenta la relación peso/volumen, para determinar como se van a seleccionar y manejar los agregados. Esta relación tiene cierta influencia sobre la calidad del cemento.



P. U = W => W recipiente . Muestra - V recipiente

V V recipiente 

Peso Unitario Suelto

Es aquel en el que se establece la relación peso/volumen dejando caer libremente desde cierta altura el agregado (5cm aproximadamente), en un recipiente de volumen conocido y estable. Este dato es importante porque permite convertir pesos en volúmenes y viceversa cuando se trabaja con agregados. 

Peso Unitario compacto

Este proceso es parecido al del peso unitario suelto, pero compactando el material dentro del molde, este se usa en algunos métodos de diseño de mezcla como lo es el de American Concrete Institute. Valores usuales de peso unitario

P. U Suelto P. U Compacto 

Arena Piedra 1,4 - 1,5 1,5 - 1,6 1,5 - 1,7 1,6 - 1,9

Colorimetría (CCCA: Ag3 - 1976)

Este método permite detectar de una manera cualitativa, la presencia de compuestos orgánicos nocivos en arenas naturales que serán utilizadas para la preparación de morteros o concretos. El reactivo que se utilizará para determinar la colorimetría será preparado en una solución al 3% de concentración de NaOH de la cantidad de agua a utilizar. Esto se evalúa con una tabla de colores la cual contiene 5 intensidades que van desde un ligero color amarillo hasta una coloración oscura. El material encontrado en la arena consiste en productos de descomposición vegetal, la cual aparece en forma de humus o arcilla orgánica. Ecuaciones 

600ml -------- 100%

X ml= -------- 3% 

Equivalente de Arena (MOP:E-108)

Este método permite establecer si una muestra de arena posee exceso de materiales más finos que el cedazo numero doscientos. La muestra extraída para la evaluación de este ensayo debe cuartearse en estado seco, según el método CCCA Ag. 17 y reducirla hasta obtener, aproximadamente, quinientos gramos y finalmente se tamiza a través del cedazo numero doscientos. Así mismo se calculara el promedio de tres resultados siempre y cuando no difieran entre ellos en más del dos por ciento. En todo caso; se rechazará aquella muestra que desvié los resultados del promedio general. Y finalmente para comprobar si la muestra estudiada es un agregado fino idóneo para la preparación de concretos este debe ser por la norma MOP-E-108 mayor o igual al 75 por ciento, esto a lo que respecta con agregado fino y ultra fino 25 por ciento. Formulas para los cálculos: El equivalente de la arena se calculara con la expresión: EA = H2 = altura de la arena dentro de la probeta, en pulgadas. H1 = altura total de la muestra dentro de la probeta, en pulgadas.

MARCO METODOLÓGICO 

Granulometría de Finos y Gruesos

Equipos. 

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Balanza: Las balanzas deberán permitir lecturas con apreciación de 0,5gr. en el de caso de agregados finos y de 5gr. en el caso de agregados gruesos. Cedazos: Los cedazos estarán montados en marcos firmes y construidos de una manera tal que impidan la pérdida de material. Además estos deberán ser de tamaños específicos permitiendo suministrar los datos que se requieren con esa práctica. Horno: Debe ser capaz de mantener una temperatura uniforme de 110+5º C.

Procedimientos.

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Seque la muestra en el horno a una temperatura de 110+5º C hasta peso constante. Por orden de tamaño de aberturas decrecientes ajuste los cedazos, desde arriba hacia abajo y coloque la muestra en el cedazo superior. Agite los cedazos a mano o por medios mecánicos durante un período de tiempo suficiente, determinado por tanteo o determinado por mediciones en la muestra de ensayo, para cumplir con el criterio de cernido establecido en el siguiente párrafo. Continúe el cernido hasta que durante un minuto no pase más de 1% en peso del residuo por ningún cedazo; el cernido a mano se realizara de la siguiente manera: Sostenga con una mano el cedazo, provisto de un recipiente y tapa ajustada, en una posición ligeramente inclinada. Golpee el cedazo y muévalo hacia arriba con la otra mano unas 150 veces por minuto, girando el cedazo 1/6 de vuelta cada 25 golpes. Al determinar la suficiencia de cernido para tamaños mayores que el cedazo #4, limite el material en cedazo, a una sola capa de partículas. Si el tamaño de los cedazos ensamblados hace impractico el movimiento de cernido descrito, use cedazos de 20cm de diámetro para verificar la suficiencia del cernido. Si se desea la determinación exacta de la cantidad total que pesa el cedazo #200, primero ensaye la muestra de acuerdo con el Método de Ensayo para la Determinación por Lavado del Contenido de Materiales más Finos que el Cedazo #200 en Agregados Minerales. Añada el porcentaje más fino que el cedazo #200, al cernir la misma muestra seca. Después de la operación final de secado. Determine el peso del material retenido en cada cedazo.

Desgaste de los ángeles.

Equipos. 

Máquina de los ángeles: la constara de un cilindro hueco de acero de acero, cerrado en ambos extremos, con un diámetro interior 710+5mm y un largo interior de 508+5. El cilindro estará montado sobre puntas de ejes adosadas a los extremos del cilindro, pero sin penétralo y en forma tal que pueda rotar en el eje en posición horizontal con una tolerancia de 1 en 100 en su inclinación. El cilindro tendrá para introducir la muestra de ensayo. Deberá tener una tapa adecuada, a prueba de polvo, para cubrir la abertura y con medios para atornillar en su sitio. La tapa será diseñada de manera que mantenga el contorno cilíndrico de la superficie interior a menos que la paleta que este situada en forma tal que la carga no caiga sobre la tapa o la toque durante el ensayo. Se colocara una paleta desmontable de acero a lo largo de una generatriz de la superficie interior del cilindro, que se proyecte

Radialmente 90+2mm hacia su interior y a todo lo largo y con un espesor tal que al sujetarlo con pernos u otros medios adecuados, se mantenga firme y rígida. La posición de la paleta será tal, que su distancia a la abertura, medida a lo largo de la circunferencia exterior del cilindro en la dirección de la rotación no sea menor de 12cm. 

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Cedazos: se utilizaran aquellos que cumplan con las especificaciones para cedazos de ensayo (CCCA: Eq2 y COVENIN 254). Balanza: La balanza deberá permitir lecturas con apreciación de un gramo. Carga abrasiva: Consistirá en esferas de acero, de aproximadamente 4,7cm de diámetro y cada una con un peso entre 390gr. y 445gr.

Procedimiento 

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Escoja el tipo de gradación que más se adapte a la del agregado por ensayar, y conforme la muestra de acuerdo con los pesos indicados en las gradaciones de la muestra de ensayo. Coloque el numero de esferas correspondientes dentro de la maquina de los ángeles y luego introduzca la muestra de ensayo. Coloque la tapa de la maquina de los ángeles en su lugar y atorníllela firmemente. Encienda la maquina y déjela rotara un velocidad de 30 a 33 r.p.m durante 500 revoluciones. Después de las revoluciones, descargue el material sobre una bandeja y haga un cernido preliminar a través de un tamiz mayor que #12. Utilizando el método manual de cernido descrito en el método CCCA Ag.2, haga el cernido por el tamiz #12. Pese todo el material que ha quedado retenido en éste con apreciación de un gramo.

Peso especifico de finos

Equipos 

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Balanza: Será necesario que tenga una capacidad de medición 1kg o más, con una sensibilidad de 0,1g o menos y con una exactitud de 0,1% de la carga de ensayo en cualquier punto dentro del rango de carga de 100g deberá de hacer una exactitud de 0,1g para una diferencia entre lecturas. Picnómetros: Un matraz u otro recipiente adecuado en el cual se pueda introducir fácilmente la muestra de ensayo de agregado fino y en el cual se

puede reproducir el volumen contenido con aproximación de +0,1 cm 3. El volumen del recipiente lleno hasta la marca deberá ser por lo menos 50% mayor que el espacio que ocupa la muestra de ensayo. Es satisfactorio el uso de un frasco volumétrico de 500cm3 de capacidad o un jarro provisto de un picnómetro, cuando se tome una muestra de ensayo de 500g en el caso de la mayoría de los agregados finos. 

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Molde: Metálico de forma tronco-cónica de 38mm de diámetro en la parte superior, 89mm de diámetro en la parte inferior y 74mm de altura, siendo metal de un espesor mínimo, calibre 20 (aproximadamente 0,9mm). Compactador: Metálico de 340+15g de peso y con una cara compactadora plana y circular de 25+3mm de diámetro.

Procedimiento 

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De inmediato introduzca en el picnómetro una muestra de aproximadamente 500g (también podrá usarse una cantidad distinta a los 500g, no menor a los 50g, pero se tendrá que reducir proporcionalmente los límites de exactitud en las pesadas y las mediciones) del agregado saturado con superficie seca, preparado según la preparación de la muestra y llénelo con agua aproximadamente el 90% de su capacidad. Ruede el picnómetro sobre una superficie plana, agítelo o inviértalo para eliminar todas las burbujas de aire. Ajuste su temperatura hasta 23+1,5º C, si es necesario, sumérjalo en agua en circulación y lleve el nivel del agua en el picnómetro hasta su capacidad de calibración. Determine el peso total del picnómetro con la muestra y el agua. Determine éste y todos los demás con aproximación de 0,1g. Saque el agregado fino del picnómetro, séquelo hasta peso constante a una temperatura comprendida entre 100 y 110º C, déjelo enfriar hasta temperatura ambiente durante 30 a 90 minutos y péselo. Determine el peso del picnómetro lleno con agua hasta su capacidad de calibración a una temperatura de 23+2,5º C.

Peso especifico de gruesos

Equipos 

Balanza: Con capacidad de 5kg o más y con sensibilidad de 0,5g o menos y con una exactitud de 0,1% de la carga de ensayo. Dentro de cualquier rango de carga de 500g deberá haber una exactitud de 0,5g para una diferencia entre lecturas.

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Recipiente para la Muestra: Una cesta de alambres Nº 6 o más finos, o un balde con un ancho o una altura aproximadamente iguales y con capacidad de 4000 a 7000cm3. Dispositivos adecuados para suspender el recipiente para la muestra en agua, desde el centro del platillo de la balanza.

Procedimiento 

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Después de un lavado completo para eliminar el polvo y otras impurezas superficiales de las partículas, saque la muestra hasta peso constante a una temperatura comprendida entre 100 y 110º C; déjese enfriar a temperatura ambiente durante 1 a 3 horas y luego sumérjala en agua a temperatura ambiente durante un período de 24+4 horas. Seque la muestra de agua y hágala roda sobre un paño grande absorbente hasta hacer desaparecer toda película de agua visible. Seque separadamente las partículas más grandes. Tenga cuidado en evitar la evaporación del agua en los poros del agregado, durante la operación del secado de la superficie. Obtenga el peso de la muestra bajo la condición de saturación con superficie seca. Determine éste y todos los demás pesos con aproximación de 0,5g. Después de pesar coloque de inmediato la muestra saturada con superficie seca en el recipiente y determine su peso en agua a una temperatura de 23+1,5º C. Antes de pesar, tome precauciones para eliminar todo el aire atrapado, agitando el recipiente mientras está sumergido. Seque la muestra hasta peso constante a una temperatura comprendida entre 100 y 110º C, deje el aire a temperatura ambiente durante 1 a 3 horas y pésela.

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Peso Unitario.

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Peso unitario Suelto.

Equipos 

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Balanza: Deberá permitir lecturas con exactitud de 0,3% del peso leído en cualquier punto de su rango de uso. Se considera que el rango de uso comprende desde el peso del recipiente vacío hasta el peso del recipiente más su contenido, asumiendo un peso unitario promedio de 1600Kg/m3. Barra compactadora: Recta de acero, de 16mm (5/8‖) de diámetro, de aproximadamente 60cm de longitud y punta semiesférica.

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Recipiente: Cilíndrico de metal, preferiblemente con asas. Deberá se hermético, con tapa y fondo firmes y parejos, con precisión en sus dimensiones interiores y suficientemente rígido para mantener su forma al ser maltratado. El borde superior deberá ser liso, plano con exactitud de 0,25mm y paralelo al fondo con una exactitud de 0,5º (Nota1). Los dos recipientes mayores, indicados en la Tabla 1 deberán estar reforzados con una banda metálica alrededor de la parte superior para obtener un espesor total de pared, no menor de 5mm en los 40mm superiores. La capacidad y dimensiones del recipiente deberán cumplir con los requisitos indicados en la Tabla A.

Tabla A - Dimensiones de los recipientes Altura Capacidad Diámetro interior interior (litros) (mm) (mm) 3 10 15 30

155 + 2 205 + 2 255 + 2 355 + 2

106 + 2 305 + 2 295 + 2 305 + 2

Espesor mínimo del metal (mm) 5,0 5,0 5,0 5,0

2,5 2,5 3,0 3,0

Tamaño máximo nominal del agregado Fondo Pared Pulg mm ½ 12,5 1 25 1½ 40 4 100

Procedimiento Procedimiento con Pala - El procedimiento con pala se aplicará a agregados que tengan un tamaño máximo no mayor de 100mm o menos 

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El recipiente se llenará con una pala hasta rebosar, descargando el agregado desde una altura no mayor de 5cm por encima de la parte superior del recipiente. Se deberán tomar precauciones para impedir en lo posible la segregación de las partículas. El agregado sobrante se desechará con una reglilla. Se determinará el peso neto del agregado en el recipiente con exactitud de 0,1%; luego se obtendrá el peso unitario suelto del agregado multiplicando el peso neto por el factor de calibración calculado.

Peso unitario Compacto.

Equipos 

Balanza: Deberá permitir lecturas con exactitud de 0,3% del peso leído en cualquier punto de su rango de uso. Se considera que el rango de uso

comprende desde el peso del recipiente vacío hasta el peso del recipiente más su contenido, asumiendo un peso unitario promedio de 1600Kg/m3. 

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Barra compactadora: Recta de acero, de 16mm (5/8‖) de diámetro, de aproximadamente 60cm de longitud y punta semiesférica. Recipiente: Cilíndrico de metal, preferiblemente con asas. Deberá se hermético, con tapa y fondo firmes y parejos, con precisión en sus dimensiones interiores y suficientemente rígido para mantener su forma al ser maltratado. El borde superior deberá ser liso, plano con exactitud de 0,25mm y paralelo al fondo con una exactitud de 0,5º (Nota1). Los dos recipientes mayores, indicados en la Tabla 1 deberán estar reforzados con una banda metálica alrededor de la parte superior para obtener un espesor total de pared, no menor de 5mm en los 40mm superiores. La capacidad y dimensiones del recipiente deberán cumplir con los requisitos indicados en la Tabla A.

Tabla A - Dimensiones de los recipientes Altura Capacidad Diámetro interior interior (litros) (mm) (mm) 3 10 15 30

155 + 2 205 + 2 255 + 2 355 + 2

106 + 2 305 + 2 295 + 2 305 + 2

Espesor mínimo del metal (mm) 5,0 5,0 5,0 5,0

2,5 2,5 3,0 3,0

Tamaño máximo nominal del agregado Fondo Pared Pulg mm ½ 12,5 1 25 1½ 40 4 100

Procedimientos Procedimiento utilizado la Barra Compactadora - La barra compactadora se utilizará con agregados que tengan un tamaño máximo no mayor de 40mm. 

Se llenará la tercera parte del recipiente y se nivelará la superficie con la mano. Se compactará la masa con la barra compactadora, mediante 25 golpes distribuidos uniformemente sobre la superficie. Se llenara hasta las dos terceras partes del recipiente y de nuevo se compactará con 25 golpes como antes. Luego se llenará el recipiente hasta rebosar, golpeándolo 25 veces con la barra compactadora. Nivele con la mano la superficie del agregado o con un rasero de modo que las partes sobrantes de la pieza mayores del agregado grueso, compensen aproximadamente los vacíos mayores en la superficie que se halla por debajo de la parte superior del recipiente.

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Se determinará el peso neto del agregado en el recipiente con exactitud de 0,1%; luego se obtendrá el peso unitario compacto del agregado multiplicando el peso neto por el factor de calibración calculado.

Procedimiento de Percusión - El procedimiento de percusión se aplicará a agregados que tengan un tamaño máximo mayor de 40mm, pero no mayor de 100mm. 

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El recipiente se llenará en tres capas aproximadamente iguales. Cada capa se compactará colocando el recipiente sobre un piso firme como por ejemplo un piso de concreto y levantando alternativamente extremos opuestos de la base a unos 5cm del piso, para luego dejarlo caer en forma tal que dé un golpe. Por medio de este procedimiento, las partículas de agregado se acomodarán de modo compacto. Cada capa compactará, dejando caer el recipiente 50 veces en la forma descrita, 25 veces de cada extremo. El agregado sobrante se desechará con una reglilla. Se determinará el peso neto del agregado en el recipiente con exactitud de 0,1%; luego se obtendrá el peso unitario compacto del agregado multiplicando el peso neto por el factor de calibración calculado según lo descrito en el último párrafo de calibración del recipiente.

Colorimetría

Equipos. 

Balanza con apreciación de 0,5gr.

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Cuarteador de agregado fino.

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Frascos de vidrio: Se necesitarán dos frascos de vidrio claro, ovalados, graduados, con tapones de goma y de aproximadamente 350cm3.

Procedimiento. 

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Llene un cilindro de vidrio hasta un tercio de su altura con la muestra de arena. Añada la solución de hidróxido de sodio en el cilindro hasta alcanzar las dos terceras partas del cilindro, tomando en cuenta el volumen de solución y el del la muestra. Tape el cilindro con el tapón de goma. Tómelo entre las dos manos y agítelo con un movimiento horizontal, durante 30 segundos, de izquierda a derecha. Deje reposar la muestra durante 24 horas después de la agitación.

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Al cabo de ese tiempo compare el color de la sustancia que sobrenade la muestra con los colores de la escala de Garner.

Equivalente de Arena.

Equipos. 

Equipo estándar de equivalente de arena formado por tres cilindros graduados o probetas de quince pulgadas de capacidad, una barra estándar, un envase cilíndrico, un frasco cuya capacidad sea un galón y con una manguera de goma de 3/16 provista de un irrigador y una pinza que permite el libre paso del liquido.

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Cuarteador para agregado fino.

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Cronometro que permita lecturas en décimas de segundos.

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Cuchara de albañil.

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Tamiz #4.

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Tapón de goma.

Procedimiento. 

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Afloje la pinza del equipo estándar y llene las probetas hasta la marca de 4,4. Llene al ras el envase cilíndrico con una parte de la muestra por ensayar, y con un embudo, échela dentro de una de las probetas. Incline un poco la probeta y golpee el fondo con la palma de la mano, de tal forma que, pueda eliminar las burbujas de aire contenidas en el cilindro. Cuando observe que ya no salen burbujas deje reposar la muestra durante diez minutos. Anote la hora inicial y final del reposo. Después del periodo de reposo, tape la probeta con el tapón de goma y agítela, ya sea a mano o por medios mecánicos, mediante noventa ciclos en treinta segundos. Afloje la pinza para permitir el libre paso del líquido; destape la probeta e introduzca el irrigador sobre su propio eje. De vez en cuando, saque el irrigador de una zona e introdúzcalo en otra, con la finalidad de que la muestra quede bien lavada. Saque el irrigador, suave y que este por encima de dicha marca y complete el nivel del liquido. Deje reposar, la muestra por veinte minutos. Anote la hora inicial y final del reposo.

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

Después del periodo de reposo, lea directamente en la probeta la altura total de la muestra; posteriormente, introduzca cuidadosamente la barra estándar dentro de la probeta; deje que esta se asiente por su propio peso y luego, haga la lectura del nivel de arena en la probeta. Realice este mismo procedimiento con las restantes. Este se puede hacer, simultáneamente, si se deja un tiempo de más o menos seis minutos entre cada probeta para la adicción del material.

TRATAMIENTO DE DATOS 

Granulometría

Procedimiento. En primen lugar se pesó 700gr de arena y 10 kilogramos las cuales es utilizaron para tamizarlos (cada material por separado). Para la piedra se utilizaron los tamices desde 1 hasta Nº 4 y para la arena de 3/8 hasta Nº 4 (cabe destacar que por el tamaño de la tamizadora, al momento de tamizar el agregado fino los tamices Nº 50 hasta Nº 200 no se tamizaron por medios mecánicos si no que se agito con la manos); luego se tamizaron al mismo tiempo y por separado por un tiempo de 2 minutos, al tamizar los agregados se obtuvieron los siguientes resultados: Agrega do grueso

Agrega do Fino Tamiz No. 3" 2 1/2" 2" 1 1/2" 1 1/4" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4"

peso porcent porcent porcent peso porcent porcent porcent reteni aje aje más aje más retenido aje aje más aje más do retenido grueso fino retenido grueso fino

11,2 30,8

1,6 9,4

1,6 6

1013,2 4158,35 4140,35 98,4 656,8 94 28,4

10,13 41,58 41,4 6,57 0,28

10,13 51,71 93,11 99,68 99,6

89,87 48,29 6,89 0,32 0,04

No.4 No.8 No.16 No.30 No.50 No.100 No.200

206,4 140,5 110,7 102,2 63,9 27 6,8

29,56 20,07 15,81 14,6 9,13 3,86 0,97

36,56 55,63 71,44 86,04 95,17 99,07 100

64,94 44,37 28,56 13,96 4,83 73 0

2,9

0,04

100

0

Para obtener los resultados, del porcentaje retenido, porcentaje más grueso y porcentaje mas fino en la tabla señalada anteriormente se realizaron las siguientes fórmulas: 

%Retenido = W retenido x 100

W total 

%Retenido = 1013,2 x.100=10,13

10000 

% Más Grueso = ðacumulada del % retenido



% Más Grueso = 10,13+41,58=51,71



% Más Fino = 100% - % más grueso



% Más Fino = 100-10,13=89,37

Luego de obtener los resultados, se realizó la gráfica de la curva granulométrica la cual se para graficarla se siguieron los siguientes pasos: Se graficó los limites granulométricos de la arena y de la piedra según e tamaño máximo de cada material. 

se gráfico los porcentajes mas fino en cuanto a el tamaño en abertura de cada material 

Se concluyo que tanto la arena como la piedra utilizadas en el ensayo tienden a ser más gruesas, debido a que las gráficas de dichos materiales salen por la derecha de los límites granulométricos. 

Además de graficar la curva granulométrica de cada material, se realizó la determinación de la relación Arena- agregados a través de la grafica del porcentaje del Beta, la cual para su realización se ejecuto los siguientes pasos:



Se busco el tamaño máximo del agregado grueso

Con la tabla de los límites granulométricos en función al tamaño máximo del agregado grueso, se graficaron dichos límites. 

Se grafico el porcentaje mas fino de los dos agregados (fino y grueso) sobre los límites. 

Luego se calculo gráficamente el Beta, pasando dos líneas verticales sobre los puntos más externos de los porcentajes mas fino de la arena y piedra. 



Finalmente se calculó cuantitativamente el Beta a través de la fórmula:

B= B mayor- B menor 2 B= 67 + 63 = 65% 2 Lo que da a concluir que el Beta está en el rango 67-63, lo cual el Beta es de 65% indicando que la arena es mayor que la piedra debido a que según Norma Covenin 255 si Beta es > 50%, la arena > la piedra. 

Desgastes de los Ángeles

Para realizar este ensayo se efectuaron los siguientes pasos: Primero: Se halló el tamaño máximo de la piedra el cual fue de 1‖.Luego se pesó 5000gr entre los cuales fueron 1250gr del tamiz #1, 1250gr del tamiz ¾‖, 1250gr  del tamiz ½‖ y 1250gr del tamiz 3/8. Segundo: Los 5000grde piedra se introdujo en la máquina de los Ángeles junto a las 12 esferas, durante 15 minutos con una velocidad de 30 a 50 r.p.m. Inmediatamente de haber pasado los 15 minutos se sacó la muestra de la máquina que luego se tamizo por el tamiz #12, pesando el porcentaje retenido en el tamiz mencionado. Tercero: Se calculó el % Desgastes a través de la fórmula: % desgastes= W total- W retenido tamiz·#12 x 100 W total

Con el resultado obtenido se concluyó que el material grueso, utilizado tanto en la tamización como en el desgaste de los ángeles, es aceptable debido a que por Norma (CCCA Ag 13) el desgaste debe de ser menor o igual al 50%. Determinación por lavado del contenido de materiales más finos que el cedazo #200. CCCA: Ag 5(1968) 

Tomando 500gr de muestra esta se sometió al lavado a través de 2 tamices el #16 se usa para que el #200 no se maltrate con el material que pueda ser muy grueso. Luego del lavado se toma toda la muestra retenida en los dos tamices y se recolecta en una tara por medio del lavado y seguidamente se lleva el material al horno. Después de sacar el material del horno se pesa y sacamos la diferencia del material que se tenía inicialmente con respecto al final y se obtiene así el % de finos. 

Peso Específico del Agregado Fino (CCCA: Ag. 15)

Se sumergió cierta cantidad de arena en agua para luego secarla por medios mecánicos hasta obtener una condición seca sobre superficie saturada; esta condición se determino tomando cantidades de muestra en varios intervalos de tiempo se tomo un molde cónico que se lleno con la mezcla y esto se compacto suavemente 25 veces luego se retira el molde y se alcanzara una condición seca sobre superficie saturada cuando al quitar el molde verticalmente se derrumbe ligeramente al agregado. Al obtener esta condición seca sobre superficie saturada se tomaron dos picnómetros que fueron llenados con un dedo de muestra para tomar su peso y a continuación se agrego agua hasta la marca de referencia e igualmente se tomo su pesaje. Seguidamente estas muestras se vaciaron en taras que fueron llevadas al horno para determinar el peso del agregado seco. NOTA: En las normas CCCA: Ag 15 (1968) se especifica que el picnómetro debe ser llenado con 500,0gr de muestra aproximadamente; pero en el laboratorio al llevar a cabo este ensayo se agrego un dedo de la mezcla y tomando como referencia el peso son estre 80 y 90gr. A continuación se grafica la tabla de recolección de datos con la que se trabajo en el ensayo de peso especifico del agregado fino:

peso picnometro vacio pesop picnómetro con agua hasta la marca de

M1 M2 104,8 108,2 354 357,6

gr gr

referencia temperatura de ensayo densidad del agua a la temperatura de ensayo peso picnómetro con muestra saturada con superficie seca peso de la muestra saturada con superficie seca peso picnómetro con muestra(s.s.s) y agua hasta la marca referencia peso de la tara peso de la tara con la muestra seca peso de la muestra seca peso del volumen de agua desalojada (volumen real de la muestra) PESO ESPECIFICO PESO ESPECIFICO S.S.S PESO ESPECIFICO APARENTE ABSORCIÓN 

23 1

23 ºC 1 gr/cm³

196,3 191,5

gr

91,5 83,3

gr

410,5

409

gr

197,6 192,1 483,6 464 88,4 79,8

gr gr gr

35 31,9

gr

2,53 2,5 2,65 2,61 2,77 2,8 3,5 4,38

gr gr gr %

Peso Específico del Agregado Grueso (CCCA: Ag 16)

Se tomaron dos muestras de agregado grueso que fueron lavadas para retirar las impurezas o polvo que ese hayan en la superficie de la piedras; luego fueron llevadas al horno a una temperatura constante hasta secarlas por completo, seguidamente se dejan reposar de 1 a 3 horas hasta alcanzar una temperatura ambiente y luego se sumergen en agua en agua durante 24 horas. NOTA: Cabe destacar que los procedimientos descritos anteriormente no los llevamos a cabo nosotros por falta de tiempo, al llegar al laboratorio ya los profesores habían preparado la muestra hasta este paso. Al sacar las piedras del agua después de 24 horas sumergidas se seco la superficie para luego tomar su peso en el aire en condición seca sobre superficie saturada, a continuación también tomamos el peso de las muestras pero en el agua con la balanza hidrostática y seguidamente la muestra fue llevada al horno para obtener un peso seco final. A continuación se mostrara la tabla recolectora de datos utilizada para el reporte de ensayo de peso específico del agregado grueso:

temperatura del ensayo

M1 M2 23 23

ºc

peso en el aire de la muestra saturado con superficie seca Peso en el agua de la muestra saturada con superficie seca Peso de agua desalojada (volumne real de la muestra) Densidad de agua de la temperaturta del ensayo Peso de la tara Peso de la tara con la muestra seca Pesoi de la muestra seca PESO ESPEC FICO PESO ESPECIFICO S.S.S PESO ESPECIFICO APARENTE ABSORCIOÓN 

289,8 195,4

gr

180,4 121,2

gr

109,4 74,2

gr

1

1 gr/cm³

197,6 197,6 485 390,4 289,4 192,8 2,63 2,6 2,65 2,63 2,69 2,63 0,84 1,33

gr gr gr gr gr gr %

Colorimetría (CCCA: Ag3 - 1976).

Mediante la elaboración de esta práctica se logro visualizar que la arena procesada con el hidróxido de sodio presento valores de compuestos orgánicas casi invisibles, esto fue con la ayuda de la escala de Gardner, en la cual se obtuvo un color amarillento que para esta es el numero 1. Pero previamente se cálculo la cantidad en gramos necesarios para disolverlo con el agua que se insertaría al envase, el cual fue de 18gramos. Este valor cualitativo que se obtuvo durante este ensayo con los valores que se estipulan en la escala de Gardner contenida en la norma CCCA: Ag. 3 lograron concluir que no contenía material orgánico la muestra de agregado fino estudiada. 

Equivalente de arena (MOP: E 108).

Los resultados que se obtuvieron mediante el ensayo con la utilización de diferentes ecuaciones, se puede visualizar en la siguiente tabla:

Actividad Adición y Lavado Agitación y Lavado Comienzo del Reposo Hora de medición

Tiempo to: to + 10 min to: to + 20 min

Hora por muestra 1 2 9:11 9:28 9:21 9:38 9:24 9:42 9:44 10:02

RESULTADOS Altura total muestra (h1) Altura de arena (h2) Equivalente de arena (%) Promedio: Desviación:

152 mm 98,5 mm 64,80% 65,01% 0,61%

Los resultados que se plasmaron en la tabla anterior basándose en la norma referente a la equivalencia de la arena MOP:-E-108 indican que debe ser mayor o igual al 75 % teniendo como valor promedio 65,01%. Mediante esto se puede visualizar a simple vista que el material fino, como lo es la arena es menor al valor patrón teniendo a su vez materiales ultra finos iguales al 34,99%. Siendo estos no aceptables para la preparación de concretos, a consecuencia, de que el material que sale del cedazo numero 200 pasa de 25 % como lo revela la norma citada anteriormente, que dice que el ultra fino debe ser igual o menor al 25 %. Asimismo estos resultados se lograron por formulas como se mencionaron en el capitulo anterior, pero es fundamental por los menos uno de cada uno colocar la comprobación de la ejecución de cada una de esas formulas, como se señalan a continuación: Equivalente de arena para muestra 1: Promedio: Desviación: Ultra fino: 100% - 65,01% = 34,99% 

Peso unitario de agregado.

