I.
INTRODUCCIÓN 1.1. Antece Antecedentes dentes y fund fundam amee ntación ntación científica Stud.Zapata y Stud.Valdivieso, 2013, “BLOQUES DE CONCRETO CELULAR PARA ALBAÑILERÍA ALBAÑILERÍ A NO ESTRUCTURAL” CURSO DE TESIS II - X CICLO UNIVERSIDAD SAN PEDRO – ESCUELA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL. Chimbote, Perú. Este trabajo se realizó con la finalidad de encontrar el porcentaje ideal de polv polvo de alu aluminio para la elaboraci elaboración ón de bloqu bloques es de con concret creto. o. Uti Utilizando ando arena fina, fina, cal, cemento cemento y polvo de aluminio. aluminio.
Se trabajó con porcentajes de 1 %,2%,3%. La cual se demostró que el porcen porcentaje taje ideal ideal de polv polvo de alu aluminio era del 3% del peso del cemen cemento. to.
Se comprobó que con el polvo del aluminio el peso de los bloques de concreto disminuía en un 55 % de peso por metro cuadrado en comparación compara ción con los ladrillos King Ko Kong ng..
Para el encofrado de los bloques se utilizó madera tornillo la cual fue resistente resistente a las las altas altas temperaturas temperaturas que se elevaba elevaba el concreto.
El concreto celular a los 45 min de preparado y vaciado llega a una temperatura temperatura de 85 °C.
El desencofrado se realizó a la 1 hora y 25 min debido a que la elevación de la temperatura hace que el concreto se consolide rápidamente y dando la facilidad de desencofrar a ese tiempo determinado.
Tiene la facilidad de ser cortado por un serrucho o sierra metálica, la cual permite una mayor trabajabilidad para los bloques de concreto en tanto al trabajo de albañilería.
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Nin Ninaqu aquiispe Macheg Machegoo Yu Yuri ri Néstor. Néstor. (2010.). (2010.). Desarrol Desarrolllo la tesis titulada “USO DEL CONCRETO CELULAR EN UNIDADES DE ALBAÑILERÍA” ALBAÑILERÍ A” En la facultad facultad de Ingeniería Ingeniería de la Univers Universidad idad Na Nacional cional de Ingeni Ingeniee ría El asesor designado para esta tesis fue el Ing. Carlos Barzola Gastelu. La tesis se desarrolló desarrolló en el laborator laboratorio io de ensayos ensayos de materiales de la UNI. UN I.
Este trabajo presenta información de la investigación realizada en la fabricación de bloques de concreto celular con la utilización de materiales locales como: co mo: cemento cemento andino, andino, arena fina, fina, cal y polvo de aluminio. aluminio. Utilizando en la fabricación de los bloques de concreto celular moldes de madera de buena densidad, para evitar deformaciones durante el uso que se tenga en la investigación. La investigación parte de un conocimiento del diseño de mezcla de concreto que está compuesto por cemento, cal, agua y arena que se expande si se agrega polvo de aluminio. Siendo diseño de invest investigac igació iónn llego llego a las siguiente siguientess conclusiones. conclusiones.
La dosificación en el concreto celular del polvo de aluminio óptima es de 3% en peso de cemento, consiguiendo disminuir los pesos de los cubos de ensayo en 10% en promedio, comparado con la utilización de aluminio aluminio al 1% en peso de cemento.
La utilización de polvo de aluminio al 3% en peso de cemento disminuye en 35% en promedio los esfuerzos a compresión, comparado con uti utilizar lizar polvo polvo al 1% en peso de cemento. cemento.
La granulometría del aserrín de aluminio que pasa el 100% de la malla nº 30 se usará en la fabricación del concreto celular debido a su reacción reacción eficaz eficaz y disminu disminuye ye el peso del concreto celu c elular. lar.
Para la fabricación de concreto celular se debe usar arena fina, se consigue disminuir los pesos del bloque, y da mayor estabilidad en la estructura celular, dando lugar a la formación de celdas de aire más uniformes.
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Nin Ninaqu aquiispe Macheg Machegoo Yu Yuri ri Néstor. Néstor. (2010.). (2010.). Desarrol Desarrolllo la tesis titulada “USO DEL CONCRETO CELULAR EN UNIDADES DE ALBAÑILERÍA” ALBAÑILERÍ A” En la facultad facultad de Ingeniería Ingeniería de la Univers Universidad idad Na Nacional cional de Ingeni Ingeniee ría El asesor designado para esta tesis fue el Ing. Carlos Barzola Gastelu. La tesis se desarrolló desarrolló en el laborator laboratorio io de ensayos ensayos de materiales de la UNI. UN I.
Este trabajo presenta información de la investigación realizada en la fabricación de bloques de concreto celular con la utilización de materiales locales como: co mo: cemento cemento andino, andino, arena fina, fina, cal y polvo de aluminio. aluminio. Utilizando en la fabricación de los bloques de concreto celular moldes de madera de buena densidad, para evitar deformaciones durante el uso que se tenga en la investigación. La investigación parte de un conocimiento del diseño de mezcla de concreto que está compuesto por cemento, cal, agua y arena que se expande si se agrega polvo de aluminio. Siendo diseño de invest investigac igació iónn llego llego a las siguiente siguientess conclusiones. conclusiones.
La dosificación en el concreto celular del polvo de aluminio óptima es de 3% en peso de cemento, consiguiendo disminuir los pesos de los cubos de ensayo en 10% en promedio, comparado con la utilización de aluminio aluminio al 1% en peso de cemento.
La utilización de polvo de aluminio al 3% en peso de cemento disminuye en 35% en promedio los esfuerzos a compresión, comparado con uti utilizar lizar polvo polvo al 1% en peso de cemento. cemento.
La granulometría del aserrín de aluminio que pasa el 100% de la malla nº 30 se usará en la fabricación del concreto celular debido a su reacción reacción eficaz eficaz y disminu disminuye ye el peso del concreto celu c elular. lar.
Para la fabricación de concreto celular se debe usar arena fina, se consigue disminuir los pesos del bloque, y da mayor estabilidad en la estructura celular, dando lugar a la formación de celdas de aire más uniformes.
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Con la adición de cal en el concreto celular, se obtuvo una mezcla más plásti plástica ca y trabajabl trabajable, e, una buen buenaa con consi siste stenncia, cia, y se logra ogra dism dismiinuir el peso del del concreto concreto celu celular.
El mortero de dosificación en volumen de C: 1 A: 4 es utilizado para unir bloques de concreto entre sí, dándonos un esfuerzo a la compresión compresión a los los 28 días de 27.5 Mpa y 114% de flfluid uid e z.
La dosificación Cemento: 2 Arena Fina: 1 Cal: 0.5, es la óptima para la elaboración de concreto celular, debido a su buena resistencia a la compresión a los 28 días, la resistencia a la compresión es su propiedad más importante y define su calidad, también el nivel de su resistencia al intemperismo. El rendimiento de la mano de obra es de 15m2 por día, debido a la menor cantidad de movimientos necesario para levantar un metro cuadrado. Se logra aumentar el rendimiento por m2 de muro construido, en 30% respecto a los ladrillos de arcilla, y en 20% respecto a los bloques de concreto convencional
1.2. Justificación científica Lo fundamental de este proyecto es encontrar una nueva forma de modelación del concreto haciendo mucho más ligero y resistente. También reducir el peso en la tabiquería de las estructuras por metro cuadrado de bloque bloque de concreto. Contribución de manera directa del reciclado de este tipo de material de desecho (apoyo al medio ambiente) La importancia de este trabajo de investigación es el desarrollo de la construcción, aporte al conocimiento y fabricación de nuevas técnicas científic científic as, siendo siendo de beneficio beneficio a la sociedad.
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1.3. Problema Se observa generalmente que los ladrillos que se usa en nuestra localidad resulta siendo muy pesado, estableciendo mayor carga para los diseños de las edificaciones así como también la demora en el proceso constructivo ¿En qué medida se cumplirá con la resistencia y peso de la Norma Técnica Peruana E 070 en diseño de bloques de concreto usando aserrín de aluminio para muros de albañilería no estructural? A nivel internacional el concreto aireado como se le conoce, es utilizado con la finalidad de adecuarse a los distintos sistemas climáticos y generando menos desgaste en su estructura, como también en las construcciones elevadas de sus edificaciones encuentran una forma armoniosa en el desenvolvimiento seudo-tridimensional del análisis estructural en zonas sísmicas.
1.4. Marco Referencial La utilización de los bloques de concreto con aserrín de aluminio, tienen la finalidad de reducir la sobrecarga en la estructura y aumentar la resistencia de la misma, la conceptuación del proyecto se basa a la problemática que existen en los suelos de Chimbote por el alto nivel freático y los asentamientos de las estructuras, originando su resquebrajamiento por la sobrecarga de la misma.
