Efecto del uso de aguas lluvias en la resistencia a compresión de concreto simple

(1)

EFECTO DEL USO DE AGUAS LLUVIAS EN LA RESISTENCIA A

COMPRESIÓN DE CONCRETO SIMPLE.

LEIDY VIVIANA GUTIERREZ GALINDO

JEIMY JULIETH SANCHEZ SUAREZ

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN CONSTRUCCIONES CIVILES POR CICLOS

PROPEDÉUTICOS

(2)

2

EFECTO DEL USO DE AGUAS LLUVIAS EN LA RESISTENCIA A

COMPRESIÓN DE CONCRETO SIMPLE.

LEIDY VIVIANA GUTIERREZ GALINDO

JEIMY JULIETH SANCHEZ SUAREZ

Proyecto de grado en la modalidad de monografía, para optar por el título de

Tecnóloga en construcciones civiles

Tutor

Ing. Milton Mena Serna

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN CONSTRUCCIONES CIVILES POR CICLOS

PROPEDÉUTICOS

(3)

3

Nota de aceptación

_____________________________

Presidente del jurado

(4)

4

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ... 8

2. RESUMEN ... 9

3. OBJETIVOS... 10

3.1. OBJETIVO GENERAL ... 10

3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS... 10

4. ALCANCE ... 10

5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 11

6. JUSTIFICACIÓN ... 11

7. ESTADO DEL ARTE ... 12

8. MARCO CONCEPTUAL ... 13

9. METODOLOGÍA ... 19

10. DESARROLLO DEL PROYECTO ... 20

10.1. ACTIVIDADES DEL PROYECTO ... 20

10.2. DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES ... 20

10.2.1. RECOLECCIÓN DE MATERIAL ... 20

10.2.2. CARACTERIZACIÓN DE AGUAS ... 22

10.2.3. CARACTERIZACIÓN DE MATERIAL CEMENTANTE ... 39

10.2.4. CARACTERIZACIÓN DE AGREGADOS ... 40

10.2.5. DISEÑO DE MEZCLA ... 55

10.2.6. ELABORACIÓN Y CURADO DE CILINDROS DE PRUEBA (NTC 550) ... 61

10.2.7. FALLA DE CILINDROS A COMPRESIÓN (NTC 673) ... 63

10.2.8. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS RESULTADOS (NTC 2275) ... 68

11. RECOMENDACIONES ... 81

12. CONCLUSIONES ... 83

13. BIBLIOGRAFÍA ... 86

TABLA DE TABLAS

Tabla 1. Requisitos químicos de aceptación de agua de mezclado (NTC 3459) ... 13

Tabla 2. Tolerancias de concentraciones de impurezas en el agua de mezcla, (Tecnología del concreto y del mortero – Diego Sánchez). ... 14

Tabla 3: Metodología del proyecto ... 19

(5)

5

Tabla 5 resultados conductividad eléctrica ... 25

Tabla 6 resultados sólidos totales disueltos ... 26

Tabla 7 resultados PH... 28

Tabla 8 resultados dureza total ... 32

Tabla 9 Dureza total de las muestras de agua como mg/l de CaCO3 ... 32

Tabla 10 resultados Dureza Cálcica ... 33

Tabla 11 Concentración de calcio en las muestras de agua como mg/L de Ca ... 33

Tabla 12 Concentración de magnesio en las muestras de agua como mg/L de Mg ... 33

Tabla 13 Resultado cloruros ... 35

Tabla 14 Contenido de ion cloruro en las muestras de agua como mg/L ... 35

Tabla 15 Datos de absorbancias vs. Concentración. ... 37

Tabla 16 resultados de absorbancias para sulfatos ... 38

Tabla 17 Contenido de sulfatos en las muestras ... 38

Tabla 18 Resumen de los resultados de ensayos a las muestras de agua. ... 39

Tabla 19: Granulometría de los agregados gruesos... 41

Tabla 20: Granulometría de los agregados finos ... 41

Tabla 21: Optimización de la granulometría ... 42

Tabla 22: Peso recomendado de muestra para determinar contenido de humedad ... 43

Tabla 23: Contenido de humedad de la arena ... 43

Tabla 24: Contenido de humedad de la grava ... 43

Tabla 25: Peso unitario suelto y apisonado de la grava ... 44

Tabla 26: Índices de aplanamiento y alargamiento ... 46

Tabla 27: Porcentaje de caras fracturadas ... 47

Tabla 28: Densidad y absorción del agregado grueso ... 49

Tabla 29: Densidad y absorción del agregado fino. ... 52

Tabla 30: Resistencia al desgaste de los agregados ... 54

Tabla 31: Datos previos al diseño de mezcla ... 56

Tabla 32: Estimación del contenido de cemento ... 58

Tabla 33: Recordar optimización de granulometría, según método de Fuller y Thompson. ... 58

Tabla 34: Gráfica Fuller y Thompson. fuente: elaboración propia ... 58

Tabla 35: Cantidad de materiales antes del ajuste por humedad. ... 59

Tabla 36: Peso húmedo de los agregados ... 59

Tabla 37. Exceso o defecto de agua ... 59

Tabla 38. Ajuste por humedad ... 60

Tabla 39. Dosificación teórica de la mezcla ... 60

Tabla 40. Cantidad de materiales para la mezcla con agua potable... 60

Tabla 41. Cantidad de materiales para la mezcla con agua lluvia ... 60

Tabla 42. Edad de ensayo de los especímenes ... 64

Tabla 43. Resultados ensayo de resistencia a la compresión de cilindros elaborados con agua lluvia. ... 67

(6)

6

Tabla 45 Resultados del ensayo a compresión de las probetas hechas con agua potable ... 74

Tabla 46. Estadística descriptiva aplicada a los resultados de ensayo de resistencia a la compresión de cilindros elaborados con agua potable ... 74

Tabla 47 Medidas de dispersión de resultados de resistencia obtenidos con agua potable. ... 75

Tabla 48 Resultados del ensayo a compresión de las probetas hechas con agua lluvia ... 77

Tabla 49. Estadística descriptiva aplicada a los resultados de ensayo de resistencia a la compresión de cilindros elaborados con agua lluvia. ... 78

Tabla 50. Medidas de dispersión resultados de resistencia obtenidos con agua lluvia. ... 78

TABLA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1: Secuencia para dosificar mezclas de concreto. Fuente: https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxhc2lnbmF0dXJhY 29uY3JldG98Z3g6NDc5OTdhMWUxMzFiNWU0MQ... 18

Ilustración 2. Área de captación, sistema de recolección de aguas lluvias. Fuente: propia. ... 20

Ilustración 3. Conductos y depósito, sistema de recolección de aguas lluvias. Fuente: Propia. ... 21

Ilustración 4. Almacenamiento de aguas lluvias para preparación de concreto. Fuente: Propia. ... 22

Ilustración 5. Ensayo Turbidez, Fuente: propia. ... 23

Ilustración 6. Ensayo de conductividad eléctrica, Fuente: propia. ... 25

Ilustración 7. Ensayo de sólidos totales disueltos, Fuente: propia. ... 26

Ilustración 8. Ensayo de PH. Fuente: Propia. ... 28

Ilustración 9. Ensayo dureza total. Fuente: propia. ... 30

Ilustración 10. Ensayo dureza cálcica. Fuente: propia. ... 31

Ilustración 11: Cálculos para determinar el contenido de calcio y magnesio en aguas. Fuente: Libro Calidad de aguas para estudiantes de ciencias ambientales. ... 32