El método de ensayo para el peso unitario no es más que la determinación de un peso compacto y uno suelto que se calcula a través de diferentes procedimientos como lo son: calibración del recipiente, determinación del peso suelto, procedimiento de percusión y determinación del peso compacto. Procedimiento. Para este ensayo el tipo de agregado que se utilizo fue un agregado mezclado cálculo del peso suelto:

Se procedió a llenar el recipiente de metal con el agregado hasta rebosar el mismo, y luego se enrazo con la barra compactadora de 5/8‖ y 60cm de longitud se llevo a pesar en la balanza; esto se realizó en dos ocasiones donde el margen de error fue menor al 1% entre muestra y muestra, lo cual es acorde con la norma CCCA: Ag10. Muestra numero 1 Peso del recipiente mas muestra= 8408gr (es el peso obtenido de la balanza) Peso muestra= 2846gr-8408gr= 5562gr Peso unitario = w muestra 1 Volumen recipiente Peso unitario =5562 = 1.85gr/cm3 2991 Muestra numero 2 Peso del recipiente mas muestra= 8325gr Peso muestra =8325-2846 = 5472 gr Peso unitario = w muestre2 volumen del recipiente Peso unitario =5479 = 1,83 gr/cm3 22991 El calculo del error se determino de la siguiente manera Error = peso unitario Mayor - Peso Unitario menor x 100 Peso Unitario Menor Error = 1,85 - 1,83 x 100 = 1% 1,83 Luego se determino un promedio del peso unitario de la segunda muestra:

P.U. promedio = 1,85 gr./cm3 + 1,83gr./cm3 = 1,84gr./cm3 2 Calculo del peso compacto: Se procedió a llenar el recipiente de metal con el agregado utilizándose una pala, esto se realizó en tres capas, compactándose cada capa 25 veces con la barra compactadora de 5/8 cada muestra se enraso con la barra compactador, luego las mismas se llenaron a la balanza a pesar. Cabe constar que el margen de error fue de 1% lo cual es acorde con la norma que se rigió para la ejecución de este ensayo CCCA: Ag 10. Muestra Nº1: Peso recipiente + muestra = 8350 (Peso obtenido de la balanza) Peso muestra = 8350 gr. + 2846gr. = 5504 Peso unitario = Wmuestra1 => 5504 = 1,84 Vrecip. 2991 Muestra Nº2: Peso recipiente + muestra = 8420 Peso muestra = 8420 gr. + 2846gr. = 5574 Peso unitario = Wmuestra2 => 5574 = 1,86 Vrecip. 2991 Observación: Se puede decir que los resultados obtenidos por los operadores tanto en el peso unitario suelto como en el compacto están acorde a la norma CCCA: Ag.10 ya que esta establece que el margen de error no debe inferir en más del 1%. Realizándose una muestra que contenía un agregado grueso y fino (mezclado). Tabla de datos. Peso (gramos)

Volumen (cm3)

2846

2991

PESO UNITARIO SUELTO Peso recipiente Peso Peso PESO Tipo de Muestra + muestra unitario Error (%) UNITARIO Agregado no. muestra (gr) (gr/cm3) (gr/cm³) (gr) 1 8408 5562 1,85 Combinado 1 1,85 2 8325 5479 1,83 PESO UNITARIO COMPACTO Peso Peso Peso Error PESO Tipo de Muestra recipiente muestra unitario (%) UNITARIO Agregado no. + muestra (gr) (gr/cm3) (gr/cm3) (gr) 1 8350 5504 1,84 Combinado 1 1,85 2 8420 5574 1,87 TABLAS DE RESULTADOS. tabla de resultados: Ensa  Valores obtenidos:  yos: 

Peso unitar io y peso espec ifico de Arena Agra gado s

Peso especifico del agregado fino: Mue stra no 1 Peso especi 2,53 fico: Peso especi 2,65 fico sss: Peso especi fico 2,77 aparen te:

Valor norma: 

Nor  ma: 

Mues tra no 2 2,5

2,61

2,8

Manu al de 2,5 a 2,6 concr eto estru ctural

Absor 3,5 4,38 cion: Peso especifico del agregado grueso: Mue Muestra stra no 2 no 1 Peso especi 2,63 2,6 fico: Peso especi 2,65 263 fico sss: Peso especi fico 2,69 2,63 aparen te: Absor 1,33 cion: 0,84 Ensayo de peso unitario de agregados: Peso Erro unitario( r% gr/cm3): Suelto:

1

1,84

Compa cto:

1

1,85

Manu al de 2,5 a 2,6 concr eto estru ctural

1,5 a 1,6 Manu al de concr 1,6 a 1,9 eto estru ctural

Granul ometria Tamañ o maxim o:

Mod ulo 1" de finur a: Fino s(%):

Manu al de 3,49 2;2,3 concr ;3;4 eto estru ctural <3 COV 5,8 % ENIN

o 277 <5 % Beta: % Desga ste de angele s Colori Equiva metria lente y Equival de ente de arena % arena Colori metria:

65% 31,24

COV <50% ENIN 277

65,01

COV 75% ENIN 277

Color no 1 Escala de Garner

Del color CCC 1hasta el A: Ag color 3 3

ANÁLISIS DE RESULTADOS 

Granulometría de finos y Gruesos, % pasa 200, Desgaste de los ángeles

En el ensayo de granulometría se realizó el cernido de la muestra, en donde se determinó que el tamaño máximo del agregado era 1‖, el módulo de finura 3,44% y de finos 6,15%. El porcentaje de finos que nos dio 6,15% nos da a entender que este agregado no puede ser utilizado en obras exigentes ya que aceptan máximo un 3% de ese material, ni en obras convencionales por que lo máximo es 5% (Según apuntes tomados en Teoría de Materiales de la construcción. Prof. Jesús Rojas 12-112007), o sea que este agregado no puede ser utilizado ya que debilita la unión con la pasta de cemento. En la curva granulométrica ambos agregados, nos dieron por debajo de los límites, lo que da a entender que tanto arena como piedra son más gruesos que lo establecido. En la proporción de Agregado/Arena (ð) fue de 65%, entonces la cantidad de piedra es mayor a la de la arena ya que si beta (ð) es menor al 50% la cantidad de arena es mayor a la de piedra.

En el desgaste de los ángeles los resultados obtenidos en el laboratorio arrojaron un porcentaje de desgaste de 31,34% esto quiere decir que el agregado es bastante fuerte ya que su resistencia a la abrasión es menor que el 50% lo que nos indica que este agregado puede ser utilizado en una mezcla de concreto. 

Peso específico de Finos y Gruesos, Peso unitario.

El peso específico del agregado fino nos dio 2,15 lo cual significa que está dentro de los valores normativos los cuales van de 2,5 a 2,7 según Porrero, Grases, Ramos y Velazco. En el peso específico del agregado grueso se ensayaron dos muestras cuyos valores son 2,63 y 2,60 respectivamente, significa que ambos están dentro de los valores normados que van de 2,5 a 2,7 según Porrero y Otros. El ensayo de Peso unitario de los agregados a evaluar, los cuales fueron realizados por un mismo operador, arrojaron que el margen de error fue de 1% lo cual coincide con la norma CCCA Ag10 que establece que el porcentaje de error no debe diferir de 1% 

Equivalente de arena y colorimetría

El ensayo de equivalente de arena el porcentaje de material fino dio 65,01% y el ultrafino 35,99%, esto indica que no pueden ser utilizados para la preparación de una mezcla ya que la norma MOP: E108 indica que el material fino debe ser mayor o igual al 75% y el material ultrafino menor o igual al 25%. En el ensayo de colorimetría se obtuvo como resultado que el agregado, aparentemente no tenía sustancias orgánicas ya que el color era el número uno de la escala de Garner, un amarillo clarito. Digo aparentemente por que la norma CCCA Ag3 establece que lo debemos dejar reposar 24 horas después de haberlo agitado vigorosamente, y por razones de tiempo no cumplimos con ese lapso estipulado. Mediante los diferentes ensayos estudiados anteriormente pudimos llegar al siguiente análisis: Equivalente de arena y colorimetría se consiguieron los siguientes resultados: Porcentaje equivalente de arena fue de 65,01% y el de ultra fino es de 34,49%, a lo que llagamos que no es admitido para el uso como agregado fino en una mezcla, debido a que la Norma MOP : E 108 asienta que el porcentaje equivalente de arena debe ser mayor o igual a 75% y el agregado ultra fino menor a 25%. 

Colorimetría: En este ensayo dio el color #1 de la escala de Garner (debido a que no se espero 24 horas para evaluar su color como establece la norma CCCA 

Ag 3, lo cual da a analizar que la arena utilizada es aceptada ya que según la norma manifiesta que los valores normativos se encuentra entre #1 al #3. Granulometría y desgastes de los Ángeles se obtuvo lo siguiente resultados: Granulometría: al comparar este ensayo con las normas se debe tomar en cuenta el modulo de finura y el % de finos, la curva granulométrica y el % de Beta. 

El módulo de finura obtenido fue 3,49 y el % fino resultó 6,15% los valores no son aceptables debido a que según la Norma CCCA Ag 5 expone que el porcentaje de finos debe ser menor al 5% ; por ota parte la curva granulométrica de el agregado grueso como el fino tienden a ser mas grueso debido a que la gráfica se sale por debajo de los límites granulométricos; por último el porcentaje del Beta obtenido fue 65% y según norma CCCA 255 expresa que si el beta es menor que 50% ,la arena es mayor que la piedra. Desgastes de los Ángeles: se pudo analizar y comprobar que mediante CCCA Ag 13, el porcentaje que resultó de 31,24% expone que según la norma debe de ser menor ó igual al 50% por lo tanto da a concluir que el resultado es aceptable. 

Peso unitario de agregados, peso especifico del agregado grueso y fino se adquirieron los siguientes resultados: 1. Peso unitario de los agregados: Estudiamos los errores del peso unitario compacto y el peso unitario suelto resulto 1%, del cual se obtuvo un resultado dentro de los límites puesto que la norma CCCA: Ag 10 establece que el porcentaje de error no debe de diferir de en más de 1%. 2. En Cuanto al peso específico del agregado grueso en las dos muestras ensayadas se encuentra entro de los valores normativos debido a que los resultados obtenidos fueron 2,63gr y 2,60 gr y la norma 268 y 269 dice que el peso específico esta entre 2,5 a 2,7gr. 3. Por último el ensayo de peso especifico del agregado fino resultó 2,51 y al compararlo con la norma este ensayo ( 268 y 269) se llegó a que el peso especifico de este material esta entre los parámetros los cuales son entre 2,5 y 2,7 Para el modelo de ensayo llamado colorimetría se utilizaron los siguientes materiales: *60ml de H20 (agua) *18 gr NaOH (hidróxido de sodio) *333ml agregado fino (arena)

Se obtuvo como resultado el #1 en la escala de Garner (amarillo tenue) pero es importante destacar que después de realizarse este ensayo se deben esperar 24 horas según CCCA:Ag 3 lo que no se llevo a cabo debido a que el tiempo no es suficiente, pero tal vez esperando este lapso de tiempo podría variar el color obtenido. Sin embargo basándonos en los resultados obtenidos el agregado ensayado no contiene sustancias o elementos orgánicos. Equivalente de arena. Este método consiste en separar el material fino del ultra fino para conocer la cantidad de cada uno de ellos en una arena mezclada pasante del tamiz #4. Según MOP:E 108 el material fino debe ser mayor o igual al 75% y el material ultra fino menor o igual al 25%. En este modelo de ensayo se obtuvo un 65,01% de material fino y un 35,99% de ultra fino lo que indica que esta arena no es adecuada para la preparación de concretos o morteros. Granulometría: En este método separamos el material en varios tipos según su tamaño pasándolo por tamices, es decir, se realiza una gradación para que así al momento de preparar una mezcla de concreto o un mortero el numero de espacios vacíos no sea significativo. El tamaño máximo de 1‖, un modulo de finura de 3,44 y un porcentaje de finos de

6,15%; este ultimo valor no es adecuado debido a que el porcentaje de finos debe ser menor al 5% según la norma CCCA: Ag 5 (1968). Según la curva granulométrica realizada en este ensayo indico que tanto la arena como la piedra se salieron por debajo de los limites granulométricos lo que nos lleva indica que son mas gruesos ambos materiales. En cuanto al beta esta ubicado entre 67 y 63, es decir, el beta promedio es de un 65% aproximadamente Y cuando el beta es mayor al 50% hay mas arena que piedra, es decir, en la relación arena-piedra el volumen de la arena va a estar por encima de la piedra si el beta es mayor al 50%. Con respecto al desgaste de los Ángeles al realizar este modelo de ensayo (después del tiempo indicado en la maquina de los Ángeles y al pasar por el tamiz #12) se obtuvo un 31,24% lo que esta entre los valores normativos según CCCA: Ag 13 que menciona debe ser menor al 50%. Para el modelo de ensayo de peso especifico del agregado grueso los valores alojados por los cálculos realizados con las cantidades obtenidas en el laboratorio fueron de 2,63gr y 2,60gr en la muestra 1 y 2 respectivamente, lo que al compararlo con la norma covenin 268 y 269 que establece que el peso especifico oscila entre 2,5 a 2,7gr. En cuanto al peso unitario del agregado grueso en el laboratorio luego de realizar el modelo de ensayo se presento un error de 1% y al compararlo con la norma COVENIN 263-78 o con CCCA: Ag 10 se corrobora que el valor obtenido esta entre los parámetros ya que las normas mencionadas anteriormente establecen

que el margen de error debe ser menor o igual al 1% si el ensayo es realizado por un mismo operador. Finalmente para el modelo de ensayo del agregado fino (arena) luego de llevar a cabo los procedimientos y los cálculos pertinentes se obtuvo un peso especifico promedio de 2,51gr lo que nos indica que esta arena cumple con los valores normativos especificados en COVENIN 268 Y 269 que plantea que el peso especifico de un agregado debe estar entre 2,5gr y 2,7gr. Al realizar los ensayos de granulometría, desgastes de los ángeles, colorimetría, equivalente de arena, peso específico del agregado grueso y agregado fino y peso unitario de los agregados se obtuvo una serie de resultados los cuales se verificaron si los mismos están entre los valores establecidos en las normas que rigen a cada ensayo. Al compararlos se obtuvo que el agregado grueso y el agregado fino son aceptables para utilizarlos en una mezcla de mortero o de concreto. >Al realizar el ensayo de equivalente de arena y colorimetría se consiguió los siguientes resultados: Porcentaje equivalente de arena fue de 65,01% lo cual se puede inducir que el agregado ultra fino es de 34,49%, por lo tanto no es admitido para el uso como agregado fino en una mezcla, debido a que la Norma MOP : E 108 asienta que el porcentaje equivalente de arena debe ser mayor o igual a 75% y el agregado ultra fino menor a 25%. 

Colorimetría: El ensayo correspondió con el color #1 de la escala de Garner (debido a que no se espero 24 horas para evaluar su color como establece la norma CCCA Ag 3, lo cual da a analizar que la arena utilizada en este ensayo es aceptada ya que según norma manifiesta que los valores normativos se encuentra entre #1 al #3. 

>Al ejecutar el ensayo de granulometría y desgastes de los Ángeles se obtuvo lo siguiente: Granulometría: al comparar este ensayo con las normas se debe tomar en cuenta el modulo de finura y el % de finos, la curva granulométrica y el % de Beta. 

En cuanto al módulo de finura el resultado obtenido fue 3,49 y el % fino resultó 6,15% este valor no es adecuado debido a que según la Norma CCCA Ag 5 expone que el porcentaje de finos debe ser menor al 5% ; otro punto a evaluar es la curva granulométrica que se llegó a la conclusión que tanto como el agregado grueso como el fino tienden a ser mas grueso debido a que la gráfica se sale por la derecha de los límites granulométricos; por último el porcentaje del Beta obtenido fue 65% lo que da a considerar que la arena es menor que la piedra

debido a que la norma CCCA 255 expresa que si el beta es menor que 50% por consiguiente la arena es mayor a la piedra. Desgastes de los Ángeles: el resultado a evaluar y comparar con la norma CCCA Ag 13, es el porcentaje que resultó 31,24% y según norma expone que debe de ser menor ó igual al 50% por lo tanto da a concluir que el resultado es aceptable. 

>Al elaborar los ensayos de peso unitario de agregados, peso especifico del agregado grueso y fino se adquirieron los siguientes resultados: 1.Peso unitario de los agregados: al evaluar los errores del peso unitario compacto y el peso unitario suelto resulto 1%, del cual se puede inferir que el resultado está dentro de los límites puesto que la norma CCCA: Ag 10 establece que el porcentaje de error no debe de diferir de en más de 1%. 2. En Cuanto al peso específico del agregado grueso en las dos muestras ensayadas se encuentra entro de los valores normativos debido a que los resultados obtenidos fueron 2,63gr y 2,60 gr y la norma Covenin 268 y 269 establece que el peso específico ondea entre 2,5 a 2,7gr. 3. Por último el ensayo de peso especifico del agregado fino resultó 2,51 y al compararlo con la norma que rige este ensayo (covenin 268 y 269) se llegó a que el peso especifico de este material esta entre los parámetros los cuales son entre 2,5 y 2,7. Según el método de ensayo de colorimetría, se puede decir que se obtuvo como resultado el color Nº 1 ( el amarillo numero 1 de la escala de Garner), una cantidad de material orgánico tolerable; cabe destacar que esto no es exacto, ya que por razones de tiempo se espero un lapso de dos horas, cuando la norma establece que se debe esperar 24 horas, si se hubiese esperado el lapso estipulado por la norma CCCA Ag3, se obtendría un color más oscuro que corresponde al número 2 de la escala de Garner, se llegaría a esta resultado por que el lugar donde está la muestra no permite su deterioro, (laboratorio de materiales). En la ejecución del ensayo de equivalente de arena , de obtuvo el valor de 65,01% se puede decir que el agregado más fino es de 34,99%, donde la cantidad de arena no es aceptable para la preparación de mortero y concreto, porque la norma establece que el equivalente de arena debe ser mayor o igual al 75% y el agregado más fino debe ser menor o igual a un 25% ( MOP E108). En el método de ensayo de granulometría , se evaluaron varios aspectos importantes entre ellos: La tabla granulométrica, el lavado de las piedras, curvas granulométricas y el beta.

1. En la tabla granulométrica se calculó el porcentaje retenido, el porcentaje más grueso, el porcentaje más fino, el modulo de finura (3.49) y el tamaño máximo (1 pulgada), donde cabe destacar que al realizar el cálculo de modulo de finura la arena no se encuentra en los valores acordes según Porrero, porque este indica que debe ser menor o igual a 3 . 2. Al realizar este ensayo se tomo 10 Kgrs de piedra, pero la norma establece que para una pulgada se debe utilizar 20 Kgrs, pero por cuestiones de manejo de aparatos se utilizo la mitad. 3. Para el lavado de arena se obtuvo un porcentaje de 6,15, resultados que está por encima del valor límite que debe ser menor al 5% según la norma CCCA Ag5. 4. En la curva granulométrica se pudo observar que tanto el agregado grueso como el fino se salieron por debajo de los límites, queriendo esto decir que la piedra tienda a ser más gruesa al igual que la arena. 5. En el cálculo del beta se observo que la arena era mayor que la piedra mediante, la siguiente relación: B > 50%; arena > piedra, donde el beta tuvo un promedio del 65% entre el rango (63-67), cabe acotar que la norma que rige este ensayo es COVENIN 255 Según el método de ensayo de desgate de los “Ángeles” los resultados obtenidos en el laboratorio son bastantes óptimos en la resistencia al desgaste del agregado, se puede decir que este agregado es apto para la realización de una mezcla de concreto, ya que este arrojo como resultado un 31,34% y la norma CCCA Ag13 establece que debe ser meno o igual al 50%. En el método de ensayo para el cálculo de peso unitario los resultados obtenidos están acordes con la norma ya que tanto en el peso compacto como en el suelto el margen de error fue de 1%, valor establecido por la norma COVENIN 263-78 y CCCA Ag10. Según el cálculo en el modelo de ensayo del peso especifico , se pudieron observar los siguientes valores: para el peso especifico del agregado grueso las dos muestras ensayadas arrojaron un producto que se encuentran dentro de los resultados normativos, donde la muestra número 1 es igual a 2.63 grs, y la muestra numero 2 a 2,60grs, Este cálculo coincide con lo que dice la norma COVENIN 268-269, que afirman que el peso especifico del agregado grueso oscila entre 2.5grs, a 2,7grs. Para el peso especifico del agregado fino los resultados están dentro de los valores normados, COVENIN 268-269, ya que para este agregado el peso

especifico se halló dentro del siguiente rango (2,5 a 2,7grs), se puede acotar que los valores de las muestras en un promedio son de 2.5 gramos . Puede observarse que mediante los ensayos realizados en el laboratorio un buen porcentaje de los resultados obtenidos se encuentran dentro de los valores normados, esto quiere decir que el agregado grueso y el agregado fino son óptimos para la elaboración de mezcla de mortero y concreto. Los resultados que fueron visualizados en estas practicas permitieron lograr comparar esas cantidades numéricas con de observación con los valores normativos que están plasmados en las diversas normas. Con ellas se semejaron y se diferenciaron los ensayos ejecutados, esos criterios a continuación se mencionan: Colorimetría: Al proceder con esta práctica se procesaron resultados tales que permitieron indicar al compararla con la norma CCCA: Ag.3 o COVENIN 256-77 que la cantidad presentada de compuestos orgánicos en la arena fue admitible. Debido a que con el aparato que indica la norma, el aparato de colores de Grander, el color que presento la sustancia liquida es tal que no se visualizaron materiales orgánicos. De modo similar, se observo que el lazo que duro el cilindro con la arena y la sustancia liquida mezclada fue muy corto comparado con el de la norma que es de 24 horas para verificar adecuadamente la cantidad de compuestos orgánicos. Sin embargo, teniendo en cuenta la procedencia de la muestra ha estudiar se puede considerar que la arena no debió de conservar material vegetal o animal. Pero para obras convencionales u otras se debe esperar el tiempo requerido, ya que, se desconoce el lugar donde se almaceno ese material fino. Equivalente de arena: El producto que se midió mediante la práctica que describe la norma MOP: E-108 comparados con los valores de esta norma permitieron indicar las semejanzas y los factores que no se tomaron en cuenta como se indica a continuación: Los valores que se consiguieron en el ensayo haciendo semejanza con la norma fueron contrarios a estos, como material fino se obtuvo 65,01% siendo menor al 75% y material ultra fino 34,99% mayor al 25%. En consecuencia, la arena contenía un exceso de material mas fino que el cedazo o tamiz numero 200. Teniendo el ultra fino 9,99% más que el agregado fino. Granulometría: La elaboración de este ensayo permitió determinar la curva granulométrica, el beta y el desgaste de los ángeles, por mencionar algunos. Esto se logro mediante algunas de las instrucciones indicadas en la norma CCCA Ag:2. Logrando comparar los datos obtenidos con las diversas normas que rige cada ensayo como se menciona en los siguientes enunciados:





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



Los valores obtenidos con respecto al modulo de finura al simularse con lo indicado por Porrero y otros (2004) en su libro Manual del Concreto Estructural debe estar entre los valores 2,3 a 3,1. teniendo como resultado igual a 3,49%. Asiendo similitud con lo anterior se tiene una arena muy gruesa sobresaliendo de esas cantidades. El porcentaje de finos comparados con la norma CCCA: Ag.5 se tiene que esta se encuentra elevada teniendo 5,8% de finos. Esto se afirma por lo dicho en la norma que debe ser menor al 5%. Por otro lado, se evaluó la resistencia por abrasión del agregado grueso hacinado una comparación con la norma CCCA: Ag.13. Obteniendo como resultado que la muestra estudiada contenía una alta resistencia por abrasión. Debido a que se midió un valor menor al 50% como lo indica la norma antes dicha, este fue de 31,34%. Con respecto al tamaño máximo Porrero y otros (2004) mencionan que se denomina al tamiz que contiene el tamaño máximo de la muestra si y solo si presenta un 95% de del porcentaje más fino. Del mismo modo se evaluó que tan grueso o fino fueron las muestras de arena y piedra con la ayuda de la curva granulométrica siendo estos ambos gruesos, debido a que, mediante la comparación de los valores límites y los valores de porcentaje más finos se logro visualizar. Esto se afirma con lo expuesto por Porrero y otros quienes mencionan que se debe regir por esos valores límites, a consecuencia, de que han sido estudiado y comprobado experimentalmente que el concreto debe contener de los agregados esas características. A su vez se construyo una grafica denominada Beta para conocer la proporción arena-piedra. Teniendo como resultado que le Beta es igual a + 65%. Siendo la arena mayor que la piedra, a consecuencia de tener un Beta mayor al 50%.

Peso específico del agregado fino: Durante la determinación de los pesos referentes a esta práctica y la absorción del agregado fino se obtuvieron resultados favorables para la elaboración del concreto. Teniendo un promedio de 2,51gr./cm3 que para Porrero y otros (2004) debe estar entre 2,5 gr./cm3 -2,7 gr./cm3. Y a su vez se obtuvo un promedio de absorción igual a 3,89%. Peso específico del agregado grueso: En el lazo que se midieron los datos que determinaron la finalización de este ensayo se lograron obtener dos características fundamentales de la piedra como lo fueron el peso especifico del agregado grueso, del cual se determino un promedio dando como resultado 2,615 gr./cm3, que para Porrero y otros (2004) debe asilar entre 2,5 gr./cm3 - 2,7 gr./cm3. Estando el peso especifico entre lo normativo. Y luego se calculo la absorción teniendo como promedio igual a 1,085%.

Peso Unitario: la evaluación del agregado mediante este ensayo se procedió mediante dos prácticas que permitieron comparar con la norma CCCA: Ag.10 el peso unitario de una muestra combinada, la cual logro resultados admisibles en ambas, como se indica a continuación: El peso unitario suelto logro un margen de error de 1%, siendo este aceptable por lo indicado en la norma referente a esta prueba. Así mismo el peso unitario compactado tuvo la misma porcentualidad. Del mismo modo la norma COVENIN 263 indica los pesos sueltos y compactados normativos para los cuales no se refirieron; a consecuencia de tener muestras combinadas. En otras palabras, la muestra de arena y piedra no fueron evaluadas por separado.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El estudio de agregados para concretos estructurales comunes es de suma importancia ya que estos ocupan entre el 70 y 75% del volumen de la masa endurecida; para estos estudios es fundamental realizar ciertos ensayos como los que son realizados en el laboratorio del Instituto de Tecnología ―Dr. Federico Rivero Palacio‖ Región Capital (Granulometría de finos y gru esos, % pasa 200, Desgaste de los ángeles, peso específico de finos y grueso, peso unitario, equivalente de arena y colorimetría) Mientras más densamente pueda empaquetarse el agregado mejor será: 

El refuerzo

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La resistencia a la intemperie

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La economía del concreto

Por eso resulta de fundamental importancia la gradación del tamaño de las partículas de los agregados, con el fin de producir este empaquetamiento compacto. También es importante que el agregado tenga buena resistencia a la intemperie y durabilidad, para esto es necesario que el agregado esté libre de impurezas (arcillas, limo o materias orgánicas) que pueden debilitar la unión con la pasta. Estas impurezas son las que pasan a través del tamiz #200 que en obras convencionales aceptan un 5% y en las exigentes un 3%, cabe destacar que mientras menos de este material halla mejor por lo antes mencionado. Para determinar si el agregado fino es idóneo para preparación de concretos o posee excesos de material más fino del tamiz #200 se utiliza el ensayo de equivalente de arena, y para determinar la presencia de compuestos orgánicos nocivos en las arenas naturales se utiliza el ensayo de colorimetría.

Cuando se desea una gradación optima, se separa mediante cernido, en dos o tres grupos de diferente tamaño para las arenas (la arena también denominada agregado fino va desde el tamiz 3‖ hasta el #4) y en varios grupos de diferentes tamaños para la piedra (la piedra también es llamada agregado grueso o grava y va desde el tamiz 3/8‖ hasta el #200). El tamaño máximo del agregado grueso está controlado por la facilidad con que este debe pasar por los cedazos, es decir que si por un cedazo pasa un 95% ese cedazo va a ser el tamaño máximo del agregado. La resistencia a la abrasión, desgaste o dureza del agregado, es una propiedad que depende principalmente de las características de la roca madre. Este factor cobra importancia cuando las partículas van a estar sometidas a un roce continuo como es el caso de los pisos, pavimentos, túneles de desvío en represas, tuberías a presión, aliviaderos, entre otros, para lo cual los agregados que se utilizan deben estar duros. Para determinar la dureza se utiliza el método de desgaste de los ángeles que consiste básicamente en colocar una cantidad específica de agregado grueso de tamaños menores de 1 ½‖ dentro de un tambor cilíndrico de acero que está montado horizontalmente, se añade una carga de bolas de acero y se aplica un número determinado de revoluciones. El choque entre el agregado y las bolas da por resultado la abrasión y los efectos se miden por la diferencia entre la masa inicial y la masa del material desgastado. Uno de los cálculos que se utilizan para calcular el volumen del agregado dentro del concreto es el ensayo de peso específico, y para establecer las relaciones peso/volumen que sirven para el manejo de los agregados se utiliza el peso unitario; si este se calcula con regularidad en una obra sirve para descubrir posibles cambios bruscos en la granulometría o en la forma del agregado. Con respecto a lo estudiado anteriormente llegamos a la conclusión, de que mediante una serie de detallados ensayos, pudimos comprobar y poner en practica los 3 ensayos establecidos en el informe: Granulometría, Equivalente de Arena, Colorimetría, Desgastes de los Ángeles, Peso Unitario de Agregados, Peso especifico de los agregados finos y gruesos. En los cuales se determino cualitativamente la materia orgánica que pueden tener los agregados finos utilizando el método de la escala de colorimetría y en el de equivalente de arena establecer el porcentaje del mismo para mejores resultados en la elaboración de concretos y morteros. Cabe destacar que el ensayo de Equivalente de arena, al ensayar la muestra el cálculo obtenido fue el siguiente: % equivalente de arena =65,01%, teniendo muy poco % de equivalente de arena y mucha cantidad de agregado ultra fino (34,49%), se pudo concluir que este ensayo no es aceptable según la norma para mezclas en morteros y concretos ya que el resultado de % de finos fue excesivo, con un % de 5,8% indicando que la cantidad de arena ensayada tenia gran

cantidad de limos o arcilla lo que trae como consecuencia que a la hora de utilizar este agregado en una mezcla no logre cubrir los gramos requeridos. En cuanto a los demás ensayos se pudo analizar, el % en partículas perjudiciales que pueden tener los agregados gruesos y finos por del lavado del tamiz numero 200, además de la diferencia de pesos por absorción de los agregados finos y gruesos en porcentaje de absorción, visualizar la distribución de tamaños de los mismos por el método de la tamizado, determinar el Tamayo máximo del agregado grueso y por ultimo el modulo de finura adecuado de una arena para producir concreto dentro de una granulometría .Y finalmente comprobando que todos estos ensayos se encontraron aceptables en la norma para mejores mezclas en obras civiles Los diferentes modelos de ensayo aplicados a los agregados en el laboratorio son fundamentales para saber su nivel de calidad, que será determinado al comparar los resultados con la diferentes normas; los agregados o áridos son parte esencial de cualquier mezcla de concreto y/o mortero ya que forman gran parte de la mezcla en cuanto a volumen se trata. En los ensayos también se estudia el comportamiento del material ante agentes que pueden llegar a maltratarlo como por ejemplo la abrasión a la que se somete el agregado al momento de realizar el ensayo a través de la maquina de los angeles. En general los agregados o áridos deben ser ensayados para determinar sus características y/o propiedades y por medio de estas saber que cualidades pueda desarrollar en el momento de utilizarse en cualquier estructura. Estas cualidades pueden ser: *Tener buena resistencia. *Durabilidad. *Resistencia a la intemperie. *Estar libre de impurezas como materias orgánicas. Al momento de hablar de los agregados se debe estar al tanto de que estos constituyen las tres cuartas partes de una mezcla tanto de mortero como de concreto, es de allí la suma importancia de realizar los siguientes ensayos: granulometría, Equivalente de Arena, Colorimetría, Desgastes de los Ángeles, Peso Unitario de Agregados, Peso especifico de los agregados finos y gruesos. Al ejecutar los ensayos anteriormente mencionados se puede finiquitar que: Los ensayos de colorimetría, granulometría, desgastes de los ángeles, Peso unitario de agregados, Peso especifico de los agregados finos y gruesos al

realizarlos, sus resultados son admisibles según la norma que rigen a cada ensayo, además los agregados ensayados tienen ciertas características que fueron comprobadas para su ejecución en mezclas para el área de construcción civil. Cabe destacar que el ensayo de Equivalente de arena, al ensayar la muestra el cálculo obtenido fue el siguiente: % equivalente de arena =65,01, lo que da a concluir que la muestra ensayada tiene muy poco % de equivalente de arena y mucha cantidad de agregado ultra fino (34,49%), lo que resulta que este agregado no sea aceptado como agregado fino en cualquier mezcla, ya sea de concreto o de mortero, y también se debe recalcar que el resultado de % de finos fue excesivo con un % de 5,8 lo que concluye que la cantidad de arena ensayada tenia numeroso cantidad de limos o arcilla lo que trae como consecuencia que a la hora de utilizar este agregado en una mezcla no logre cubrir los gramos requeridos para obtener una excelente muestra. Mediante los ensayos realizados en el laboratorio, se pudieron estudiar algunas características básicas de los agregados fundamentales para la elaboración de concreto y morteros. Estos ensayos son los siguientes: 1. Colorimetría: Es el ensayo capaz de describir la cantidad de materia orgánica nociva para la arena, mediante la escala de Garner, donde los números 1,2,3 son arena confiable que tiene materia orgánica tolerable y el 4,5 son los que nos indican que la arena está llena de mucha materia orgánica la cual no sirve para una mezcla de mortero y concreto, todo esto apoyado en la norma CCCA Ag 3. 2. Equivalente de Arena: Fue el ensayo donde se pudo observar el porcentaje de agregado fino y más fino, sabiendo que la relación por norma es de mayor o igual a 75% para el agregado fino, y el agregado más fino menor o igual al 25%, donde la práctica de este ensayo arrojo un valor no acorde con la norma MOP E108. Cabe destacar que no es una arena aceptable para la preparación de morteros. 