1.4.1. Concreto 1.4.1.1.
Naturaleza del concreto
El concreto es un material compuesto (tabla siguiente) formado por partículas de material granular grueso (agregados minerales o rellenador) embebidos en una matriz dura de material (cemento o ligante) que llena los espacios vacíos entre las partículas y burbujas manteniéndolas juntas.
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Definiciones para el concreto. CONCRETO Concreto De Cemento Portland Mortero Pasta
= =
RELLENADOR Agregado (Fino +Grueso)
+ +
LIGANTE Pasta De Cemento
= =
Agregado Fino Cemento
+ +
Pasta Agua
Los agregados pueden ser obtenidos de diferentes tipos de materiales, sin embargo principalmente hacemos uso de los materiales naturales, comúnmente rocas. Estos son esencialmente materiales inertes los cuales, por conveniencia, son separados en una fracción gruesa y en una fracción fina. Similarmente el cemento puede ser formulado a partir de diferentes composiciones químicas. Cemento es un nombre genérico que puede ser aplicado a cualquier material ligante. Por lo tanto deben ser utilizados descriptores para calificar al cemento cuando nos referimos a un cemento específico. (Céspedes, 2003)
1.4.1.2.
Principales propiedades del concreto
Podemos mencionar como principales propiedades del concreto fresco:
Trabajabilidad
Segregación
Exudación
Peso unitario
Contenido de aire
En el estado endurecido el concreto presenta las siguientes propiedades:
Resistencia mecánica
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Elasticidad, etc.
A continuación trataremos básicamente las que conciernen directamente en el tema de estudio:
Trabajabilidad La principal propiedad del concreto en estado fresco es la que se designa como “Trabajabilidad” y que de acuerdo con el Comité ACI 116, es “aquella propiedad del mortero o del concreto recién mezclado que determina la facilidad y homogeneidad con que puede ser mezclado, transportado, colocado, compactado y acabado”. Ante la vaguedad de esta definición, y el hecho de que el concepto es muy amplio e involucra aspectos del concreto fresco relacionado con todas las operaciones que se realizan con este, no se ha llegado a establecer un procedimiento único y confiable para medir la Trabajabilidad de las mezclas de concreto. Por ello ha sido necesario acudir a otras propiedades del concreto fresco como el revenimiento o “slump”, que es una característica propia de cada mezcla de concreto, que se evalúa directamente, con relativa facilidad y exactitud, y que permite juzgar su habilidad para comenzar a fluir exclusivamente por fuerzas de gravedad. (Céspedes, 2003)
Segregación Es la separación de los diferentes componentes de una mezcla fresca compuesta de elementos de tamaños y pesos heterogéneos, las partículas mayores que también suelen ser las más pesadas tienden a sentarse en el fondo de su lugar de transporte o colocación y las finas y livianas ascienden a la superficie. Esto se produce cuando la cohesión interna entre los constituyentes del hormigón no es la
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adecuada, es peligroso entonces llenar un encofrado o un molde con un material en estas condiciones. La segregación hace que el concreto sea: más débil, menos durable, y dejará un pobre acabado de superficie. La segregación produce que disminuya la resistencia y la durabilidad del concreto. Puede producir fisuras y agujeros, afectando la resistencia y el acabado de un elemento estructural. TIPOS DE SEGREGACIÓN La segregación se puede presentar de dos maneras:
Primero, cuando las partículas gruesas tienden a separarse por desplazamiento sobre los taludes de la mezcla amontonada o porque se asientan más que las partículas finas por acción de la gravedad, esta generalmente ocurre en mezclas secas y poco cohesivas.
Segundo, cuando se separa la pasta (cemento y agua) de la mezcla lo cual ocurre en mezclas húmedas y con pasta muy diluida. (Céspedes, 2003)
Exudación Sangrado (exudación) es el desarrollo de una camada de agua en el tope o en la superficie del concreto recién colocado. Es causada por la sedimentación (asentamiento) de las partículas sólidas (cemento y agregados) y simultáneamente la subida del agua hacia la superficie. El sangrado es normal y no debería disminuir la calidad del concreto adecuadamente colocado, acabado y curado. Un poco de sangrado es útil en el control de la fisuración por retracción plástica. Por otro lado, la excesiva aumenta la relación agua-cemento cerca de la superficie; puede ocurrir una camada superficial débil y con poca durabilidad, particularmente si se hace el acabado cuando el agua de sangrado aún está presente. Los vacíos y bolsas de agua pueden ocurrir, resultantes del acabado prematuro de la superficie.
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Después que toda el agua de sangrado (exudación) se evapore, la superficie endurecida va a ser un poco más baja que la superficie recién colocada. Esta disminución de la altura desde el momento de la colocación (puesta, colado) hasta el inicio del fraguado se llama retracción por sedimentación La tasa de sangrado (exudación) y la capacidad de sangrado (sedimentación total por unidad de peso del concreto original) aumentan con la cantidad inicial de agua, altura del elemento de concreto y presión. El uso de agregados de granulometría adecuada, ciertos aditivos químicos, aire incluido, materiales cementantes suplementarios y cementos más finos reduce el sangrado (Céspedes, 2003)
Peso Unitario El concreto convencional, normalmente usado en pavimentos, edificios y otras estructuras, tiene un peso específico (densidad, peso volumétrico, masa unitaria) que varía de 2200 hasta 2400 kg/m3 (137 hasta 150 libras/piés3). La densidad del concreto varía dependiendo de la cantidad y la densidad del agregado, la cantidad de aire atrapado (ocluido) o intencionalmente incluido y las cantidades de agua y cemento. Por otro lado, el tamaño máximo del agregado influye en las cantidades de agua y cemento. Al reducirse la cantidad de pasta (aumentándose la cantidad de agregado), se aumenta la densidad. (Céspedes, 2003)
Contenido de Aire atrapado El aire atrapado que se produce en forma natural en el concreto es un aspecto de estudio para la elaboración de las mezclas pudiendo afectar la Calidad y Resistencia del concreto, actualmente se utiliza una ecuación que determina el Aire Atrapado, definida como la dosis
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de Cemento entre el tamaño máximo del agregado, siendo importante comprobar la exactitud de la misma; se pudo interpretar con esta ecuación, que hay ciertas discrepancias con las mediciones efectuadas en la práctica. Esto se determinó al relacionar el aire atrapado con las variables que condicionan la calidad del concreto. El método utilizado en el presente trabajo consiste en determinar la cantidad de aire atrapado en mezclas de concreto, variando las proporciones de los agregados(relación arena/agregado(beta)), y la utilización de morteros (mezcla de arena, cemento y agua), variando la relación agua/cemento y la dosis de cemento; los morteros diseñados se tomaron como referencia para determinar la relación que puedan tener las variables estudiadas(Asentamiento, Tamaño máximo del agregado, Relación agua/cemento, Cantidad de cemento, Agregado grueso y fino y Resistencia del concreto) con el aire atrapado. La medición del aire atrapado se efectuó mediante los métodos de presión y volumen, ya que estos se ajustan a las necesidades, ya que dependen de características de los agregados y la precisión de los aparato; el método más eficaz fue el método de presión por su exactitud y sistema de operación. Los ensayos determinaron la influencia que tiene con el aire atrapado el volumen del mortero que componen las mezclas, así como la calidad de la pasta al variar la cantidad de cemento, el cemento al ser disminuido en nuestros ensayos produce una tendencia general a aumentar el aire atrapado, pero en varios casos puntuales se observa todo lo contrario. Así mismo el tamaño máximo del agregado también afecta el contenido de aire atrapado ya que para tamaños máximos menores a una pulgada el contenido de aire atrapado aumenta; por otra parte la resistencia es una propiedad del concreto que depende de las proporciones de los agregados y que no se ve afectada por el contenido de aire atrapado para los porcentajes que se observaron en este trabajo; como también se demostró la relación de la
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trabajabilidad de la mezcla con el aire atrapado principalmente el aumento del flujo que permite una disminución del aire atrapado. (Céspedes, 2003)
Resistencia Me cánica La resistencia mecánica del concreto endurecido ha sido tradicionalmente
la
propiedad
más
identificada
con
su
comportamiento como material de construcción. En términos generales, la resistencia mecánica, que potencialmente puede desarrollar el concreto, depende de la resistencia individual de los agregados y de la pasta de cemento endurecida, así como, de la adherencia que se produce en ambos materiales. En la práctica, habría que añadir a estos factores el grado de densificación logrado en la mezcla ya que, como ocurre con otros materiales, la proporción de vacíos en el concreto endurecido tiene un efecto decisivo en su resistencia. Cuando las partículas de los agregados son duras y resistentes, la resistencia mecánica del concreto tiende a ser gobernada por la resistencia de la pasta de cemento y/o por la adherencia de esta con los agregados. Por lo contrario si los agregados son débiles, la resistencia intrínseca de estos se convierte en una limitación para la obtención de altas resistencias, lo cual no quiere decir que el concreto no pueda ser más resistente que las partículas individuales de los agregados. La adquisición de la resistencia mecánica de la pasta de cemento conforme endurece es una consecuencia inmediata del proceso de hidratación de los granos de cemento. Considerando el trabajo conjunto de los agregados y la pasta de cemento en el concreto endurecido puede suponerse que, si las