Ilustración 12 Ensayo para determinar el contenido de cloruros en muestras de agua. Fuente: Propia. ... 34

Ilustración 13 Cálculos para determinar el contenido de Cloruros en aguas ... 35

Ilustración 14 Ensayo para determinar contenido de sulfatos en las muestras de agua. Fuente: propia ... 37

Ilustración 15. Curva de absorbancia vs. Concentración ... 38

Ilustración 16. Características de material cementante. Fuente: ficha técnica cemento Argos tipo UG. ... 39

Ilustración 17: Requisitos de gradación según NTC 174. Fuente:https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxhc2lnbmF 0dXJhY29uY3JldG98Z3g6NDc5OTdhMWUxMzFiNWU0M ... 41

Ilustración 18. curva granulométrica ... 42

Ilustración 19: Fórmula para calcular densidad aparente del agregado grueso, fuente: Norma NTC 176. ... 48

(7)

7

Ilustración 21: Fórmula para calcular densidad nominal del agregado grueso. Fuente: Norma NTC 176. ... 48 Ilustración 22: Fórmula para calcular porcentaje de absorción del agregado grueso. Fuente: Norma INV-E-223. ... 49 Ilustración 23: Fórmula para determinar densidad aparente del agregado fino. Fuente: NTC 237 . 51 Ilustración 24: Fórmula para determinar densidad SSS del agregado fino. Fuente: NTC 237 ... 51 Ilustración 25: Fórmula para determinar densidad nominal del agregado fino. Fuente: NTC 237 .. 51 Ilustración 26: Fórmula para determinar porcentaje de absorción del agregado fino. Fuente: NTC 237 ... 51 Ilustración 27 Ensayo para determinar contenido de materia orgánica del agregado fino. Fuente: Propia. ... 53 Ilustración 28: Fórmula para calcular porcentaje de pérdida de material por abrasión. Fuente: Norma INV E 218... 54 Ilustración 29: Gráfica para estimar cantidad de agua. Fuente: Tecnología y propiedades del concreto, Asocreto. ... 56 Ilustración 30: Resistencia de diseño según resistencia especificada. Fuente: NSR-10. ... 57 Ilustración 31:Gráfica de Relación a/c vs Resistencia a la compresión. Fuente: tecnología y

propiedades del concreto, Asocreto. ... 57 Ilustración 32. Método de compactación de muestras. Fuente: Tabla 3, NTC 550 ... 62 Ilustración 33. Requisitos de compactación de las muestras, Fuente: Tabla 2, NTC 550. ... 62 Ilustración 34. Requisitos de la varilla compactadora y número de golpes. Fuente: tabla 1, NTC 550 ... 62 Ilustración 35 Elaboración y curado de cilindros de prueba. Fuente: propia. ... 63 Ilustración 37. Cálculo de resultados de falla de cilindros a compresión. Fuente:

http://www.imcyc.com/ct2008/nov08/PROBLEMAS.pdf ... 65 Ilustración 37 Ensayo para determinar la resistencia a compresión de los cilindros de prueba. Fuente: propia. ... 66 Ilustración 38. Principales causas de variaciones de la resistencia. Fuente: NTC 2275. ... 69 Ilustración 39. Curva de distribución normal de frecuencia de resultados de resistencia. Fuente NTC 2275. ... 70 Ilustración 40. Normas para el control del concreto. Fuente: NTC 2275 ... 73 Ilustración 41 Curva de distribución de frecuencia de resultados de ensayo a la compresión de las probetas hechas con agua potable. Fuente: propia. ... 75 Ilustración 42 distribución de frecuencia de los resultados de resistencia y la correspondiente distribución normal de los especímenes elaborados con agua potable. ... 76 Ilustración 43 Curva de distribución de frecuencia de resultados de resistencia de cilindros

elaborados con agua lluvia. Fuente: Propia. ... 78 Ilustración 44 distribución de frecuencia de resultados de resistencia y la correspondiente

(8)

8

1. INTRODUCCIÓN

La ingeniería civil es un campo que brinda solución a diferentes problemáticas y necesidades de una sociedad, desde el punto de vista de contribuir en el crecimiento, desarrollo y mejora de su infraestructura. Por esta razón, es necesario estar a la vanguardia de los diferentes avances y estudios respecto al principal material de las construcciones, que es el concreto, el cual está constituido por diferentes componentes debidamente dosificados y mezclados que, al interactuar entre sí, forman elementos resistentes y durables.

El agua es uno de los recursos más importantes en la elaboración de concreto debido a su desempeño en estado fresco y endurecido, este insumo se puede encontrar en diferentes fuentes cuyas características tienen un efecto relevante en la calidad del concreto, por ende, requiere del cumplimiento de parámetros fisicoquímicos especificados en la NTC 3459. Por ejemplo, el agua lluvia es una fuente de agua de fácil acceso desde cualquier parte del país y puede satisfacer la demanda para la fabricación de mezclas de concreto, pero carece de estudio para su utilización. De ahí el enfoque de este proyecto, en el cual se desarrolla el tema del estudio de las aguas lluvias para preparar concreto y el efecto de sus características sobre la resistencia a la compresión. La metodología para ello es poner a prueba las características de las aguas lluvias recolectadas en Soacha Compartir y verificado el cumplimiento técnico del material hidratante proceder con la elaboración de cilindros de concreto para posteriormente evaluar el efecto de su uso en la fabricación de concreto simple, bajo el parámetro de la resistencia a la compresión, el cual es el principal criterio de calidad del concreto.

(9)

9

2. RESUMEN

Este proyecto tiene como objeto medir el efecto del uso de aguas lluvias recolectadas en Soacha Compartir, sobre la resistencia a compresión del concreto simple. Para tal fin, se elaboran cilindros de prueba con aguas lluvias y cilindros de prueba con agua potable tomada del acueducto de Bogotá, la cual es un agua patrón ya que su calidad está verificada y aprobada para ser utilizada en la elaboración de concreto. Todos los cilindros de prueba se ensayan en el laboratorio bajo el parámetro de la resistencia a la compresión, para generar un análisis estadístico comparativo de los resultados obtenidos con los cilindros elaborados con agua lluvia y los obtenidos con los cilindros patrón elaborados con agua potable.

Inicialmente se recolectan los materiales necesarios para la elaboración de los cilindros de prueba, durante este desarrollo se realiza la documentación pertinente, respecto a las aguas lluvias, los agregados pétreos y el cemento, que son los principales materiales utilizados para la elaboración de concreto en obra. Los materiales se ensayan en el laboratorio para poner a prueba sus características y verificar su cumplimiento según las normas técnicas Colombianas NTC, se elaboran los cilindros de prueba con estos materiales, 45 con agua lluvia y 18 con agua potable, siendo la fuente de obtención del agua la única variable entre unos y otros. Todos los cilindros se fallan a compresión para analizar e interpretar los resultados aplicando los principios básicos y conceptos aprendidos durante la carrera y la investigación realizada para este proyecto. Finalmente se plasma en un documento todo el aprendizaje que brinda la investigación, observación e interpretación de los resultados.