Granulometría:

En este modelo de ensayo, se pudo evaluar los dos tipos de agregados, sabiendo que esta práctica es importante para determinar el tamaño de los granos. 

Desgaste de los Ángeles:

Con este ensayo, se pudo ver la resistencia de la piedra a través del aparato de los ―Ángeles‖ viendo que tan resistente puede llegar a ser el agregado grueso, para ser utilizado en una mezcla de concreto. 

Peso unitario:

Los resultados que se obtuvieron mediante este modelo de ensayo, están bajo la norma CCCA Ag10, ya que este establece que el margen de error no debe diferir en más de 1%. Esta práctica se realizo con una muestra que contenía agregado grueso y fino. 

Peso Específico:

Cabe destacar, que este ensayo es fundamental en el volumen absoluto de la materia sólida del agregado sin incluir huecos entre granos donde el cálculo en el agregado grueso es de 2,63gr y 2,60gr, valores que se rigen mediante la norma COVENIN 268-269, por otro lado los valores del agregado fino oscilan dentro de la norma ya que arrojaron resultado q se encuentran en el rango (2,5gr a 2,7gr). Podemos finalizar con que los diferentes ensayos realizados son básicos para saber cuan buenos pueden ser los agregados para las diferentes mezclas de mortero y concreto ,tanto en un ensayo, como en obras civiles, sabiendo que en las practicas realizadas un buen número de resultados obtenidos son apropiados al ser comparados con las normas correspondientes para la evaluación de agregados. Por medio del desarrollo de este informe se logro concluir que los diversos ensayos ejecutados durante la estadía en la parte del laboratorio correspondiente a los agregados, fueron aceptados y rechazados en otros. Evaluándose por medio de ellos las muestras de agregados finos como gruesos. Al estudiar estos se midieron factores que deteriorarían el concreto a utilizar en una obra. A continuación se presentan las conclusiones finales desde el punto de vista personal: En el transcurso del ensayo de colorimetría se presentaron resultados favorables para el uso del agregado fino en una edificación. Esto se demostró con la utilización del aparato descrito en la norma CCCA: Ag.3. Pero hay que acotar que este resultado es una aproximación, esto es debido a que se obtuvo un resultado con un tiempo no acorde a la norma que son de 24 horas. Esto si se llegara a realizar en una constructora u otro sitio se evaluaría a la arena en ese tiempo para así poder utilizarla en la edificación. Cabe señalar que, es fundamental este ensayo, a consecuencia, de que al rebosar la arena con el concreto en un pavimento se formarían vacíos a causa de que la arena contiene compuestos orgánicos. Así mismo, esta práctica solo se procede a evaluar al agregado fino, debido a que al agregado grueso se le practican

procesos de molienda y trituración eliminando los compuestos orgánicos que posiblemente contenga. Por otra parte se determino la equivalencia de la arena, teniendo como resultado que la arena tiene una elevación de material mas fino que el cedazo numero 200. Desmejorando las características del agregado fino para una mezcla de concreto, a consecuencia de que se invirtieron esos factores obteniendo 9,99% de plasticidad, esto es por que se entiende como ultra fino a la arcilla, la cual tiende a hacer plástica, mientras que el limo es lo contrario. Por otra parte se estudio al agregado fino y grueso por granulometría determinando la distribución de los gramos de los agregados a través de unos tamices. Estos basándose en la norma CCCA: Ag.100, con la ayuda de la curva granulometría se logro concluir que tanto la arena como la piedra no son aceptables debido a que están más aya de los valores límites que permiten una buena distribución de gramos siendo ambas gruesas. Esos valores se encuentran en la tabla plasmada en la norma antes mencionada, nombrada límite de posporcentajes en peso que pasan los cedazos de abertura cuadrada tanto de la arena como de la piedra. Teniendo estos agregados la capacidad de producir una mezcla áspera de concreto, elevando los costos de producción. Por medio del análisis granulométrico se determinaron diversos factores como: El tamaño máximo para el cual se considera que el valor obtenido como lo fue 1 pulgada es posible, ya que, a medida de que sea mas grande menor será la inversión que se tenga que otorgarle a este agregado para la obra a levantar. Asimismo se calculo el modulo de finura para el cual se tiene un valor no favorable. Este valor fue de 3,49% que para Porrero y Otros (2004) debe estar entre 2,3% - 3,1% siendo este rechazo por tener 0,39% más de lo normalizado. Y a su vez se medio la cantidad en porcentaje de finos contenidos en la arena, del cual se rechaza por tener 0,8% más de lo estimado en la norma CCCA: Ag.5 que debe ser menor al 5%. Teniendo el material inerte fino 5,8% de limos y arcillas siendo capaces de deteriorar a la edificación a elaborar con este agregado. Igualmente, se procedió a determinar por medio de los porcentajes mas finos de las muestras evaluadas la grafica del Beta, que por medio de esta se logro concluir que la cantidad de arena contenida en el ensayo fue mayor que la piedra por tener como valor 65%. Para la cual Porrero y otros (2004) indican que cuando el resultado del beta es mayor que el 50% la proporción arena-piedra es igual tal que la arena es mayor que la piedra para así lograr la eliminación de aire entre ellos. Finalmente por medio de este ensayo se tomo en cuenta el desgaste del agregado grueso por abrasión, que para el cual se tiene una total aceptación. Esto es por medio de los resultados obtenidos de 31,34%, que para la norma CCCA: Ag13 o COVENIN 266-267 debe ser menor al 50%. De este modo se llega a la conclusión

de que se tiene un material grueso de alta resistencia al ser sometido a fricciones  junto con las esferas de la maquina de los ángeles. Por otra parte, se determino el peso específico y unitario de diversas muestras las cuales se lograron calcular mediante la aplicación de diversos ensayos. Los cuales fueron aceptados con los valores estipulados en las normas tomadas como referencia. Sin embargo se tomara en cuenta la evaluación individual de cada uno de ellas como se menciona a continuación: Con respecto al peso especifico del agregado fino luego de obtener los valores determinantes para las ecuaciones a utilizar se llego a la conclusión de que el peso promedio de las muestras evaluadas es aceptable, a consecuencia de tener como referencia a Porrero y otros (2004) los cuales mencionan que debe estar entre 2,5-2,7 gr./cm3. Siendo el peso promedio de los muestras ensayadas igual a 2,51gr./cm3. Reconociendo que el peso especifico del agregado fino es aceptable por tener un coeficiente de peso normativo. También se evaluó sí el peso especifico del agregado grueso era admisible. El cual por medio de los valores indicados en la norma COVENIN 269 fueron normales esto si se evalúa individualmente seria 2,63gr./cm3 y 2,60gr./cm3. Y también existe semejanza si se posee un promedio de las dos muestras igual a 2,615gr./cm3. Es fundamental mencionar acerca de la absorción que tuvieron por separado las muestras evaluadas de arena y piedra. Los valores obtenidos mediante esta práctica sobre la absorción permitieron concluir y aceptar la cantidad de agua que pudieron absorber, estas cantidades indican que estas muestras llegaron a una condición de saturado y superficie seca. Es decir, que estas al tacto no presentan humedad pero sus poros contienen agua. En el caso del agregado fino el promedio de absorción fue de 3,94% y el agregado grueso fue de 1,085%. Siendo estos porcentajes del peso seco. Y finalmente se procedió a determinar el peso unitario por medio de dos prácticas; peso unitario suelto y peso unitario compactado. Los criterios que se tomaron en cuenta para este ensayo fueron los siguientes: Los dos métodos para determinar el peso unitario según la norma CCCA: Ag.10 fueron aceptables, permitiendo concluir y admitir con respecto al error un valor positivo, esto es creíble, debido a que, como solo fue una persona quien ejecuta el mismo ensayo; de lo contrario no se fuera obtenido ese resultado. Por otro lado los valores del peso unitario de los dos métodos si se rigen por los indicados en la norma no serian válidos, pero por tener las muestras con agregados combinados esta aprobado el resultado. Pero si se estuviera en una constructora se tendría que tomar a los agregados por separado, esto es, por lo insinuado en la norma, que indica que deben ser estudiadas por separado.

ANEXOS

BIBLIOGRAFÍA Joaquín Porrero S, Carlos Ramos S, José Grases G, Gilberto J Velazco. ―Manual del Concreto Estructural‖. Primera Edición - Caracas Enero 2004 Prof. Jesús Rojas. Apuntes. ―Materiales de la construcción‖. Instituto Universitario de Tecnología Dr. ―Federico Rivero Palacios‖ Región Caracas 2007. Normas COVENIN Normas CCCA Agregados Índice  Agregados Introducción  65 Agregados Marco Teórico  Agregados Marco Metodológico  Agregados Tratamiento de Datos  Agregados Tablas de Resultados  Agregados Análisis de los Resultados  Agregados Conclusiones y Recomendaciones  Agregados Anexos  Agregados Bibliografía  h2 h1 x  100

98,5 mm 152 mm x  100 % = 64,8% 65,2 + 64,8 2 65,2 - 64,8 64,8 = 0,61%

EL HORMIGON

Hormigón o Concreto, Concreto, material artificial utilizado en ingeniería que se obtiene mezclando cemento Portland, agua, algunos materiales bastos como la grava y otros refinados, y una pequeña cantidad de aire. El hormigón es casi el único material de construcción que llega en bruto a la obra. Esta característica hace que sea muy útil en construcción, ya que puede moldearse de muchas formas. Presenta una amplia variedad de d e texturas y colores y se utiliza para construir muchos tipos de estructuras, como autopistas, calles, puentes, túneles, presas, grandes edificios, pistas de aterrizaje, sistemas de riego y canalización, rompeolas, embarcaderos y muelles, aceras, silos o bodegas, factorías, casas e incluso barcos. Otras características favorables del hormigón son su resistencia, su bajo costo y su larga duración. Si se mezcla con los materiales adecuados, el hormigón puede soportar fuerzas de compresión elevadas. Su resistencia longitudinal es baja, pero reforzándolo con acero y a través de un diseño adecuado se puede hacer que la estructura sea tan resistente a las fuerzas longitudinales como a la compresión. Su larga duración se evidencia en la conservación de columnas construidas por los egipcios hace más de 3.600 años. Características Existen diferencias muy marcadas entre los metales y el concreto que son importantes, tales como la baja resistencia a la tracción, la alta resistencia ante la compresión y la falta de ductilidad en el concreto. Aunque el concreto tiene un uso generalizado, también tiene algunas limitaciones como la baja resistencia a la contracción, los movimientos térmicos y la permeabilidad. Como se dijo el concreto ofrece flexibilidad pero tiene sus riesgos; ejemplo: Un lote de vigas de acero se puede ensayar antes de instalarlas, pero la unión del concreto no se puede ensayar con anticipación; esta depende de la habilidad del constructor. Composición Los componentes principales del hormigón son pasta de cemento Portland, agua y aire, que puede entrar de forma natural y dejar unas pequeñas cavidades o se puede introducir artificialmente en forma de burbujas. Los materiales inertes pueden dividirse en dos grupos: materiales finos, como puede ser la arena, y materiales bastos, como grava, piedras o escoria. En general, se llaman

materiales finos si sus partículas son menores que 6,4 mm y bastos si son mayores, pero según el grosor de la estructura que se va a construir el tamaño de los materiales bastos varía mucho. En la construcción de elementos de pequeño grosor se utilizan materiales con partículas pequeñas, de 6,4 mm. En la construcción de presas se utilizan piedras de 15 cm de diámetro o más. El tamaño de los materiales bastos no debe exceder la quinta parte de la dimensión más pequeña de la pieza de hormigón que se vaya a construir. Agua de mezcla.- Aunque para preparar el concreto se puede utilizar cualquier tipo de agua potable, también se puede utilizar agua impotable pero, el exceder los constituyentes de agua puede afectar el tiempo del fraguado y la resistencia. Cuando existe duda de la calidad del agua, se hacen ensayos de las mezclas del concreto. Aire incorporado.- El propósito principal del aire incorporado es el de mejorar la trabajabilidad del concreto y aumentar su resistencia a los ciclos de congelamiento - descongelamiento. El aire incorporado es la adición deliberada de burbujas de aire, pueden estar entre 3% y 9% en volumen de la mezcla. El punto importante es que las burbujas no estén interconectadas y estén bien distribuidas. Agregados.- Estos son los materiales bastos descritos anteriormente, estos normalmente constituyen el 60-70% del volumen total del concreto. Las variables del agregado son el tamaño, la forma, la porosidad, la gravedad específica, la absorción de la humedad, la resistencia a la abrasión y la estabilidad química. Otras adiciones (aditivos). - Se pueden agregar otros agentes al concreto aparte de los ya mencionados como: 1. - Los aceleradores disminuyen el tiempo de fraguado lo cual es necesario a bajas temperaturas. El cloruro de calcio es el más común. 2. - Los retardores aumentan el tiempo de fraguado necesario en un clima muy caliente. 3. - Los reductores de agua (plastificante) suministran una buena trabajabilidad para una buena relación agua-cemento. Un ejemplo es lignosulfato (subproducto de la pulpa de madera). 4.- Las puzzolanas reaccionan con la cal (Ca(OH)2) se liberan durante el fraguado. La ceniza pulverizada del carbón quemado es la puzzolana común.

5.- Los superplantificantes aumentan la trabajabilidad o fluidez de la mezcla del concreto. Al mezclar el cemento Portland con agua, los compuestos del cemento reaccionan y forman una pasta aglutinadora (como un tipo de gel). Si la mezcla está bien hecha, cada partícula de arena y cada trozo de grava queda envuelta por la pasta y todos los huecos que existan entre ellas quedarán rellenos. Cuando la pasta se seca y se endurece, todos estos materiales quedan ligados formando una masa sólida. En condiciones normales el hormigón se fortalece con el paso del tiempo. La reacción química entre el cemento y el agua que produce el endurecimiento de la pasta y la compactación de los materiales que se introducen en ella requiere tiempo. Esta reacción es rápida al principio pero después es mucho más lenta. Si hay humedad, el hormigón sigue endureciéndose durante años. Por ejemplo, la resistencia del hormigón vertido es de 70.307 g/cm2 al día siguiente, 316.382 g/cm2 una semana después, 421.842 g/cm2 al mes siguiente y 597.610 g/cm2 pasados cinco años. Las mezclas de hormigón se especifican en forma de relación entre los volúmenes de cemento, arena y piedra utilizados. Por ejemplo, una mezcla 1:2:3 consiste en una parte por volumen de cemento, dos partes de arena y tres partes de agregados sólidos. Según su aplicación, se alteran estas proporciones para conseguir cambios específicos en sus propiedades, sobre todo en cuanto a resistencia y duración. Estas relaciones varían de 1:2:3 a 1:2:4 y 1:3:5. La cantidad de agua que se añade a estas mezclas es de 1 a 1,5 veces el volumen de cemento. Para obtener hormigón de alta resistencia el contenido de agua debe ser bajo, sólo el suficiente para humedecer toda la mezcla. En general, cuanta más agua se añada a la mezcla, más fácil será trabajarla, pero más débil será el hormigón cuando se endurezca. El hormigón puede hacerse absolutamente hermético y utilizarse para contener agua y para resistir la entrada de la misma. Por otra parte, para construir bases filtrantes, se puede hacer poroso y muy permeable. También puede presentar una superficie lisa y pulida tan suave como el cristal. Si se utilizan agregados pesados, como trozos de acero, se obtienen mezclas densas de 4.000 kg/m3. También se puede fabricar hormigón de sólo 481 kg/m3 utilizando agregados ligeros especiales y espumas. Estos hormigones ligeros flotan en el agua, se pueden serrar en trozos o clavar en otras superficies. Para pequeños trabajos o reparaciones, puede mezclarse a mano, pero sólo las máquinas mezcladoras garantizan una mezcla uniforme. La proporción recomendada para la mayoría de usos a pequeña escala —como suelos, aceras, calzadas, patios y piscinas— es la mezcla 1:2:3. Cuando la superficie del hormigón se ha endurecido requiere un tratamiento especial, ya sea salpicándola o cubriéndola con agua o con materiales que

retengan la humedad, capas impermeables, capas plásticas, arpillera húmeda o arena. También hay pulverizadores especiales. Cuanto más tiempo se mantenga húmedo el hormigón, será más fuerte y durará más. En época de calor debe mantenerse húmedo por lo menos tres días, y en época de frío no se debe dejar congelar durante la fase inicial de endurecimiento. Para ello se cubre con una lona alquitranada o con otros productos que ayudan a mantener el calor generado por las reacciones químicas que se producen en su interior y provocan su endurecimiento. Propiedades del concreto Resistencia a la compresión.- La reacción de hidratación de la pasta de cemento depende del tiempo. La resistencia a la compresión aumenta significativamente con la baja relación agua-cemento. Con el arrastre de aire disminuye la resistencia a la compresión para una relación agua-cemento determinada, su uso podría cuestionarse. Sin embargo, la retención de aire hace que el concreto sea más durable. Humedad.- La reducción o remoción de la humedad superficial disminuirá o frenará totalmente la reacción de hidratación. Si se interrumpe el curado húmedo y se deja la exposisión al aire seco, frena completamente el curado, es interesante observar que si se restablece el curado con el aire húmedo, la resistencia aumentará. Temperatura.- El tipo correcto de pasta de cemento, la relación de agua-cemento y el tratamiento para obtener una resistencia óptima variará dependiendo de la temperatura ambiente. Contracción.- La contracción se puede presentar en dos etapas. En la primera etapa, ocurre cuando el concreto está en estado plástico. Esta etapa es dependiente del agua, del tiempo y de temperatura. Hay pérdidas de agua en las formaletas y también en la evaporación, además del consumo de agua de hidratación y el efecto neto es de disminuir el volumen. La segunda etapa de contracción ocurre después del endurecimiento inicial de la pasta. Se debe a una hidratación adicional y a un enfriamiento de la masa. Esto generalmente produce pocas dificultades, pero en algunos casos la masa de concreto no endurece uniformemente debido a la falta de uniformidad en la humedad de los alrededores, como en el caso de encontrarse por encima y por debajo del suelo. Resistencia a la abrasión y durabilidad.- La abrasión se vuelve muy importante en las carreteras, en los pisos de concreto y los vertedores de las represas. Como es de esperarse, un concreto más fuerte tiene mejor resistencia al desgaste. Sin

embargo, existen otros agentes que tienen un efecto sobre la durabilidad del concreto. Por ejemplo, algunos suelos tienen un alto contenido de sulfato debido a la reacción química de este con los componentes del cemento. Técnicas de construcción El hormigón se moldea de muchas maneras. Para construir los cimientos de pequeños edificios se vierte directamente en zanjas cavadas en la tierra. Para otros tipos de cimientos y algunos muros, se vierte entre los soportes o encofrados de madera o de hierro, que se eliminan cuando el hormigón se ha secado. En la construcción con losas prefabricadas, las planchas que forman techos y suelos se montan en el suelo y después se elevan con gatos hidráulicos y se fijan las columnas a la altura precisa. Los encofrados deslizantes se utilizan para formar columnas y los núcleos de los edificios. Se van moviendo hacia arriba de 15 a 38 cm por hora mientras se vierte el hormigón y se colocan los refuerzos. El método de fraguar hacia arriba se suele utilizar en la construcción de edificios de una o dos plantas. Las paredes se fraguan en tierra o en la planta correspondiente y se sitúan con grúas. Después se fijan las paredes por sus extremos o entre ellas a unas columnas de hormigón. Para pavimentar carreteras con hormigón se utiliza una máquina pavimentadora de cimbra móvil. Esta máquina arrastra una estructura con dos guías metálicas separadas. Se vierte una capa de hormigón entre las dos guías y la máquina va avanzando lentamente. Las guías de los laterales mantienen el hormigón en su sitio hasta que éste se seca. Estas pavimentadoras pueden forjar una capa continua de pavimento de hormigón de uno o dos carriles. En ciertas aplicaciones, como la construcción de piscinas, canales y superficies curvas, el hormigón puede aplicarse por inyección. Con este método el hormigón se pulveriza a presión con máquinas neumáticas sin necesidad de utilizar encofrados. Así se elimina todo el trabajo de los moldes de hierro y madera y se puede aplicar hormigón en lugares donde los métodos convencionales serían difíciles o imposibles de emplear. El hormigón con aire ocluido es hormigón en el que se introducen pequeñas burbujas de aire en la mezcla con el cemento, durante su fabricación, preparación o en la fase de mezclado con la arena y los agregados. La presencia de estas burbujas aporta propiedades favorables al hormigón, tanto cuando está fresco como cuando se ha endurecido. Cuando está fresco y recién mezclado las burbujas de aire actúan como lubricante; hacen la mezcla más manejable por lo que reducen la cantidad de agua necesaria para hacerla. Este sistema de aire también reduce la cantidad de arena necesaria. El aire presente en el hormigón endurecido reduce radicalmente los ajustes que derivan de la utilización de productos químicos anticongelantes en calles y carreteras. También previene los daños que producen en los pavimentos las heladas y deshielos. Las burbujas de aire funcionan como diminutas válvulas de

seguridad que proporcionan espacio al agua para expandirse si la temperatura baja y se hiela. Albañilería con hormigón En todos los tipos de construcción de albañilería se utilizan ladrillos o bloques de hormigón. Se emplean por ejemplo en muros de carga y paredes, malecones, bardas o cortafuegos; como refuerzo de paredes de ladrillo, piedra o enlucidas con estuco o yeso; para proteger del fuego estructuras de acero y recintos como huecos de escaleras y ascensores, y para construir muros de contención, chimeneas y suelos. Alrededor del 60% de los productos de hormigón para albañilería, como los bloques de escoria, se elaboran con agregados ligeros. Los más utilizados son arcillas tratadas, escoria de altos hornos, esquisto micáceo, agregados volcánicos naturales y cenizas. El tamaño de estos bloques, que se utilizan para construir paredes, tanto por debajo como por encima del suelo, suele ser de 20 × 20 × 40 cm. Estos bloques se colocan de forma horizontal y no suelen ser macizos para reducir peso y para que se forme una cámara de aire aislante. Se han desarrollado otros tipos de bloques de hormigón con dibujo que se utilizan sin revestimiento en casas, centros comerciales, escuelas, iglesias e instalaciones públicas. La medida de los bloques está ya estandarizada: se pueden conseguir bloques específicos para cualquier trabajo sin tener que cortar y ajustar. También hay moldes para producir bloques con dibujos y relieves para paredes interiores y exteriores. Es posible conseguir cualquier color o tipo de textura. Descripción de los diversos procedimientos de proporcionamiento de una mezcla de concreto Primer procedimiento.- Supóngase que se necesita una mezcla que a los 28 días alcance una resistencia de 200 kg/cm2 y que estando fresca tenga un revenimiento de 10cm. Los materiales disponibles son: Cemento: 

Densidad 3.10

Arena fina: 

Peso aparente: 1.5



Densidad: 2.5



Humedad: 4%

Grava (2.5 cm diámetro): 

Peso aparente: 1.7



Densidad: 2.6



Humedad: 2%

La cantidad de agua por saco de cemento obtenida de la gráfica de Abrams es de 27.00 lts por saco. Para el ejemplo propuesto, se supondrá un consumo de cemento de 400 kg/m3 (8 sacos de 50 Kg), de manera que un saco de cemento corresponderá un volumen de mezcla de 125 lts. El volumen que ocupa la lechada para un saco de cemento y 27 litros de agua será: Volumen absoluto de cemento = 50/3.10 = 16.10 lts. Volumen de mezcla = 27.00 lts. Volumen de la lechada = 43.10 lts. El volumen que queda por llenar con los agregados, es la diferencia entre el volumen del concreto, de 125 lts, y el volumen de la lechada que es de 43.10 lts. Volumen absoluto de agregados = 125.00 - 43.10 = 81.90 lts. Segundo procedimiento.- Este procedimiento se ilustrará con un ejemplo, iniciándolo desde las operaciones para la determinación de los pesos y densidades de los agregados. Materiales y equipos necesarios para este procedimiento: Cemento: 

Agregados: arena y grava



Medida cilíndrica de 5 lts.



Artesa de lámina de 30 x 50 cm



Báscula que pese hasta 10 Kg



Balanza que pese hasta 250 gr. Con aproximación de 0.5 gr.



Probeta graduada de 1 lt



Papel secante



0.25 lt de alcohol

Ejemplo ilustrativo: I.- Determinación del peso aparente: Arena: Peso de la vasija de 5 lts llena: 9.100 Kg. Peso de la vasija de 5 lts vacía: 1.450 Kg. 7.650 Kg. Peso aparente = 7.650/5 = 1.530 Kg. Grava: Peso de la vasija de 5 lts llena: 10.200 Kg. Peso de la vasija de 5 lts vacía: 1.450 Kg. 8.750 Kg. Peso aparente = 8.750/5 = 1.750 Kg. II.- Determinación de la densidad: Arena: Peso original de la muestra: 200 gr. Peso de la muestra después de seca: 210 gr. Volumen desalojado aparente: 70 cm3 Volumen desalojado absoluto: 80 cm3 Densidad de la arena = 200/80 = 2.5 Grava: Peso original de la muestra: 200 gr.

Peso de la muestra después de seca: 208 gr. Volumen desalojado aparente: 69 cm3 Volumen desalojado absoluto: 77 cm3 Densidad de la arena = 200/77 = 2.6 III.- Determinación de la relación de mezcla que contiene el menor volumen de vacío. Proporción de la Volumen Peso de mezcla de agregados en peso Pesado la mezcla Arena Grava Litros Kilogramos 4.00 10.00 5.00 9.00 4.50 10.00 5.00 9.50 5.00 10.00 5.00 9.60 5.50 10.00 5.00 9.40 6.00 10.00 5.00 9.30 IV.- Determinación de la relación de mezcla para producir la unidad de volumen. Para hacer 5 lts se necesita un peso de cada agregado de: Arena = 9.61 x 5.1 / 10 + 5.1 = 3.25 Kg. Grava = 9.61 x 10 / 10 + 5.1 = 6.36 Kg. Volumen absoluto de arena = 36.25 / 2.50 = 1.30 Volumen absoluto de grava = 6.36 / 2.60 = 2.48 Volumen absoluto total = 3.78 lts Porcentajes de los ingredientes: Lechada = 1.22 / 5 = 0.244 24.4% Arena = 1.30 / 6 = 0.260 26.0% Grava = 2.48 / 5 = 0.496 49.6%

V.- Cálculo de la revoltura. Las proporciones referidas al volumen serán las siguientes: Volumen de agua = 33 lts Volumen de un saco de cemento = 16.1 lts Volumen de la lechada = 49.1 lts Volumen de arena = 49.1 x 26 / 24.4 = 52.3 lts Volumen de grava = 49.1 x 49.6 / 24.4 = 100.0 lts Cemento, sustancia de polvo fino hecha de argamasa de yeso capaz de formar una pasta blanda al mezclarse con agua y que se endurece espontáneamente en contacto con el aire. El cemento tiene diversas aplicaciones como en la unión de arena y grava con cemento Portland (es el más usual) para formar hormigón, pegar superficies de distintos materiales o para revestimientos de superficies a fin de protegerlas de la acción de sustancias químicas. El cemento tiene diferentes composiciones para usos diversos. Pueden recibir el nombre del componente principal, como el cemento calcáreo, que contiene óxido de silicio, o como el cemento epoxiaco, que contiene resinas epoxídicas; o de su principal característica, como el cemento hidráulico, o el cemento rápido. Los cementos utilizados en la construcción se denominan en algunas ocasiones por su origen, como el cemento romano, o por su parecido con otros materiales, como el caso del cemento Portland, que tiene cierta semejanza con la piedra de Portland, usada en Gran Bretaña para la construcción. Los cementos que resisten altas temperaturas se llaman cementos refractantes. El cemento se asienta o endurece por evaporación del líquido plastificante, como el agua, por transformación química interna, por hidratación, o por el crecimiento de cristales entrelazados. Otros tipos de cemento se endurecen al reaccionar con el oxígeno y el dióxido de carbono de la atmósfera. Historia La arquitectura del hierro y el vidrio, que había sido la principal aportación a la construcción hasta el siglo XIX, fue superada desde los comienzos del siglo XX por la técnica del hormigón armado o concreto. Tal progreso no habría sido posible sin el descubrimiento del cemento, material cuya producción resulta de significativa importancia para valorar el desarrollo de la economía de un país.