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resistencias individuales de los agregados y de la pasta no son restrictivas, la resistencia última del concreto debe depender sensiblemente de la adherencia entre ambos componentes. Sin embargo ésta es una situación cambiante con la edad, pues aunque tanto la resistencia de la pasta como la adherencia progresan con la hidratación del cemento, su evolución no necesariamente es igual, y así, hay evidencia de que en el concreto a edad temprana la resistencia por adherencia suele ser menor que la resistencia de la pasta, en tanto que a edades avanzadas tiende a ocurrir lo contrario. En los concretos de baja resistencia (menos de 200 Kg/cm2), a la edad de servicio (más de 28 días) es frecuente que la resistencia propia de la pasta sea el factor predominante, mientras que en los niveles altos (más de 500 Kg/cm2) tiende a predominar la adherencia pasta / agregado como factor determinante de la resistencia del concreto. En los niveles intermedios que son los más usuales en las estructuras ordinarias, la resistencia del concreto puede ser limitada indistintamente por la resistencia de la pasta, la adherencia pasta /agregado,
o
una
combinación
de
ambas,
dependiendo
significativamente de las características de forma, textura superficial y tamaño máximo de los agregados. (Céspedes, 2003)
1.4.2. Agregados Los agregados o también llamados áridos son componentes fundamentales del concreto, los cuales son materiales pétreos naturales los cuales deben estar constituidos por partículas duras, de forma y tamaño estables, estos deben estar limpios y libres de terrones, partículas blandas o laminadas, arcillas, impurezas orgánicas, sales y otras sustancias que por naturaleza o cantidad afecten la resistencia, la permeabilidad, la rigidez, la densidad o la durabilidad de morteros y concretos en estado sólido y fresco. Los agregados conforman entre un
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70% y 80% del volumen del concreto, razón por la cual es importante conocer sus propiedades y la influencia de las mismas en las propiedades del concreto para optimizar no solo su uso y explotación, sino también el diseño de mezclas de concreto. Como agregados para la fabricación de concretos pueden emplearse arenas y gravas existentes en yacimientos naturales, rocas machacadas o escorias siderúrgicas apropiadas, así como otros productos cuyo empleo se encuentre sancionado por la práctica o resulte aconsejable como consecuencia de estudios realizados en laboratorio. Por su tamaño los agregados pueden clasificarse en finos y gruesos determinado por el tamaño de mayor predominio usando como referencia una malla como límite. Se acepta como norma de calidad la especificación ASTM C- 33. Esta norma define los requisitos necesarios de graduación y calidad de los áridos fino y grueso que serán utilizados para concretos estructurales, por lo que es considerada adecuada para asegurar materiales satisfactorios en concretos utilizados en obra civil. (Rios, 2011)
1.4.2.1. Agregado Fino Los agregados finos o arenas es el material que resulta de la desintegración natural de las rocas, extraída de los ríos, los lagos, depósitos volcánicos o arenas artificiales, esto es, que han sido manufacturadas. Este debe ser por lo general, químicamente inerte, libre de cualquier recubrimiento y el cual está conformado normalmente por partículas entre 4.75 y 0.075mm. La granulometría del agregado fino va de aquel diámetro que pasa la malla No. 4 y se retiene en la malla No. 100. Debe de estar libre de impurezas orgánicas que puedan reducir seriamente la
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resistencia del concreto, deben de estar libres de arcillas u otro material perjudicial más pequeño que pase la malla No. 100. 10 Para su uso se clasifican las arenas por su tamaño. Para lograr lo anterior, se les hace pasar por unas mallas que van reteniendo los granos más gruesos y dejan pasar los más finos.
Arena fina. Es la que sus granos pasan por una malla de 1mm de diámetro y son retenidos por otro de 0.25mm.
Arena media. Es aquella cuyos granos pasan por una malla de 2.5mm de diámetro y son retenidos por otro de 1mm.
Arena gruesa. Es la que sus granos pasan por una malla de 5mm de diámetro y son retenidos por otro de 2.5mm. Un agregado fino con partículas de forma redondeada y textura suave se ha demostrado que requiere menos agua de mezclado (Rios, 2011)
1.4.3. CAL 1.4.3.1.
Generalidades sobre la cal
La cal es el producto de la calcinación de rocas calizas a temperaturas entre 880 y 900°C, constituido principalmente por oxido de calcio (CaO) y otros componentes. La cal viva; se produce de la transformación química del carbonato de calcio (piedra caliza – CaCO3) en oxido de calcio. La cal hidratada; se obtiene cuando la cal viva reacciona químicamente con el agua. La cal hidratada (hidróxido de calcio) es a que reacciona con las partículas arcillosas y las transforma permanentemente en una fuerte matriz cementante.
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1.4.3.2.
Diferentes tipos de cal
La palabra cal es un término general con el que se designan formas físicas y químicas de las diferentes variedades en que pueden presentarse los óxidos e hidróxidos de calcio y magnesio. A efectos de clasificación se distinguen los siguientes tipos de cal:
Cales aéreas Cales que se componen principalmente de óxido e hidróxido de calcio y magnesio, los cuales endurecen lentamente al aire por la acción del CO2 de la atmosfera. No presentan propiedades hidráulicas, es decir, no endurecen con el agua y se obtienen a partir de rocas calizas con contenidos en carbonatos superiores al 95%.
Cales hidratadas Endurecen en contacto con el agua, obtenidas a partir de calizas que contienen arcillas (Sílice y Alúmina). Durante la calcinación y la posterior hidratación se forman silicatos y aluminatos cálcicos de propiedades hidráulicas.
1.4.3.3.
Características y propiedades físicas de la cal Características físicas. Finura. Es una característica importante en la medida que interviene en las condiciones de almacenamiento, transporte. La hidratación de la cal viva con el agua produce la cal hidratada lo que lleva, además, una auto pulverización muy fina, incluso micronizada del producto. Además la finura puede intervenir en la reactividad de la cal.
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Propiedades físicas de la cal. Color. Las cales comerciales tienen color blanco o débilmente gris, a veces un color rojizo debido al óxido de hierro que se encuentra en el yacimiento.
Densidad. Esta propiedad depende de la temperatura de calcinación, cuando más alta es la temperatura de calcinación mayor será la densidad de la cal viva.
Dureza. La dureza de las cales varia muy blandas y una dureza que se aproxima a la de la piedra original de donde se obtuvo, la dureza de la cal viva depende de la temperatura de calcinación.
Porosidad. Depende del origen de la caliza y de las condiciones en que se lleve a cabo la calcinación. La porosidad en la cal viva es importante porque influye en la actividad química de la sustancia.
Plasticidad. Es una propiedad física importantes , la cual se define como la capacidad que posee una masa de cal para cambiar su forma cuando ésta es sometida a presión sin que se produzca la ruptura y para mantenerla forma alterada.
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1.4.3.4.
Características y propiedades químicas de la cal Características químicas. El contenido de óxido del calcio (CaO). Es el componente fundamental de la cal. Puede estar, en forma de óxido CaO en las cales vivas, en forma de hidróxido Ca (OH)2 en la cal hidratada.
El contenido de óxido de magnesio (MgO). Es igualmente interesante, ya que el óxido de magnesio (MgO) posee en general una acción análoga a la del óxido de calcio (CaO). De igual manera puede estar en forma de óxido (MgO), o como hidróxido (Mg(OH)2).
Reactividad de la cal viva. Indica la velocidad o cinética de la reacción de hidratación. Es función de las características físicas y químicas del producto y depende de la porosidad de la cal, del grado de calcinación, de la materia prima (caliza) utilizada y de la finura de la cal en el momento del ensayo.
Propiedades químicas de la cal. Impureza. La composición química y las propiedades de la cal, depende de la naturaleza y cantidad de impureza de la piedra original.
Reacción de la cal con agua. La cal viva reacción vigorosamente con el agua formando hidróxido de calcio y hay desprendimiento de calor; a este proceso se le conoce como hidratación o apagado de la cal. Utilizando la cantidad de agua exacta necesaria para la hidratación, se obtiene cal hidratada.
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Recarbonatación. La humedad del aire cataliza la reacción entre el óxido de calcio y el dióxido de carbono del aire. La reacción general se produce mediante la formación de hidróxido de calcio que luego reacción con el dióxido de carbono.