ABSTRACT

The purpose of this project is to measure the effect of the use of rainwater collected in Soacha

Compartir, on the compressive strength of simple concrete. For this purpose, are elaborated

test cylinders with rainwater and test cylinders prepared with potable water taken from the

Bogotá aqueduct, which is a standard water since its quality is verified and approved to be

used in the manufacture of concrete. All the test cylinders are tested in the laboratory under

the parameter of compressive strength, to generate a statistical comparative analysis of the

results obtained with the cylinders made with rainwater and those obtained with the standard

cylinders made with potable water.

(10)

10

3. OBJETIVOS

3.1. OBJETIVO GENERAL

Medir el efecto del uso de aguas lluvias recolectadas en la Zona Industrial de Soacha Compartir en la elaboración de concreto simple de peso normal, bajo el parámetro de la resistencia a compresión, para verificar si las aguas lluvias pueden ser utilizadas en la fabricación de concreto sin afectar negativamente sus propiedades.

3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

3.2.1. Generar una comparación de la resistencia a compresión de concreto simple entre los cilindros patrón (18 muestras elaboradas con agua potable, tomada del acueducto de Bogotá en la localidad Ciudad Bolívar) y los cilindros hechos con aguas lluvias (45 muestras).

3.2.2. Recomendar un buen uso de las aguas lluvias para preparar concreto de peso normal, estableciendo un paso a paso a partir de la recolección de las aguas lluvias utilizadas para elaborar las muestras de prueba.

4. ALCANCE

Con la realización de este proyecto se busca estudiar y analizar si al utilizar aguas lluvias para elaborar concreto simple de peso normal, la resistencia a compresión no presenta variaciones negativas, comparado con la utilización de agua potable. Es decir, que al igual que con el agua potable, utilizando aguas lluvias sea posible alcanzar la resistencia a compresión deseada, en este caso 21 MPa.

(11)

11

5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Por lo general, el agua utilizada para la elaboración de concreto es el agua potable. Sin embargo, el agua potable no es totalmente apropiada para preparar concreto, teniendo en cuenta que dentro del agua potable se pueden encontrar disueltas altas concentraciones de sales, cítricos o azúcares que pueden ser perjudiciales para el concreto, además su uso es costoso y poco amigable con el medio ambiente.

No obstante, si no se desea utilizar agua potable o no se cuenta con el acceso a ella, se corre el riesgo de utilizar aguas de calidad desconocida las cuales no son estudiadas para su empleo en la elaboración de concreto, de ahí la necesidad de conocer las características propias de las aguas lluvias y su influencia sobre el concreto simple, ya que el concreto se elabora con diversos grados de manejabilidad, velocidad de fraguado, durabilidad, masa unitaria, estabilidad de volumen, apariencia y resistencia, y todas sus propiedades se deben garantizar cuidando la calidad de los componentes del concreto. Al manipular estos componentes, en este caso reemplazar el agua potable por aguas lluvias se plantea la hipótesis de que las propiedades del concreto, principalmente la resistencia a la compresión no presenta variaciones negativas.

6. JUSTIFICACIÓN

El agua lluvia es un material que ha sido ampliamente descontaminado durante el desarrollo normal del ciclo del agua, por lo que al caer en forma de lluvia sus principales contaminantes serán los presentes en la atmósfera y otros agentes de su entorno, esto indica que hay baja probabilidad de encontrar impurezas que afecten las propiedades del concreto. Por otra parte, el agua lluvia se obtiene a partir de una fuente natural, lo que garantiza que su uso en la elaboración de concreto sea económico y de fácil acceso, por ejemplo, el costo de 1 m3 de agua potable en Bogotá esta sectorizado por estratos moviéndose en un rango de $ 733,37 - $ 4.333,55 pesos m/cte., mientras que 1m3 de agua lluvia no tiene costo, y su única inversión corresponde a su recolección, almacenamiento, y transporte. Y al utilizar agua lluvia para preparar concreto en lugar de agua potable, se disminuye el consumo de este líquido que está tratado, medido y pensado para el consumo humano.

(12)

12

7. ESTADO DEL ARTE

Realizando la respetiva documentación del tema relacionado con aguas lluvias usadas para la elaboración de concreto, se encontró el siguiente aporte:

EL CONCRETO ELABORADO CON AGUAS LLUVIAS COMO APORTE AMBIENTAL DESDE LA CONSTRUCCIÓN.

Carlos Mauricio Bedoya Montoya. Universidad Nacional de Colombia (Medellín-Antioquia, Colombia).

Carlos Andrés Medina Restrepo. Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquia (Medellín-Antioquia, Colombia).

(13)

13

8. MARCO CONCEPTUAL

8.1. EL AGUA PARA ELABORAR CONCRETO

Es un ingrediente fundamental para la elaboración de concreto debido a que desempeña una función importante en estado fresco y endurecido. Generalmente se hace referencia a su papel en cuanto a la cantidad para proveer una relación agua/cemento acorde con las necesidades de trabajabilidad y resistencia.1

TÉRMINOS RELATIVOS AL AGUA:

Se encuentra en la norma ASTM D-1129. A continuación, se describe una parte de la definición de términos más frecuente:

• ACIDEZ: capacidad de los medios acuosos de reaccionar con los iones OH (capacidad para neutralizar sustancias básicas).

• ALCALINIDAD: Capacidad de los medios acuosos de reaccionar con los iones H (capacidad para neutralizar sustancias ácidas).

• DUREZA: concentración de cationes de cloro presentes en el agua a cualquier tiempo especificado.

• PARTES POR MILLÓN (ppm): unidad química equivalente a la cantidad en masa del soluto que hay en un millón de unidades de masa de la solución.

• PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN: materia no liquida dispersa heterogéneamente del agua.

• PH: logaritmo negativo de la actividad del ion hidrogeno en soluciones acuosas.

• TURBIDEZ: reducción de trasparencia de una muestra de debida a la presencia de material particular.

• SOLIDOS DISUELTOS: materia dispersa en agua formando una sola fase homogénea

CARACTERÍSTICAS RECOMENDADAS PARA AGUA EMPLEADA EN LA ELABORACIÓN DE CONCRETO:

La norma NTC 3459 indica que la aceptación del agua se basa en los siguientes requisitos químicos:

REQUISITOS QUÍMICOS DE ACEPTACIÓN DE AGUA DE MEZCLADO (NTC 3459)

PARÁMETRO REQUISITO UND

Impurezas Orgánicas

Las aguas que tengan un color oscuro, un olor pronunciado, o aquellas donde sean visibles lamas de algas en formación de color verde o café, deben ser miradas con desconfianza y

ensayarse de acuerdo con esta norma.