Fue la arcilla el primer material aglutinante empleado en la albañilería, a la que siguieron otros como el mortero de cal y el yeso vivo. Así, los egipcios emplearon yesos en sus pirámides y los romanos fabricaron hormigones con cementos naturales calcinados por acción volcánica. En el siglo I a. C., el arquitecto Marco Vitrubio Polión conocía los principios de agragación del hormigón. Los cementos hidráulicos, es decir, los que fraguan y endurecen bajo el agua por acción de estas sobra sus componentes, se conocían, por tanto, desde la antigüedad. En 1756, el ingeniero británico John Smeaton llegó a la conclusión de que los mejores cementos hidráulicos eran los fabricados a base de roca blanda impura, en lugar de la caliza dura pura preferida con anterioridad. En 1824, el también británico Joseph Aspdin observó que la escoria dura, clínica o clinker molida y mezclada con agua, producía un cemento de mejor calidad. El mortero fraguado a base de cemento, arena y agua presentaba características similares a la piedra natural extraída de las canteras de la isla de Portland, en el Reino Unido, por lo que le dio tal denominación. De fraguado más rápido, los cementos de aluminato de calcio comenzaron a emplearze antes de la primera guerra mundial, al llegar a resultados satisfactorios la búsqueda de un producto que en uno o dos días adquiriese consistencia y resistiera la acción corrosiva de las aguas que transportan sulfatos de calcio y magnesio. Cemento Portland Los cementos Portland típicos consisten en mezclas de silicato tricálcico (3CaO·SiO2), aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3) y silicato dicálcico (2CaO·SiO2) en diversas proporciones, junto con pequeñas cantidades de compuestos de magnesio y hierro. Para retardar el proceso de endurecimiento suele añadirse yeso. Los compuestos activos del cemento son inestables, y en presencia de agua reorganizan su estructura. El endurecimiento inicial del cemento se produce por la hidratación del silicato tricálcico, el cual forma una sílice hidratada gelatinosa e hidróxido de calcio. Estas sustancias cristalizan, uniendo las partículas de arena o piedras —siempre presentes en las mezclas de argamasa de cemento— para crear una masa dura. El aluminato tricálcico actúa del mismo modo en la primera fase, pero no contribuye al endurecimiento final de la mezcla. La hidratación del silicato dicálcico actúa de modo semejante, pero mucho más lentamente, endureciendo poco a poco durante varios años. El proceso de hidratación y asentamiento de la mezcla de cemento se conoce como curado, y durante el mismo se desprende calor. El cemento Portland se fabrica a partir de materiales calizos, por lo general piedra caliza, junto con arcillas, pizarras o escorias de altos hornos que contienen óxido de aluminio y óxido de silicio, en proporciones aproximadas de un 60% de cal, 19% de óxido de silicio, 8% de óxido de aluminio, 5% de hierro, 5% de óxido de

magnesio y 3% de trióxido de azufre. Ciertas rocas llamadas rocas cementosas tienen una composición natural de estos elementos en proporciones adecuadas y se puede hacer cemento con ellas sin necesidad de emplear grandes cantidades de otras materias primas. No obstante, las cementeras suelen utilizar mezclas de diversos materiales. En la fabricación del cemento se trituran las materias primas mezcladas y se calientan hasta que se funden en forma de escoria, que a su vez se tritura hasta lograr un polvo fino. Para el calentamiento suele emplearse un horno rotatorio de más de 150 m de largo y más de 3,2 m de diámetro. Estos hornos están ligeramente inclinados, y las materias primas se introducen por su parte superior, ya sea en forma de polvo seco de roca o como pasta húmeda hecha de roca triturada y agua. A medida que desciende a través del horno, se va secando y calentando con una llama situada al fondo del mismo. A medida que se acerca a la llama se separa el dióxido de carbono y la mezcla se funde a temperaturas entre 1.540 y 1.600 ºC. El material tarda unas seis horas en pasar de un extremo a otro del horno. Al salir se enfría con rapidez y se tritura, trasladándose con un compresor a una empaquetadora o a silos o depósitos de almacenamiento. El material obtenido tiene una textura tan fina que el 90% o más de sus partículas podría atravesar un tamiz o colador con 6.200 agujeros por centímetro cuadrado. En los hornos modernos se pueden obtener de 27 a 30 kg de cemento por cada 45 kg de materia prima. La diferencia se debe sobre todo a la pérdida de agua y dióxido de carbono. Por lo general en los hornos se quema carbón en polvo, consumiéndose unos 450 kg de carbón por cada 900 g de cemento fabricado. También se utilizan gases y aceites. Para comprobar la calidad del cemento se llevan a cabo numerosas pruebas. Un método común consiste en tomar una muestra de argamasa de tres partes de arena y una de cemento y medir su resistencia a la tracción después de una semana sumergida en agua. Cemento de aluminato de calcio El cemento de aluminato de calcio contiene mayor proporción de alumina y sus ingredientes activos son compuestos de oxido de calcio y alumina. Su base cristalina predominante es el aluminato monocálcico (CaO-Al2O3) y la base amorfa contiene hierro, oxido de calcio, alumina y sílice. Las materia primas con que se fabrica son bauxita y caliza El cemento hidratado de forma similar al Portland desprende calor de forma mucho más rápida que este. Es resistente a las aguas con sulfatos e incluso a los ácidos orgánicos de escaso poder corrosivo. Por otra parte el máximo nivel de resistencia de este cemento se adquiere dentro de las primeras 24hrs. Cementos especiales

Mediante la variación del porcentaje de sus componentes habituales o la adición de otros nuevos, el cemento Portland puede adquirir diversas características de acuerdo a cada uso, como el endurecimiento rápido y resistencia a los álcalis. Los cementos de fraguado rápido, a veces llamados cementos de dureza extrarrápida, se consiguen aumentando la proporción de silicato tricálcico o mediante una trituración fina de modo que el 99,5% logre pasar un filtro de 16.370 aberturas por centímetro cuadrado. Algunos de estos cementos se endurecen en un día al mismo nivel que los cementos ordinarios lo hacen en un mes. Sin embargo, durante la hidratación producen mucho calor y por ello no son apropiados para grandes estructuras en las que ese nivel de calor puede provocar la formación de grietas. En los grandes vertidos suelen emplearse cementos especiales de poco nivel de calor, que por lo general contienen mayor cantidad de silicato dicálcico. En obras de hormigón expuestas a agentes alcalinos (que atacan al hormigón fabricado con cemento Portland común), suelen emplearse cementos resistentes con bajo contenido de aluminio. En estructuras construidas bajo el agua del mar suelen utilizarse cementos con un contenido de hasta un 5% de óxido de hierro, y cuando se precise resistencia a la acción de aguas ricas en sulfatos se emplean cementos con una composición de hasta 40% de óxido de aluminio. Productos del cemento El cemento mezclado con otras sustancias da lograr a hormigones, morteros, lechadas y sustancias afines. El hormigón es un conglomerado artificial de grava o piedra, arena, agua y cemento; el mortero es una mezcla de cemento, agua y arena o grava muy fina y la lechada es una pasta construida exclusivamente por cemento y agua. En estas combinaciones, el tipo de cemento utilizado puede ser Portland, que se emplea con profusión en construcción o de otros tipos. Han de diferenciarse estos compuestos en los que el endurecimiento es consecuencia de una combinación química con posterior cristalización, de los adhesivos que endurecen al secarse o por cocción. Otro grupo lo constituyen los hormigones asfálticos, que endurecen por enfriamiento. Requisitos que debe cumplir El cemento portland normal debe cumplir con la norma IRAM 1669 Parte I. CUADRO EXPLICATIVO DE PROPIEDADES Propiedades Finura Retenido Tamiz 75 micrones Finura

Objetivo de la evaluación Limitar el contenido de partículas que no se hidratarán completamente Asegurar una superficie específica

Blaine Tiempo de fraguado Expansión en autoclave Pérdida por calcinación Residuo insoluble Anhídrido sulfúrico Oxido de magnesio Sulfuros y cloruros

mínima para favorecer la hidratación Controlar la velocidad de fraguado para facilitar las operaciones de mezclado, transporte colocación y compactación Controlar la posible expansión por hidratación diferida de óxidos de calcio y magnesio libres Controlar el grado de envejecimiento del cemento Limitar el contenido de materia inerte (por ejemplo, la proveniente del yeso) Limitar el contenido de yeso para evitar expansiones destructivas Idem expansión en autoclave Evitar la corrosión de las armaduras Principales propiedades

Este tipo de cementos poseen dos propiedades fundamentales: Una propiedad es la resistencia y vale todo lo expuesto en Cemento Portland Normal. La otra propiedad es la resistencia que provee el cemento al hormigón, al ser deteriorado por el ataque de sulfatos. Los factores fundamentales relacionados con el ataque de sulfatos son: 





Concentración de Sulfatos: Característica del medio, su incremento implica mayor deterioro. Porosidad del Hormigón: Depende de la relación agua - cemento y de la calidad del cemento. Su incremento se traduce en mayor alteración. Elementos reactivos del cemento (AC3): Su incremento implica mayor deterioro.

CEMENTO Y CONCRETO

ASTM Designación C 127  – 01 Método de Ensayo Estándar para Densidad, Densidad Relativa (Gravedad Especifica), y Absorción del Agregado Grueso 1. Alcance 1.1 Este método de ensayo cubre la determinación de la densidad promedio de una cantidad de particulas de agregado grueso (no incluyendo el volumen de vacíos entre las partículas), la densidad relativa (gravedad especifica), y la absorción del agregado grueso. Dependiendo del procedimiento usado, la densidad (Kg./m3, lb/pie3) es expresado como secado al horno (SH), saturado superficialmente seco (SSS), o como densidad aparente. De igual forma, la densidad relativa (gravedad específica) una cantidad sin dimensiones, es expresada como SH, SSS, o como densidad relativa aparente (gravedad especifica aparente). La densidad SH y densidad relativa son determinadas después de secar el agregado. La densidad SSS, densidad relativa SSS, y absorción son determinadas después de saturar el agregado en agua para una duración prescrita. 1.2 Este método de ensayo es usado para determinar la densidad de la porción esencialmente sólida de un numero grande de particulas de agregados y proporciona un valor promedio representativo de la muestra. Distinción es hecha entre la densidad de las particulas de agregado como determinada por este método de ensayo, y la densidad bruta de agregados determinada por el Método de Ensayo C 29/ C 29*M, los cuales incluyen el volumen de vacíos entre las particulas de agregados. 1.3 Este método de ensayo no pretende ser usado con agregados de peso ligero. 1.4 Los valores declarados en unidades SI serán considerados como los estándar para dirigir el ensayo. Los resultados del ensayo para densidad serán reportados en unidades SI o lb-pulg., como apropiados para el uso de los mismos. 1.5 El texto de este método de ensayo referencia notas y pie de notas las cuales proporcionan un material explicatorio. Estas notas y pie de notas

(excluyendo aquellas en tablas y figuras) no serán considerados como requerimientos de este método de ensayo. 1.6 Este estándar no pretende cubrir todos los problemas de seguridad, si hay alguno, asociado con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer la seguridad apropiada y practicas saludables y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reguladoras antes de su uso. 2. Documentos Referenciados 2.1 Estándares ASTM: C 29/C 29M Método de Ensayo para Densidad Bulk (Peso Unitario) y Vacíos en los Agregados. C 125 Terminología Relativa a Concreto y Agregados para Concreto. C 128 Método de Ensayo para Densidad, Densidad Relativa (Gravedad Específica), y Absorción del Agregado Fino. C 136 Método de Ensayo para Análisis por Malla de Agregados Gruesos y Finos. C 566 Método de Ensayo para Contenido de Humedad Total del Agregado por Secado. C 670 Practica para Preparación de las Declaraciones Precisión y Tendencia para Métodos de Ensayo en Materiales de Construcción. C 702 Practica para reducción de Muestras de Agregado a Tamaños de Ensayo. D 75 Practica para Muestreo de Agregados D 448 Clasificación para tamaños de Agregados en construcción de puentes y Carreteras. E 11 Especificación para Tejidos de Alambre y Mallas para Propósitos de Ensayo 2.2 Estándares AASHTO: AASHTO T 85 Gravedad específica y Absorción del Agregado Grueso. 3. Terminología 3.1 Definiciones: 3.1.1 absorción, n —el incremento en la masa del agregado debido a penetración de agua en los poros de las partículas durante un período de tiempo prescrito, pero no incluye el agua adherida a la superficie de las partículas, expresado como un porcentaje de la masa seca. 3.1.2 secado al horno (SH), adj.  – relativo a las partículas de agregado, la

condición en la cual el agregado ha sido secado por calentamiento en un horno a 110  5º C por tiempo suficiente para alcanzar una masa constante. 3.1.3 saturado superficie seca (SSS), adj.  – relativo a las partículas de agregado, la condición en la cual los poros permeables de las partículas de agregado son llenados con agua llevada a cabo por sumergido en agua por un periodo de tiempo prescrito, pero sin agua libre en la superficie de las partículas. 3.1.4 densidad, n – la masa por unidad de volumen de un material, expresado como Kg./m3 o lb/ pie3. 3.1.4.1 densidad (SH), n  – la masa del agregado secado al horno por unidad de volumen de particulas de agregado, incluyendo el volumen de poros permeables e impermeables dentro de las particulas, pero no incluyen los vacíos entre las partículas. 3.1.4.2 densidad (SSS), n  – la masa del agregado saturado superficialmente seco por unidad de volumen de partículas de agregado, incluyendo el volumen de poros impermeables y agua llenando los vacíos en las partículas, pero no incluye los poros entre las partículas. 3.1.4.3 densidad aparente, n  – la masa por unidad de volumen de la porción impermeable de las partículas de agregado. 3.1.5 densidad relativa (gravedad específica), n  – la relación de la densidad de un material a la densidad de agua destilada a una temperatura determinada; los valores son adimencionales. 3.1.5.1 densidad relativa (gravedad específica) (SH), n  – la relación de la densidad (SH) del agregado a la densidad de agua destilada a una determinada temperatura. 3.1.5.2 densidad relativa (gravedad especifica) (SSS), n  – la relación de la densidad (SSS) del agregado a la densidad de agua destilada a una determinada temperatura. 3.1.5.3 densidad relativa aparente (gravedad específica aparente), n  – la relación de la densidad aparente del agregado a la densidad del agua destilada a una determi-nada temperatura. 3.1.6 Para definición de otros términos relativos a agregados, ver terminología C 125 4. Resumen del Método de Ensayo 4.1 Una muestra de agregado es inmersa en agua por 24  4 h para

esencialmente llenar los poros. Entonces es removida del agua, y el agua secada de la superficie de las partículas y la masa determinada. Subsecuentemente, el volumen de la muestra es determinado por el método de desplazamiento de agua. Finalmente, la muestra es secada al horno y determinada la masa. Usando entonces los valores de masa obtenidos y las formulas en este método de ensayo, es posible calcular la densidad, densidad relativa (gravedad especifica), y absorción. 5. Significado y Uso 5.1 La densidad relativa (gravedad especifica) es la característica generalmente usada para calculo del volumen ocupado por el agregado en varias mezclas conte-niendo agregados, incluyendo concreto de cemento portland, concreto bituminoso y otras mezclas que son proporcionadas o analizadas con base a un volumen absoluto. La densidad relativa (gravedad específica) es también usada en el calculo de vacíos en los agregados en el Método de Ensayo C 29/C 29M. La densidad relativa (gravedad especifica) (SSS) es usada si el agregado esta húmedo, esto es, si su absorción ha sido satisfecha. A la inversa, la densidad relativa (gravedad específica) (SH) es usada para cálculos cuando el agregado esta seco o se asume estar seco. 5.2 La densidad aparente y densidad relativa aparente (gravedad especifica aparente) pertenece al material sólido de partículas constituyentes no incluyendo el espacio de poros con las partículas que es accesible al agua. 5.3 Los valores de absorción son usados para calcular el cambio en la masa de un agregado debido al agua absorbida en los espacios de poro con las partículas constituyentes, comparado con la condición seca, cuando es considerado que el agregado ha estado en contacto con agua por un periodo suficiente para poder satisfacer la absorción potencial. La norma para la determinación de la absorción en el laboratorio es obtenida después de sumergir el agregado seco por un período de tiempo prescrito. Los agregados explotados por debajo del nivel de agua común-mente tienen un contenido de humedad mayor que la absorción determinada por este método de ensayo, si es usada sin oportunidad de secar antes de su uso. A la inversa, algunos agregados los cuales no han sido mantenidos continuamente en una condición húmeda hasta ser usados, probablemente pueden contener una cantidad de humedad absorbida menor que la condición de inmersión durante 24 horas. Para un agregado que ha estado

en contacto con agua y que tiene humedad libre en la superficie de las partículas, el porcentaje de humedad libre es determinado deduciendo la absorción del contenido de humedad total determinado por el Método de Ensayo C 566. 5.4 Los procedimientos generales descritos en este método de ensayo son convenientes para determinar la absorción de agregados que tienen condición diferente de 24 h de saturación, tales como agua hervida o saturación de vacíos. Los valores obtenidos para absorción por otros métodos de ensayo serán diferentes de los valores obtenidos por la saturación prescrita, como será la densidad relativa (gravedad especifica) (SSS). 5.5 Los poros en agregados de peso ligero no están necesariamente llenos de agua después de la inmersión por 24 h. En efecto, la absorción potencial para muchos de tales agregados no es satisfecha después de algunos días de inmersión en agua. Por lo tanto este método de ensayo no esta destinado para usarse con agregado de peso ligero. 6. Aparatos 6.1 Balanza – Un dispositivo para determinar la masa que sea sensitivo, legible, y preciso a 0.05 % de la masa de la muestra en algún punto del rango usado para este ensayo, o 0.5 g, el que sea mayor. La balanza estará equipada con aparatos adecu-ados para suspender la muestra contenida en agua desde el centro de la plataforma o pan de la balanza. 6.2 Contenedor de Muestra – Una cesta de alambre de 3.35 mm (No. 6) o malla fina, o una canastilla de ancho y altura iguales, con una capacidad de 4 a 7 litros para alojar un tamaño nominal máximo de agregado de 37.5 mm (1 ½ pulg.) o menor y una canastilla más grande según sea necesario para ensayar agregados de tamaño máximo mayores. La canastilla será construida de tal forma que se evite atrapar aire cuando sea sumergida. 6.3 Tanque de agua – Un tanque de agua en el cual la canastilla es colocada suspen dida debajo de la balanza. 6.4 Mallas – Una malla de 4.75 mm (No. 4) u otro tamaño como se necesite (ver 7.2 – 7.4), conforme a la Especificación E 11. 7. Muestreo 7.1 Muestree el agregado de acuerdo con la Práctica D 75. 7.2 Mezcle completamente la muestra de agregado y redúzcalo a la

cantidad aproximada necesaria usando los procedimientos aplicables de la Práctica C 702. Rechace todo el material que pasa la malla de 4.75 mm (No. 4) por tamizado en seco y lavando completamente para remover el polvo y otros recubrimientos de la superficie. Si el agregado grueso contiene una cantidad sustancial de material más fino que la malla de 4.75 mm (tal como para agregados de Tamaño No. 8 y 9 en la Clasificación D 448), use la malla de 2.36 mm (No. 8) en lugar de la malla de 4.75 mm. Alternativamente, separe el material más fino que la malla de 4.75 mm y ensaye el material fino de acuerdo con el Método de Ensayo C 128 Nota 1 – Si los agregados menores de 4.75 mm (No. 4) son usados en la muestra, verifique para asegurar que el tamaño de las aberturas en el contenedor de la muestra, es menor que el agregado de tamaño mínimo. 7.3 La masa mínima de la muestra de ensayo a ser usada esta dada a continuación. Es permitido ensayar el agregado grueso en algunas fracciones de tamaño. Si la muestra contiene más del 15 % retenido en la malla de 37.5 mm (1 ½ pulg), ensaye el material mas grande que 37.5 mm en una o más fracciones de tamaño separadamente del menor tamaño de fracción. Cuando un agregado es ensayado en fracciones de tamaños separados, la masa mínima de la muestra de ensayo para cada fracción deberá ser la diferencia entre la masa prescritas para el tamaño máximo y mínimo de la fracción. 7.4 Si la muestra es ensayada en dos o más tamaños de fracción, determine la graduación de la muestra de acuerdo con el Método de Ensayo C 136, incluyendo las mallas usadas para separar el tamaño de la fracción para la determinación en este método. En el cálculo de porcentaje de material de cada tamaño de fracción, ignore la cantidad de material más fino que la malla de 4.75 mm (No. 4) (ó malla de 2.36 mm (No. 8) cuando esta malla es usada de acuerdo con 7.2. Nota 2 – Cuando ensaye agregado grueso de tamaño máximo nominal grande se requerirán muestras de ensayo grandes, esto puede ser más conveniente para ejecutar el ensayo en dos o más submuestras, y los valores obtenidos por cálculos combinados descritos en la Sección 9.

Tamaño Máximo Nominal, mm (pulg.) Masa Mínima de la Muestra de Prueba, Kg (lb) 12.5 (1/2) o menos 2 (4.4) 19.0 (3/4) 3 (6.6) 25.0 (1) 4 (8.8) 37.5 (1 ½) 5 (11) 50 (2) 8 (18) 63 (2 ½) 12 (26) 75 (3) 18 (40) 90 (3 ½) 25 (55) 100 (4) 40 (88) 125 (5) 75 (165) 8. Procedimiento 8.1 Seque la muestra de ensayo a masa constante a una temperatura de 110  5º C, enfriar al aire a temperatura del cuarto por 1 a 3 horas para muestras de ensayo de 37.5 mm (1 ½ pulg.) de tamaño máximo nominal, o más tiempo para tamaños mayores hasta que el agregado se haya enfriado a una temperatura que sea manejable (aproximadamente 50º C). Posteriormente sumerja el agregado en agua a la temperatura del cuarto por un periodo de 24  4 h. 8.2 Donde los valores de la absorción y la densidad relativa (gravedad especifica) son usados en proporcionar mezclas de concreto en la cual los agregados se encuentran en su condición de humedad natural, el requisito de 8.1 para secado inicial es opcional y si la superficie de las particulas en la muestra se ha conservado continuamente húmedas antes de ser ensayadas, el requisito en 8.1 para 24  4 h de saturación es también opcional. Nota 3 – Valores para absorción y densidad relativa (gravedad especifica) (SSS) puede ser significativamente mayor para agregados no secados al horno antes de la inmersión que para los mismos agregados tratados de acuerdo con 8.1. Esto es especialmente cierto para particulas mayores de 75 mm puesto que el agua no es capaz de penetrar los poros hasta el centro de la partícula en el prescrito período de inmersión.

8.3 Remueva la muestra de ensayo del agua y enróllela en un paño o franela absorbente hasta que toda la película visible de agua sea removida. Seque las particulas grandes individualmente. Una corriente de aire es permitida para ayudar en la operación de secado. Tenga cuidado para evitar la evaporación de agua de los poros del agregado durante la operación de secado superficial. Determine la masa de la muestra de ensayo en la condición saturado superficialmente seco. Registre esta y las subsecuentes masas con una precisión de 0.5 g o 0.05 % de la masa de la muestra, la que sea mayor. 8.4 Después de determinar la masa al aire, inmediatamente coloque la muestra de ensayo saturada superficialmente seca en el contenedor de muestra y determine su masa aparente en agua a 23  2.0o C. Tenga cuidado de eliminar todo el aire atrapado antes de pesar, agitando el recipiente mientras es sumergido. Nota 4 – La diferencia entre la masa al aire y la masa cuando la muestra es sumergida en agua igual a la masa de agua desplazada por la muestra. Nota 5 – El contenedor puede ser inmerso a una profundidad suficiente para cubrirlo y la muestra de ensayo, determinando la masa aparente en agua. El alambre del cual se suspende el contenedor debe ser del tamaño más pequeño posible para minimizar cualquier efecto posible de una longitud de inmersión variable. 8.5 Seque la muestra de ensayo a masa constante a una temperatura de 110  5º C, enfriar al aire a la temperatura del cuarto durante 1 a 3 h, o hasta que el agregado haya enfriado a una temperatura que es confortable de manejar (aproximadamente 50º C), y determine la masa. 9. Cálculos 9.1 Densidad Relativa (Gravedad Especifica): 9.1.1 Densidad Relativa (Gravedad Especifica) (SH) —Calcule la densidad relativa (gravedad especifica) en la base de agregado secada al horno como sigue: Densidad Relativa (gravedad especifica) (SH) = A / (B  – C) (1) Donde: A = masa al aire de la muestra seca al horno, g

B = masa al aire de la muestra saturada superficialmente seca, g C = masa aparente de la muestra saturada en agua, g 9.1.2 Densidad Relativa (Gravedad Especifica) (SSS)  – calcule la densidad relativa (gravedad especifica) en la base de agregado saturado superficialmente seco, así: Densidad Relativa (gravedad especifica) (SSS) = B / (B  – C) (2) 9.1.3 Densidad Relativa Aparente (Gravedad Especifica Aparente)  – Calcule la densidad relativa aparente (gravedad especifica aparente) como sigue. Densidad Relativa Aparente (gravedad especifica aparente) = A / (A  – C) (3) 9.2 Densidad: 9.2.1 Densidad (SH) – Calcule la densidad en la base de agregado secado al horno Densidad (SH), Kg./m3 , = 997.5 A / (B  – C) (4) Densidad (SH), Lb/pie3, = 62.27 A/ (B – C) (5) Nota 6 – Los valores constantes usados en los cálculos en 9.2.1  – 9.2.3 (997.5 Kg/m3 y 62.27 lb/pie3) es la densidad del agua a 23º C. 9.2.2 Densidad (SSS) – Calcule la densidad en la base de agregado saturado superficialmente seco como sigue: Densidad (SSS), Kg./m3, = 997.5 B/ (B  – C) (6) Densidad (SSS), lb/pie3 , = 62.27 B/ (B  – C) (7) 9.2.3 Densidad Aparente – Calcule la densidad aparente como sigue: Densidad aparente, Kg./m3 = 997.5 A / (A  – C) (8) Densidad aparente, lb/pie3 = 62.27 A / (A  – C) (9)

9.3 Valores promedio de densidad y densidad relativa (Gravedad especifica)—Cuando la muestra es ensayada en fracciones separadas, calcule el valor promedio para densidad o densidad relativa (gravedad especifica) del tamaño de la fracción calculada de acuerdo con 9.1 o 9.2 usando la siguiente ecuación: 1 G = ---------------------------------------P1 + P2 + Pn 100G1 100G2 100Gn Donde: G = densidad promedio o densidad relativa (gravedad especifica). Todas las formas de expresión de densidad o densidad relativa (gravedad especifica) pueden ser promediadas en esta forma. G1, G2 … Gn = promedio de densidad o densidad relativa (gravedad especifica) valores para cada fracción dependiendo del tipo de densidad o densidad relativa (gravedad especifica) siendo promediada. P1 P2 …Pn = porcentajes de masa de cada fracción presente en la muestra original (no incluye materiales finos  – ver 7.4) 9.4 Absorción -- calcule el porcentaje de absorción como sigue: Absorción, % = (B – A )/ A x 100 (11) Nota 7 -- Algunas autoridades recomiendan usar la densidad del agua a 4º C (1000 Kg/m3 o 1.000 Mg/m3 o 62.43 lb/pie3 para ser mas precisos. 9.5 Valor de Absorción promedio  – cuando la muestra es ensayada en fracciones separadas por tamaño, el valor promedio de absorción es el valor promedio de las absorciones calculadas según 9.4, ponderados en la proporción de los porcentajes de masa de cada fracción presente en la muestra original (no incluye material fino  – ver 7.4) como sigue:  A = (P1 A1 /100) + (P2 A2 /100) + …. (Pn An /100) (12)

Donde:

A = absorción promedia, % A1 A2 An = porcentajes de absorción para cada fracción por tamaño P1 P2 Pn = porcentaje en masa de cada fracción por tamaño presente en la muestra original 10. Reporte 10.1 Reporte los resultados de densidad con precisión de 10 Kg/m3 o 0.5 lb/pie3, densidad relativa (gravedad especifica) resultados al más cercano 0.01 e indicar la base para la densidad o densidad relativa (gravedad especifica) como (SH), (SSS), o aparente. 10.2 Reporte los resultados de la absorción al cercano 0.1 % 10.3 Si los valores de densidad, densidad relativa (gravedad especifica) y absorción fueron determinados sin secar previamente el agregado, como se permite en 8.2, anote tal acción en el informe. 11. Precisión y Tendencia 11.1 Las estimaciones en la precisión de este método de prueba listados en la Tabla 1 están basadas en resultados de la AASHTO Programa de Muestras de Referencia en el Laboratorio de Materiales de Referencia, con ensayos conducidos por este método y AASHTO Método T 85. La diferencia significativa entre los métodos es que el Método c 127 requiere un periodo de saturación de 24  4 h, y el método de prueba T 85 requiere un periodo de saturación de 15 h mínimo. Se ha encontrado que estas diferencias tienen un efecto insignificante en los índices de precisión. La información esta basada en el análisis de mas de 100 resultados de 40 a 100 laboratorios. La precisión estimada para densidad fue calculada de valores determinados para densidad relativa (gravedad especifica), usando la densidad del agua a 23o C para la conversión. 11.2 Tendencia – Como no hay material de referencia aceptado para determinar la tendencia por el procedimiento en este método de ensayo, ninguna declaración de tendencia es hecha. 12. Palabras Clave 12.1 absorción; agregado; densidad aparente; densidad relativa aparente; agregado grueso; densidad; densidad relativa; gravedad especifica.

Referencia: Annual Book of ASTM Standards, 2003 http://ingenieriasalva.blogspot.com

CAPITULO III

El presente capitulo es uno de los mas importantes del presente documento y presentando numerosos conocimientos en el campo del diseño de mezclas de concreto, en una primera parte se realiza la presentación detallada del método de diseño de mezclas de concreto de alta resistencia del comité ACI 211.4, este método semi-empírico sirvió de base para realizar las primeras mezclas de la investigación, seguidamente se cumple uno de los objetivos de la presente tesis que fue el de proponer un método alternativo de diseño de mezclas de concreto de alto desempeño, este objetivo represento uno de los mas difíciles a cumplir, dado que la predicción del comportamiento del concreto en su estado fresco y endurecido, es aun uno de los temas principales de investigación alrededor del mundo. Primeramente se debió solucionar el problema de las proporciones ideales de agregados, para esto se realizo comparaciones con varias granulometrías ideales y se utilizo el modelo de acomodo compresible para predecir estas proporciones, este modelo se presenta detalladamente, a continuación se debió solucionar el problema de la cantidad de cemento de cada mezcla, aquí se presentan varias teorías utilizadas para el calculo aproximado de este valor, relacionándolo a la vez con la trabajabilidad de las mezclas, en el siguiente paso se debió prever la dosis de aditivo a utilizar, para esto se utilizo el concepto de compacidad de los cementos con el cual se consiguió encontrar el punto optimo de uso. Cada punto mencionado anteriormente, ha sido desarrollado detalladamente y se incluyen ejemplos de los cálculos, la predicción de la resistencia a la compresión y otras propiedades del concreto endurecido se presentan en el capitulo V.

El método propuesto por el comité 211.4 del ACI abarca el rango de resistencia entre 450 kg/cm

2

2

y 840 kg/cm , este método es aplicable a concretos de peso normal. Las

consideraciones básicas de este método al igual que en el método para concretos convencionales es la determinación de la cantidad de los materiales requeridos para producir un concreto con las propiedades en estado fresco y endurecido deseadas y a un bajo costo. El procedimiento consiste en una serie de pasos, con los cuales se debe cumplir los requerimientos de resistencia y trabajabilidad deseados, el método recomienda elaborar varias pruebas en laboratorio y en el campo hasta encontrar la mezcla deseada.

3.2.1. Procedimiento de diseño.

Paso 1:

Seleccionar el slump y la resistencia del concreto requeridos , valores recomendados para el slump se muestran en la tabla 3.1. A pesar que un concreto de alta resistencia es producido exitosamente con la adición de un superplastificante sin una medida inicial del slump, es recomendado un slump de 1 a 2” antes de adicionar el superplastificante. Esto asegurará una adecuada cantidad de agua para la mezcla y permitirá que el superplastificante sea efectivo. Para un concreto elaborado sin super plastificante es recomendado un slump entre 2 a 4”, este puede ser escogido de acuerdo al trabajo a realizarse. Concretos con menos de 2” de slump son difíciles de consolidar dado el alto contenido de agregado grueso y materiales cementicios. 

Paso 2:

Seleccionar el tamaño máximo del agregado, basados en los requerimientos de resistencia, el tamaño máximo del agregado grueso es dado en la tabla 3.2. El ACI 318 establece que el tamaño máximo del un agregado no debe exceder un quinta parte de la dimensión menor entre los lados del elemento, una tercera parte de la profundidad de la losa, o tres cuartas partes del mínimo espaciamiento entre las barras de refuerzo.