(Calderón, 1995)
1.4.4. Cemento La palabra cemento es nombre de varias sustancias adhesivas. Deriva del latín caementum, porque los romanos llamaban opus caementitium (obra cementicia) a la grava y a diversos materiales parecidos al concepto que usaban en sus morteros, aunque no eran la sustancia que los unía. El Cemento es un material inorgánico finamente pulverizado, que al agregarle agua, ya sea solo o mezclado con arena, grava asbesto u otros materiales, tiene la propiedad de fraguar y endurecer, incluso bajo el agua, en virtud de reacciones químicas durante la hidratación y que, una vez endurecido, desarrolla su resistencia y conserva su estabilidad. El tipo de cemento que se utilizó en esta investigación fue el siguiente: CEMENTO PORTLAND TIPO 1: Es el destinado a obras de hormigón en general, al que no se le exigen propiedades especiales. (Ríos, 2011)
1.4.4.1.
Propiedades químicas del cemento
Óxido de hierro: Industria del cemento: Se usa para pigmentar cualquier tipo de cemento, mortero, lechada pavimentos, terrazos, tejas, bloques, estucos, etc.
(Ríos, 2011)
Óxido de silicio: El óxido de silicio o dióxido de silicio (SiO2) es un compuesto de silicio y oxígeno, llamado comúnmente sílice. Es uno de los componentes de la arena. Una de las formas en que aparece naturalmente es el cuarzo.
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Este compuesto ordenado espacialmente en una red tridimensional (cristalizado) forma el cuarzo y todas sus variedades. Si se encuentra en estado amorfo constituye el ópalo, que suele incluir un porcentaje elevado de agua, y el sílex.
Usos:
El óxido de silicio se usa entre otras cosas para hacer vidrio, cerámico y cemento.
El óxido de silicio es un desecante, es decir quita la humedad del lugar donde se encuentra. (Rios, 2011)
1.4.5. Agua para la mezcla El agua, considerada como materia prima para la confección y el curado del concreto debe cumplir con determinadas normas de calidad. Las normas para la calidad del agua son variables de país a país, y también pueden tener alguna variación según el tipo de cemento que se quiera mezclar. Las normas que se detallan a continuación son por lo tanto generales. Esta deberá ser limpia y fresca hasta donde sea posible y no deberá contener residuos de aceites, ácidos, sulfatos de magnesio, sodio y calcio (llamados álcalis blandos) sales, limo, materias orgánicas u otras sustancias dañinas y estará asimismo exenta de arcilla, lodo y algas. Los límites máximos permisibles de concentración de sustancias en el agua son los siguientes: Sustancias y PH Cloruros Sulfatos Sales de magnesio Sales solubles Sólidos en suspensión Materia orgánica expresada en oxígeno consumido Ph
(Norma ITINTEC 339-088)
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Límite máximo 300 ppm 200 ppm 125 ppm 300 ppm 10 ppm 0.001 ppm 6 < pH < 8
1.4.6. Aserrín de aluminio 1.4.6.1.
Generalidades del aserrín de aluminio
Las propiedades del aserrín de aluminio se basa en su composición química de aluminio y la reacción que tiene con el cemento cuando se añade agua, tales como su baja densidad (2.700 kg/m³) haciendo que este se expanda y llegue a solidificar de una manera rápida. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los 690 MPa) y también su alta resistencia a la corrosión. Es buen conductor de la electricidad y del calor, se mecaniza con facilidad y es muy barato. Por todo ello es desde mediados del siglo XX el metal que más se utiliza después del acero
1.4.6.2.
Aplicaciones de aserrín de aluminio
La utilización industrial del aluminio ha hecho de este metal uno de los más importantes, tanto en cantidad como en variedad de usos, siendo hoy un material polivalente que se aplica en ámbitos económicos muy diversos y que resulta estratégico en situaciones de conflicto. Hoy en día, tan solo superado por el hierro/acero. El aluminio se usa en forma pura, aleado con otros metales o en compuestos no metálicos. En estado puro se aprovechan sus propiedades ópticas para fabricar espejos domésticos e industriales, como pueden ser los de los telescopios reflectores. Su uso más popular, sin embargo, es como papel aluminio, que consiste en láminas de material con un espesor tan pequeño que resulta fácilmente maleable y apto por tanto para embalaje alimentario. También se usa en la fabricación de latas y tetrabriks. Por sus propiedades eléctricas es un buen conductor, capaz de competir en coste y prestaciones con e l cobre tradicional. Dado que,
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a igual longitud y masa, el conductor de aluminio tiene poco menos conductividad, resulta un componente útil para utilidades donde el exceso de peso es importante. Es el caso de la aeronáutica y de los tendidos eléctricos donde el menor peso implica en un caso menos gasto de combustible y mayor autonomía, y en el otro la posibilidad de separar las torres de alta tensión. Además de eso, aleado con otros metales, se utiliza para la creación de estructuras portantes en la arquitectura y para fabricar piezas industriales de todo tipo de vehículos y calderería. También está presente en enseres domésticos tales como utensilios de cocina y herramientas. Se utiliza asimismo en la soldadura alumino-térmica y como combustible químico y explosivo por su alta reactividad. Como presenta un buen comportamiento a bajas temperaturas, se utiliza para fabricar contenedores criogénicos. Cuanto más puro, será más liviano y en algunas piezas de aviación, tendrá una alta resistencia gracias al oxígeno que lo compone. Es conocido como "Aluminio oxigenado o Aero Aluminio". El uso del aluminio también se realiza a través de compuestos que forma. La misma alúmina, el óxido de aluminio que se obtiene de la bauxita, se usa tanto en forma cristalina como amorfa. En el primer caso forma el corindón, una gema utilizada en joyería que puede
adquirir
coloración
roja
o
azul,
llamándose
entonces rubí o zafiro, respectivamente. Ambas formas se pueden fabricar artificialmente y se utilizan como el medio activo para producir la inversión de población en los láser. Asimismo, la dureza del corindón permite su uso como abrasivo para pulir metales. Los medios arcillosos con los cuales se fabrican las cerámicas son ricos en aluminosilicatos. También los vidrios participan de estos compuestos. Su alta reactividad hace que los haluros, sulfatos, hidruros de aluminio y la forma hidróxido se utilicen en diversos
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procesos industriales tales como mordientes, catálisis, depuración de aguas, producción de papel o curtido de cueros. Otros compuestos del aluminio se utilizan en la fabricación de explosivos.
1.4.7. Diseño de mezcla 1.4.7.1.
Ensayo de agregados
Análisis granulométrico del agregado El ensayo se realiza con las indicaciones de la norma ASTM C136 y la NTP 400.012. Mediante este método se obtiene la granulometría de los agregados al ser tamizados por las mallas normalizadas. El objetivo del ensayo es el de trazar la curva granulométrica, y a partir de ello determinar el Tamaño Máximo Nominal para el caso del agregado grueso y el Módulo de Fineza para el caso del agregado fino. El Tamaño Máximo nominal (TM), se entiende como la abertura del menor tamiz de la serie usada que comienza a retener. Generalmente, es el tamiz que retiene el 15% o menos. El módulo de finura (MF) se entiende como la suma de los porcentajes retenidos desde la malla #4 a la #100, dividido entre 100. Ecuación 3.1
MF R4 +R8 + R16 +100R30 + R50 + R100
Peso específico y absorción Para el cálculo del peso específico y absorción del agregado fino se usa la norma ASTM C 128 y NTP 400.202. Mediante este ensayo se determina el peso específico y la absorción del agregado fino.
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Peso unitario compactado y suelto El ensayo se realiza con las indicciones de la norma ASTM C 29 y la NTP 400.017.
Contenido de humedad El ensayo se realiza con las indicaciones de la norma NTP 400.010
1.4.8. Ensayo de la aserrín de aluminio 1.4.8.1.
Ensayo químico
Se realiza el ensayo químico del aserrín de aluminio con la finalidad de encontrar el porcentaje de aluminio puro que contiene con la cual remplazarlo en la mezcla, que con el aluminio puro, según los ensayos realizados se encontró el porcentaje ideal de aluminio que sería el 3% del peso del cemento. Mé todo absor ci ón atómica S e realizará en un laboratorio químico con el método mencionado
con el fin de encontrar la pureza del aserrín de aluminio. (Stud.Zapata y Stud. Valdivieso, 2013)
1.4.8.2.
Cálculo de porcentaje de aserrín a utilizar El cálculo de porcentaje a utilizar de aserrín se realizara con la ayuda del ensayo químico del aserrín de aluminio y el porcentaje de polvo de aluminio obtenido en el proyecto de investigación anterior que se refería al 3 % del peso del cemento. ( Stud.Zapata y Stud. Valdivieso, 2013)
1.4.8.3.