Cloruros 500 mg/L

Sulfatos 1000 mg/L

Sólidos totales disueltos 50 mg/L

Óxidos de Sodio y potasio 600 mg/L

Tabla 1. Requisitos químicos de aceptación de agua de mezclado (NTC 3459)

(14)

14

Por otra parte, es importante conocer las tolerancias establecidas para el agua de mezclado de concreto, recopiladas en el libro “Tecnología del concreto y del mortero –Diego Sánchez”, las cuales son las siguientes:

Tolerancias de concentraciones de impurezas en el agua de mezclas

Impureza Máxima concentración

tolerada

Carbonato de sodio y Potasio 1.000 ppm

Cloruro de Sodio 20.000 ppm

Cloruro, como Cl (concreto preesforzado) 500 ppm

Cloruro, como Cl (concreto húmedo o con elementos de aluminio, metales similares o galvanizados)

1.000 ppm

Sulfato de Sodio 10.000 ppm

Sulfato, como SO4 3.000 ppm

Carbonato de Calcio y Magnesio, como ion bicarbonato 400 ppm

Cloruro de magnesio 40.000 ppm

Sulfato de Magnesio 25.000 ppm

Cloruro de Calcio (por peso de cemento en el concreto) 2%

Sales de Hierro 40.000 ppm

Yodato, Fosfato, Arsenito y Borato de Sodio 500 ppm

Sulfito de Sodio 100 ppm

Ácido Sulfúrico y ácido Clorhídrico 10.000 ppm

pH 6,0 a 8,0

Hidróxido de Sodio (por peso de cemento en el concreto) 0,5%

Hidróxido de Potasio (por peso de cemento en el concreto) 1,2%

Azúcar 500 ppm

Partículas en Suspensión 2.000 ppm

Aceite mineral (por peso de cemento en el concreto) 2%

Agua con algas 0

Materia orgánica 20 ppm

Agua de mar (concentración total de sales para concreto no reforzado) 35.000 ppm

Agua de mar para concreto reforzado o preesforzado No recomendable

Tabla 2. Tolerancias de concentraciones de impurezas en el agua de mezcla, (Tecnología del concreto y del mortero – Diego Sánchez).

Sólidos disueltos

Puesto que no es deseable introducir grandes cantidades de sedimentos en el concreto, se ha comprobado que las aguas que tengan menos de 2.000 ppm de sólidos disueltos, generalmente son satisfactorias para hacer concreto. Aguas que contengan más de 2.000 ppm de sólidos disueltos deben ser ensayadas para determinar sus efectos sobre la resistencia y fraguado del concreto.2

2_{Sánchez de Guzmán, Diego. Publicado (2001). Tecnología del concreto y el mortero (5 ed). Santa fé de}

(15)

15

Carbonatos y bicarbonatos alcalinos

Los carbonatos y bicarbonatos de sodio y potasio tienen diferentes efectos sobre los tiempos de fraguado de los distintos cementos. El carbonato de Sodio puede causar muy rápidos fraguados, los bicarbonatos pueden también acelerar o retardar el fraguado y en altas concentraciones pueden reducir la resistencia del concreto. Cuando la suma de estas sales disueltas exceda de 1.000ppm se deben realizar ensayos de resistencia a 28 días de edad y tiempo de fraguado.3

Cloruros y sulfatos

Un alto contenido de cloruros en el agua de mezclado puede generar corrosión en el acero de un concreto. Como los cloruros se pueden introducir al concreto dentro de cada uno de sus componentes por separado o por exposición a algunas sales o agua de mar, los límites de aceptación de cloruros dependen de la permeabilidad y nivel de exposición del concreto y del nivel de contribución del agua de mezclado en el contenido total de cloruros. 4

Un alto contenido de sólidos disueltos dentro del agua generalmente presenta altos contenidos de cloruro de sodio o sulfato de sodio.

Otras sales comunes

Los carbonatos de calcio y magnesio no son muy solubles en agua y estos rara vez se encuentran en concentraciones tales que puedan afectar la resistencia del concreto. Sin embargo, concentraciones superiores a 400 ppm del ion bicarbonato en cualquiera de estas formas es considerado dañino.

Los sulfatos de magnesio y los cloruros de magnesio pueden estar presentes en altas concentraciones sin causar efectos dañinos en la resistencia. Las concentraciones de sulfatos de magnesio deben ser menores de 25.000 ppm. El cloruro de calcio es algunas veces utilizado en concreto que no es preesforzado en cantidades hasta del 2% del peso de cemento para acelerar el endurecimiento y la resistencia temprana del concreto.5

Partículas en suspensión

Cerca de 2.000 ppm de partículas de arcilla o limos suspendidos en el agua de mezclado se pueden tolerar. Cantidades más altas pueden no afectar la resistencia, pero si influir en otras propiedades de algunas mezclas de concreto6

Bogotá D.C., Colombia. BHANDAR EDITORES LTDA., pág. 60.

(16)

16

Aguas ácidas

La aceptación del agua de mezclado ácida debe ser basada en la concentración de ácidos en el agua. Ocasionalmente su aceptación es basada en el PH, el cual es una medida de la concentración del ion hidrógeno. Algunas normas como la del cuerpo de ingenieros de los EE.UU. estipula un valor de PH entre 6.0 y 8.0. Las aguas ácidas con valores de PH por debajo de 3.0 pueden crear problemas de manejo y deben ser evitadas en lo posible.7

Aguas alcalinas

Aguas con concentraciones del 0.5% por peso del cemento (6.000 a 10.000 ppm) no afectan la resistencia o los fraguados, Sin embargo, más altas concentraciones pueden reducir la resistencia.

El hidróxido de potasio en concentraciones por encima del 1.2% por peso de cemento (18.000 a 24.000 ppm) tiene pequeños efectos sobre el desarrollo de la resistencia de algunos cementos, y en otros la puede reducir sustancialmente.8

8.1.2. EL CICLO DEL AGUA

Describe la presencia y el movimiento del agua en la Tierra y sobre ella. La cantidad de agua existente en la Tierra siempre es la misma, está en movimiento debido a la acción de la energía solar y a la fuerza de la gravedad y cambia constantemente de estado, desde líquido, a vapor, a hielo, y viceversa.9

ETAPAS DEL CICLO DEL AGUA:

• EVAPORACIÓN: El sol, que dirige el ciclo del agua, calienta el agua de los océanos, la cual se evapora hacia el aire como vapor de agua, en esta etapa se eliminan casi todas las sustancias disueltas ya que estas se separan del vapor de agua de manera natural.

• CONDENSACIÓN: Las corrientes ascendentes de aire llevan el vapor a las capas superiores de la atmósfera, donde la menor temperatura causa que el vapor de agua se condense y forme las nubes

• PRECIPITACIÓN: La precipitación, es agua liberada desde las nubes en forma de lluvia, aguanieve, nieve o granizo. Es el principal proceso por el cual el agua retorna a la Tierra. La mayor parte de la precipitación cae como lluvia.