Paso 3:

Seleccionar el contenido optimo de agregado grueso, el optimo contenido de agregado grueso depende su resistencia característica y tamaño máximo. El contenido optimo recomendado de agregado grueso, expresado como una fracción del peso unitario compactado, es dado en la tabla 3.3. como una función del tamaño máximo nominal. El peso seco del agregado grueso por m3 de concreto puede ser calculado usando la siguiente ecuación: Peso seco del agregado grueso  %Psag* P.U.C.

(3.1.)

En un proporcionamiento de una mezcla de concreto normal, el contenido optimo de agregado grueso es dado como una función del tamaño máximo y del modulo de fineza del agregado fino. Las mezclas de concretos de alta resistencia, sin embargo, tienen un alto contenido de materiales cementicios, y por lo tanto no son dependientes del agregado fino para lograr la lubricación y compactabilidad de la mezcla. Por supuesto los valores dados en la tabla 3.3. son recomendados para arenas que tienen un modulo de finura entre 2.5 a 3.2. 

Paso 4:

Estimar el agua de mezcla y el contenido de aire, la cantidad de agua por unidad de volumen de concreto requerida para producir un slump dado es dependiente del tamaño máximo, forma de las partículas, gradación del agregado, cantidad de cemento y tipo de plastificante o superplastificante usados. Si se usa un superplastificante, el contenido de agua en este aditivo es tomado en cuenta para el calculo de la relación agua/cemento: La tabla 3.4. da una primera estimación del agua de mezclado requerida para concretos 3

elaborados con agregados de tamaño máximo entre 1” y  / 8”, esta cantidad de agua es estimada sin la adición del aditivo, en la misma tabla también se da los valores estimado de aire atrapado. Estas cantidades de agua de mezclado son máximas para un agregado bien gradado, angular y limpio que cumple con los limites de la norma ASTM C 33. Dado que la forma de las partículas y la textura superficial del agregado fino puede influenciar significativamente su contenido de vacíos, el requerimiento de agua de mezclado puede ser diferente de los valores dados.

Los valores dados en la tabla 3.4. son aplicables cuando el agregado fino usado tiene un contenido de vacíos igual a 35%, el contenido de vacíos del agregado fino puede ser calculado usando la siguiente ecuación:

 

Contenido de vacios,V%  1 

 

   100 Peso especifico  P.U .C .

(3.2.)

Cuando el contenido de vacíos del agregado fino no es 35%, es necesario un ajuste a la cantidad de agua de mezclado, este ajuste puede ser calculado usando la siguiente ecuación: Ajuste del agua de mezclado, A kg / m 3  4.72  V   35 

(3.3.)

3

Usando la ecuación 3.3. obtenemos un ajuste de 4.72 kg/m por cada punto porcentual del contenido de vacíos de la arena. 

Paso 5:

Seleccionar la relación agua/materiales cementicios, en las tablas 3.5ª y 3.5 b, valores máximos recomendados para la relación agua/materiales cementicios son mostrados como un función del tamaño máximo del agregado para alcanzar diferentes resistencias a compresión en 28 o 56 días. Los valores dados en la tabla 3.5ª son para concretos elaborados sin superplastificantes y los dados en la tabla 3.5b para concretos con superplastificante. La relación agua/materiales cementicios puede limitarse por requerimientos de durabilidad. Cuando el contenido de material cementicio excede los 450 kg, se debe considerar el uso de un material cementicio alternativo. 

Paso 6:

Calculo del contenido de material cementicio, el peso del material cementicio requerido por m3 de concreto puede ser determinado por la división de la cantidad de agua de mezclado entre la relación a/m.c. seleccionada. Sin embargo si las especificaciones incluyen un limite mínimo en la cantidad de material cementicio por m3, este debe ser cumplido. 

Paso 7:

Proporcionamiento de la mezcla de prueba base, para determinar las proporciones optimas primero se debe realizar una mezcla base, los siguiente pasos deben ser seguidos para completar la mezcla:

1.

Contenido de cemento.- Para esta mezcla, el peso del cemento será igual al calculado en el paso 6.

2.

Contenido de arena.- Después de determinar los pesos por m3 de agregado grueso, cemento, agua, y contenido de aire atrapado, el contenido de arena puede ser calculado usando el método de volúmenes absolutos.



Paso 8:

Proporcionamiento de mezclas usando fly ash, este método incluye el uso de fly ash como adición al concreto, la adición de este reducira la demanda de agua, reduce la temperatura, y reduce el costo. Este paso se describe la manera de adicionar al concreto este material y los pasos para su proporcionamiento, recomendando al menos dos pruebas con diferentes contenidos de este material, en el presente documento no se realiza un detalle mas preciso del tema. 

Paso 9:

 Mezclas de prueba, para cada mezcla el proporcionamiento se hara siguiendo los pasos del 1 al 8, una mezcla de prueba debe ser producida determinando su trabajabilidad y características de resistencia. 

Paso 10:

 Ajuste de las proporciones de la mezcla, si las propiedades deseadas del concreto no han sido obtenidas en las mezclas de prueba, las proporciones de la mezcla base deben ser modificadas siguiendo el procedimiento siguiente: 1.

Slump inicial.- Si el slump inicial no se encuentra en los rangos deseados, el agua de mezclado debe se ajustada, el contenido de cemento debe ser corregido para mantener constante la relación a/mc, y el contenido de arena debe ser ajustado para asegurar el flujo del concreto.

2.

Dosis de superplastificante.- Si un superplastificante es usado, debe ser determinado su efecto en la trabajabilidad y resistencia. Se debe seguir las indicaciones dadas por el fabricante en cuanto a su tasa máxima de uso. El uso en laboratorio de superplastificantes debe ser ajustado para su uso en campo.

3.

Contenido de agregado grueso.- Una vez que las mezcla de prueba de concreto han sido ajustadas para el slump deseado, se debe determinar si la mezcla es demasiado aspera. Si es necesario el contenido de agregado grueso puede ser reducido y el

contenido de arena ajustado. Sin embargo este incremento del contenido de arena incrementara la demanda de agua, y por lo tanto el contenido de cemento. 4.

Contenido de aire.- Si el contenido de aire difiere significativamente de las proporciones deseadas, el contenido de arena puede ser ajustado.

5. Relación a/mc.- Si la resistencia requerida no es alcanzada, mezclas adicionales con una menor relación a/mc deben ser elaboradas. 

Paso 11:

Selección de la mezcla optima, una vez que las proporciones de mezcla han sido ajustadas para producir la trabajabilidad y resistencia deseadas, es necesario realizar pruebas en las condiciones de campo de acuerdo a los procedimientos recomendados por el ACI 211.1.

3.2.2. Tablas para el diseño.TABLA 3.1.: Slump recomendado para concretos de Alta Resistencia con y sin superplastificante Slump con SP 1" - 2"

Slump sin SP 2"-4"

antes de la adición del SP

TABLA 3.2.: Tamaño máximo del agregado grueso Resistencia requerida del concreto (Kg/cm2) < 630 > 630

Tamaño máximo del agregado 3/4" - 1" 3/8" - 1/2"

TABLA 3.3.: Volumen de Agregado Grueso por unidad de volumen de concreto ( Para Ag. Fino con modulo de finura entre 2.5 - 3.2) Tamaño nominal máximo Fracción volumétrica Psag

3/8" 0.65

1/2" 0.68

3/4" 0.72

1" 0.75

TABLA 3.4.: Requerimientos aproximados de agua de mezclado y contenido de aire Del concreto basado en el uso de una arena con 35% de vacíos. Agua de mezclado en Kg/m3 para

Slump

los tamaños máximos de agregados gruesos indicados

3/8"

1/2"

3/4"

1"

1"-2" 2"-3" 3"-4"

183 189 195

Sin superplastificante Con superplastificante

174 183 189 3 2.5

168 174 180

Aire Atrapado 2.5 2

165 171 177 2 1.5

1.5 1

TABLA 3.6: Porcentajes de reemplazo de fly-ash Tipo ASTM Clase F ASTM Clase C

Porcentaje por peso 15 - 25 20 - 35

TABLA 3.5ª. : Relación Agua/Materiales cementicios para concretos sin superplastificante Resistencia promedio f´cr* Kg/cm2

500

Edad (días) 28 56

Relación a/cm para los tamaños máximos de agregados gruesos indicados 3/8" 1/2" 3/4" 1" 0.41 0.40 0.39 0.38 0.44 0.43 0.42 0.42

550

28 56

0.36 0.39

0.35 0.38

0.34 0.37

0.34 0.36

600

28 56

0.32 0.35

0.31 0.34

0.31 0.33

0.30 0.32

650

28 56

0.29 0.32

0.28 0.31

0.28 0.30

0.27 0.29

700

28 56

0.26 0.29

0.26 0.28

0.25 0.27

0.25 0.26

* La resistencia promedio deberá ser reajustada para usar esta tabla con un valor de 0.9

TABLA 3.5b.: Relación Agua/Materiales cementicios para concretos con superplastificante Resistencia promedio f´cr* Kg/cm2

500 550

Edad (días) 28 56 28

Relación a/cm para los tamaños Máximos de agregados gruesos indicados 3/8" 1/2" 3/4" 1" 0.49 0.47 0.45 0.42 0.54 0.51 0.47 0.45 0.44 0.42 0.40 0.39

56 28 56 28 56 28 56 28 56 28 56 28 56

600 650 700 750 800 850

0.49 0.40 0.44 0.36 0.40 0.33 0.37 0.31 0.34 0.29 0.32 0.27 0.30

0.46 0.38 0.41 0.35 0.38 0.32 0.35 0.30 0.32 0.28 0.30 0.26 0.28

0.43 0.36 0.39 0.33 0.36 0.31 0.33 0.28 0.30 0.26 0.28 0.25 0.27

0.41 0.35 0.37 0.32 0.34 0.30 0.32 0.28 0.30 0.26 0.28 0.25 0.26

* La resistencia promedio deberá ser reajustada para usar esta tabla con un valor de 0.9

3.2.2. Ejemplo.-

Requerimientos: Diseñar un concreto de alta resistencia para columnas de un edificio multiproposito de 72 pisos (ej. Interfirst Plaza, Dallas, USA), con un resistencia especificada a los 28 días de 700 Kg/cm2. Un slump de 9" es requerido para lograr la trabajabilidad necesaria. El tamaño del agregado no debe exceder 1/2". Use un aditivo superplastificante para obtener el slump requerido. Asuma que no existe registro anterior de producción de concretos de alta resistencia.

Desarrollo: Los análisis de laboratorio para los agregados nos dan los siguientes resultados:

 Agregado fino: Modulo de Finura Peso Especifico Peso Unitario Compactado Contenido de Humedad Absorción

 Agregado grueso:

2.9 2.59 1620Kg/m3 6.4% 1.1% Agregado Chancado de tamaño máximo 1/2"

Peso Especifico Peso Unitario Compactado Contenido de Humedad Absorción

2.76 1588Kg/m3 0.5% 0.7%

1. Selección de slump y resistencia requerida: Dado el uso de un superplastificante escogemos un slump de 1-2" (tabla 3.1), además por la no existencia de registro de pruebas anteriores calculamos la resistencia promedio del concreto a los 28 días.

 f ´cr  

 f ´c +98 0.9

 f ´cr  

700

+

98

0 .9

 f´cr =

886.7Kg/cm2

2. Verificación y selección del Tamaño M áximo del agregado: Usamos los datos de la Tabla 3.2, nos recomienda usar para un resistencia superior a 630 Kg/cm2, un agregado de tamaño máximo entre 3/8" y 1/2".

3. Selección del contenido optimo de agregado grueso: De la Tabla 3.3, obtenemos el volumen de agregado grueso, seco y compactado por unidad de volumen de concreto = 0.68, calculamos el peso seco del agregado grueso/m3 de concreto: Wseco =(% Vol)x(Peso seco compactado) Wseco =0.68 x 1588 Wseco =1080 Kg

4. Estimación del agua de mezclado y contenido de aire: De la Tabla 3.4, la primera estimación del agua de mezclado requerida es 174 Kg/m3 de concreto y el contenido de aire es de 2 %. Calculamos el contenido de arena:

 

V   1 

 

PesoUnitar  ioSeco 

 *100 3 PesoEspeci  fico 10  

   

V   1 

1620 2 .59  10

3

   *100  

V =37.5 % Ajustamos el agua de mezclado: A = 4.72(V-35) A = 4.72(37.45-35) A = 11.5 Kg/m3 Entonces el agua de mezclado será: W = 174 + 11.52 = 185.5 Kg

5. Selección de la relación agua/materiales cementicios o a/cm: De la Tabla 3.5b, obtenemos el valor de la relación a/cm, la resistencia promedio debe ser ajustada previamente para utilizar las tablas 3.5ª y 3.5 b. f´cr =0.9 x 886.7 = 798 Kg/cm2 Obtenemos de la tabla 3.5 b para agregado de 1/2": Relación a/cm =0.272

6. Calculo del contenido de materiales cementicios: Conocemos en contenido de agua, 185.52 Kg.

por interpolación

cm =185.52 / 0.272

= 682 Kg

7. Proporciones básicas para mezcla solo con cemento: Las proporciones de todos los materiales por m3 excepto la arena es la siguiente: Cemento = Ag. Grueso = Agua = Aire = Ag. Fino

682/(3.15*1000) = 1080/(2.76*1000) = 185.5/1000 = 0.02 =

= 1-0.81

0.22m3 0.39m3 0.19m3 0.02m3 0.81m3 0.19m3

=

La cantidad de agregado fino por m3 será: Ag. Fino = (1-0.81)*2.59*1000 = Las proporciones de mezcla en peso serán:

484Kg

Cemento Ag. Fino Ag. Grueso Agua

= = = =

682Kg/m3 484Kg/m3 1080Kg/m3 186Kg/m3

Total

=

2431Kg/m3

8. Proporción de mezcla usando cemento y ceniza volante: Se usará, ceniza volante Clase C según las normas ASTM, el que tiene un peso especifico de 2.64 De la tabla 3.6, obtenemos los porcentajes de contenido de ceniza volante sobre el contenido de cemento = 20 - 35%. Usamos 4 mezclas de prueba con contenidos de 20, 25, 30 y 35%.

 Mezcla  de Prueba

Ceniza Volante % 1 2 3 4

Cemento  Kg 20 25 30 35

Ceniza Volante Kg 546 512 477 443

136 171 205 239

Las proporciones de todos los materiales por m 3 excepto la arena es la siguiente:

 Mezcla  de Prueba

Cemento (m 3 )

Ceniza Volante (m 3 )

 Agregado Grueso (m 3 )

 Agua (m 3 )

 Aire (m 3 )

Total  (m 3 )

1 2 3 4

0.17 0.16 0.15 0.14

0.05 0.06 0.08 0.09

0.39 0.39 0.39 0.39

0.19 0.19 0.19 0.19

0.02 0.02 0.02 0.02

0.82 0.82 0.83 0.83

El volumen de agregado fino será:

 Mezcla  de Prueba

Total  (m 3 )

1 2 3 4

0.822 0.824 0.826 0.828

Agregado 3 Fino (m ) 0.178 0.176 0.174 0.172

Las proporciones de mezcla en peso serán:  Mezcla  de Prueba 1 2 3 4 5

Cemento (Kg/m 3 ) 546 512 477 443 682

Ceniza Volante (Kg/m 3 ) 136 171 205 239 0

 Agregado Grueso (Kg/m 3 ) 1080 1080 1080 1080 1080

 Agregado  Fino (Kg/m 3 ) 462 456 451 446 484

 Agua (Kg/m 3 ) 186 186 186 186 186

Total  (Kg/m 3 ) 2409 2404 2398 2393 2431

9. Ajuste por el contenido de agua de los ag regados: Contenido de Humedad del Ag. Grueso = 0.5 % Contenido de Humedad del Ag. Fino = 6.4 % Corregimos el contenido de agregado considerando su contenido de humedad, para la mezcla con solo cemento tendremos: Ag. Grueso Corregido = 1080(1+0.005) = 1085 Kg Ag. Fino Corregido = 484(1+0.064) = 515 Kg Corregimos el agua de mezclado tomando en cuenta la absorción de los agregados: Agua de mezclado corregida = 186 - 484(0.064 - 0.011) - 1080(0.005-0.007) = 162 Kg La siguiente tabla muestra los pesos corregidos de los materiales  Mezcla  de Prueba 1 2 3 4 5

Cemento (Kg/m 3 ) 546 512 477 443 682

Ceniza Volante (Kg/m 3 ) 136 171 205 239 0

 Agregado Grueso (Kg/m 3 ) 1085 1085 1085 1085 1085

 Agregado  Fino (Kg/m 3 ) 491 486 480 474 515

 Agua (Kg/m 3 ) 162 162 162 162 162

Total  (Kg/m 3 ) 2421 2415 2409 2404 2444

10. Incremento del Slump a 9": El slump requerido en este ejemplo es de 9". Para lograr este valor sin mayor adición de agua usamos un superplastificante. El dosage recomendado por los fabricantes varia entre 0.5 a 2% del peso del cemento, pruebas en laboratorio a una temperatura ambiente de 24ºC indican lo siguiente. 0.5% produce 5" de slump. 1% produce 10" de slump. 2% producen la segregación del concreto fresco.

Desde los comienzos de la tecnología del concreto, los investigadores han dedicado un tiempo preferencial al estudio de las características granulométricas, de forma y superficie del agregado; han relacionado estas características directamente con la compacidad de los agregados. Desde D’Henry Le Chatelier (1850 – 1936) luego L.J. Vicat y Rene Feret, fueron los precursores de la búsqueda de la granulometría optima de los agregados, en Estados Unidos, R. B. Fuller y J. Thompson proponen en 1907 una curva granulométrica continua y basan en ella un método de dosificación científica de concretos, que la bibliografía registra como Método de Fuller. Fuller sustentaba la teoría de que usando una curva granulométrica adecuada podía mejorarse la resistencia mecánica y otras características del concreto. Simultáneamente en Alemania, el profesor O. Graf presento una curva similar, prácticamente coincidente con la de Fuller. En 1925 en Suiza, el profesor Bolomey propuso una curva granulométrica continua, en la cual también incluía al cemento. En la misma época en Francia el profesor Caquot encontró una solución matemática para la composición granulométrica de los concretos. Por un lado determino que el volumen absoluto varia proporcionalmente al tamaño de los agregados y a la superficie de las paredes que lo contienen, este efecto fue conocido como el efecto pared. Estos conceptos teóricos de Caquot fueron luego utilizados por Faury y Joisel para su aplicación practica en sus métodos de dosificación de concretos por curvas de referencia. En la actualidad las curvas de referencia han sido generalizadas y normadas, en casi todos los códigos alrededor del mundo, como la norma ASTM C-33, la norma DIN 1045, y por supuesto la norma técnica peruana 400.007. Sin embargo, el problema de encontrar la curva ideal aun persiste, recientes intentos con resultados favorables han sido presentados en Francia, Canadá y Estados Unidos; en 1999 en Francia De Larrard y Sedran presentaron la ultima versión de un modelo para el calculo de la compacidad de las mezclas de agregado, en Canadá, Aitcin presento su modelo para predecir las proporciones de agregados en función de su granulometría,

factores de textura y forma; en China Q. Weizu presento otro modelo basado en el máximo paquete de densidad, esto en concordancia con lo propuesto por De Larrad y Sedran. A continuación se presenta una revisión a las diferentes teorías y métodos propuestos a través de los años para encontrar las proporciones optimas de los agregados.

El trabajo titulado “Las leyes del proporcionamiento del concreto” presentado en 1907 por Fuller y Thompson se considera como el punto de partida para todos los desarrollos posteriores sobre curvas granulométricas, Fuller y Thompson concluyen que toda curva de gradación ideal presenta un comportamiento elíptico en su fracción fina, la cual incluye al cemento, esta curva converge con una línea recta tangente a la elipse en las siguientes fracciones. La ecuación general para la parte elíptica de esta curva, esta dada por:

 y  b 2 b

+

 x  a 2 a

1 (3.4.)

donde, y es el porcentaje de material que pasa el tamiz de abertura x. A y b son constantes que representan los ejes de la elipse y su valor depende del tamaño máximo (D) del agregado y de la forma de las partículas; estos valores se muestran en la tabla 3.6. Estas constantes fueron dadas de tal manera que a mas angulosas son las partículas de agregado es más amplio el porcentaje de material fino representado por la parte elíptica. En esta curva ideal, Fuller y Thompson encontraron que para un valor de y igual al 7% el valor de x era de 0.074 mm, es decir, que el 7% de la masa está constituido por partículas de diámetro inferior a 0.074 mm, o sea la fracción que pasa el tamiz Nº 200, mas el cemento. Posteriormente, la curva continua con su forma elíptica, hasta un valor de x aproximadamente igual al 10% del tamaño máximo, y a partir de este punto sigue como una línea recta. TABLA 3.6. Valores de las constantes que representan la parte elíptica de la ecuación de Fuller-Thompson. Clase de material Agregados redondeados Arena natural y grava chancada Agregados chancados

a

b

0.164 D 0.150 D 0.147 D

28.6 30.4 30.8

Según algunos autores, cuando se desea obtener la curva para el agregado solo, debe restarse la porción de cemento prevista en cada caso y tomas el resto como 100%. Al hacer esto se obtiene una curva de forma aproximadamente parabólica, la cual se ha llamado curva o parábola de Fuller, y es expresada de la siguiente manera: P  100

d   D

(3.5.)

En donde, P es el porcentaje de material que pasa por el tamiz de abertura d y D el tamaño máximo del agregado. 100.00% 2 1/2"

2"

1 1/2"

1"

3/4"

1/2"

90.00% 80.00% 70.00% 3/8"

  e    t   n 60.00%   a   s   a    P   e 50.00%   j   a    t   n   e 40.00%   c   r   o    P

30.00% 20.00% 10.00% 0.00% 100.000

10.000

1.000

0.100

0.010

Milimetros

Fig. 3.1. Curvas de Fuller para diferente tamaños máximos de agregados.

Es necesario destacar que la gradación parabólica de Fuller-Thompson, es solamente una, de muchas familias de parábolas de varios grados, que no son otra expresión que la ley potencial de Talbot y se expresan como: P  100 n

d   D

(3.6.)

Para el diseño de mezclas de agregado la relación de finos de los agregados será ajustada por la curva de Fuller tomando la malla Nº 4 la divisoria entre agregado grueso y agregado fino. Hay que destacar que estas curvas no producen la máxima compacidad

buscada en los agregados, y algunos investigadores han calificado a las mezclas hechas con este método como ásperas y poco manejables.

En 1894 el investigador Francés Rene Feret, realizo tal vez los primeros estudios a profundidad sobre mezclas granulares en el concreto, sus investigaciones sirvieron de base para el desarrollo de muchos de los conceptos conocidos actualmente. Estas investigaciones sobre compacidad se centraron en realizar mezclas binarias y ternarias de partículas de agregados y encontrar curvas de compacidad, de estas investigaciones encontró una serie de expresiones conocidas como las leyes de Feret, las cuales se resumen en la figura 3.2., en forma de curvas de nivel. Sus estudios demostraron que la máxima compacidad era alcanzada por medio de mezclas de granos gruesos y finos con ausencia de medianos, generalizando estos resultados podemos decir que Feret encontró que la máxima compacidad se logra con granulometrías discontinuas. M 0.51 0.525

0.51

0.55 0.51

0.575

0.55 0.625 0.525

G

0.525 0.55 0.575 0.60 0.625

0.525

0.638

0.625 0.60

0.575

0.55

0.525

F

Fig. 3.2. Representación grafica de las leyes de Feret, donde se muestra las líneas de igual compacidad en la mezcla de agregados donde G: Gruesos, M: Mediano, F: Finos.

La obra publica en 1933 por C.A.G. Weymouth titulada “Effect of particle interference in mortars and concrete” en la cual se expone el efecto de interferencia en los requerimientos de agua y trabajabilidad, incluyendo la tendencia de los diferentes tamaños de partículas a la segregación. Weymouth ilustró su concepto en términos de mezcla seca de agregados, usando el modelo mostrado en la siguiente figura.

Fig. 3.3. Modelo de Weymouth para partículas de interferencia

La fig. 3.3. representa en dos dimensiones una mezcla de dos tamaños de partículas. En (A) las partículas grandes no son dominantes y se encuentran separadas por mas de una partícula pequeña, por lo cual la distancia entre ellas será mas del diámetro de una partícula pequeña. En (B) la cantidad de partículas grandes es mayor y la distancia entre ellas será igual al diámetro de una partícula pequeña. En (C) la cantidad de partículas grandes es mucho mayor por lo cual las partículas pequeñas no llegan a rellenar todos los poros por lo cual la distancia entre partículas grandes será menor que el diámetro de una partícula pequeña. Weymouth concluyó que existe una ley de gradación de tal manera que los diferentes tamaños de agregados deben tener espacio para moverse entre las partículas mas grandes, evitando de esta manera la interferencia de las partículas. Sin embargo Weymouth también

menciona que esta interferencia aparece cuando hay mucha cantidad de agregados de un solo tamaño, esto solo es cierto cuando las diferentes partículas de agregados son muy cercanas en diámetro, siendo el efecto diferente cuando los tamaños de partículas son muy diferenciados en tamaños. La ley de gradación de Weymouth es otra forma de la ecuación potencial de Talbot, diferenciando el coeficiente n según el tamaño máximo del agregado. P  100 n

d   D

(3.7.)

donde, n es el exponente que gobierna la distribución de las partículas y es función del agregado grueso. Los valores de n fueron dados por García Balado y se presentan en la siguiente tabla. TABLA 3.7. Valores de n para la ecuación de Weymouth en función del tamaño. Tamaño d

n

3” 2” 1½“ 1” ¾” ½” 3/8” Nº4 – Nº 100

0.230 0.255 0.268 0.283 0.292 0.298 0.304 0.305

En la siguiente grafica se muestran las diferentes curvas de Weymouth según el tamaño máximo del agregado.

100.00% 3"

2 1/2"

2"

1 1/2"

1"

3/4"

1/2"

3/8"

90.00% 80.00% 70.00%   e    t   n 60.00%   a   s   a    P   e 50.00%   j   a    t   n   e 40.00%   c   r   o    P

30.00% 20.00% 10.00% 0.00% 100.000

10.000

1.000

0.100

0.010

Milimetros

Fig. 3.4. Curvas de Weymouth para diferente tamaños máximos de agregados.

Después de la publicación de los trabajos de Fuller, Thompso y Weymouth, se han realizando múltiples curva ideales, y aun hoy hay muchos investigadores que las utilizan, sin embargo, la modificación que ha sido mas aceptada es la realizada por Bolomey en 1947, la cual contempla un mayor contenido de finos dentro de la masa de agregado con objeto de eliminar la aspereza y mejorar la manejabilidad de la mezcla de concreto en estado fresco. Esta modificación es mostrada en la ecuación siguiente: P   f  + (100   f  )

d   D

(3.8.)

donde f es una constante empírica que representa el grado de trabajabilidad de una mezcla de concreto para una trabajabildad y forma determinada. Los valores de f se muestran en la siguiente tabla: TABLA 3.8. Valores de f según la formula de Bolomey. Forma de las partículas de agregado Agregados redondeados Agregados chancados

Consistencia del concreto Seca

Normal

Húmeda

6-8 8 - 10

10 12 - 14

12 14 – 16

Este método bastante sencillo consiste en determinar los módulos de finura de ambos agregados, y establecer que sus mezclas tengan un modulo de finura ideal, el cual puede ser el obtenido por la ley de Fuller o empíricamente basado en la experiencia. Se calcula las proporciones de los agregados finos y gruesos en base a la siguiente expresión: m  rf  * mf  + rg * mg

(3.8.)

rf  + rg  1

donde: m

:

rf, rg :

modulo de finura de la combinación de agregados % de agregado fino y grueso respectivamente en relación al volumen absoluto total del agregado.

mf, mg:

Modulo de finura del agregado fino y grueso.

Los módulos de finura de la combinación de agregados recomendados según el tamaño máximo, se muestran en la siguiente tabla: TABLA 3.9. Modulo de finura de la combinación de agregados según tamaño máximo. Tamaño Máximo

3" 2 1/2" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" #4

m

6.70 6.44 6.14 5.75 5.22 4.81 4.30 3.90 3.39 3.02

Actualmente casi todas las normas sobre agregados y concreto establecen curvas o limites para las granulometrías de los agregados a usar en el concreto. Por ejemplo la norma alemana DIN 1045 tiene normadas curvas para los diferentes tamaños partículas de agregados y según los requerimientos del concreto, como puede ser un concreto bombeable,

la norma técnica peruana a tomado sus valores en los limites de la norma ASTM C 33, donde se fijan intervalos recomendados para los diferentes tamaños de partículas. Las siguientes graficas muestran las curvas normadas en la norma DIN 1045. GRANULOMETRIAS RECOMENDADAS T.M. 3" 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.100

1.000

10.000

100.000

Fig. 3.5. Granulometrías recomendadas por la norma DIN 1045, para T.M. 3”. GRANULOMETRIAS R ECOMEND ADAS T .M. 1 1/2" 100

90

80 70

60

50

40

30 20

10

0 0.100

1.000

10.000

100.000

Fig. 3.6. Granulometrías recomendadas por la norma DIN 1045, para T.M. 1 ½”.

GRANULOMETRIAS RECOMENDADAS T.M. 3/4" 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 0.100

1.000

10.000

100.000

Fig. 3.7. Granulometrías recomendadas por la norma DIN 1045, para T.M. ¾”. GRANULOMET RIAS REC OMENDADAS T .M. 3/8" 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 0.100

1.000

10.000

100.000

Fig. 3.8. Granulometrías recomendadas por la norma DIN 1045, para T.M. 3/8”.

INTRODUCCIÒN GENERAL AL CONCRETO El concreto es un material durable y resistente pero, dado que se trabaja en su forma líquida, prácticamente puede adquirir cualquier forma. .Esta combinación de características es la razón principal por la que es un material de construcción tan popular para exteriores.  Ya sea que adquiera la forma de un camino de entrada amplio hacia una casa moderna, un paso vehicular semicircular frente a una residencia, o una modesta entrada delantera, el concreto proporciona solidez y permanencia a los lugares donde vivimos. En la forma de caminos y entradas, el concreto nos conduce a nuestro hogar, proporcionando un sendero confortable hacia la puerta.  Además de servir a nuestras necesidades diarias en escalones exteriores, entradas y caminos, el concreto también es parte de nuestro tiempo libre, al proporcionar la superficie adecuada para un patio. El concreto de uso común, o convencional, se produce mediante la mezcla de tres componentes esenciales, cemento, agua y agregados, a los cuales eventualmente se incorpora un cuarto componente que genéricamente se designa como aditivo.  Al mezclar estos componentes y producir lo que se conoce como una revoltura de concreto, se introduce de manera simultánea un quinto participante representado por el aire. La mezcla intima de los componentes del concreto convencional produce una masa plástica que puede ser moldeada y compactada con relativa facilidad; pero gradualmente pierde esta característica hasta que al cabo de algunas horas se torna rígida y comienza a adquirir el aspecto, comportamiento y propiedades de un cuerpo sólido, para convertirse finalmente en el material mecánicamente resistente que es el concreto endurecido.