Tamizado de aserrín de aluminio El tamizado del aserrín de aluminio se tendrá que pasar por las mallas n° : 3/8”,1/4”,4,8,10,16- y se trabajara con lo que sobre en el plato por ser un determinado fino con la cual se puede trabajar
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y que logra aprovechar en gran cantidad y la cual no se desperd desp erdici iciaa mucho el aserrín aserrín de alum aluminio .
1.4.9. Fabricación Fabricación de los bloques bloques de concreto 1.4.9.1.
Proceso constructivo Para Par a los los bloques de concreto con co n aserrín aserrín de alum aluminio inio se tiene mucho en cuenta el tiempo en el proceso de elaboración ya que el aserrín aserrín de alu a lum minio inio reacciona reacciona a los 4 min minutos utos de tener contacto co ntacto con c on el agua y el cemento, por lo tanto se tiene 4 minutos para el mezclado y vaciado al molde .
Mezclado y vaciado : 4 min
Esponjamiento Esponjamie nto : 4-10 4- 10 min
Elevación
Temperatura Max 100 °C °C a 60 min
Corte con sierra : 2 horas
Desencofrado Desencofrado : 3 horas horas
de temperatura
: 10-60 min
1.4.10. Ensayos de bloques de concreto 1.4.10.1. Variación dimensional De este ensayo depende el espesor de la junta: a mayor variación, mayor espesor de junta y mientras mayor sea el espesor de la junta, menor será la resistencia a compresión y la fuerza cortante del muro de albañilería. Este ensayo consiste en tomar milimétricamente las dimensiones en los puntos medio de las aristas que limita cada cara .las dimensiones se tomaron como el promedio de 4 medidas. medidas. La siguiente fórmula expresa la variabilidad dimensional en porcentaj porcentajes: es:
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Ecuación 3.1
00( ) (%) 100(
V
=
variabilidad dimensio dimensional nal
Fabrica Fab rica
=
medidas especif espe cificad icadas as por el fabricante (cm)
Prom Pro m
=
medida promedi promedioo (cm).
1.4.10.2. Alabeo El espesor de la junta del mortero también depende de este ensayo, asimismo puede hacer que las juntas horizontales presenten vacíos, que, como se explicó anteriormente, afecta directamente a la resistencia a compresión y a fuerza cortantes de muros de albañilería. Para realizar este ensayo se colocó la unidad en una mesa plana, dependiendo del tipo de alabeo, si es cóncavo se introduce una cuña metálica graduada en la zona que presente mayor flecha, si el tipo de alabeo es convexo, se acomoda una regla que hasta las medidas de los extremos sean igu iguales, ales, introd introducié uciéndose ndose allí allí la cuña.
1.4.10.3. Succión Es la medida de avidez de la unidad de albañilería y la predisposición a quitarle agua al mortero, lo que ocasiona una adherencia muy débil con la unidad de albañilería. Al debilitar la adherencia morterounidad, la succión es determinante en la resistencia a fuerza cortante de la albañilería. La Norma Norma Técnica Técnica E.070 reco r ecom mienda ienda que que al instante instante de asentar a sentar las unidades la succión esté comprendida entre 10 a 20gr/200cm2 x min, si la succión que presenta es mayor, se debe regar las unidades durante 30 min unas 10 horas antes del d el asentado. asentad o.
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Para realizar el ensayo se seca las muestras colocándolas en un horno durante 24 horas a una temperatura de 110 °C. Pasando este tiempo se pesan pesan las las unidad unidades es con una precisión de d e 0.50 gr. Se toman medidas con precisión milimétrica del largo y ancho de las caras cara s de las unidades unidades que estarán en contacto con c on el agua. En una bandeja nivelada con agua se coloca las muestras en unas barras barras de apoy apoyoo y se toma toma tiem tiempo, po, la muest muestra ra debe estar estar en contacto contacto con el agua durante 1 min, luego de esto se retira, se seca e inmediata nmediatamente mente se pesa la la muestra. Si el área de contacto de unidad de albañilería difiere en más de 25% de 200 cm2 se corregirá la succión por medio de la siguiente formula:
Ecuación 3.2
S 200
W
=
Aumento Aumento de peso, peso , en gramos gramos
L
=
Largo prom pro medio de la superfic superfic ie de contacto, contact o, en cm.
B
=
Ancho promedi promedioo de la superfic superfic ie de contacto, contact o, en cm.
S
=
Succión normalizad normalizadaa en 200 cm2.
1.4.10.4. Absorción Para obtener la durabilidad de las unidades de albañilería se realizaron ensayos de absorción. Si una unidad tienes un alto índice de absorción quiere decir que será más poroso, por ende menos resistente al intemperismo. El límite máximo de absorción que especifica la Norma Técnica E.070 para bloques bloques de concreto concreto no estructural estructural es de 12 %.
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Las unidades son secadas dentro de un horno a una temperatura de 110 °C durante 24 horas, luego se sacaran y se pesan. Se dejaran enfriar los bloques a temperatura ambiente durante 4 horas, luego se introducen en un recipiente con agua destilada a una temperatura entre 15°C y 30 °C, se dejan reposar completamente sumergidas durante 24 horas, después de ese tiempo se retiran del recipiente y se pesan. El contenido de agua que absorbe fórmula. Ecuación 3.3
se obtiene con la siguiente
100()
A
=
variabilidad dimensional
Peso Seco
=
Peso del espécimen seco, en gramos
Peso Sat.
=
Peso del espécimen saturado, en gramos
1.4.10.5. Compresión axial Esta propiedad nos indica la durabilidad de las unidades, ya que a mayor resistencia a la compresión axial, mayor será su durabilidad. También nos indica la calidad de las unidades de albañilería que empleamos. Para realizar este ensayo se eligieron al azar 3 unidades y se les colocó un capping de yeso: cemento para tener una superficie de contacto uniforme entre las unidades y el cabezal de la máquina de compresión. Luego se colocaron las unidades en la máquina de ensayos y se procedió a aplicar la carga a una velocidad de 10.0 ton/min. La resistencia de las unidades a la compresión axial se calcula mediante la siguiente formula:
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Ecuación 3.4
Fb
=
Resistencia a compresión del bloque, en kg / cm 2
P
=
Carga de rotura, en kg.
A
=
Promedio de las áreas brutas superior e inferior, en cm 2
1.4.11. Prismas de albañilería Para pronosticar el comportamiento que tendrán los muros de albañilería se construyeron 3 primas de albañilería. El objetivo de los primas es que representen a los muros reales de la mejor manera posible, por lo que deben estar expuestos a las mismas condiciones y tener las mismas variables que determinan sus características (humedad, tipo de bloques, dosificación del mortero, espesor de las juntas, asentado, mano de obra, etc.), sin dejar de lado que estos prisma además deben ser fáciles de manipular, por lo que sus dimensiones son mínimas. Para ambos tipos de prismas se consideró lo siguiente:
Ubicación de la zona de construcción y fragua.-Se ubicación en una zona techada del laboratorio, donde no estorbaran el paso y no fuera dañas durante su proceso de fragua.
Selección de las unidades de albañilería.- Se seleccionaron separando las unidades dañadas o en mal estado.
Regado de las unidades de albañilería.- Debido a la alta succión que presentaron las unidades de albañilería, un día antes del asentado se regaron durante mediante hora.
Preparación del mortero.-El mortero se dosifico según la Norma Técnica E.070, cemento: arena fue en proporción 1: 4; el agua fue agregada por el albañil de tal modo de obtener una consistencia trabajable.
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Asentado.- Se construyeron los elementos de manera habitual en nuestro medio (tipo soga), controlando su verticalidad con la plomada y su altura con escantillón.
Fragua.-Se dejó a los prismas fraguar durante 14 días.
Capping.- Antes de ensayar los prismas se colocara un capping de cemento: yeso de aproximadamente 3 mm de espesor en la parte inferior y superior en el caso de las pilas y en las esquinas opuestas en el caso de los muretes para uniformizar la superficie de contacto de los prismas con el cabezal de ensayo del equipo mecánico.
1.4.11.1. Pilas Para la determinación de la resistencia característica (f´m), la cual viene a ser una de las principales propiedades de la albañilería, se construyeron tres pilas considerando las indicaciones mencionados al inicio de este capítulo. Las características de las pilas son las siguientes
Dimensiones: 0.40m de ancho, 0.09 m de espesor y 0.415 m de alto.
Las unidades utilizadas fueron las mismas que se utilizaron para la construcción de los muros (Bloques de concreto).
La proporción volumétrica del mortero para el asentado de las unidades fue de 1:4, con un espesor de 1.5cm.
El equipo a realizar el ensayo será una maquina uniaxial, TINIUS OLSEN.