8.1.3. PROPIEDADES DE LOS AGREGADOS

Las propiedades de los agregados dependen en gran parte de la roca madre de la cual proceden, por lo que, para su evaluación, el examen petrográfico es de gran utilidad. Sin embargo, debido a que son utilizados para la elaboración de concreto y afectan las características de este, es

(17)

17

importante seleccionarlos cuidadosamente, teniendo en cuenta los siguientes puntos, los cuales se especifican en la norma NTC 174:10

• Carácter de trabajo (contenido de agua)

• Condiciones climáticas

• Factores que afectan la durabilidad

• Economía

8.1.4. DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO DE PESO NORMAL

Una mezcla se debe diseñar tanto para estado fresco como para estado endurecido. Las principales exigencias que se deben cumplir para lograr una dosificación apropiada en estado fresco son maleabilidad y economía, y para concreto endurecido son las de resistencia, durabilidad, acabado y en algunos casos peso volumétrico. 11

• Datos previos: antes de dosificar una mezcla de concreto además de conocer los datos de la obra o estructura que se va a construir de las condiciones de trasporte y colocación también se deben conocer las propiedades de los materiales con los que se va a preparar la mezcla

• Datos de la obra: los datos que se deben conocer de la obra son:

➢ Máxima relación agua/cemento ➢ Tamaño máximo nominal del agregado ➢ Asentamiento (consistencia) recomendado ➢ Mínimo contenido de cemento

➢ Dimensión mínima del elemento a construir ➢ Espaciamiento del acero de refuerzo

➢ Condiciones a que estará expuesta la estructura ➢ Resistencia a la compresión mínima

• Datos de los materiales:

➢ Granulometría

➢ Módulo de finura de la arena ➢ Tamaño máximo de la grava

➢ Densidad aparente de la grava ya de la arena ➢ Absorción de la grava y de la arena

➢ Masa unitaria compacta de la grava

➢ Humedad de los agregados inmediatamente antes de hacer las mezclas ➢ Densidad del cemento

(18)

18

Ilustración 1: Secuencia para dosificar mezclas de concreto. Fuente:

(19)

19

9. METODOLOGÍA

OBJETIVOS ¿QUÉ HACER? RESULTADOS ESPERADOS

Generar una comparación de la resistencia a compresión de concreto simple entre los cilindros patrón (18 muestras elaboradas con agua potable, tomada del acueducto de Bogotá en la localidad Ciudad Bolívar) y los cilindros hechos con aguas lluvias (45 muestras).

• Recolectar y

seleccionar los

materiales

• Verificar el

cumplimiento del agua según la NTC 3459

• Verificar el

cumplimiento de los agregados según la NTC 174

• Elaborar y curar los cilindros de prueba según NTC 550

• Medir la resistencia a la compresión de las muestras según NTC 673

• Realizar análisis

estadístico y comparar los resultados de cilindros con agua potable vs cilindros con aguas lluvias.

• Contar con los

materiales necesarios para elaborar los cilindros.

• Garantizar que los agregados pétreos y el agua tengan la calidad óptima para realizar el diseño de mezcla.

• Que las muestras

realizadas, cumplan con la relación de esbeltez y que la inspección visual sea óptima.

• Que la resistencia de las muestras sea igual o mayor a 21 MPa.

• Demostrar que los cilindros elaborados con aguas lluvias tengan igual o mayor resistencia a la compresión que los cilindros patrón. Definir un buen uso de las

aguas lluvias para preparar concreto de peso normal, estableciendo un paso a paso a partir de la recolección de las aguas lluvias utilizadas para elaborar 45 muestras de prueba.

• Seguir las

recomendaciones para la recolección,

almacenamiento y uso de las aguas lluvias,

obtenidas de la

investigación previa.

• Desde la perspectiva como estudiantes y a

manera de

recomendación, brindar la información necesaria

para recolectar,

almacenar y usar las aguas lluvias en la preparación de concreto simple de peso normal.

(20)

20

10. DESARROLLO DEL PROYECTO

10.1. ACTIVIDADES DEL PROYECTO

• Recolección de material

• Caracterización de aguas

• Caracterización de material cementante

• Caracterización de agregados

• Diseño de mezcla

• Elaboración y curado de cilindros de prueba

• Falla de cilindros a compresión

• Análisis estadístico de resultados

10.2. DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES

10.2.1. RECOLECCIÓN DE MATERIAL

AGUAS LLUVIAS

Las aguas lluvias utilizadas para este proyecto fueron captadas mediante un sistema de recolección de aguas lluvias, el cual consta de área de captación, conductos y depósito. En este caso el área de captación fue el tejado, los conductos fueron bajantes de aguas lluvias y el depósito fue un tanque plástico de almacenamiento.

(21)

21

Ilustración 3. Conductos y depósito, sistema de recolección de aguas lluvias. Fuente: Propia.

Al recolectar las aguas lluvias para este proyecto se tuvieron algunas precauciones para evitar altos niveles de contaminación por agentes presentes en el entorno, el procedimiento fue el siguiente:

1. Antes de iniciar la recolección, se realizó un breve lavado del tejado con aguas lluvias. También se realizó lavado del tanque de recolección y purga con aguas lluvias, para el lavado de tejado y tanque no se utilizaron detergentes ni sustancias químicas, ya que cualquier sustancia podría alterar el agua de mezclado.

2. Al inicio de cada periodo de lluvia se permitió que las aguas lluvias limpiaran el tejado por un momento, este primer material no se recolectó.

3. Antes y después de cada periodo de lluvia se cubrió el tanque de almacenamiento con plástico para evitar que agentes externos se incorporaran en la recolección. De la misma manera cuando se completó la recolección se cubrió el tanque hasta el momento de su transporte.

4. Para transportar el material desde el lugar de recolección “Cra 4 (Auto sur) No. 9d 02 sur, Soacha – compartir” hasta el lugar de utilización “Universidad Distrital Francisco José de

Caldas – Facultad tecnológica”, fue necesario envasar en canecas previamente lavadas y

purgadas, estas se cubrieron con plástico y se sellaron con tiras de caucho para evitar que agentes externos se incorporaran al agua.

(22)

22

Ilustración 4. Almacenamiento de aguas lluvias para preparación de concreto. Fuente: Propia. AGREGADOS

Los agregados finos y gruesos utilizados en este proyecto fueron comprados en un depósito de materiales cercano a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, allí indicaron que la fuente de obtención del material fue en una cantera ubicada en la Sabana de Bogotá. Este material fue almacenado en la universidad durante el periodo de ensayos y hasta el momento de su utilización.

MATERIAL CEMENTANTE

Se utilizó cemento Argos de tipo UG – uso general, este material se compró al momento de su utilización, en un depósito de materiales cercano a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

10.2.2. CARACTERIZACIÓN DE AGUAS

Para verificar si las aguas lluvias recolectadas en Soacha – Compartir, cumplen con los requisitos mínimos necesarios para su uso en la elaboración de concreto, es necesario conocer sus características y compararlas con las especificaciones de la norma NTC 3459, y verificar las tolerancias en las concentraciones de impurezas presentes en agua de mezclado. Por otra parte, se realiza una comparación con las características del agua potable tomada del acueducto de Bogotá en la zona de Ciudad Bolívar, la cual está ensayada y aprobada para su uso en la elaboración de concretos.

Para análisis de agua de mezclado, se realizaron los siguientes ensayos:

TURBIDEZ

Aspectos teóricos:

(23)

23

orgánico finamente dividido, que se mantiene en suspensión por su naturaleza coloidal o por la turbulencia que genera el movimiento. 12

Instrumentos:

• Fotómetro para leer a 420 nm o turbidímetro con rango de lecturas entre 0 UT a 20 UT y 0 UT a 200 UT.

• Celdas fotométricas, son de cristal incoloro o trasparentes. Estas celdas se deben mantener escrupulosamente limpias por dentro y por fuera, descartando aquellas que se encuentren rayadas o manchadas

Materiales:

• Vasos de precipitados

• Balones aforados de 100 ml

• Agua desmineralizada

• Toallas suaves de papel

Procedimiento:

• Se calibro el turbidímetro con las muestras patrón 10, 15, 100, 750 NTU.