La representación común del concreto convencional en estado fresco, lo identifica como un conjunto de fragmentos de roca, globalmente definidos como agregados, dispersos en una matriz viscosa constituida por una pasta de cemento de consistencia plástica. Esto significa que en una mezcla así hay muy poco o ningún contacto entre las partículas de los agregados, característica que tiende a permanecer en el concreto ya endurecido . Consecuentemente con ello, el comportamiento mecánico de este material y su durabilidad en servicio dependen de tres aspectos  básicos: 1. 2. Las características, composición y propiedades de la pasta de cemento, o matriz cementante, endurecida. 3. La calidad propia de los agregados, en el sentido más amplio. 4. La afinidad de la matriz cementante con los agregados y su capacidad para trabajar en conjunto. En el primer aspecto debe contemplarse la selección de un cementante apropiado, el empleo de una relación agua/cemento conveniente y el uso eventual de un aditivo necesario, con todo lo cual debe resultar potencialmente asegurada la calidad de la matriz cementante. En cuanto a la calidad de los agregados, es importante adecuarla a las funciones que debe desempeñar la estructura, a fin de que no representen el punto débil en el comportamiento del concreto y en su capacidad para resistir adecuadamente y por largo tiempo los efectos consecuentes de las condiciones de exposición y servicio a que esté sometido. Finalmente, la compatibilidad y el buen trabajo de conjunto de la matriz cementante con los agregados, depende de diversos factores tales como las características físicas y químicas del cementante, la composición mineralógica y petrográfica de las rocas que constituyen los agregados, y la forma, tamaño máximo y textura superficial de éstos.

De la esmerada atención a estos tres aspectos básicos, depende sustancialmente la capacidad potencial del concreto, como material de construcción, para responder adecuadamente a las acciones resultantes de las condiciones en que debe prestar servicio. Pero esto, que sólo representa la previsión de emplear el material potencialmente adecuado, no basta para obtener estructuras resistentes y durables, pues requiere conjugarse con el cumplimiento de previsiones igualmente eficaces en cuanto al diseño, especificación, construcción y  mantenimiento de las propias estructuras.

Ingredientes del concreto El concreto fresco es una mezcla semilíquida de cemento portland, arena (agregado fino), grava o piedra triturada (agregado grueso)  yagua. Mediante un proceso llamado hidratación, las partículas del cemento reaccionan químicamente con el agua y el concreto se endurece y se convierte en un material durable. Cuando se mezcla, se hace el vaciado y se cura de manera apropiada, el concreto forma estructuras sólidas capaces de soportar las temperaturas extremas del invierno y del verano sin requerir de mucho mantenimiento. El material que se utilice en la preparación del concreto afecta la facilidad con que pueda vaciarse y con la que se le pueda dar el acabado; también influye en el tiempo que tarde en endurecer, la resistencia que pueda adquirir, y lo bien que cumpla las funciones para las que fue preparado.  Además de los ingredientes de la mezcla de concreto en sí misma, será necesario un marco o cimbra y un refuerzo de acero para construir estructuras sólidas. La cimbra generalmente se construye de madera y  puede hacerse con ella desde un sencillo cuadrado hasta formas más complejas, dependiendo de la naturaleza del proyecto. El acero reforzado puede ser de alta o baja resistencia, características que dependerán de las dimensiones y la resistencia que se requieran. El concreto se vacía en la cimbra con la forma deseada y después la superficie se alisa y se le da el acabado con diversas texturas.

CEMENTANTES EN GENERAL

Los cementantes que se utilizan para la fabricación del concreto son hidráulicos, es decir, fraguan y endurecen al reaccionar químicamente con el agua, aún estando inmersos en ella, característica que los distingue de los cementantes aéreos que solamente fraguan y  endurecen en contacto con el aire. Los principales cementantes hidráulicos son las cales y cementos hidráulicos, algunas escorias y ciertos materiales con propiedades puzolánicas. De acuerdo con el grado de poder cementante y los requerimientos específicos de las aplicaciones, estos cementantes pueden utilizarse en forma individual o combinados entre si.  Al referirse específicamente al concreto convencional, como se emplea en la construcción, resultan excluidas las cales hidráulicas, por lo cual solo procede considerar los cementos, las escorias, los materiales puzolánicos y sus respectivas combinaciones. Por otra parte, bajo la denominación genérica de cementos hidráulicos existen diversas clases de cemento con diferente composición y  propiedades, en cuya elaboración intervienen normalmente las materias primas. El cemento no es lo mismo que el concreto, es uno de los ingredientes que se usan en él. Sus primeros usos datan de los inicios de 1800 y, desde entonces, el cemento portland se ha convertido en el cemento más usado en el mundo. Su inventor le dio ese nombre porque el concreto ya curado es del mismo color que una piedra caliza que se obtiene cerca de Portland, Inglaterra. Este tipo de cemento es una mezcla de caliza quemada, hierro, sílice y alúmina, y las fuentes más comunes donde se pueden obtener estos materiales son el barro, la piedra caliza, esquisto y mineral de hierro. Esta mezcla se mete a un horno de secar y se pulveriza hasta convertirlo en un fino polvo, se empaca y se pone a la venta. Existen cinco tipos de cemento portland, cada uno con características físicas y químicas diferentes.

CEMENTOS CON CLINKER PORTLAND Todos los cementos para concreto hidráulico que se producen en México son elaborados a base de clinker portland, por cuyo motivo se  justifica centrar el interés en éste y en los cementos a que da lugar.

Cementos portland simples, mezclados y expansivos Para la elaboración del clinker portland se emplean materias primas capaces de aportar principalmente cal y sílice, y accesoriamente óxido de fierro y alúmina, para lo cual se seleccionan materiales calizos y  arcillosos de composición adecuada. Estos materiales se trituran, dosifican, muelen y mezclan íntimamente hasta su completa homogeneización, ya sea en seco o en húmedo. La materia prima así procesada, ya sea en forma de polvo o de lodo, se introduce en hornos rotatorios donde se calcina a temperaturas del orden de 1400 C, hasta que alcanza un estado de fusión incipiente. En este estado se producen las reacciones químicas requeridas y el material se subdivide y aglutina en fragmentos no mayores a 6 cm, cuya forma se regulariza por efecto de la rotación del horno. A este material fragmentado, resultante de la calcinación, se le denomina clinker portland. Una vez frío, el clinker se muele conjuntamente con una reducida proporción de yeso, que tiene la función de regular el tiempo de fraguado, y con ello se obtiene el polvo fino de color gris que se conoce como cemento portland simple. Además durante, la molienda, el clinker puede combinarse con una escoria o un material puzolánico para producir un cemento mezclado portland-escoria o portlandpuzolana, o bien puede molerse con determinados materiales de carácter sulfo-calcio-aluminoso para obtener los llamados cementos expansivos. También es factible incorporar aditivos durante la molienda del clinker, siendo de uso frecuente los auxiliares de molienda y los inclusores de aire. Estos últimos dan por resultado los cementos inclusores de aire

para concreto, cuyo empleo es bastante común en EUA pero no se acostumbra en México. De conformidad con lo anterior, a partir del clinker portland es posible fabricar tres principales grupos o clases de cementos hidráulicos para la elaboración de concreto: 1) Los cementos portland propiamente dichos, o portland simples, moliendo solamente el clinker y el yeso sin componentes cementantes adicionales. 2) Los cementos portland mezclados, combinando el clinker y el yeso con otro cementante, ya sea este una escoria o una puzolana. 3) Los cementos expansivos que se obtienen añadiendo al clinker otros componentes especiales de carácter sulfatado, cálcico y aluminoso. El primer grupo constituye los cementos que se han utilizado tradicionalmente para la fabricación del concreto hidráulico en el país. Los del segundo grupo son cementos destinados al mismo uso anterior,  y cuya producción se ha incrementado en los últimos 20 años, al grado que actualmente representan más de la mitad de la producción nacional. Finalmente, los cementos del tercer grupo son más recientes y aún no se producen regularmente en México, si bien su utilización tiende a aumentar en EUA para las llamadas estructuras de concreto de contracción compensada. Así, mediante ajustes en la composición química del clinker, o por medio de la combinación con otros cementantes, o por la adición al clinker de ciertos materiales especiales, es factible obtener cementos con características y propiedades adecuadas para cada uso especifico del concreto hidráulico.

Otros cementos con clinker portland  Además de los cementos acotados al pie de las Tablas 1.2 y 1.3, en el país se producen otros cementos a base de clinker portland para usos

diferentes a la fabricación de concreto hidráulico convencional, siendo principalmente los que a continuación se mencionan.

Cemento blanco El clinker portland para este cemento se produce seleccionando materias primas con muy bajas proporciones, e incluso nulas, de hierro  y manganeso. En México se le fabrica normalmente conforme a NOM C-1(4) y de acuerdo con su composición química puede ser clasificado como portland tipo lo tipo III. Se le destina principalmente a trabajos arquitectónicos y decorativos, en donde no se requieren grandes consumos de cemento, ya que su precio es relativamente alto.

Cemento para pozo petrolero Para las lechadas, morteros y concretos que se emplean en los trabajos de perforación y mantenimiento de pozos petroleros y geotérmicos, deben utilizarse cementantes cuyos tiempos de fraguado sean adecuados a las condiciones de colocación ya las elevadas temperaturas  y presiones que en el sitio existan. Con esta finalidad, en las Especificaciones API 10A(7) se reglamentan seis diferentes clases de cemento, aplicables de acuerdo con la profundidad de colocación en el pozo. En el país se produce en forma limitada un cemento para esta aplicación, conforme a la NOM C 315. A falta de este cemento, en condiciones poco severas puede suplirse con un cemento portland tipo II de producción normal,  junto con aditivos reguladores del fraguado añadidos en obra. Por el contrario, en condiciones muy rigurosas de presión y temperatura, puede ser necesario emplear cementos distintos al portland como los que eventualmente se elaboran en EUA(16) mediante una mezcla de silicato dicálcico y sílice finamente molida.

Cemento de mampostería El cemento de mampostería se emplea en la elaboración de morteros para aplanados, junto de bloques y otros trabajos similares, por cuyo

motivo también se le denomina cemento de albañilería. Dos características importantes de este cemento son su plasticidad y su capacidad para retener el agua de mezclado. Tomando en cuenta que sus requisitos de resistencia son comparativamente menores que los del portland, esas características suelen fomentarse con el uso de materiales inertes tales como caliza y arcilla, que pueden molerse conjuntamente con el clinker o molerse por separado y mezclarse con el cemento portland ya elaborado. La Especificación ASTM C 91(8) considera tres tipos de cemento de mampostería (N, S y M) con tres diferentes niveles de resistencia. En México se produce normalmente un solo tipo de este cemento conforme a la NOM C-21(9) cuyos requisitos son equiparables a los del cemento de nivel inferior de resistencia (tipo N) reglamentado por la ASTM.

SELECCION DEL CEMENTO APROPIADO Disponibilidad en el mercado nacional En el proceso para definir y especificar el concreto potencialmente idóneo para cada aplicación en particular, es de trascendental importancia la definición del cemento apropiado, ya que de éste dependerán significativamente las características y propiedades de la matriz cementante y por consiguiente del concreto. Para poder proceder de manera realista en este aspecto, es necesario primero hacer un recuento de las clases y tipos de cementos para concreto hidráulico que efectivamente se producen, o pueden producirse, en las fábricas de cemento del país, incluyendo sus respectivas características, usos indicados y normas aplicables.  Además de los cementos ahí mencionados, también está normalizado el cemento de escoria (NOM C-184) destinado principalmente a morteros de albañilería, cuya producción está discontinuada.

Características esenciales del cemento

La influencia que el cemento portland ejerce en el comportamiento y  propiedades de la pasta cementante y del concreto, derivan fundamentalmente de la composición química del clinker y de su finura de molienda. En el caso de los cementos portland-puzolana, habría que añadir a esos dos factores los referentes a las características físicas y  químicas de la puzolana y el contenido de ésta en el cemento.

Composición química Una vez que el agua y el cemento se mezclan para formar la pasta cementante, se inicia una serie de reacciones químicas que en forma global se designan como hidratación del cemento. Estas reacciones se manifiestan inicialmente por la rigidización gradual de la mezcla, que culmina con su fraguado, y continúan para dar lugar al endurecimiento  y adquisición de resistencia mecánica en el producto.  Aun cuando la hidratación del cemento es un fenómeno sumamente complejo, existen simplificaciones que permiten interpretar sus efectos en el concreto. Con esto admitido, puede decirse que la composición química de un clinker portland se define convenientemente mediante la identificación de cuatro compuestos principales, cuyas variaciones relativas determinan los diferentes tipos de cemento portland: Compuesto Fórmula del óxido Notación abreviada Silicato tricálcico 3CaO SiO2 C3S Silicato dicálcico 2CaO SiO2 C2S  Aluminato tricálcico 3CaO A1203 C3A   Aluminoferrito tetracálcico 4CaO A1203 Fe203 C4AF En términos prácticos se concede que los silicatos de calcio (C3S y C2S) son los compuestos más deseables, porque al hidratarse forman los silicatoB hidratados de calcio (S-H-C) que son responsables de la resistencia mecánica y otras propiedades del concreto. Normalmente, el C3S aporta resistencia a corto y mediano plazo, y el C2S a mediano y 

largo plazo, es decir, se complementan bien para que la adquisición de resistencia se realice en forma sostenida. El aluminato tricálcico (C3A) es tal vez el compuesto que se hidrata con mayor rapidez, y por ello propicia mayor velocidad en el fraguado y en el desarrollo de calor de hidratación en el concreto. Asimismo, su presencia en el cemento hace al concreto más susceptible de sufrir daño por efecto del ataque de sulfatos. Por todo ello, se tiende a limitarlo en la medida que es compatible con el uso del cemento. Finalmente, el aluminoferrito tetracálcico es un compuesto relativamente inactivo pues contribuye poco a la resistencia del concreto, y su presencia más bien es útil como fundente durante la calcinación del clinker y porque favorece la hidratación de los otros compuestos. Conforme a esas tendencias de carácter general, durante la elaboración del clinker portland en sus cinco tipos normalizados, se realizan ajustes para regular la presencia de dichos compuestos de la siguiente manera: Tipo Característica Ajuste principal I Sin características especiales Sin ajustes específicos en este aspecto II Moderados calor de hidratación y resistencia a los sulfatos Moderado C3A  III Alta resistencia rápida Alto C3S IV Bajo calor de hidratación Alto C2S, moderado C3A   V Alta resistencia a los sulfatos Bajo C3A  Otro aspecto importante relativo a la composición química del clinker (y del cemento portland) se refiere a los álcalis, óxidos de sodio (Na2O)  y de potasio (K2O), cuyo contenido suele limitarse para evitar reacciones dañinas del cemento con ciertos agregados en el concreto. Esto ha dado motivo para el establecimiento de un requisito químico

opcional, aplicable a todos los tipos de cemento portland, que consiste en ajustar el contenido de álcalis totales, expresados como Na2o, a un máximo de 0.60 por ciento cuando se requiere emplear el cemento  junto con agregados reactivos.

Finura de molienda En la determinación del proceso industrial adecuado para la molienda del cemento, intervienen factores técnicos y económicos que deben conciliarse. En el aspecto técnico interesa principalmente definir el grado de finura que debe darse al cemento para que cumpla especificaciones de acuerdo con su tipo, pero sin dejar de considerar también los efectos secundarios que la finura del cemento puede inducir en el comportamiento del concreto, tanto en estado fresco como ya endurecido. El grado de finura del cemento tiene efectos ambivalentes en el concreto. Al aumentar la finura el cemento se hidrata y adquiere resistencia con más rapidez, y también se manifiesta mayor disposición en sus partículas para mantenerse en suspensión en la pasta recién mezclada, lo cual es ventajoso para la cohesión, manejabilidad y  capacidad de retención de agua en las mezclas de concreto. Como contrapartida, una finura más alta representa mayor velocidad en la generación de calor y mayor demanda de agua de mezclado en el concreto, cuyas consecuencias son indeseables porque se traducen en mayores cambios volumétricos del concreto y posibles agrietamientos en las estructuras. En el caso de los cementos portland, debe dárseles una finura de molienda adecuada para cumplir con los valores especificados en cuanto a superficie especifica y resistencia a compresión, salvo el tipo III en que no se reglamenta la superficie especifica porque se sobreentiende que requiere mayor finura que los otros tipos para cumplir con la función de obtener alta resistencia a edad temprana. En cuanto a la finura de molienda de los cementos portland-puzolana, en

la NOM C-2(5) se especifican requisitos relativos al residuo en la criba F 0.045 (No 325, ASTA) ya la superficie especifica; sin embargo, la norma ASTM C 595(2) no especifica requisitos en estos aspectos y  solamente requiere que se realicen e informen resultados de ambas determinaciones con cierta frecuencia. Es decir, el criterio de la norma  ASTM propende a conceder a estos resultados más bien valor informativo de uniformidad que de aceptación o rechazo, lo cual puede interpretarse como que no los considera índices decisivos para juzgar la calidad del cemento portland-puzolana. Cuando se fabrica cemento portland simple, prácticamente se muele un solo material (clinker) que es relativamente homogéneo y de dureza uniforme, de manera que al molerlo se produce una fragmentación y  pulverización gradual que se manifiesta en el cemento por curvas de granulometria continua, no bastante que la molienda se prolongue para incrementar la finura como sucede en la fabricación del tipo III. En tales condiciones, Id superficie especifica es un buen índice de la finura del cemento y de sus efectos correspondientes en el concreto. Una consecuencia práctica de ello es que si se comparan dos cementos portland del mismo tipo y con igual superficie especifica, suele manifestarse poca diferencia en sus requerimientos de agua al elaborar el mismo concreto, aún siendo los que no se reglamenta la superficie especifica porque se sobreentiende que requiere mayor finura que los otros tipos para cumplir con la función de obtener alta resistencia a edad temprana. En cuanto a la finura de molienda de los cementos portland-puzolana, en la NOM C-2(5) se especifican requisitos relativos al residuo en la criba F 0.045 (No 325, ASTM) ya la superficie especifica; sin embargo, la norma ASTM C 595(2) no especifica requisitos en estos aspectos y solamente requiere que se realicen e informen resultados de ambas determinaciones con cierta frecuencia. Es decir, el criterio de la norma ASTM propende a conceder a estos resultados más bien valor informativo de uniformidad que de aceptación o rechazo, lo cual puede interpretarse como que no los considera índices decisivos para juzgar la calidad del cemento portland-puzolana.

Cuando se fabrica cemento portland simple, prácticamente se muele un solo material (clinker) que es relativamente homogéneo y de dureza uniforme, de manera que al molerlo se produce una fragmentación y  pulverización gradual que se manifiesta en el cemento por curvas de granulometria continua, no obstante que la molienda se prolongue para incrementar la finura como sucede en la fabricación del tipo III. En tales condiciones, la superficie especifica es un buen índice de la finura del cemento y de sus efectos correspondientes en el concreto. Una consecuencia práctica de ello es que si se comparan dos cementos portland del mismo tipo y con igual superficie especifica, suele manifestarse poca diferencia en sus requerimientos de agua al elaborar el mismo concreto. No ocurre lo mismo cuando se fabrican cementos portland-puzolana, debido a que se muelen conjuntamente dos materiales de diferente naturaleza (clinker y puzolana) con distinto grado de uniformidad y  dureza, a lo cual debe añadirse la diversidad de materiales puzolánicos  y de proporciones que se emplean para fabricar esta clase de cemento. La principal fuente de puzolanas naturales en el país son las rocas de origen volcánico, muchas de las cuales son tobas que presentan menor grado de dureza que el clinker portland. Debido a ello, cuando se les muele conjuntamente, su fragmentación y pulverización evoluciona con distinta rapidez e intensidad, dando por consecuencia la mezcla de dos materiales con diferente finura que en la determinación de la superficie específica produce resultados dudosos. Por otra parte, ya que el clinker debe molerse hasta llegar a un punto que le permita cumplir al cemento especificaciones de resistencia, resulta que en este punto la fracción puzolánicas puede alcanzar una finura muy elevada. La manifestación más evidente de ello es que los cementos elaborados con puzolanas que se comportan así en la molienda, tienden a requerir altos consumos de agua de mezclado en el concreto, con marcadas diferencias en este aspecto cuando se comparan cementos de distinta procedencia.

Cementos recomendables por sus efectos en el concreto

Las condiciones que deben tomarse en cuenta para especificar el concreto idóneo y seleccionar el cemento adecuado para una obra, pueden determinarse por la indagación oportuna de dos aspectos principales: 1) las características propias de la estructura y de los equipos y  procedimientos previstos para construirla. 2) las condiciones de exposición y servicio del concreto, dadas por las características del medio ambiente y del medio de contacto y por los efectos previsibles resultantes del uso destinado a la estructura. Existen diversos aspectos del comportamiento del concreto en estado fresco o endurecido, que pueden ser modificados mediante el empleo de un cemento apropiado, para adecuar los a los requerimientos específicos dados por las condiciones de la obra. Las principales características y propiedades del concreto que pueden ser influidas y  modificadas por los diferentes tipos y clases de cemento, son las siguientes:         

Cohesión y manejabilidad Concreto Pérdida de revenimiento fresco  Asentamiento y sangrado Tiempo de fraguado  Adquisición de resistencia mecánica Concreto Generación de calor endurecido Resistencia al ataque de los sulfatos Estabilidad dimensional (cambios volumétricos) Estabilidad química (reacciones cemento-agregados)

En algunos aspectos la influencia del cemento es fundamental, en tanto que en otros resulta de poca importancia porque existen otros factores que también influyen y cuyos efectos son más notables. No obstante, es conveniente conocer y tomar en cuenta todos los efectos previsibles en el concreto, cuando se trata de seleccionar el cemento apropiado para una obra determinada.

Efectos en el concreto fresco Cohesión y manejabilidad La cohesión y manejabilidad de las mezclas de concreto son características que contribuyen a evitar la segregación y facilitar el manejo previo y durante su colocación en las cimbras. Consecuentemente, son aspectos del comportamiento del concreto fresco que adquieren relevancia en obras donde se requiere manipular extraordinariamente el concreto, o donde las condiciones de colocación son difíciles y hacen necesario el uso de bomba o el vaciado por gravedad. Prácticamente, la finura es la única característica del cemento que puede aportar beneficio a la cohesión y la manejabilidad de las mezclas de concreto, por tanto, los cementos de mayor finura como el portland tipo III o los portland-puzolana serían recomendables en este aspecto. Sin embargo, existen otros factores con efectos más decisivos para evitar que las mezclas de concreto segreguen durante su manejo y  colocación. Entre tales factores puede mencionarse la composición granulométrica y el tamaño máximo del agregado, el consumo unitario de cementante, los aditivos inclusores de aire y el diseño de la mezcla de concreto.

Pérdida de revenimiento Este es un término que se acostumbra usar para describir la disminución de consistencia, o aumento de rigidez, que una mezcla de concreto experimenta desde que sale de la mezcladora hasta que termina colocada y compactada en la estructura. Lo ideal en este aspecto sería que la mezcla de concreto conservara su consistencia (o revenimiento) original durante todo este proceso, pero usualmente no es así y ocurre una pérdida gradual cuya evolución puede ser alterada por varios factores extrínsecos, entre los que destacan la temperatura ambiente, la presencia de sol y viento, y la manera de transportar el

concreto desde la mezcladora hasta el lugar de colado, todos los cuales son aspectos que configuran las condiciones de trabajo en obra. Para unas condiciones de trabajo dadas, la evolución de la pérdida de revenimiento también puede resultar influida por factores intrínsecos de la mezcla de concreto, tales como la consistencia o fluidez inicial de ésta, la humedad de los agregados, el uso de ciertos aditivos y las características y contenido unitario del cemento. La eventual contribución de estos factores intrínsecos, en el sentido de incrementar la pérdida normal de revenimiento del concreto en el lapso inmediato posterior al mezclado, es como se indica: 1) Las mezclas de consistencia más fluida tienden a perder revenimiento con mayor rapidez, debido a la evaporación del exceso de agua que contienen. 2) El empleo de agregados porosos en condición seca tiende a reducir pronto la consistencia inicial, por efecto de su alta capacidad para absorber agua de la mezcla. 3) El uso de algunos aditivos reductores de agua y superfluidificantes acelera la pérdida de revenimiento, como consecuencia de reacciones indeseables con algunos cementos. 4) El empleo de cementos portland-puzolana cuyo componente puzolánico es de naturaleza porosa y se muele muy finamente, puede acelerar notablemente la pérdida de revenimiento del concreto recién mezclado al producirse un resecamiento prematuro provocado por la avidez de agua de la puzolana. En relación con esos dos últimos factores, lo conveniente es verificar oportunamente que exista compatibilidad entre el aditivo y el cemento de uso previsto y, en el caso del cemento portland-puzolana, realizar pruebas comparativas de pérdida de revenimiento con un cemento portland simple de uso alternativo.

Es importante no confundir la pérdida normal de revenimiento que toda mezcla de concreto exhibe en la primera media hora subsecuente al mezclado, con la rápida rigidizaci6n que se produce en pocos minutos como consecuencia del fenómeno de falso fraguado en el cemento. Para evitar esto último, es recomendable seleccionar un cemento que en pruebas de laboratorio demuestre la inexistencia de falso fraguado (NOM C 132), o bien especificar al fabricante el requisito opcional de que el cemento no presente falso fraguado, tal como se halla previsto en las NOM C-l y NOM C-2.

 Asentamiento y sangrado En cuanto el concreto queda en reposo, después de colocarlo y  compactarlo dentro del espacio cimbrado, se inicia un proceso natural mediante el cual los componentes más pesados (cemento y agregados) tienden a descender en tanto que el agua, componente menos denso, tiende a subir. A estos fenómenos simultáneos se les llama respectivamente asentamiento y sangrado, y cuando se producen en exceso se les considera indeseables porque provocan cierta estratificación en la masa de concreto, según la cual se forma en la superficie superior una capa menos resistente y durable por su mayor concentración de agua. Esta circunstancia resulta particularmente inconveniente en el caso de pavimentos de concreto y de algunas estructuras hidráulicas cuya capa superior debe ser apta para resistir los efectos de la abrasión mecánica e hidráulica. Los principales factores que influyen en el asentamiento y el sangrado del concreto son de orden intrínseco, y se relacionan con exceso de fluidez en las mezclas, características deficientes de forma, textura superficial y granulometría en los agregados (particularmente falta de finos en la arena) y reducido consumo unitario y/o baja finura en el cementante. Consecuentemente, las medidas aplicables para moderar el asentamiento y el sangrado consisten en inhibir la presencia de dichos factores, para lo cual es pertinente: 1) Emplear mezclas de concreto con la consistencia menos fluida que pueda colocarse satisfactoriamente en la estructura, y que posea el

menor contenido unitario de agua que sea posible, inclusive utilizando aditivos reductores de agua si es necesario. 2) Utilizar agregados con buena forma y textura superficial y con adecuada composición granulométrica; en especial, con un contenido de finos en la arena que cumpla especificaciones en la materia. 3) Ensayar el uso de un aditivo inclusor de aire, particularmente cuando no sea factible cumplir con la medida anterior. 4) Incrementar el consumo unitario de cemento y/o utilizar un cemento de mayor finura, como el portland tipo III o los portlandpuzolana. En relación con esta última medida, es un hecho bien conocido la manera como se reduce la velocidad de sangrado de la pasta al aumentar la superficie específica del cemento. Sin embargo, existe el efecto opuesto ya mencionado en el sentido de que un aumento de finura en el cemento tiende a incrementar el requerimiento de agua de mezclado en el concreto. Por tal motivo, es preferible aplicar esta medida limitadamente seleccionando el cemento apropiado por otras razones más imperiosas y, si se presenta problema de sangrado en el concreto, tratar de corregirlo por los otros medios señalados, dejando el cambio de cemento por otro más fino como última posibilidad. Para fines constructivos se considera que el tiempo medido desde que se mezcla el concreto hasta que adquiere el fraguado inicial, es el lapso disponible para realizar todas las operaciones inherentes al colado hasta dejar el concreto colocado y compactado dentro del espacio cimbrado. De esta manera, este lapso previo al fraguado inicial adquiere importancia práctica pues debe ser suficientemente amplio para permitir la ejecución de esas operaciones en las condiciones del trabajo en obra, pero no tan amplio como para que el concreto ya colocado permanezca demasiado tiempo sin fraguar, ya que esto acarrearía dificultades de orden técnico y económico.

La duración del tiempo de fraguado del concreto depende de diversos factores extrínsecos dados por las condiciones de trabajo en obra, entre los que destaca por sus efectos la temperatura. En condiciones fijas de temperatura, el tiempo de fraguado puede experimentar variaciones de menor cuantía derivadas del contenido unitario, la clase y la finura del cemento. Así, por ejemplo, tienden a fraguar un poco más rápido: a) las mezclas de concreto de alto consumo de cemento que las de bajo consumo.  b) las mezclas de concreto de cemento portland simple que las de cemento portland-puzolana las mezclas de concreto de cemento portland tipo III que las de portland tipo II. Sin embargo, normalmente estas variaciones en el tiempo de fraguado son de poca significación práctica y no justifican hacer un cambio de cemento por este solo concepto. Influencia del cambio de cemento en el proceso de fraguado de la seguido por medio de su resistencia eléctrica. Otro aspecto relacionado con la influencia del cemento sobre el tiempo de fraguado del concreto, se refiere al uso que frecuentemente se hace de aditivos con el fin de alargar ese tiempo en situaciones que lo requieren, como es el caso de los colados de grandes volúmenes de concreto, particularmente cuando se realizan en condiciones de alta temperatura ambiental. Hay  antecedentes en el sentido de que algunos aditivos retardadores del fraguado pueden reaccionar adversamente con ciertos compuestos del cemento, ocasionando una rigidez prematura en la mezcla que dificulta su manejo. Para prevenir este inconveniente, es recomendable verificar mediante pruebas efectuadas anticipadamente, el comportamiento del concreto elaborado con el cemento y el aditivo propuestos.

Efectos en el concreto endurecido  Adquisición de resistencia mecánica

Conforme se expuso previamente, la velocidad de hidratación y  adquisición de resistencia de los diversos tipos de cemento portland depende básicamente de la composición química del clinker y de la finura de molienda. De esta manera, un cemento con alto contenido de silicato tricálcico (C3S) y elevada finura puede producir mayor resistencia a corto plazo, y tal es el caso del cemento tipo III de alta resistencia rápida. En el extremo opuesto, un cemento con alto contenido de silicato dicálcico (C2S) y finura moderada debe hacer más lenta la adquisición inicial de resistencia y consecuente generación de calor en el concreto, siendo este el caso del cemento tipo IV. Dentro de estos limites de comportamiento, en cuanto a la forma de adquirir resistencia, se ubican los otros tipos de cemento portland. En cuanto a los cementos portland-puzolana, su adquisición inicial de resistencia suele ser un tanto lenta debido a que las puzolanas no aportan prácticamente resistencia a edad temprana. Por otra parte, resulta difícil predecir la evolución de resistencia de estos cementos porque hay varios factores que influyen y no siempre se conocen, como son el tipo de clinker con que se elaboran y la naturaleza, calidad y  proporción de su componente puzolánico. De acuerdo con las tendencias mostradas puede considerarse que, para obtener el beneficio adecuado de resistencia de cada tipo y clase de cemento en función de sus características, lo conveniente es especificar la resistencia de proyecto del concreto a edades que sean congruentes con dichas características. Consecuentemente, estas edades pueden ser como sigue: Tipo de cemento que se Edad recomendable para especificar emplea en el concreto la resistencia de proyecto Portland III 14 ó 28 días Portland I, II y V 28 ó 90 días Portland-puzolana 90 días, o más

En ausencia de cemento tipo III, cuya disponibilidad en el mercado local es limitada, puede emplearse cemento tipo I junto con un aditivo acelerante, previa verificación de su compatibilidad y efectos en el concreto, tanto en lo que se refiere a su adquisición de resistencia como a la durabilidad potencial de la estructura. También es posible adelantar la obtención de la resistencia deseada en el concreto, proporcionando la mezcla para una resistencia potencial más alta, ya sea aumentando el consumo unitario de cemento, o empleando un aditivo reductor de agua para disminuir la relación agua/cemento.