Calculo de la resistencia a compresión axial Para obtener la resistencia a compresión axial de las pilas (f´m) se utiliza la siguiente formula: Ecuación 3.5
á Á_
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Este valor se corrige según los coeficientes de esbeltez, proporcionado por la Norma Técnica E.070 (tabla 4.1) Tabla 4.1 Factor de Correccion f´m por esbeltez (E.070) Esbeltez Factor
2.0
2.5
3
4
4.5
5
0.73
0.8
0.91
0.95
0.98
1.00
Obtenemos la desviación estándar (S):
∑ =−()
Ecuación 3.6
Xt = Variables .kg/cm2
X = Promedio de las variables n = Numero de variables S = Desviación estándar La resistencia característica a compresión axial se obtiene de restar el valor promedio de fm menor una vez una desviación estándar. Ecuación 3.7
´
fm = Resistencia a la compresión S = Desviación estándar f´m = Resistencia característica
1.4.11.2. Muretes Se construyeron tres muretes con las mismas condiciones y características mencionadas posteriormente, los cuales ensayados a compresión diagonal, no permitiera calcular la resistencia a fuerza cortante (V´m) de la albañilería y predecir la carga de agrietamiento diagonal de los muros a escala natural, así como su forma de falla. Las características de los muros son las siguientes:
Dimensiones: 0.82 m de ancho, 0.09 m de espesos y 0.84.
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Las unidades utilizadas fueron las mismas que se utilizaron para
la construcción de las pilas (Bloques de concreto celular). La proporción volumétrica del mortero para asentado de las
unidades fue de 1:5. Con un espesor de 1.5 cm. Para generar la carga se contó con una gata hidráulica de 20 toneladas. El funcionamiento del equipo consiste en captar la fuerza ejercida en voltaje mediante una celda de carga hacia una computadora y utilizando el software labView nos da un registro de carga ejercida en toneladas. La velocidad de ensayo fue de 1.0 ton/min.
Cálculo de la resistencia al corte diagonal Para obtener la resistencia a corte de los muretes, se utiliza la siguiente formula: Ecuación 3.8 Vm
á
= resistencia al Corte Puro.
P máx. = máxima fuerza que resiste el murete. Ad
= área diagonal del murete.
Obtención de la desviación estándar (S): Ecuación 3.9
∑ =−()
Xt = Variables .kg/cm2
X = Promedio de las variables n = Numero de variables S = Desviación estándar La resistencia característica al corte puro se obtiene de restar el valor promedio de Vm menos una vez la desviación estándar. Ecuación 3.10
´ Página 30
De acuerdo a la Norma Técnica E.070, para fines de diseño debe aplicarse:
( ) ´ ≤ ´
1.5. Hipótesis Con los diseños de bloques de Concreto usando aserrín de aluminio, para muros de albañilería no estructural se obtendrá un concreto más liviano, cumpliendo con lo establecido en la NORMA E.070 ALBAÑILERÍA para Bloques de Concreto no Estructural
1.6. Objetivos El proyecto de investigación tiene como objetivos los siguientes:
1.6.1. Objetivos General Determinar la resistencia según la Norma E. 070, y peso de un diseño de bloques de concreto en muros de albañilería no estructural usando aserrín de aluminio, en comparación a ladrillos de King Kong de 18 huecos.
1.6.2. Objetivos Específicos
Diseñar los bloques de concreto en muros de albañilería no estructural usando aserrín de aluminio.
Evaluar el peso en un m2 de bloques de concreto y ladrillo convencional King Kong.
Evaluar las características de los bloques de concreto usando aserrín de aluminio con los requisitos de la NORMA E.070 ALBAÑILERIA para bloques de concreto no estructural.
Página 31
II.
MATERIAL Y MÉTODO 2.2 Tipo y Diseño La presente investigación se clasifica como una investigación Cuantitativa, es decir, son datos numéricos que resultan de la condición formal realizados a través de los ensayos en los laboratorios para determinar la selección de las proporciones de la mezcla, y la resistencia a la compresión del concreto.
2.2.1 Niveles de investigación De acuerdo a su nivel investigación que se llegó a alcanzar en este trabajo de tesis es “Explicativo”
2.2.2 Diseño de investigación Diseño experimental de nivel cuasi experimental Diseño de nivel cuasi-experimental, porque vamos a realizar pruebas y ensayos en el laboratorio y demostrar la hipótesis formulada, tal como se brindan en sus resultados para posteriormente analizarlos, de esa manera lo describiremos según el análisis realizado. Es una técnica estadística que permite identificar y cuantificar las causas de sus efectos dentro de un estudio experimental. En un diseño experimental se manipulan deliberadamente una o más variables, vinculadas a las causas, pata medir el efecto que tienen en otra variable de interés. El diseño experimental prescribe una serie de pautas relativas que variables hay que manipular, de qué manera, cuantas veces hay que repetir el experimento y en qué orden para establecer con un grado de confianza predefinido la necesidad de una presunta relación de causa -efecto
Página 32
Esquema de Diseño de Investigación Diseño con ladrillo King Kong Xi
M1
O1
Y1
Unidades Ladrill o King Kong convencional
de ladri llo de King
Resultados para comparar
Kong convencion
Resi stencia y Peso
Diseño con Bloque de concreto con aserrín de aluminio M2
Xi
O2
Y2
Donde: Bloques de concreto con as errín de aluminio
Dis eño de mezcla de concreto con as errín de
Resultados para comparar
Resi stencia y Peso
aluminio
M1:
(Ladrillos King Kong convencional).
M2:
(Bloques de concreto con aserrín de aluminio).
O1, O2: Evaluación de resultados de la resistencia y peso de bloques de Concreto con aserrín de aluminio y los ladrillos King
Y1
Resistencia y Peso ladrillos de King Kong.
Y2:
Resistencia y Peso en bloques de concreto con Aserrín de aluminio.
Página 33
Kong.
2.3 Población y muestra 2.3.1 Población de estudio Bloques de concreto -Ensayo de absorción/succión
3 bloques
-Pruebas de compresión:
3 bloques
-
Pruebas de pilas:
9 bloques
-
Muretes:
24 bloques
Total de bloques:
41 bloques
Materiales a utilizarse De la cantera ARENA FINA
Cantera de TRES CABEZAS, ubicado en Chimbote.
ARENA GRUESA
Cantera de SAN PEDRO, ubicado en Samanco al sur de Chimbote.
Del cemento
.
En la industria de la construcción, se cuenta con diferentes marcas y tipos de cemento, la más comercial en nuestra ciudad de Chimbote es: Cemento Pacasmayo
.
Tipo de Cemento: Tipo MS
Reactivo. Aserrín de aluminio
Página 34
2.4 Técnicas e instrumento 2.4.1 Observación Científica INSTRUMENTO: Guía de observación Ensayos de laboratorio para el concreto Agregados
Análisis por tamices del Agregado Fino - Norma ASTM C 136
Peso específico y Absorción del agregado fino- Norma ASTM C127
Peso unitario del agregado- Norma ASTM C29
Módulo de fineza - Norma ASTM c-125
Humedad natural de la arena fina.
Ensayo de peso unitario.
Bloques de concreto
Resistencia a la compresión - Norma ASTM C19 - Norma Técnica Peruana 399.602, requisitos de resistencia.
Ensayo de Absorción de las unidades de albañilería, Absorción máxima. NTP 399.602. Ensayo de succión.
Pilas
Ensayos realizados a las pilas de concreto como resistencia en compresión citado por la NTP 399.605.
Muretes
Ensayos de murete por corte diagonal.
2.5 Proceso y análisis de los datos Para el análisis de datos se trabajara con gráficos, promedio y desviación estándar.
Página 35
III.
RESULTADOS 3.1. Resultados Previos 1. Ensayo químico de la escoria de aluminio Tabla N° 01 PARAMETRO ALUMINIO,% (m/m)
RESUSLTADO 91.7
El ensayo químico obtenido por especialista en la materia en la ciudad Trujillo con la siguiente interpretación .La cual por cada gramo de aserrín de aluminio se obtenía una pureza de 91.7, la cual 8.3gr de aserrín de aluminio sería lo que equivale a cada gramo de aluminio puro. (Ver ensayo completo -anexo 01)
2. Calculo de porcentaje de aserrín de aluminio Tabla N° 02 3%
0.114
kg
x
0.9462
kg
25
%
x
:
Utilizando la referencia de la tesis (Stud.Zapata y Stud. Valdivieso) ,y la pureza obtenida del aserrín de aluminio se calculó que el 25% del peso del cemento es el ideal para la buena función del aserrín de aluminio en los bloques de concreto. (Ver ensayo completo -anexo 01)
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3. Diseño de mezcla Después de haber realizados los ensayos de los agregados: granulometría, gravedad especia, humedad natural, peso unitario , se obtuvo el siguiente diseño de mezcla con la cual se trabajó. ( Ver ensayos completos -anexo 01) Tabla N° 03 COMPONENTES
DOSIFICACION
Cemento
1
Agregado Fino
3.5
Cal
1.6
Relación A/C 0.52 (Ver e nsayo completo -anexo 01)
4. Variación dimensional Tabla N° 04 ANCHO
LARGO UNIDAD VAR – 1
Prom (cm) 39.85
Fabrica (cm) 40
Varia (%) 0.375
VAR – 2
39.9
40
VAR – 3
39.875
VAR – 4
39.875
ALTO
Prom abrica (cm) cm) 9.05 9
Varia (%) 0.55556
Prom (cm) 20.35
Fabrica (cm) 20
Varia (%) 1.75
0.25
8.95
9
0.55556
20.35
20
1.75
40
0.3125
9
9
0
20.425
20
2.125
40
0.3125
9
9
0
20.45
20
2.25
PROM (% )
0.3125
0.2778
1.9687
Los resultados nos da un dispersión máxima de 1.968 % (en las alturas de las unidades), y de acuerdo con la Norma Técnica E.070 la unidad es aceptable ya que no sobrepasa la variabilidad máxima de (4%) para bloques de concreto no portantes.