• Se purgaron las celdas fotométricas

• Se tomó la lectura de cinco muestras de aguas lluvias y cinco muestras de agua potable, con el equipo con la opción AVG (promedio) para tomar un promedio de 20 datos.

Ilustración 5. Ensayo Turbidez, Fuente: propia.

Resultados:

MUESTRA RESULTADO A.LL. RESULTADO A.POT.

1 1.35 NTU 0.51 NTU

2 1.29 NTU 0.44 NTU

3 1.30 NTU 0.54 NTU

4 1.32 NTU 0.42 NTU

5 1.38 NTU 0.48 NTU

Tabla 4 resultado turbidez

12_{Cárdenas León, Jorge Alonso. Publicado (2005). Calidad de aguas para estudiantes de ciencias}

(24)

24

Teniendo en cuenta que, a mayor turbidez de la muestra de agua, mayor es su contenido de material particulado. Se concluye a partir de los resultados que la muestra de agua lluvia contiene en promedio 2.77 veces mayor cantidad de partículas de material en suspensión que la muestra de agua potable.

Es de anotar que, la norma NTC 3459 no define un valor máximo de aceptación para la turbidez de una muestra de agua, por lo tanto, este ensayo se realiza de manera informativa.

CONDUCTIVIDAD ELECTRICA:

Aspectos teóricos:

La conductividad eléctrica de una muestra de agua es la expresión numérica de su capacidad para transportar una corriente eléctrica, esta capacidad depende de la presencia de iones en el agua, de su concentración total, de su movilidad, de su carga o valencia y de las concentraciones relativas, así como de la temperatura a la cual se realiza la medición.

En la mayoría de las soluciones acuosas, cuanto mayor es la concentración de sales disueltas, mayor es su conductividad eléctrica. También, puesto que a mayor temperatura menor viscosidad y a menor viscosidad mayor libertad de movimiento, la temperatura también tiene una marcada influencia sobre la conductividad eléctrica de un sistema acuoso. 13

Instrumentos:

• Equipo para la medición de la conductividad eléctrica o conductímetro que se mide en micro

Siemens por centímetro μS/cm.

Materiales:

• Vasos de precipitado

• Frasco lavador

Procedimiento:

• Calibrar el equipo. Es decir, en ceros

• Purgar los vasos de precipitado

• Tomar la lectura de 5 muestras de agua lluvia y 5 muestras de agua potable, sumergiendo el sensor esperando que se establezca el equipo y muestre la lectura.

(25)

25

Ilustración 6. Ensayo de conductividad eléctrica, Fuente: propia.

Resultados:

1 77.25 μS/cm. 88.99 μS/cm.

2 73.65 μS/cm. 90.47 μS/cm.

3 71.72 μS/cm. 91.60 μS/cm.

4 75.64 μS/cm. 91.33 μS/cm.

5 75.65 μS/cm. 88.60 μS/cm.

Tabla 5 resultados conductividad eléctrica

Este ensayo se realiza en aras de obtener un indicador para la presencia de sales en las muestras de agua lluvia y agua potable. A partir de los resultados se observa que la conductividad eléctrica en la muestra de agua potable es en promedio 1.2 veces mayor que en la muestra de agua lluvia, por tanto, existe mayor presencia de sales disueltas en la muestra de agua potable que en la muestra de agua lluvia.

La norma NTC 3459 no define un valor de aceptación o rechazo para la conductividad eléctrica de una muestra de agua, por tanto, este ensayo de realiza de manera informativa.

SOLIDOS TOTALES DISUELTOS:

Aspectos teóricos:

(26)

26

frecuentemente se toma la conductividad eléctrica como una medida indirecta de su contenido en solidos disueltos. 14

Instrumentos:

• Equipo para la medición de TDS se da en ppm

Materiales:

• Frasco lavador

Procedimiento:

• Calibrar el equipo. Es decir, en ceros

• Purgar los vasos de precipitado

• Tomar la lectura de 5 muestras de agua lluvia y 5 muestras de agua potable, sumergiendo el sensor esperando que se establece el equipo y muestre la lectura.

Ilustración 7. Ensayo de sólidos totales disueltos, Fuente: propia.

Resultados:

1 34.56 ppm 45.27 ppm

2 36.39 ppm 43.51 ppm

3 36.59 ppm 43.68 ppm

4 37.33 ppm 44.60 ppm

5 37.05 ppm 43.75 ppm

Tabla 6 resultados sólidos totales disueltos

(27)

27

El ensayo para conocer la cantidad de sólidos totales disueltos presentes en una muestra de agua se realiza con el conductímetro, el mismo equipo con el cual se realiza el ensayo de conductividad eléctrica, debido a que estos dos ensayos guardan una relación donde en una muestra de agua, la

conductividad eléctrica en μS/cm, es aproximadamente el doble de la cantidad de sólidos totales disueltos en ppm. A partir de los resultados se calcula que la cantidad de TDS en la muestra de agua potable es en promedio 1.2 veces mayor que la cantidad de TDS en la muestra de agua lluvia, y siendo los TDS una constitución de sales minerales, se reitera la conclusión anterior de que existe mayor presencia de sales disueltas en la muestra de agua potable que en la muestra de agua lluvia.

La norma NTC 3459 define 50 mg/L (equivalentes a 50 ppm) como valor máximo permitido para la cantidad de TDS presentes en una muestra de agua para elaborar concreto, de acuerdo a los resultados, ambas muestras de agua cumplen el requerimiento. Sin embargo, la muestra de agua potable está más cercana al límite máximo permitido, por esta razón se concluye que el agua lluvia presenta menor cantidad de sales disueltas, las cuales son perjudiciales para el concreto, y por tanto mejor condición en cuánto a TDS para su implementación como agua de lavado, mezclado y curado.

EL PH:

Aspectos teóricos:

El pH es una medida de la intensidad acida o alcalina de una muestra de agua, que difiere de los términos acidez y/o alcalinidad, en la medida en que estos últimos expresan esencialmente la capacidad amortiguadora de la muestra más que su carácter acido o básico propiamente dicho. 15

Instrumentos:

• PH-metro consta de un sensor o electrodo para el ion hidrogeno y de un sistema electrónico que captura la señal de concentración y la traduce en una escala de valores numéricos.

Materiales:

• Frasco lavador

Procedimiento:

• Calibración del equipo utilizando las muestras patrón en este caso pH (4-7)

• Limpiar muy bien el electrodo para que no esté contaminado y no interfiera en la medición.

• Tomar las muestras de aguas lluvias

• Introducir el electrodo en la muestra, y esperar que la lectura se estabilice.

(28)

28

Ilustración 8. Ensayo de PH. Fuente: Propia.

Resultados:

1 6.70 7.05

2 6.72 7.03

3 6.66 7.01

4 6.70 6.89

5 6.72 7.03

Tabla 7 resultados PH

Este ensayo se realiza para obtener un indicador de la acidez o alcalinidad de una muestra de agua. A partir de los resultados se puede deducir que el PH de ambas muestras es similar. Sin embargo, la muestra de agua potable posee mayor concentración del ion hidrógeno que la muestra de agua lluvia, esto significa que el agua potable tiene mayor capacidad para neutralizar sustancias ácidas que afecten negativamente el endurecimiento y la resistencia del concreto.