Generación de calor En el curso de la reacción del cemento con el agua, o hidratación del cemento, se produce desprendimiento de calor porque se trata de una reacción de carácter exotérmico. Si el calor que se genera en el seno de la masa de concreto no se disipa con la misma rapidez con que se produce, queda un remanente que al acumularse incrementa la temperatura de la masa. El calentamiento del concreto lo expande, de manera que posteriormente al enfriarse sufre una contracción, normalmente restringida, que genera esfuerzos de tensión capaces de agrietarlo. La posibilidad de que esto ocurra tiende a ser mayor a medida que aumenta la cantidad y velocidad de generación de calor y que disminuyen las facilidades para su pronta disipación. Es decir, el riesgo de agrietamiento de origen térmico se incrementa cuando se emplea un cemento de alta y rápida hidratación, como el tipo III, y las estructuras tienen gran espesor. Obviamente, la simultaneidad de ambos factores representa las condiciones pésimas en este aspecto. Consecuentemente con lo anterior, una de las medidas recomendables cuando se trata de construir estructuras voluminosas de concreto consiste en utilizar cementos que comparativamente generen menos calor de hidratación. En la Tabla 1.6 se reproducen datos del Informe  ACI 225 R(16) relativos al calor de hidratación calculado para diversos tipos de cementos portland actuales.

En lo referente a los cementos portland-puzolana, su calor de hidratación depende del tipo de clinker que contiene y de la actividad y  proporción de su componente puzolánico. De manera general se dice que una puzolana aporta aproximadamente la mitad del calor que genera una cantidad equivalente de cemento. Por consiguiente, cuando se comparan en este aspecto dos cementos, uno portland y otro portland-puzolana elaborados con el mismo clinker, puede esperarse en el segundo una disminución del calor de hidratación por una cantidad del orden de la mitad del que produciría el clinker sustituido por la puzolana, si bien es recomendable verificarlo mediante prueba directa porque hay casos en que tal disminución es menor de lo previsto(16). Para establecer un criterio de clasificación de los cementos portland en cuanto a generación de calor, es pertinente definir ciertos limites. Así, haciendo referencia al calor de hidratación a 7 días de edad, en el portland tipo IV que por definición es de bajo calor puede suponer se alrededor de 60 cal/g; en el extremo opuesto se ubica el portland tipo III con un calor del orden de 100 cal/g, ya medio intervalo se sitúa el portland tipo II sin requisitos especiales con un calor cercano a 80 cal/g, y al cual se le considera de moderado calor de hidratación. En las condiciones actuales de la producción local, solamente es factible disponer de los cementos portland tipo II y portland-puzolana, para las estructuras de concreto en que se requiere moderar el calor producido por la hidratación del cemento. Sobre esta base, y  considerando dos grados de moderación.

Resistencia al ataque de los sulfatos El concreto de cemento portland es susceptible de sufrir daños en distinto grado al prestar servicio en contacto con diversas substancias químicas de carácter ácido o alcalino.  Acidos inorgánicos:

Clorhídrico, fluorhídrico, nítrico, sulfúrico Rápido Fosfórico Moderado Carbónico Lento  Acidos orgánicos:  Acético, fórmico, lácteo Rápido Tánico Moderado Oxálico, tartárico Despreciable Soluciones alcalinas:* Hidróxido de sodio > 20\ Moderado Hidróxido de sodio 10-20\, hipoclorito de sodio Lento Hidróxido de sodio < 10\, hidróxido de amonio Despreciable Soluciones salinas: Cloruro de aluminio Rápido Nitrato de amonio, sulfato de amonio, sulfato de sodio, sulfato de magnesio, sulfato de calcio Moderado Cloruro de amonio, cloruro de magnesio, cianuro de sodio Lento Cloruro de calcio, cloruro de sodio, nitrato de zinc, cromato de sodio Despreciable Diversas:

Bromo (gas), solución de sulfito Moderado Cloro (gas), agua de mar, agua blanda - Lento  Amonio (liquido) Despreciable *Las soluciones alcalinas pueden ocasionar reacciones del tipo álcaliagregado, en concretos con agregados reactivos con los álcalis. En cuanto a la selección del cemento apropiado, se sabe que el aluminato tricálcio (C3A) es el compuesto del cemento portland que puede reaccionar con los sulfatos externos para dar Bulfoaluminato de calcio hidratado cuya formación gradual se acompaña de expansiones que des integran paulatinamente el concreto. En consecuencia, una manera de inhibir esa reacción consiste en emplear cementos portland con moderado o bajo contenido de C3A, como los tipos II y V, seleccionados de acuerdo con el grado de concentración de los sulfatos en el medio de contacto. Otra posibilidad consiste en utilizar cementos portland-puzolana de calidad específicamente adecuada para este fin,  ya que existe evidencia que algunas puzolanas como las cenizas volante. clase F son capaces de mejorar la resistencia a los sulfatos del concreto(21). Hay desde luego abundante información acerca del buen comportamiento que en este aspecto manifiestan los cementos de escoria de alto horno y los aluminosos, pero que no se producen en el país.

Estabilidad volumétrica Una característica indeseable del concreto hidráulico es su predisposición a manifestar cambios volumétricos, particularmente contracciones, que suelen causar agrietamientos en las estructuras. Para corregir este inconveniente, en casos que lo ameritan, se han desarrollado los cementos expansivos que se utilizan en los concretos de contracción compensada(22), pero que todavía no se producen localmente.

Estabilidad química

De tiempo atrás se reconoce que ningún arqueado es completamente inerte al permanecer en contacto con la pasta de cemento, debido a los diversos procesos y reacciones químicas que en distinto grado suelen producirse entre ambos(16). Algunas de estas reacciones son benéficas porque , contribuyen a la adhesión del agregado con la pasta, mejorando las j propiedades mecánicas del concreto, pero otras son detrimentales porque generan expansiones internas que causan daño y  pueden terminar por destruir al concreto. Las principales reacciones químicas que ocurren en el concreto tienen un participante común representado por los álcalis, óxidos de sodio y  de potasio, que normalmente proceden del cemento pero eventualmente pueden provenir también de algunos agregados(24). Por tal motivo, estas reacciones se designan genéricamente como ácaliagregado, y a la fecha se le conocen tres modalidades que se distinguen por la naturaleza de las rocas y minerales que comparten el fenómeno: Reacciones deletéreas  Alcali-sílice  Alcali-agregado Alcali-silicato  Alcali-carbonato

 AGUA PARA CONCRETO USOS DEL AGUA  En relación con su empleo en el concreto, el agua tiene dos diferentes aplicaciones: como ingrediente en la elaboración de las mezclas y como medio fe curado de las estructuras recién construidas. En el primer caso es de lS0 interno como agua de mezclado, y en el segundo se emplea exteriormente =cuando el concreto se cura con agua. aunque en estas aplicaciones las características del agua tienen efectos de diferente importancia sobre el concreto, es usual que se recomiende emplear igual de una sola calidad en ambos casos. Así, normalmente,

en las especificaciones para concreto se hace referencia en primer término a los requisitos que debe cumplir el agua para elaborar el concreto, porque sus efectos son más importantes, y después se indica que el agua que se utilice para curarlo debe ser del mismo origen, o similar, para evitar que se subestime esta segunda aplicación y se emplee agua de curado con características inadecuadas. En determinados casos se requiere, con objeto de disminuir la temperatura del concreto al ser elaborado, que una parte del agua de mezclado se administre en forma de hielo molido o en escamas. En tales casos, el agua que se utilice para fabricar el hielo debe satisfacer las mismas especificaciones de calidad del agua de mezclado. Como componente del concreto convencional, el agua suele representar aproximadamente entre lO y 25 por ciento del volumen del concreto recién mezclado, dependiendo del tamaño máximo de agregado que se utilice y del revenimiento que se requiera(38). Esto le concede una influencia importante a la calidad del agua de mezclado en el comportamiento y las propiedades del concreto, pues cualquier substancia dañina que contenga, aún en proporciones reducidas, puede tener efectos adversos significativos en el concreto. Una práctica bastante común consiste en utilizar el agua potable para fabricar concreto sin ninguna verificación previa, suponiendo que toda agua que es potable también es apropiada para elaborar concreto; sin embargo, hay ocasiones en que esta presunción no se cumple, porque hay aguas potables aderezadas con citratos o con pequeñas cantidades de azúcares, que no afectan su potabilidad pero pueden hacerlas inadecuadas para la fabricación de concreto(73). En todo caso, la consideración contraria pudiera ser más conveniente, es decir, que el agua para la elaboración del concreto no necesariamente requiere ser potable, aunque sí debe satisfacer determinados requisitos mínimos de calidad. REQUISITOS DE CALIDAD

Los requisitos de calidad del agua de mezclado para concreto no tienen ninguna relación obligada con el aspecto bacteriológico (como es el caso de las aguas potables), sino que básicamente se refieren a sus características fisico-químicas ya sus efectos sobre el comportamiento y  las propiedades del concreto. 1.4.2.1 Características fisico-químicas Refiriéndose a las características fisico-químicas del agua para concreto, no parece haber consenso general en cuanto a las limitaciones que deben imponerse a las substancias e impurezas cuya presencia es relativamente frecuente, como puede ser el caso de algunas sales inorgánicas (cloruros, sulfatos), sólidos en suspensión, materia orgánica, di óxido de carbono disuelto, etc. Sin embargo, en lo que sí parece haber acuerdo es que no debe tolerarse la presencia de substancias que son francamente dañinas, como grasas, aceites, azúcares y ácidos, por ejemplo. La presencia de alguna de estas substancias, que por lo demás no es común, debe tomarse como un síntoma de contaminación que requiere eliminarse antes de considerar la posibilidad de emplear el agua. Cuando el agua de uso previsto es potable, cabe suponer en principio que sus características fisico-químicas son adecuadas para hacer concreto, excepto por la posibilidad de que contenga alguna substancia saborizante, lo cual puede detectarse fácilmente al probarla. Así, por ejemplo, el USBR(15) considera que si el agua es clara, y no tiene sabor dulce, amargo o salobre, puede ser usada como agua de mezclado o de curado para concreto, sin necesidad de mayores pruebas. Si el agua no procede de una fuente de suministro de agua potable, se puede juzgar su aptitud como agua para concreto mediante los requisitos fisico-químicos contenidos en la Norma Oficial Mexicana NOM C-122(46), recomendados especialmente para aguas que no son potables. Para el caso especifico de la fabricación de elementos de concreto preesforzado, hay algunos requisitos que son más estrictos en cuanto al limite tolerable de ciertas sales que pueden afectar al

concreto y al acero de preesfuerzo, lo cual también se contempla en las NOM C-252(47) y NOM C-253(48). En la Tabla 1.24 se reproducen los limites especificados en dichas normas, para las sales e impurezas que con mayor frecuencia se hallan presentes en las aguas que no son potables, a fin de que no se excedan en el agua que se utilice para la elaboración de concreto. 1.4.2.2 Efectos en el concreto En diversas especificaciones y prácticas recomendadas, al establecer la calidad necesaria en el agua de mezclado, se pone más énfasis en la  valuación de los efectos que produce en el concreto, que en la cuantificación de las substancias indeseables e impurezas que contiene. Esto aparentemente se justifica porque tales reglamentaciones están dirigidas principalmente a construcciones urbanas, industriales o similares, cuyo concreto se produce en localidades donde normalmente se dispone de suministro de agua para uso industrial o doméstico. No siempre ocurre así durante la construcción de las centrales eléctricas, particularmente de las hidroeléctricas, en donde es necesario acudir a fuentes de suministro de agua cuya calidad es desconocida y  con frecuencia muestra señales de contaminación. En tal caso, es prudente determinar en primer término las características fisicoquímicas del agua y, si estas son adecuadas, proceder a verificar sus efectos en el concreto. Los efectos indeseables que el agua de mezclado de calidad inadecuada puede producir en el concreto, son a corto, mediano y largo plazo. Los efectos a corto plazo normalmente se relacionan con el tiempo de fraguado y las resistencias iniciales, los de mediano plazo con las resistencias posteriores (a 28 días o más) y los de largo plazo pueden consistir en el ataque de sulfatos, la reacción álcali-agregado y la corrosión del acero de refuerzo. La prevención de los efectos a largo plazo se consigue por medio del análisis químico del agua antes de emplearla, verificando que no contenga cantidades excedidas de sulfatos, álcalis, cloruros y di óxido de carbono disuelto,

principalmente. Para prevenir los efectos a corto y mediano plazo, se acostumbra precalificar el agua mediante pruebas comparativas de tiempo de fraguado y de resistencia a compresión a 7 y 28 días. En estas pruebas se comparan especímenes elaborados con mezclas idénticas, en las que sólo cambia la procedencia del agua de mezclado: agua destilada en la mezcla-testigo y el agua en estudio en la mezcla de prueba. Las pruebas de tiempo de fraguado pueden efectuarse en pasta de cemento, según los métodos NOM C-58 o C-59 (ASTM C 266 o C 191), o bien en mezclas de concreto conforme al método NOM C-177 (ASTM C 403). Para llevar a cabo las pruebas de resistencia a compresión, se emplean normalmente especímenes de mortero, elaborados y  ensayados de acuerdo con el método NOM C-61 (ASTM C 109), aunque también es posible utilizar especímenes de concreto, elaborados y  ensayados conforme a los métodos NOM C-159 y C-83 (ASTM C 192 y  C 39). 1.4.3 VERIFICACION DE CALIDAD La verificación de la calidad del agua de uso previsto para elaborar el concreto, debe ser una práctica obligatoria antes de iniciar la construcción de obras importantes, como es el caso de las centrales para generar energía eléctrica. Sin embargo, puede permitirse que esta  verificación se omita en las siguientes condiciones: 1) El agua procede de la red local de suministro para uso doméstico y  no se le aprecia olor, color ni sabor; no obstante que no posea antecedentes de uso en la fabricación de concreto. 2) El agua procede de cualquier otra fuente de suministro que cuenta con antecedentes de uso en la fabricación de concreto con buenos resultados, y no se le aprecia olor, color ni sabor.

Por el contrario, la verificación de calidad del agua, previa a su empleo en la fabricación de concreto, debe ser un requisito ineludible en los siguientes casos: 3) El agua procede de la red local de suministro para uso doméstico y, aunque posee antecedentes de U80 en la fabricación de concreto, se le aprecia cierto olor, color o sabor. 4) El agua procede de cualquier fuente de suministro sin antecedentes de uso en la fabricación de concreto, aunque no manifieste olor, color ni sabor. Cuando la obra se localiza en las inmediaciones de un centro de población, es muy probable que exista abastecimiento de agua en la localidad, del cual pueda disponerse para fabricar el concreto. Al referirse a esta red de suministro público, es pertinente distinguir entre el agua para uso doméstico y para uso industrial. La primera por lo general reúne condiciones fisico-químicas de potabilidad, salvo eventuales fallas en el aspecto bacteriológico que pueden hacerla impropia para el consumo humano, pero no afectan al concreto. El agua para uso industrial por lo común no es potable, no sólo en el aspecto bacteriológico sino también en el aspecto fisico-químico, pues frecuentemente proviene del tratamiento de aguas negras o es agua reciclada de procesos industriales, por lo cual puede contener sustancias dañinas al concreto. Por tal motivo, siempre es necesario  verificar la calidad del agua de uso industrial, a menos que tenga antecedentes de uso con buen éxito en la fabricación de concreto. Hay otras fuentes de suministro de agua para elaborar el concreto en sitios alejados de los centros de población, como son los pozos, manantiales corrientes superficiales (arroyos y ríos), almacenamientos naturales (lagos lagunas) y almacenamientos creados artificialmente (vasos de presas). Salvo que existan antecedentes de uso del agua en la fabricación de concreto con buenos resultados, debe verificarse invariablemente su calidad antes d emplearla.

En cuanto al agua de mar, su principal inconveniente al ser juzgada como agua de mezclado para concreto, consiste en su elevado contenido de cloruros (más de 20000 ppm) que la convierten en un medio altamente corrosivo para e acero de refuerzo, y esto la hace inaceptable para su empleo en el concreto reforzado. No obstante, en determinados casos se ha llegado a emplear agua de mar para la elaboración de concreto destinado a elementos no reforzados Un ejemplo local de ello lo constituyen las escolleras de algunas centra le termoeléctricas situadas a la orilla del mar, construidas mediante el apilamiento de grandes bolsas de plástico rellenas in situ con un mortero fluido bombeable, hecho a base de arena, cemento portland tipo 110 tipo V y eventualmente, agua de mar en vez de agua dulce. En casos así, es necesario  verificar si el tiempo de fraguado del mortero o del concreto, con el cemento de uso previsto, es adecuado para las condiciones de obra ya que el exceso d cloruros en el agua de mar tiende a acelerar el fraguado. En la construcción de centrales eléctricas, y en especial hidroeléctricas, es bastante común disponer del agua procedente de corrientes fluviales que pueden contener substancias contaminantes de diversa índole. La manera recomendable de proceder en estos casos, consiste en obtener muestras del agua con suficiente anticipación al inicio de las obras, con objeto de verificar sus características fisico-quimicas y sus efectos en el concreto. Estas muestras deben colectarse en diversas épocas del año, para abarcar todas las posibles condiciones de suministro, y del resultado de su verificación debe poder concluirse si el agua es aceptable en su estado original, o si requiere ser sometida a algún tratamiento previo de sedimentación, filtración, etc. Posteriormente, en el curso del suministro, debe implantarse un plan de verificación rutinaria, mediante muestreo y ensaye periódico, de acuerdo con los programas de construcción. El muestreo del agua para esta finalidad, debe conducirse según el método de la NOM C-277, y el análisis correspondiente debe realizarse conforme a la NOM C-283. Procedimiento prueba de vicat

1. Debido a que no se contaba con una mezcladora de dos velocidades que operara adecuadamente, se mezclaron 500 gr. de cemento blanco con agua a mano, esto . con ayuda de una pala de hule para batido y  dentro del tambo que la norma especifica. 2. Se vació el agua dentro del tambo y subsecuentemente el cemento  blanco marca Apasco, se esperó 30 segundos para su absorción y  finalmente se mezcló a mano hasta lograr una perfecta integración de la pasta. 3. Una vez elaborada la pasta, se tomó con las manos (utilizando guantes) una / porción de esta cuyo volumen fuera aproximado al del molde de prueba. Esta muestra se arrojó seis veces de una a otra mano ( estando estas aproximadamente a 15 cm una de la otra) para así lograr una forma redondeada del espécimen. 4. Se introdujo la muestra dentro del molde cónico rígido (sin comprimir) y se afinó la superficie, se colocó la base de acrílico sobre el cono y se volteó en conjunto. Finalmente se colocó el espécimen de prueba en el aparato Vicat. 5. Una vez colocado el espécimen de prueba de manera centrada en el aparato Vicat, se llevó el borde de la varilla móvil del aparato hasta el ligero contacto con la parte superior de la muestra, se fijó en ese punto, se calibró la marca de graduación y se soltó la varilla. Se esperó durante 30 segundos y se midió la penetración de la varilla en la muestra, en milímetros; debiéndose obtener una / penetración de 10::!: I mm. La prueba se repetirá hasta que la penetración de la varilla se encuentre dentro de los límites establecidos por la norma, preparando una nueva muestra de pasta por cada prueba realizada. 1.3 AGREGADOS DEL CONCRETO HIDRAULICO En las mezclas de concreto hidráulico convencional, los agregados suelen representar entre 60 y 75 por ciento, aproximadamente, del  volumen absoluto de todos los componentes; de ahí la notable

influencia que las características y propiedades de los agregados ejercen en las del correspondiente concreto. 1.3.1 AGREGADOS PARA CONCRETOS DE DIVERSO PESO UNITARIO Una característica importante del concreto es su peso unitario, porque es índice de propiedades que a su vez influyen decisivamente en el empleo que se le da. Como es evidente, dicha característica del concreto depende principalmente del peso especifico de los agregados que lo integran. Si se representa el nivel aproximado que ocupan en la escala de pesos unitarios, cinco diferentes clases de concreto cuyas designaciones, pesos unitarios y usos comunes se indican a continuación. Esta variedad de usos da lugar a una primera clasificación de los agregados de acuerdo con su peso específico y correspondiente aptitud para producir concretos de las clase indicadas. En la Tabla 1.10 se incluyen los principales tipos de agregados que se utilizan en dichos concretos. Procede hacer notar que tanto los concretos ligeros como el concreto pesado, requieren de agregados especiales y tienen usos específicos que resultan fuera del campo de aplicación que se considera convencional, en el que casi todo el concreto que se utiliza es de peso normal. Con base en esa consideración, so1o se aborda aquí el tema de los agregados denominados de peso normal, porque son los que se utilizan en la elaboración. Cada una de estas variedades del concreto de peso normal tiene, en algún aspecto, requisitos propios para sus agregados; sin embargo, los requisitos básicos y más generales son los correspondientes a los agregados para el concreto convencional, porque abarcan el campo de aplicación de mayor amplitud. Además, los aspectos que en la Sección 2 se mencionan acerca del comportamiento geológico del concreto,

tanto en estado fresco como endurecido, son más bien aplicables al concreto convencional porque se elabora con pastas de cemento de consistencia plástica. Por todo ello, conviene centrar el interés en los agregados de peso normal destinados al , concreto convencional. 1.3.3 CLASIFICACION DE LOS AGREGADOS DE PESO NORMAL Los agregados de peso normal comúnmente proceden de la desintegración, por causas naturales o medios artificiales, de rocas con peso especifico entre 2.4 y 2.8, aproximadamente; de manera que al utilizarlos se obtienen concretos con peso volumétrico, en estado fresco, en el intervalo aproximado de 2200 a 2550 kg./m3. Existen diversas características en los agregados, cuyas diferencias permiten clasificarlos e identificarlos. Las principales características que sirven a tal fin, se indican a continuación: 1.3.3.1 Por el origen de las rocas Una primera razón para establecer diferencia entre los agregados, se refiere al distinto origen de las rocas que los constituyen. La definición del origen y la composición de las rocas es un asunto útil y necesario, porque permite inferir ciertos aspectos relacionados con el comportamiento de las mismas al ser utilizadas como agregados en el concreto. Por su génesis geológica, las rocas se dividen en ígneas, sedimentarias y  metamórficas, las que a su vez se subdividen y clasifican en diversos tipos de acuerdo con sus características textuales y mineralógicas. las rocas ígneas, o endógenas, proceden de la solidificación por enfriamiento je la materia fundida (magma) y pueden dividirse en dos grupos: las rocas intrusivas, o plutónicas, que provienen del enfriamiento lento que ocurre inmediatamente abajo de la superficie terrestre, y las extrusivas, o volcánicas, que se producen por el enfriamiento rápido del material que es expulsado en las erupciones

 volcánicas (derrames lávicos y eventos piroclásticos). Las rocas ígneas se clasifican por su textura, estructura y composición minera lógica y  química, de igual modo que las otras clases de rocas. ,as rocas sedimentarias, como su nombre lo indica, son el resultado del proceso de transporte, depósito y eventual litificación, sobre la corteza terrestre, de los productos de intemperismo y erosión de otras rocas preexistentes; proceso que frecuentemente se produce bajo el agua, pero también puede ocurrir en el ambiente atmosférico. Su grado de consolidación puede \ser muy variable, desde un estado muy compacto en antiguos sedimentos, hasta un estado prácticamente sin consolidar en sedimentos cuyo proceso es relativamente reciente o no existen condiciones favorables para su consolidación. De acuerdo con el tamaño de sus partículas, estos sedimentos !no consolidados se identifican como gravas, arenas, limos y arcillas. Las rocas metamórficas se forman como consecuencia de procesos que involucran altas presiones y temperaturas y de fuerzas que se generan en la corteza terrestre, cuyos efectos pueden manifestarse sobre rocas ígneas, sedimentarias e inclusive metamórficas previamente formadas. Tales efectos se traducen en alteraciones de la textura, estructura y  composición mineralógica, e incluso química, de las rocas originales. Las rocas metamórficas resultantes pueden ser de estructura masiva, pero con mayor frecuencia presentan estructura laminar, o foliada, de manera que al desintegrarse pueden producir fragmentos con tendencia tabular, de acuerdo con su grado de foliación. Las rocas en general se hallan constituidas por minerales cuyas características permiten reconocerlos y cuantificarlos. Aunque hay  algunos casos de rocas constituidas por un solo mineral, la mayoría se hallan compuestas por varios minerales. A medida que la roca se fragmenta y las partículas se reducen de tamaño, resulta más difícil identificarla. Así, en los fragmentos con tamaño de grava se conservan la variedad de minerales, la textura y la estructura de la roca original; en las partículas de arena de mayor tamaño todavía es posible que se conserven e identifiquen las características mineralógicas y 

estructurales de la roca de origen, pero en los granos de arena de menor tamaño solamente resulta factible la identificación de los minerales. Para definir el origen geológico y la composición minera lógica de las rocas que integran los agregados, y para hacer una estimación preliminar de su calidad fisico-química, se acostumbra realizar el examen petrográfico (NOM C-265/ASTM C 295) aplicando una nomenclatura normalizada como la ASTM C 294(41). Con base en ésta, se formaron las tablas 1.12 y 1.13; en la primera se incluye una relación de los principales minerales que de ordinario se hallan presentes en las rocas que son fuente de agregados de peso normal, y en la segunda se hace un resumen de la composición mineralógica y otras características comunes de dichas rocas. a. Dado que existen numerosas fuerzas y eventos de la naturaleza capaces de ocasionar la fragmentación de las rocas, los productos fragmentados también suelen presentar variadas características como consecuencia del distinto modo de actuar de las fuerzas y  eventos causantes. Esto, sumado a la diversidad de clases y tipos de rocas, da por resultado una amplia variedad de características en los agregados cuya fragmentación es de origen natural.  Algunas de las causas naturales que con mayor frecuencia producen la fragmentación de las rocas, y la denominación que usualmente se da a los productos fragmentados, se indican a continuación. Origen de la fragmentación o

o

Acción erosiva de las aguas pluviales, combinada con la erosión hidráulica y mecánica producida por el acarreo de fragmentos a lo largo del curso de las corrientes de agua superficiales. Acción expansiva del agua al

Producto resultante o

o

Aluviones: cantos rodados, gravas arenas, limos y arcillas en depósitos fluviales y lacustres. Morrenas: bloques, cantos rodados gravas, arenas, limos y arcillas I en depósitos glaciales. i- Depósitos marinos: gravas, arenas

congelarse, combinada con la erosión mecánica producida por el arrastre de fragmentos por medio de la nieve y el hielo en el cauce de los glaciares. o

o

o

Acción erosiva del agua de mar, combinada con la erosión mecánica producida por el arrastre y acarreo de fragmentos por medio del oleaje, las mareas y las corrientes marinas. Acción desintegrante debida al diastrofismo y al intemperismo, combinada con la erosión mecánica producida por el transporte de fragmentos por medio del viento.

limos y arcillas, depositados a lo largo de las costas, formando playas. o

o

Depósitos edlicos: arenas finas, limos y arcillas, que se depositan y acumulan formando dunas y ménos. Depósitos piroclásticos: grandes fragmentos, bombas y bloques, cenizas volcánicas, que se depositan en las zonas de influencia de los volcanes, de acuerdo con la magnitud de las erupciones.

Fragmentación de la masa de roca fundida (magma) por efecto de las fuerzas que se generan en las erupciones volcánicas.

De estos cinco tipos de depósitos de rocas fragmentadas, los depósitos glaciales son prácticamente inexistentes en México porque su situación geográfica no es propicia para la existencia de glaciares salvo en las laderas de ciertos volcanes cuyas cumbres tienen nieve perpetua. Refiriéndose a los cuatro tipos de depósitos restantes, las condiciones locales de existencia y  utilidad como agregados para concreto son en términos generales como enseguida se resume. Depósitos fluviales y lacustres. Este tipo de depósito constituye la fuente más común de agregados naturales en México, excepto en las regiones donde no existen corrientes superficiales, como ocurre en la Península de Yucatan y en las zonas desérticas y  semidesérticas del norte y noroeste de la República. Los agregados naturales de esta fuente resultan especialmente útiles para la construcción de las centrales hidroeléctricas y en general

para todas aquellas obras que los tienen disponibles a distancias razonables. Aunque sus características granulométricas y de limpieza pueden ser muy variables de un depósito a otro, e incluso dentro de un mismo depósito, mediante una acertada selección y un procesamiento adecuado, casi siempre es posible ponerlos en condiciones apropiadas para su utilización en el concreto. 1.3.3.3 Por el tamaño de las partículas Se ha dicho que el concreto hidráulico es la aglutinación mediante una pasta de cemento, de un conjunto de partículas de roca cuyas dimensiones comprenden desde micras hasta centímetros. Para el caso del concreto convencional, en que se utilizan mezclas de consistencia plástica, la experiencia ha demostrado la conveniencia que dentro de ese intervalo dimensional se hallen representados todos los tamaños de partículas y que, una vez que se ha establecido mediante pruebas la composición del concreto con determinados agregados, debe mantenerse razonablemente uniforme esta composición durante la producción, a fin de que las características y propiedades del concreto resulten dentro de un marco de variación predecible. Para mantener una adecuada uniformidad en la granulometria de los agregados durante su utilización en la elaboración del concreto, el procedimiento consiste en dividirlos en fracciones que se dosifican individualmente. Puesto que el grado de uniformidad asequible está en función del intervalo abarcado por cada fracción, lo deseable es dividir el conjunto de partículas en el mayor número de fracciones que sea técnica, económica y  prácticamente factible. cuadro 2  ASPECTOS INFLUIDOS EN EL CONCRETO CONCRETO FRESCO CONCRETO ENDURECIDO

CARACTERISTICAS DE LOS AGREGADOS

Manejabilidad o

o

o

o

o

Granulometría Limpieza (materia orgánica, limo, arcilla y otros finos indeseables) Densidad (gravedad especifica) Sanidad, Absorción y porosidad

o

o

o

Peso unitario

o

Durabilidad

o

Durabilidad

o

Permeabilidad

o

Resistencia mecánica

o

Cambios volumétricos

o

Economía

o

o

Módulo de elasticidad

Coeficiente de expansión térmica

Durabilidad

Requerimiento de agua

o

o

o

o

Cambios volumétricos

Reactividad con los Alcalis

Partículas friables y terrones de arcilla

Requerimiento de agua

o

o

o

¡

I Peso unitario

Tamaño máximo

Resistencia mecánica (por aplastamiento)

o

Sangrado

o

o

o

Economía

Resistencia mecánica

Textura superficial

Resistencia a la abrasión

o

o

o

o

Cambios volumétricos

Contracción plástica

Forma de partículas

o

o

o

o

o

Requerimiento de agua

Resistencia mecánica

Pérdida de revenimiento Contracción plástica Manejabilidad Requerimiento de agua

o

Sangrado

o

Manejabilidad

o

Requerimiento de agua

o

Resistencia al desgaste

o

Economía

o

Resistencia mecánica

Segregación

o

o

Cambios volumétricos

Peso unitario

o

o

Peso unitario

Requerimiento de agua

o

Permeabilidad

o

economía

o

Durabilidad

o

módulo de elasticidad

o

cambios volumétricos

o

Resistencia a la

o

o

Contracción plástica

abrasión o

Durabilidad

o

resistencia mecánica

o

resistencia mecánica

o

durabilidad

o

eventos superficiales

o

propiedades térmicas

a) Agregado fino La composición granulométrica de la arena se acostumbra analizar mediante su separación en siete fracciones, cribándola a través de mallas normalizadas como "serie estándar", cuyas aberturas se duplican sucesivamente a partir de la más reducida que es igual a 0.150 mm (NOM M o. 150/ASTM No.100). De esta manera, para asegurar una razonable continuidad en la granulometria de la arena, las especificaciones de agregados para concreto (NOM C-111/ASTM C 33)(42, 43) requieren que en cada fracción exista una proporción de partículas comprendida dentro de ciertos limites establecidos empíricamente. M o. 150/ASTM No.100). De esta manera, para asegurar una razonable continuidad en la granulometria de la arena, las especificaciones de agregados para concreto (NOM C-111/ASTM C 33)(42, 43) requieren que en cada fracción exista una proporción de partículas comprendida dentro de ciertos limites establecidos empíricamente. Dichos limites, que definen el huso granulométrico. criterio rígido la aceptación de la arena con base en esta característica, sino de preferencia dejar abierta la posibilidad de que puedan emplear arenas con ciertas deficiencias granulométricas, siempre y cuando no exista la alternativa de una

arena mejor graduada, y se demuestre mediante pruebas que la arena en cuestión permite obtener concreto de las características  y propiedades requeridas a costo razonable.  b.  Agregados naturales c.  Agregado grueso De igual modo que en el caso de la arena, es deseable que el agregado grueso en conjunto posea continuidad de tamaños en su composición granulométrica, si bien los efectos que la granulometria de la grava produce sobre la manejabilidad de las mezclas de concreto no son tan notables como los que produce la arena. Para analizar la composición granulométrica de la grava en conjunto, se le criba por mallas cuyas aberturas se seleccionan de acuerdo con el intervalo dimensional dado por su tamaño máximo, buscando dividir este intervalo en suficientes fracciones que permitan juzgar su distribución de tamaño a fin de compararla con los limites granulométricos que le sean aplicables. Por otra parte, según se indicó en 1.3.3.3, para la utilización de la grava en la elaboración del concreto, se acostumbra subdividirla en fracciones que se manejan y dosifican individualmente en proporciones adecuadas para integrar la curva granulométrica requerida en la grava total. De acuerdo con lo anterior, cuando se verifica la granulometría de una muestra de grava, pueden presentarse dos casos que ameritan la aplicación de criterios de juicio diferentes. El primer caso es cuando se analiza una muestra de grava integral procedente de una determinada fuente de suministro propuesta y se requiere juzgar si contiene todos los tamaños en proporciones adecuadas para integrar la granulometria requerida en el concreto, o si es posible considerar la trituración de tamaños mayores en exceso para producir tamaños menores faltantes, o bien si resulta necesario buscar otra fuente de suministro para substituir O complementar las deficiencias de la fuente en estudio.