(Ver ensayo completo -anexo 02)
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5. Alabeo Tabla N° 05 CONCAVIDAD CARA CARA INF PROM SUP (mm) (mm) (mm)
UNIDAD BLOQ BLOQ BLOQ BLOQ
CONVEXIDAD CARA SUP CARA INF (mm) (mm)
0
-1 -2 -3 -4
0.25 0.00 0.25 0.25
0.00 0.00
0.00 0.00
PROM (% )
0.50
0.0625 0.125 0
0.25
0.50
0.25
0.00
0.00
PROM (mm)
0.00
0.25
0.00
0 0 0.125
0.0469
0.0938
La Norma Técnica E.070 nos dice que el alabeo máximo para bloques de concreto no portantes es de 8 mm por lo tanto las muestras de unidades se encuentran dentro del límite por la Norma. (Ver ensayo completo -anexo 02)
6. Succión Tabla N° 06 UNIDAD SUC - 1 SUC - 2 SUC - 3
LARGO ANCHO (cm) (cm) 40.00 40.00 40.00
9.00 9.00 9.00
PESO SECO (gr) 5440.00 5280.00 5140.00
5410.00 5240.00 5110.00
PROM (gr)
PESO SAT (gr)
SUCCION (gr)
5425.00 5260.00 5125.00
5660.00 5510.00 5460.60
130.56 138.89 186.44
PROM (gr/(200 cm2 x min)
151.96
El valor de la succión obtenida en los ensayos es de 151.96 gr/(200cm2xmin): recomienda que la succión antes del asentado de las unidades está en el rango de 10 a 20 gr/(200cm2xmin), por lo que fue necesario regar los bloques de concreto durante media hora, 10 horas antes de proceder a asentarlos. (Ver ensayo completo -anexo 02)
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7. Absorción Tabla N° 07 UNIDAD ABS – 1 ABS – 2 ABS – 3
PESO SECO (gr)
PESO SAT (gr)
ABSORCIÓN (%)
5470.00 5280.00 5170.00
6220.00 6000.00 5870.00
13.71 13.64 13.54
PROM (% )
13.63
La Norma Técnica E.070 nos señala que para que una unidad de bloque de concreto no portante sea aceptable su nivel de absorción no será mayor que 15%. Nuestras unidades están dentro de ese límite con un valor de absorción de 13.63%. (Ver ensayo completo -anexo 02)
3.2. Resultado de Resistencia a Compresión 3.2.1. Compresión Axial Tabla N° 07 Unidad Bloc- 1 Bloc - 2 Bloc - 3
Largo (cm) 39.85 39.90 39.85
Ancho (cm)
Área (cm2)
Carga Max (kg)
Incremento por edad
fb (kg/cm2)
9.01 8.95 8.93
358.85 357.11 355.66
5800.00 5990.00 6480.00
1.25 1.25 1.25
20.20 20.97 22.77
PROM
(kg /cm2)
Desviación estándar f´b
(kg /cm2)
21.32 1.08 21.00
(Ver desviación estándar -anexo 05) La resistencia característica (f´b) es de 21 kg/cm2, por lo que de acuerdo a la Norma Técnica E.070 para bloques no portantes la resistencia mínima será de 20 kg/cm2, los cuales se concluye que los bloques de concreto con aserrín de aluminio cumplen con la resistencia mínima.
03)
Página 39
( Ver ensayo completo -anexo
3.2.2. Compresión de Pilas Tabla N° 08 PILA
Carga máx. Corregida (ton)
PILA- 1 PILA- 2 PILA- 3
fm (kg/cm2)
Factor de corrección
Incremento por edad
11.05 10.79 10.26
0.97 0.97 0.97
1.25 1.25 1.25
4.20 4.10 3.90
fm Corregido (kg/cm2) 13.40 13.08 12.44
(Ver ensayo completo -anexo 06) PROM
(kg /cm2)
12.98
Desviación estándar
0.25
f´m
13.00
(kg /cm2)
(Ver desviación estándar -anexo 05)
8. Tipos de Falla de Pilas Las fallas que presentaron todas las pilas fueron por asentamiento y agrietamiento, debido a alta concentración de esfuerzos, la cual este tipo de fallas son los más comunes bloques de concreto. Por otro lado se verifico la buena fricción de las unidades de bloques de concreto con aserrín de aluminio. (Ver Panel Fotográfico)
3.2.3. Compresión Diagonal de Muretes Tabla N° 09 PILA MURETE- 1 MURETE- 2 *MURETE- 3
Carga máx. (KN) 81.59 89.31 -
Carga máx. (Ton)
Incremento por edad
vm (kg/ cm2)
2.817 3.460 -
1.25 1.25 -
3.1 3.8
PROM (kg /cm2) Desviación estándar V´m (kg /cm2)
3.47 0.36 3.11
(Ver desviación estándar -anexo 05) De acuerdo a la Norma Técnica E.070, para fines de diseño debe aplicarse:
Página 40
Por lo que se usará:
V´m= 3.11 kg/cm2 *El Murete 3 no se logró hacer la prueba por que sufrió daños a la hora de trasladar de la movilidad al laboratorio en Lima. (Ver ensayo completo -anexo 03)
9. Tipos de Falla de Muretes Las fallas que se presentaron en los muretes fueron por tracción diagonal, frágiles, esto se debe a la buena adherencia entre las unidades y el mortero. (Ver Panel Fotográfico)
3.3. Resultados de Peso Tabla N° 10 ESPECIMEN B-1
ANCHO (mm) 90
LON (mm) 400
ALTURA (mm) 200
PESO (Gr) 5.550
B-2
90
400
200
5.680
B-3
90
400
200
5.290
B-4
90
400
200
5.700
B-5
90
400
200
5.800
B-6
90
400
200
5.900
UNIDADES Ladrillo kk 18 huecos
PROMEDIO
5.650
Tabla N° 11 N° de ladrillos Peso peso mortero Peso de muro % de por m2 (Kg) (kg) por m2( kg) disminución 39
2.70
48.18
153.475 51.13
Bloques de Concreto
12
5.650
Página 41
7.20
75
Grafico N° 01
Peso de muro por m2 LADRILLO Kk 18 HUECOS, 153.475 160 ) g 140 K ( 2 120 m n 100 e o r 80 u m 60 e d o 40 s e p 20
BLOQUES DE CONCRETO , 75.0
0 muros
(Ver ensayo completo -anexo 04)
3.4. Resultados Complementarios 10. Costo de fabricación MATERIALES CEMENTO CAL ARENA FINA ASERRIN DE ALUMINIO AGUA
MANO DE OBRA OPERARIO PEON
cantidad 0.089 0.1128 0.0023 0.97 0.0032
bls /bloques bls /bloques m3 /bloques kg/bl oques m3 /bl oques
PU 22 5 28 0.2 3
TOTAL 1.96 0.56 0.06 0.19 0.01
hh/bloque hh/bloque
15.2 11.7
0.38 0.29
0.46
0.01
0.019 0.025 0.025
HERRAMIENTAS 3% 0.03
%MO
COSTO/BLOQUE S/. 3.48
(Ver ensayo completo -anexo 05)
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11. Sostenibilidad del Aserrín de Aluminio en el tiempo Calculamos la sostenibilidad del aserrín de aluminio en un periodo de 20 años: El método que utilizamos es el siguiente : Donde: P: Cantidad de aserrín de aluminio recogido en un día de las. Sgte vidrieras de Chimbote 1 2 3 4 5
VIDRIERIA VIDRIERIA VIDRIERIA VIDRIERIA VIDRIERIA
TRIPLEX ESPINOZA PAOLA PACIFICO TEMPLE EIRL
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
VIDRIERIA SAN AGUSTIN SAC VIDRIERIA FURUKAW A VIDRIERIA MARCELO VIDRIERIA EVER BANEGAS VIDRIERIA ALPAMAYO VIDRIERIA BACSSA EIRL VIDRIERIA HERMIS GONZALES VIDRIERIA ALCRISTEM S.A VIDRIERIA NAKAYO LA ECONOMIA LIDER -QLYQUE VIDRIERIA HORVASA PUERTA ALUMINIO -LOCANEX
MÉTODO GEOMÉTRICO En este caso se efectúa el cálculo de poblaciones considerando que las variaciones de esta se producen en las formas de una progresión geométrica. A O
P
Δt
r
2009
46
1
1.1739
2010
54
1
1.0926
2011
59
1
1.1186
2012
66
1
1.1212
2013
74
1
1.1486
2014
85 SUMA
5.3384
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× − ∆ √ Pf =
Valor de la población buscada o futura
Pu = Valor de la población referencial, conocida por datos censales (Población actual o del último censo) Po = Población del censo anterior r=
Razón de cambio de las poblaciones respecto al tiempo
Δt = t – tu Variación del tiempo Pu
=
85
rp
=
1.06769
t – tu = Pf =
Pf
20 997.0
KG.A. D.