La norma NTC 3459 no establece una medida de aceptación o rechazo en cuanto al PH de las muestras, por otra parte, para este requerimiento se adopta la norma del cuerpo de ingenieros de EE.UU., la cual estipula un valor entre 6.0 y 8.0. Dado este valor, se concluye que ambas muestras de agua son aptas para su uso en la elaboración de concreto.

DUREZA:

Aspectos teóricos:

(29)

29

mientras que el Bario y el Estroncio se presentan adicionalmente, en aguas con algún tipo de asociación marina. 16

Instrumentos:

• Bureta automática

• Planchas de calentamiento

Materiales:

• Pipetas volumétricas

• Erlenmeyer

Reactivos

• Solución Buffer PH.

• Negro de eriocromo

• Solución Titulante estándar EDTA

• Solución estándar patrón de calcio

• Solución de trietanolamina 30%

• Hidróxido de Sodio 1N

• Indicador murexida

Procedimiento:

1. Dureza total:

• Seleccionar 50 ml de cada una de las muestras (cinco muestras agua lluvia, y cinco muestras agua potable)

• Adicionar 3 gotas de trietanolamina para evitar la interferencia de otros metales

• Adicionar 1 ml de solución buffer para ajustar el PH a 10

• Añadir 50 mg de indicador negro de eriocromo

• Titular gota a gota con EDTA hasta lograr el cambio de color de púrpura a azul

• Registrar el volumen consumido como dureza total (determinación de calcio + magnesio)

(30)

30

Ilustración 9. Ensayo dureza total. Fuente: propia.

2. Dureza cálcica:

• Adicionar 1 ml de NaOH4N para ajustar el PH entre 12 y 13

• Adicionar 3 gotas de trietanolamina para evitar la interferencia de otros metales

• Añadir 50 mg de indicador murexida

• Titular gota a gota con EDTA (0.05M) hasta lograr el cambio de color de rosa a púrpura

(31)

31

(32)

32 Cálculos:

Ilustración 11: Cálculos para determinar el contenido de calcio y magnesio en aguas. Fuente: Libro Calidad de aguas para estudiantes de ciencias ambientales.

Resultados:

1 1.51 ml de EDTA 1.38 ml de EDTA

Tabla 8 resultados dureza total

CONCENTRACIÓN DE CALCIO + MAGNESIO EN LAS MUESTRAS (mg/L de CaCO3)

MUESTRA RESULTADO A. LL. RESULTADO A.POT.

1 151.00 138.00

2 155.00 127.00

3 158.00 132.00

4 140.00 140.00

5 149.00 139.00

(33)

33

Tabla 10 resultados Dureza Cálcica

CONCENTRACIÓN DE CALCIO EN LAS MUESTRAS (mg/L de Ca)

1 39.20 36.80

2 38.00 36.40

3 38.80 37.60

4 39.20 37.20

5 38.40 37.20

Tabla 11 Concentración de calcio en las muestras de agua como mg/L de Ca

CONCENTRACIÓN DE MAGNESIO EN LAS MUESTRAS (mg/L de Mg)

PROMEDIO 13.08 10.36

Tabla 12 Concentración de magnesio en las muestras de agua como mg/L de Mg

Dado que los metales alcalinotérreos como el calcio y el magnesio no son muy solubles en agua, y que las muestras tomadas para este ensayo no provienen de aguas continentales ni con asociación marina, es pertinente esperar que tanto el agua potable y el agua lluvia utilizadas para este ensayo no seas aguas muy duras. Tal y como se observa a partir de los resultados, la muestra de agua lluvia posee en promedio un contenido de calcio + magnesio de 150.6 ppm como dureza total, y la muestra de agua potable posee en promedio un contenido de calcio + magnesio de 135.2 ppm. Aunque la muestra de agua lluvia es un poco más dura que el agua potable, ambas se catalogan como aguas de dureza media.

La norma NTC 3459 no define un criterio de aceptación o rechazo basado en el contenido de calcio

y magnesio. Sin embargo, a partir de las tolerancias descritas en el libro “Tecnología del concreto y del mortero”, no es recomendable utilizar aguas de mezclado con un contenido de calcio + magnesio superior a 400 ppm. Por ende, ambas muestras de agua son aptas para su uso en la preparación de concreto.

CLORUROS:

Aspectos teóricos:

(34)

34

agua mediante el lavado que las aguas lluvias realizan sobre el suelo; sin embargo, la concentración de cloruros en el agua puede ser mayor cuando esta haya sido afectada por eventos antrópicos. 17

Instrumentos:

• Bureta automática

Materiales:

• Pipetas aforadas

• Erlenmeyer

Reactivos:

• Solución indicadora de cromato de potasio, 𝐾2𝐶𝑟𝑂4.

• Solución patrón de AgNO3, 0,10M (0,10N)

• Solución titulante de AgNO3, 0,05M (0,05N)

• Solución patrón de cloruro de sodio 0,10M (0,10N)

Procedimiento:

• Cerciorarse que el PH de la muestra está entre 6 y 8

• Adicionar 1 ml de solución indicadora de cromato de potasio al 5%

• Titular con AgNO3 hasta observar cambio de color de amarillo claro a ladrillo

• Registrar el volumen consumido

Ilustración 12 Ensayo para determinar el contenido de cloruros en muestras de agua. Fuente: Propia.

(35)

35 Cálculos

Ilustración 13 Cálculos para determinar el contenido de Cloruros en aguas

Resultados:

1 0.27 ml de AgNO3 0.47 ml de AgNO3

Tabla 13 Resultado cloruros

CONTENIDO DE IÓN CLORURO EN LAS MUESTRAS (mg/L)

1 19.14 33.32

2 20.56 32.61

3 17.73 31.20

4 21.27 31.91

5 19.85 34.03

Tabla 14 Contenido de ion cloruro en las muestras de agua como mg/L

Es importante determinar el contenido del ion cloruro en las muestras de agua de mezclado, ya que una alta cantidad de cloruros puede retardar el fraguado, producir manchas, provocar corrosión del refuerzo y provocar reacción álcali agregado. Por este motivo la norma NTC 3459 establece un límite máximo de aceptación para el contenido del ion cloruro en una muestra de agua de mezclado, el cual no puede superar las 500 ppm.

(36)

36

SULFATOS:

Aspectos teóricos:

El sulfato (S04) se distribuye ampliamente en la naturaleza y puede presentarse en aguas naturales

en concentraciones que van de unos pocos a varios miles de mg/L. El ion sulfato tiene la particularidad de precipitar a partir de soluciones de ácido acético que contengan ion Bario, BaCl2,

formando cristales de sulfato de Bario de tamaño y aspecto uniforme. La mayoría de los metales no precipitan bajo estas circunstancias. El método turbidimétrico aprovecha justamente esta propiedad para determinar la concentración del ion sulfato mediante la medición de la turbidez causada por la precipitación del sulfato de Bario y su comparación frente a patrones de concentración conocida. 18

Instrumentos:

• Fotómetro ajustado a 420 nm

Materiales:

• Celdas para medida de turbidez

• Agitador magnético

• Balanza de precisión

• Espátula

• Pipetas aforadas

• Frasco lavador

• Toallas suaves de papel

Reactivos:

• Agua desmineralizada

• Solución acondicionadora (glicerol mezclado con una solución que contiene 30 ml de HCl concentrado, 300 ml de agua destilada, 100 ml de alcohol isopropílico o etílico al 95% y 75 g de NaCl)

• Cloruro de Bario

• Solución estándar de sulfato

Procedimiento:

• Adicionar 5 ml de solución acondicionadora en cada muestra

• Adicionar 50 mg de sulfato de Bario en cada muestra

(37)

37

• Medir las absorbancias respetivas a 420 nm, utilizando antes de cada medición un blanco de la muestra a la cual no se le ha aplicado sulfato de bario.