El segundo caso se refiere a la verificación granulométrica de fracciones individuales de grava, previamente cribadas a escala de obra, a fin de comprobar principalmente si el proceso de separación por cribado se realiza con la precisión especificada dentro de sus correspondientes intervalos nominales. En tal caso, debe prestarse atención especial a la cuantificación de los llamados defectos de clasificación representados por las partículas cuyas dimensiones resultan fuera del intervalo nominal de la fracción, y para los cuales hay limitaciones especificas. A  las partículas menores que el limite inferior del intervalo se les denomina subtamaño nominal ya las mayores que el limite superior del intervalo, sobretamaño nominal. 1.3.4.2 Materiales contaminantes Existen diversos materiales que con cierta frecuencia acompañan a los agregados, y cuya presencia es inconveniente por los efectos adversos que producen en el concreto. Entre dichos materiales contaminantes, los más comunes son los finos indeseables (limo y arcilla), la materia orgánica, el carbón y el lignito, las partículas ligeras y los terrones de arcilla y otras partículas desmenuzables. Si bien lo deseable es disponer de agregados completamente libres de estas materias perjudiciales, en la práctica esto no siempre es factible, por lo cual se hace necesario tolerarlas en proporciones suficientemente reducidas para que sus efectos nocivos resulten poco significativos. a. Limo y arcilla El limo es el material granular fino, sin propiedades plásticas, cuyas partículas tienen tamaños normalmente comprendidos entre 2 y 60 micras aproximadamente, en tanto que la arcilla corresponde al material más fino, integrado por partículas que son menores de 2 micras y que sí posee propiedades plásticas.

 b) Materia orgánica La materia orgánica que contamina los agregados suele hallarse principalmente en forma de humus, fragmentos de raíces y plantas, y  trozos de madera. La contaminación excesiva con estos materiales,  básicamente en la arena, ocasiona interferencia en el proceso normal de hidratación del cemento, afectando la resistencia y durabilidad del concreto. c) Partículas inconvenientes  Además de los contaminantes ya mencionados, hay fragmentos de materiales de calidad inadecuada que con cierta frecuencia se encuentran en los agregados, principalmente en los de origen natural. Entre dichos materiales inconvenientes cabe mencionar las partículas suaves y desmenuzables, como los terrones de arcilla y los fragmentos de rocas alteradas, las partículas ligeras como las de carbón y lignito y  las de rocas muy porosas y débiles. d) Sales inorgánicas Las sales inorgánicas que ocasionalmente pueden hallarse como contaminación en los agregados de origen natural son los sulfatos y los cloruros, principalmente estos últimos, como ocurre en los agregados de procedencia marina. La presencia excesiva de estas sales en el seno del concreto es indeseable por los daños que pueden ocasionar, si bien difieren en su forma de actuar y en la manifestación e intensidad de sus efectos. 1.3.4.3 Calidad física intrínseca  Al examinar la aptitud física de los agregados en general, es conveniente diferenciar las características que son inherentes a la calidad esencial de las rocas constitutivas, de los aspectos externos que corresponden a sus fragmentos. Entre las características físicas que contribuyen a definir la calidad intrínseca de las rocas, destacan su

peso especifico, sanidad, porosidad y absorción, resistencia mecánica, resistencia a la abrasión, módulo de elasticidad y propiedades térmicas. a. Peso especifico Es frecuente citar el término densidad al referirse a los agregados, pero aplicado más bien en sentido conceptual. Por definición(50), la densidad de un sólido es la masa de la unidad de volumen de su porción impermeable, a una temperatura especificada, y la densidad aparente es el mismo concepto, pero utilizando el peso en el aire en vez de la masa. Ambas determinaciones suelen expresarse en gramos entre centímetro cúbico (g/cm3) y no son rigurosamente aplicadas en las pruebas que normalmente se utilizan en la tecnología del concreto, salvo en el caso del cemento y otros materiales finamente divididos.  b) Porosidad y absorción La porosidad de un cuerpo sólido es la relación de su volumen de vacíos entre su volumen total, incluyendo los vacíos, y se expresa como porcentaje en volumen(26). Todas las rocas que constituyen los agregados de peso normal son porosas en mayor o menor grado, pero algunas poseen un sistema de poros que incluye numerosos vacíos relativamente grandes (visibles al microscopio), que en su mayoría se hallan interconectados, y que las hace permeables. De este modo algunas rocas, aunque poseen un bajo porcentaje de porosidad, manifiestan un coeficiente de permeabilidad comparativamente alto, es decir, más que el contenido de vacíos influye en este aspecto su forma, tamaño y distribución. Por ejemplo, una roca de estructura granular con I por ciento de porosidad, puede manifestar el mismo coeficiente de permeabilidad al agua, que una pasta de cemento hidratada con 50 por ciento de porosidad(52) pero con un sistema de poros submicroscópicos. c) Sanidad

Entre los atributos que permiten definir la calidad física intrínseca de las rocas que constituyen los agregados, tiene mucha importancia la sanidad porque es buen índice de su desempeño predecible en el concreto. En la terminología aplicable(26), la sanidad se define como la condición de un sólido que se halla libre de grietas, defectos y fisuras. Particularizando para el caso de los agregados, la sanidad se describe como su aptitud para soportar la acción agresiva a que se exponga el concreto que los contiene, especialmente la que corresponde al intemperismo. En estos términos, resulta evidente la estrecha relación que se plantea entre la sanidad de los agregados y la durabilidad del concreto en ciertas condiciones. d) Resistencia mecánica De acuerdo con el aspecto general del concreto convencional, cuya descripción se hizo en 1.1, en este concreto las partículas de los agregados permanecen dispersas en la pasta de cemento y de este modo no se produce cabal contacto permanente entre ellas. En tal concepto, la resistencia mecánica del concreto endurecido, especialmente a compresión, depende más de la resistencia de la pasta de cemento y de su adherencia con los agregados, que de la resistencia propia de los agregados solos(45). Sin embargo, cuando se trata del concreto de muy alta resistencia, con valores superiores a los 500 kg./cm2, o del concreto compactado con rodillo (CCR) en que si se produce contacto entre las partículas de los agregados, la resistencia mecánica de éstos adquiere mayor influencia en la del concreto. e) Resistencia a la abrasión La resistencia que los agregados gruesos oponen a sufrir desgaste, rotura o desintegración de partículas por efecto de la abrasión, es una característica que suele considerarse como un índice de su calidad en general, y en particular de su capacidad para producir concretos

durables en condiciones de servicio donde intervienen acciones deteriorantes de carácter abrasivo. Asimismo, se le considera un buen indicio de su aptitud para soportar sin daño, las acciones de quebrantamiento que frecuentemente recibe el agregado grueso en el curso de su manejo previo a la fabricación del concreto. f) Módulo de elasticidad Las propiedades elásticas del agregado grueso, son características que interesan en la medida que afectan las correspondientes del concreto endurecido, en particular su módulo de elasticidad y su relación de Poisson. g) Propiedades térmicas El comportamiento del concreto sometido a cambios de temperatura, resulta notablemente influido por las propiedades térmicas de los agregados; sin embargo, como estas propiedades no constituyen normalmente una base para la selección de los agregados, lo procedente es verificar las propiedades térmicas que manifiesta el concreto, para tomarlas en cuenta al diseñar aquellas estructuras en que su influencia es importante. Entre las propiedades térmicas del concreto, la que interesa con mayor frecuencia para todo tipo de estructuras sujetas a cambios significativos de temperatura, es el coeficiente de expansión térmica lineal, que se define como el cambio de dimensión por unidad de longitud, que ocurre por cada grado de  variación en la temperatura, y que se expresa de ordinario en millonésima/°C. 1.3.4.5 Tamaño máximo de las partículas En un conjunto de partículas de agregados para concreto, es pertinente distinguir entre el tamaño máximo efectivo y el que se designa como tamaño máximo nominal. El primero se identifica con la malla de menor abertura en que alcanza a pasar efectivamente el total de las partículas del conjunto, cuando se le criba sucesivamente en mallas cuyas aberturas se incrementan gradualmente. La determinación de

este tamaño máximo es necesaria cuando se analizan granulométricamente muestras representativas de depósitos naturales, a fin de conocer el tamaño máximo disponible en el depósito en estudio; y su verificación es una medida de control indispensable durante el suministro del agregado grueso ya clasificado, previamente a su empleo en la fabricación del concreto, para prevenir que se le incorporen partículas mayores de lo permitido, que pueden ocasionar dificultades en su elaboración, manejo y colocación. El tamaño máximo nominal del agregado es el que se designa en las especificaciones como tamaño máximo requerido para el concreto de cada estructura en particular, y se define de acuerdo con diversos aspectos tales como las características geométricas y de refuerzo de las estructuras, los procedimientos y equipos empleados para la colocación del concreto, el nivel de la resistencia mecánica requerida en el concreto, etc. Debido a la dificultad práctica de asegurar una dimensión máxima precisa en el tamaño de las partículas durante la clasificación y  el suministro del agregado grueso, es usual conceder una tolerancia dimensional con respecto al tamaño máximo nominal, pero limitando la proporción de partículas que pueden excederlo. De esta manera, no  basta con especificar el tamaño máximo nominal, sino que también es necesario definir el tamaño máximo efectivo permisible y la proporción máxima de partículas que puede admitirse entre el tamaño máximo nominal y el efectivo, es decir, lo que constituye el sobretamaño nominal tolerable. 1.5 ADITIVOS PARA CONCRETO 1.5.1 DEFINICION Debido a que los componentes básicos del concreto hidráulico son el cemento, el agua y los agregados, cualquier otro ingrediente que se incluya en su elaboración puede ser considerado, literalmente hablando, como un aditivo. Sin embargo, en la práctica del concreto hidráulico convencional, ,no se consideran aditivos las puzolanas y las escorias cuando forman parte de

un cemento portland-puzolana. portland-escoria, ni tampoco las fibras de refuerzo porque dan oirán a concretos que no se consideran convencionales. Con estas salvedades, resulta válida la definición propuesta por el Comité ACI 116(26), según la cual un aditivo es un material distinto del agua, los agregados, el cemento hidráulico y las fibras de refuerzo, que se utiliza como ingrediente del mortero o del concreto, y que se añade a la revoltura inmediatamente antes o durante el mezclado. La interpretación que puede darse a esta definición es que un material sólo puede considerarse como aditivo cuando se incorpora individualmente al concreto, es decir, que se puede ejercer control sobre su dosificación. De esta manera, las puzolanas y las escorias solamente son aditivos si se les maneja y administra por separado del cemento portland. Lo cual no deja de ser más bien una cuestión de forma, ya que cualitativamente sus efectos son los mismos que si se administran por conducto del cemento. Para complementar la definición anterior, tal vez cabria añadir que los aditivos para concreto se utilizan con el propósito fundamental de modificar convenientemente el comportamiento del concreto en estado fresco, y/o de inducir o mejorar determinadas propiedades deseables en el concreto endurecido. 1.5.2 USOS DE LOS ADITIVOS El comportamiento y las propiedades del concreto hidráulico, en sus estados fresco y endurecido, suelen ser influidos y modificados por diversos factores intrínsecos y extrínseco. Los intrínsecos se relacionan esencialmente con las características los componentes y las cantidades en que éstos se proporcionan para laborar el concreto. En cuanto a los extrínsecos, pueden citarse principalmente las condiciones ambientales que prevalecen durante la elaboración y colocación del concreto, las prácticas constructivas que se emplean en todo el proceso desde su elaboración hasta el curado, y las condiciones de exposición y servicio a que permanece sujeta la estructura durante su vida útil.

 Algunos de estos factores pueden ser objeto de maniobra por parte del usuario del concreto, pero otros no. Por ejemplo, los aspectos relativos a la composición del concreto ya las prácticas constructivas son factores susceptibles de ajuste y adaptación, en tanto los que corresponden al medio ambiente ya las condiciones de exposición y servicio, por lo general son factores fuera del control del usuario. De acuerdo con este planteamiento, para influir en el comportamiento  y las propiedades del concreto, a fin de adaptarlos a las condiciones externas, se dispone principalmente de dos recursos: 1) La selección y uso de componentes idóneos en el concreto, combinados en proporciones convenientes. 2) El empleo de equipos, procedimientos, y prácticas constructivas en general, de eficacia comprobada y acordes con la obra que se construye. El uso de aditivos queda comprendido dentro del primer recurso y  normalmente representa una medida opcional, para cuando las otras medidas no alcanzan a producir los efectos requeridos, en función de las condiciones externas actuales o futuras. Es decir, la práctica recomendable para el uso de los aditivos en el concreto, consiste en considerarlos como un medio complementario y no como un substituto de otras medidas primordiales, tales como el uso de un cemento apropiado, una mezcla de concreto bien diseñada, o prácticas constructivas satisfactorias. Según los informes del Comité ACI 212(76), (77), (78), los aditivos suelen emplearse en la elaboración de concretos, morteros o mezclas de inyección, no sólo para modificar sus propiedades en los estados fresco  y endurecido, sino también por economía, para ahorrar energía y  porque hay casos en que el uso de un aditivo puede ser el único medio factible para obtener el resultado requerido, citando como ejemplos la defensa contra la congelación y el deshielo, el retardo o la aceleración en el tiempo de fraguado y la obtención de muy alta resistencia.

 Asimismo, señalan que los principales efectos que se persiguen con el uso de los aditivos, son los que a continuación se mencionan para ambos estados del concreto. Propiedades mecánicas del concreto Endurecimiento del concreto con la edad. La combinación del cemento con el agua de la mezcla se realiza lentamente lográndose hidratar a los 30 días en las mejores condiciones del laboratorio, sólo un poco más del 80% del cemento empleado. En el transcurso del tiempo, el cemento continúa su proceso de hidratación tomando el agua necesaria del ambiente atmosférico, corriendo parejas con su propio endurecimiento y formando una curva asintótica a los valores más elevados de la fatiga de ruptura. Los concretos fabricados con cemento Tipo m, Alta Resistencia Rápida, alcanzan a los 7 dias la resistencia correspondiente a los 28 días del cemento Tipo I, pero a los dos años ambas resistencias son prácticamente iguales. Se ha formado con valores medios obtenidos de la ruptura a la compresión de cilindros de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura, fabricados y curados de acuerdo con la especificación A.S.T.M. c-19249. Cuando se efectúa la ruptura del cilindro a los 28 días de colado, la fatiga correspondiente a esa ruptura se representa por f' " y constituye el valor base al cual se refieren las especificaciones. Propiedades y usos. El cemento aluminoso se caracteriza por su rápido endurecimiento y su elevada resistencia a las 24 horas. Esto hace que su empleo nos economice madera y tiempo de entrega de las obras. Por su gran resistencia a los agentes químicos, particularmente a las aguas de mar y sulfatadas, se le emplea en estos casos en lugar del

cemento Portland normal. Por su insensibilidad a las bajas temperaturas, es muy empleado en los lugares fríos. El fraguado de estos cementos se acelera con: Hidróxido de calcio, hidróxido sádico, carbonato sádico, etc., y se retarda con: cloruro sódico, cloruro potásico, cloruro bórico, etc. El azúcar, adicionada en 1 %, es capaz de retrasar el fraguado un día o más. Su peso específico es 3.3 y su peso volumétrico varía entre 1 300 y  1 400 kg/m3. Cementos puzolánicos. Los cementos puzolánicos se preparan moliendo juntos mezclas de clinker de cemento. La trabajabilidad debe ser juzgada con base en la medida del revenimiento, considerando las tolerancias señaladas anteriormente en el capítulo de Especificaciones. La muestra y la prueba deben realizarse de acuerdo con la norma NMX C-156 "Determinación del revenimiento del concreto fresco". Cuando se utilizan otras pruebas -además de la del revenimiento para  verificar los requerimientos de trabajabilidad, éstas deben ser establecidas de común acuerdo entre el comprador y el productor. Peso unitario del concreto fresco Cuando se requiera conocer el peso unitario del concreto por razones de algún convenio, éste debe ser medido de acuerdo con la norma NMX C-162 "Determinación del peso unitario, cálculo del rendimiento y  contenido de aire del concreto fresco por el método gravimétrico". El volumen del concreto representado por la muestra debe ser considerado como satisfactorio si el cálculo arrojado, realizado con el  valor del peso unitario determinado, brinda un valor con una aproximación del ±2%. Temperatura del concreto fresco

Se puede especificar, como medida opcional, la temperatura dentro de ciertos límites para condiciones especiales, y debe ser medida a través de una muestra representativa obtenida de acuerdo con la norma NMX C-161 "Muestreo del concreto fresco". Este requisito por parte del productor podrá establecerse mediante previo convenio especial. Se considerará adecuado el volumen de concreto representado por la muestra si tiene una temperatura de ±2°C del valor especificado. Contenido de aire incluído en el concreto fresco  Aplicable principalmente a concretos de pavimentos. La determinación del contenido de aire incluido de una muestra representativa, tomada en el punto de descarga de la unidad revolvedora, se hará de acuerdo con la norma NMX C-157 "Determinación del contenido de aire del concreto fresco por el método de presión". La muestra se aceptará con una tolerancia de ±2% del  valor requerido. La frecuencia de muestreo debe establecerse previo acuerdo entre el comprador y el productor.  Asimismo, podrá especificarse el momento de la toma de la muestra y  los tiempos máximos de espera, sin que estas especificaciones expongan criterios diferentes a los expresados en las Normas Mexicanas. CUESTIONARIO. 1.- Elabore un diagrama, lo mas completo posible, de la composición del concreto hidráulico. 2.- Cuales son los tres aspectos básicos de los que depende el comportamiento

mecánico del concreto. 3.- Qué es el cemento hidráulico. 4.- Enuncie los diversos aspectos que influyen cada uno de los componentes químicos del cemento portland cuando se combina con agua. 5.- Cuales son los principales cementantes hidráulicos para la fabricación del concreto hidráulico. 6.- Mencionar, caracteristicas y uso del Cemento Portland I. 7.- Mencionar las caracteristicas y usos del Cemento Portland III. 8.- Mencionar la caracteristicas del cemento blanco. 9. Mencionar las caracteristicas del cemento de mamapostería. 10. Cuál es la composición química del cemento. 11.-Cuál es la influencia que ejerce el Silicato Tricalcico, sobre los diversos aspectos del concreto. 12.- Cuál es la influencia que ejerce el Silicato Dicalcico, sobre los diversos aspectos del concreto. 13.- Cuales son las principales características y propiedades del concreto que pueden ser influidas y modificadas por los diferentes tipos y clases de

cemento. 14.- Mencionar los efectos en el concreto fresco. 15.- Cuales son las principales factores que influyen en el asentamiento  y  el sangrado del concreto. 16.- Mencionar los efectos del concreto endurecido. 17.- Cuales son los usos y efectos de las puzolanas. 18.- Cuales son los modos de empleo de las puzolanas. 19.- Cual es la clasificación de los agregados de peso normal. 20.- Cuál es la clasificación de los agregados de peso normal. 21.- Por se génesis geológica, las rocas se dividen en: 22.- Cuales son las características de los agregados naturales. 23.- Cuales son las características de los agregados manufacturados. 24.- Cuales son los agregados mixtos. 25.- Como influye la sanidad en los aspectos influidos en el concreto. 26.- Los agregados se dividen, por el tamaño de sus partículas en: 27.- Existen diversas materiales que con cierta frecuencia acompañan a los agregados, cuya presencia es inconveniente por los efectos adversos adversos que producen en el concreto. 28.- En relación con su empleo en el concreto, el agua tiene dos diferentes

aplicaciones: 29.- Qué son los aditivos. 30.- Cuales son los efectos de los aditivos. 31.- Clasificación de los aditivos. RESPUESTAS. 2.

 

Características, composición y propiedades de la pasta de cemento o matriz cementante, endurecido. Calidad propia de los agregados. La afinidad de la matriz cementante con los agregados y su capacidad para trabajar en conjunto.

3- Es un cemento en cuya elaboración intervienen normalmente las materias primas que se indican a continuación: CLASE MATERIAS PRIMAS PRINCIPALES.    

Portland Arcilla y Caliza  Aluminoso Bauxita y Caliza . Sobresulfato Escoria granulada de alto horno. Expansivo Clincker portland, escoria, bauxita,

 Yeso. 

Natural Caliza-arcillosa.

4.- C3S : Favorece la resistencia inicial elevado, el calor de hidratación elevado fraguado lento y endurecimiento bastante rápido. Debe limitarse a menos del 55% en cementos para obras ma-

sivas a fin de reducir el elevado calor de hidratación. C2S: Favorece la resistencia a lo largo plazo, fraguado lento, endurecimiento lento, bajo calor de hidratación, mayor estabilidad química, es decir mayor resistencia a los sulfatos. C3A: Favorece el calor de hidratación muy grande, elevación velocidad de fraguado. Muy débil frente o sulfatos. Para limitar su acción de fraguado se agrega yeso que contiene sulfats. C4AF: Favorece la gran velocidad de fraguado, colabora con la hidratación de los otros. Se funde en la fabricación del clinker. No participa en la resistencia mecánica.Color obscuro prohibitivo en el cemento blanco. 5.-Las principales cementantes hidráulicos son las cales y cementos hidráulicos, algunas escorias y ciertos materiales con propiedades puzolánicas.De acuerdo con el poder cementante y los requerimientos específicos de las aplicaciones, estos cementantes pueden utilizarse en forma individual o combinados entre sí. 6.- Para usarse cuando no se requieren las propiedades especiales especificadas para los otros tipos. 7.- Se utiliza cuando se desea alta resistencia inicial. 8.- Se produce seleccionando materias primas con muy bajas proporciones, e incluso nulas, de hierro y manganeso. Se le destina principlamente a trabajos arquitectónicos y decorativos, en donde no se requieren grandes consumos de cemento, ya que su precio es relativamente alto. 9.-Se emplea en la elaboración de morteros para aplanados, junteo de  bloques y otros trabajos similares, por cuyo motivo tambien se denomina cemento de albañilería. Dos características importantes de este cemento son su plasticidad y su capacidad para retener el agua de mezclado.

10.- Una vez que el agua y el cemento se mezclan para formar la pasta, se inicia una serie de reacciones químicas, y la rigidización gradual de la mezcla, culmina con el fraguado para dar lugar al endurecimiento. 11.-Provoca el endurecimiento rápido del cemento, es el responsable del tiempo de fraguado inicial. 12.-Libera gran cantidad de calor en edades tempranas, se hidrata y  endurece. 13.-La influencia que el cemento portland ejerce en el comportamiento  y propiedades de la pasta cementante y del concreto, derivan fundamentalmente de la composición química del clinker y de su finura de molienda. 14.  

Cohesión y manejabilidad, Pérdida de revenimiento,  Asentamiento y sangrado,

15.- Los principales factores que influyen en el asentamiento y el sangrado del concreto son de orden intrínseco y se relacionan con exceso de fluidez en las mezclas, características deficientes en forma, textura superficial y granulometrica en los agregados y reducido consumo unitario y/o baja finura en el cementante. 16.   

 Adquisición de resistencia mecánica, Generación del calor, Estabilidad volumétrica Estabilidad química,

17.- No siempre es posible disponer del tipo de cemento portland requerido como preferente, siendo entonces necesario optar por un cemento portland-puzolana como alternativo, suponiendo que este puede aportar los efectos necesarios al concreto.

18.-Existen dos modos básicos de emplear las puzolanas en el concreto,  ya sea formando parte de un cemento portland- puzolana, o bien dosificandolas por separado durante la elaboración de las mezclas. En primer caso, la proporción de puzolana por emplear queda sujeta al criterio del fabricante del cemento, mientras que en el segundo existe la posibilidad de ajustarla a los requerimientos de la obra. 19.-Los agregados de peso normal comúnmente proceden de la desintegración, por causas naturales o medios artificiales, de rocas con peso específico entre 2.4 y 2.8 aproximadamente; de manera que al actualizarlos se obtienen concretos con peso volumétrico , en estado fresco, en el intervalo aproximado de 20000200 a2500 kg/ cm^3. 20.Por el origen de las rocas: Igenas, Sedimentarios,Metamórficos. Por el modo de la fragmentación: Naturales, Manufacturados, Mixtos. Por el tamaño de las partículas: Agregado fino(arena), Agregado grueso. 21.- Igneas, Sedimentarias, Metamórficas. 22.-Dado que existen numerosas fuerzas y eventos de la naturaleza capaces de ocasionar la fragmentación de las rocas, los productos fragmentados también suelen presentar variadas características como consecuencia del distinto modo de actuar de las fuerzas y eventos causantes. 23.-Debemos de tomar en cuenta que al referirnos a la búsqueda y  selección de la fuente de suministro de los agregados del concreto, cuya importancia depende básicamente del tipo central y de estructuras por construir y del volumen de concreto requerido. Si después de realizar las pruebas pertinentes y agotar todas las posibilidades, se concluye que no es posible disponer de agregados naturales de buena calidad a

costo razonable, la alternativa es que el suministro se efectúe con agregados manufacturados. 24.-La fragmentación inicial de la roca es de origen natural y la subsecuente se inducida por medios artificiales. Es decir, se trata de reducir de tamaño por trituración los fragmentos de roca previamente producidos por fuerzas de la naturaleza. 25.-Concreto Fresco: Requerimiento de agua, Concreto endurecido. Durabilidad. 26.-Los agregados se dividen por el tamaño de sus partículas, en agregado fino y grueso. El agregado fino, o arena, abarca nominalmente partículas entre 0.075 y 4.75 mm, en tanto que el intervalo nominal del agregado grueso, o grava, comprende desde 4.75mm hasta la dimensión de los fragmentos grandes que contiene, cuya magnitud define el tamaño máximo del agregado en cada caso. 27.- Entre dichos materiales contaminantes, los más comunes son los indeseables (limo y arcilla), la materia orgánica, el carbón y el lignito, las partículas ligeras y los terrones de arcilla y otras partículas desmenuzables. 28.- La relación con su empleo en el concreto, el agua tiene dos diferentes aplicaciones: como ingrediente en la elaboración de las mezclas y como medio de curado de las estructuras recién construidas. En el primer caso es de uso interno como agua de mezclado, y el segundo se emplea exteriormente cuando el concreto se cura con agua. Es usual que se recomiende emplear agua de una sola calidad en ambos caso. 29.-Debido a que los componentes básicos del concreto hidráulico son el cemento, el agua, y los agregados, cualquier otro ingrediente que se incluya en su elaboración puede ser considerado, literalmente hablando, como un aditivo. El aditivo es un material distinto del agua, los agregados, el cemento hidráulico y las fibras de refuerzo, que se

utiliza como ingrediente del mortero o del concreto, y que se añade a la revoltura inmediatamente antes o durante el mezclado. Los aditivos para el concreto se utilizan con el propósito fundamental de modificar convenientemente el comportamiento del concreto en estado fresco y/o inducir o mejorar determinada propiedades deseables en el concreto endurecido. 30.- Su función específica consiste en complementar o mejorar el resultado, cuando estas no son suficientes para lograr el comportamiento requerido del concreto fresco, de acuerdo a las condiciones ambientales y de trabajo en obra o bien son incapaces de obtener el concreto endurecido con las propiedades necesarias para resistir los efectos físicos, mecánicos o químicos. 31.     

 Acelerantes, Inclusores de aire, Reductores de agua y reguladores de fraguado, Minerales finamente divididos,  Aditivos paara producir concreto flido.  Aditivos miscelaneos,

 VERDADERO O FLASO.

1.- EL CONCRETO ES UNA MASA PLASTICA, MOLDEABLE Y  COMPACTABLE, QUE TORNA RIGIDA GRADUALMENTE HASTA  CONVERTIRSE EN UN SOLIDO MECANICAMENTE RESISTENTE.  VERDADERO FALSO.

2.- El comportamiento mecánico del concreto depende de la calidad del agua.  VERDADERO FALSO.

3.- El concreto hidráulico se llama por que fragua y endurece al reaccionar con el agua.  VERDADERO FALSO.

4.- Para elaborar el clinker se requiere de la materia prima como por ejemplo el yeso.  VERDADERO FALSO 5.- El volumen que ocupa el agregado en el concreto es de aproximadamente el 50%.  VERDADERO FALSO.

6.- Uno de los materiales contaminantes que afectan al concreto son las sales.  VERDADERO FALSO.

7.- La resistencia que alcanza el concreto de peso normal es de menos de 70 a 1200 y más.  VERDADERO FALSO.

8.- Existen tres clases de cemento expansivo.  VERDADERO FALSO.

9.- Una característica indeseable del concreto hidráulico es su predisposición a manifestar cambios volumétricos, particularmente contracciones, que suelen causar agrietamientos en las estructuras.  VERDADERO FALSO.

10.- Los ensayes para determinar la actividad puzolánica se hallan descritos en la prueba ASTM C 312.  VERDADERO FALSO.