: Cantidad aserrín de aluminio que se colectara por día proyectado en un
periodo de 20 años
Por lo tanto la cantidad de aserrín de aluminio que se recolecta en un día:
... . ./ (Ver ensayo completo -anexo 05)
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IV.
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN. 1. El análisis que se encontró en la fabricación del concreto usando aserrín de aluminio reacciona rápidamente al añadir agua a la mezcla, por este motivo se tiene que sincronizar la hora de vaciado en los moldes y su respectiva vibración para evitar cangrejera , golpeando con un mazo de goma las paredes del encofrado y evitar espacios de vacíos en su parte superior, la discusión en este caso será la cantidad de material a utilizar ya que al reaccionar aumenta su volumen de mezcla por lo que se debe preparar 30% menos del volumen a vaciar.
2. Se observó en la hora que el concreto llega a fraguar, se eleva a una temperatura de 100°C llegando a evaporar el agua en su estructura del concreto, consolidando de una manera rápida, se puede discutir con investigaciones anteriores que los moldes de madera tornillo, al ser expuestos a estas altas temperaturas, tiende a pandearse y eso afecta en los posteriores bloques su alineamiento con los demás, es por ello que se deben utilizar en una cantidad no mayor a 8 veces de vida útil.
3. Combinando el aluminio con el cemento, se logra determinar que la finura del aserrín del aluminio influye de manera considerable en el tiempo de reacción con el cemento y provocando su consolidación en menor tiempo.
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V.
CONCLUSIONES 1. Se comprobó mediante un ensayo químico del aserrín de aluminio la pureza que este contiene, calculándose y demostrándose que el porcentaje ideal de adición del aserrín del aluminio es de 25% del peso del cemento, la cual tiende a reducir un 70 % de la resistencia bloques de concreto con aserrín de aluminio. 2. Se demostró que al pasar el 100% de aserrín de aluminio por el tamiz n°16 se encuentra una reacción química uniforme en la fabricación del bloque de concreto con el aserrín de aluminio , reduciendo un 51.13 % de peso por m2 de muro en comparación al ladrillo King Kong de 18 huecos . 3. El Diseño de Mezcla utilizado, Cemento: 1, Arena: 3.5, Cal: 1.6,
A/C:
0.52. Es la óptima para la elaboración de los bloques de concreto con aserrín de aluminio, debido a su buena resistencia a la compresión. 4. Se utilizó las medidas de 40 x 20 x 9 (cm), para la fabricación de bloques de concreto, basado en la investigación del Ing.Ninaquispe Machego (2010). 5. En las pruebas de succión de los bloques de concreto con aserrín de aluminio se analizó que sobrepasa el límite establecido en la norma E.070, por ello se debe humedecer el área de contacto del bloques y su curado constante del mortero. 6. Se obtuvo un promedio de 21 kg/cm2 de resistencia a compresión de unidades de bloques de concreto con aserrín de aluminio, cumpliendo con todos los requisitos para bloques de concreto no portantes según lo establecidos en la Norma Técnica E.070 que requiere un mínimo de (20kg/cm2)
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7. Se presentaron fallas por asentamiento y agrietamiento en el ensayo de compresión a pilas demostrándose una buena fricción entre las unidades de bloques de concreto con aserrín de aluminio. 8. Los ensayos de muretes presentaron fallas por tracción diagonal esto se debe a la buena adherencia entre las unidades de bloques de concreto con aserrín de aluminio y el mortero.
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VI.
RECOMENDACIONES.
Se comprobó que a más finura del aserrín de aluminio más pureza contiene y la cantidad de aserrín puede disminuir, se recomienda seguir esta tesis para comprobar en que tanto ayuda la finura del aserrín al concreto.
Para que el bloque de concreto utilizando aserrín de aluminio tenga una resistencia óptima se debe curar los 28 días según manda la Norma Técnica E.070.
En el caso del molde para la elaboración de los bloques se recomienda utilizar madera tornillos solo para 8 usos por la deformación que se genera al incrementar su temperatura. Por otro lado se recomienda utilizar un molde metálico lo cual sería lo ideal para soportar las altas temperaturas de la mezcla.
Para el llenado de los moldes con concreto se cuidara de no llenar al tope dejando 6 cm libre ya que en el proceso de reacción química, el concreto sufre una expansión, debido a la liberación de hidrógeno.
Seguir el estudio de los bloques de concreto con aserrín de aluminio utilizando cola mortero reemplazando al mortero (cemento – arena), para poder ver su adherencia, resistencia y disminución de peso por el mortero.
Es recomendable hacer los ensayos en muros a escala real con fuerzas perpendiculares a los muros, para futuros estudios.
Se recomienda utilizar el implemento de seguridad a la hora de manipular el aserrín de aluminio en especial la mascarilla para prevenir respirar aquellas partículas del aserrín.
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VII.
REFERENCIAS BIOGRÁFICAS.
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DE CONCRETO CELULAR PARA ALBAÑILERIA NO
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Ángel San Bartolomé. D.Quiun, G Mendoza “Estudio Experimental del Factor de Correccion por esbeltez en pilas de albañilería ”. XVI Congreso Nacional de Ingeniería Civil, Colegio de Ingenieros del Perú, Arequipa 2007.
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Página 49
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Norma Técnica Peruana. 2013. Cementos, Cementos Portland, Requisitos.
Norma técnica E.070, Albañilería. Ministerio de Vivienda – Lima,2008
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APÉNDICES Y ANEXOS.
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ANEXO 01 (ENSAYOS DE ASERRÍN DE ALUMINIO)
Página 52
ANEXO 02 (ENSAYOS PREVIOS)
Página 53
ANEXO 03 (ENSAYOS RESISTENCIA DE COMPRESIÓN)
Página 54
ANEXO 04 (ENSAYOS DE PESO)
Página 55
ANEXO 05 (ENSAYOS COMPLEMENTARIOS)
Página 56
PANEL FOTOGRÁFICO
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ARENA FINA
TAMIZADO DE ARENA
Página 58
ASERRÍN DE ALUMINIO
TAMIZADO DE ASERRÍN DE ALUMINIO
Página 59
RESULTADO DEL TAMÍZ N°16 Y DESPERDICIO
DOSIFICACIÓN PARA BLOQUE DE CONCRETO
Página 60
MEZCLA
VACIADO DE MEZCLA DEJANDO ESPACIO LIBRE PARA LA REACCIÓN
Página 61
ESPONJAMIENTO DE LA MEZCLA
ELEVACIÓN DE TEMPERATURA A 90 °C
Página 62
CORTE DE SUPERFICIE RESTANTE CON SIERRA
BLOQUE DE CONCRETO CON ASERRÍN DE ALUMINIO FINAL
Página 63
ENSAYO DE VARIACIÓN
ENSAYO DE ALABEO
Página 64
SECADO EN HORNO PARA ENSAYO DE SUCCIÓN
ENSAYO DE SUCCIÓN
Página 65
ENSAYO DE ABSORCIÓN
ASENTADO DE BLOQUE PARA MURETE
Página 66
BLOQUES DE CONCRETO
PILAS
Página 67
MURETES
EMBALAJE DE MURETES PARA ENSAYOS EN LIMA
Página 68
MURETE QUEBRADO POR MALA MANIOBRA AL DESEMBARQUE
ENSAYO DE CORTE DIAGONAL EN MURETE
Página 69
FALLA POR TRACCIÓN DIAGONAL
ENSAYO DE PILAS
Página 70
FALLA POR ASENTAMIENTO
ENSAYO COMPRESIÓN DE UNIDADES
Página 71