Ilustración 14 Ensayo para determinar contenido de sulfatos en las muestras de agua. Fuente: propia

Cálculos:

Generar una curva patrón de absorbancias vs. Concentración, e interpolar los valores obtenidos de las absorbancias para cada una de las muestras.

CURVA PATRON

MUESTRA mg/L ABS

1 0 0

2 0,05 0,106

3 0,1 0,205

4 0,15 0,302

5 0,2 0,407

6 0,25 0,508

7 0,3 0,605

8 0,35 0,703

9 0,4 0,8

(38)

38

Ilustración 15. Curva de absorbancia vs. Concentración

Resultados:

1 0.71 0.53

2 0.74 0.52

3 0.73 0.50

4 0.72 0.51

5 0.70 0.52

Tabla 16 resultados de absorbancias para sulfatos

CONTENIDO DE SULFATOS EN LAS MUESTRAS (mg/L)

MUESTRA A.LL. A.POT.

1 0.3531 0.2630

2 0.3681 0.2580

3 0.3631 0.2480

4 0.3581 0.2530

5 0.3481 0.2580

Tabla 17 Contenido de sulfatos en las muestras

Resumen de los ensayos para agua de mezclado

Realizados los ensayos pertinentes a las muestras de agua lluvia y agua potable, y completo el análisis bajo los parámetros de aceptación o rechazo establecidos por la norma NTC 3459, se verifico que las muestras de agua lluvia y agua potable cumplen con los requisitos necesarios para su uso en

y = 1,999x + 0,0042

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45

AB

S

Concentración mg/L

(39)

39

la elaboración de concretos. A continuación, se presenta una tabla, en la cual se consignan los resultados de cada ensayo y es posible comparar las características de cada una de las muestras.

CRITERIOS DE ACEPTACIÓN O RECHAZO

PARÁMETRO REQUISITO

(NTC 3459)

RESULTADO PROMEDIO A. LL.

RESULTADO PROMEDIO A. P.

Turbidez N.A. 1.328 NTU 0.478 NTU

Conductividad eléctrica N.A. 74.782 mS/cm 90.198 mS/cm

PH 6.0 - 8.0 6.7 7.02

Cloruros 500 ppm 19.71 ppm 32.61 ppm

Sulfatos 1000 ppm 0.3581 ppm 0.2560 ppm

Sólidos totales disueltos 50 ppm 36.384 ppm 44.162 ppm

Carbonatos de calcio y magnesio como ion bicarbonato

400 ppm 150.6 ppm 135.2 ppm

Tabla 18 Resumen de los resultados de ensayos a las muestras de agua.

10.2.3. CARACTERIZACIÓN DE MATERIAL CEMENTANTE

(40)

40

10.2.4. CARACTERIZACIÓN DE AGREGADOS

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE AGREGADOS (NTC 77)

Aspectos teóricos:

El análisis granulométrico de una muestra de agregados es la determinación de la cantidad de la muestra que pasa cada tamiz, es decir, la clasificación de la muestra de agregados según su tamaño. En el diseño de mezcla, los resultados se utilizan para determinar el cumplimiento de la muestra de agregados según las especificaciones de la norma NTC 174 en relación con la distribución de partículas y para suministrar los datos necesarios para control de producción de los agregados.

Instrumentos:

• Balanzas de precisión

• Serie de tamices

• Horno

Materiales:

• 1.000,30 g de muestra de agregados gruesos y finos.

Procedimiento:

• Secar la muestra a 110 + 5° C, hasta obtener masa constante

• Seleccionar grupo de tamices. En este caso 3/4”, 1/2”, 3/8”, N4, N8, N16, N30, N50, N100. N200.

• Tamizar la muestra de agregados y tomar las lecturas de masa del material que queda retenido en cada tamiz.

(41)

41

Ilustración 17: Requisitos de gradación según NTC 174.

Fuente:https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxhc2lnbmF0dXJhY29uY3JldG98Z3 g6NDc5OTdhMWUxMzFiNWU0M

Resultados:

GRANULOMETRÍA DE LOS AGREGADOS GRUESOS

(muestra 500.153 g) CUMPLIMIENTO NTC 174

Mm pulg o N W ret (g) % ret % pasa Límite inf. Límite sup. CUMPLE

19 3/4 0 0.00% 100% 90% 100% CUMPLE

12.5 1/2 180.054 36.00% 64% 0% 100% CUMPLE

9.5 3/8 110.033 22.00% 42% 20% 55% CUMPLE

4.75 N4 210.063 42.00% 0% 0% 5% CUMPLE

Tabla 19: Granulometría de los agregados gruesos

GRANULOMETRÍA DE LOS AGREGADOS FINOS

(muestra 500.147 g) CUMPLIMIENTO NTC 174

mm pulg o N W ret (g) % ret % pasa Límite inf. Límite sup. CUMPLE

4.75 N4 0 0.00% 100% 95% 100% CUMPLE

2.36 N 8 150.045 30.00% 70% 80% 100% NO CUMPLE

1.18 N16 100.03 20.00% 50% 50% 85% CUMPLE

0.6 N30 70.021 14.00% 36% 25% 60% CUMPLE

0.34 N50 50.015 10.00% 26% 10% 30% CUMPLE

0.15 N100 40.012 8.00% 18% 2% 10% NO CUMPLE

(42)

42

Dado que la gradación existente no presenta cumplimiento para todos los porcentajes que pasan por la abertura de cada tamiz, según lo requiere la norma NTC 174, se hace necesario realizar una optimización de la granulometría, la cual se presenta a continuación:

GRANULOMETRÍA DE LOS AGREGADOS GRUESOS Y FINOS (muestra 1000.3 g)

mm pulg o N W ret (g) % ret % pasa W pasa (g)

19 ¾ 0 0.00% 100% 1000.30

12.5 ½ 180.054 18.00% 82% 820.25

9.5 3/8 110.033 11.00% 71% 710.21

4.75 N4 210.063 21.00% 50% 500.15

2.36 N 8 150.045 15.00% 35% 350.11

1.18 N16 100.03 10.00% 25% 250.08

0.6 N30 70.021 7.00% 18% 180.05

0.34 N50 50.015 5.00% 13% 130.04

0.15 N100 40.012 4.00% 9% 90.03

Fondo 90.027

Tabla 21: Optimización de la granulometría

Ilustración 18. curva granulométrica HUMEDAD DE AGREGADOS POR SECADO (NTC 1776)

Aspectos teóricos:

La aplicación práctica de la determinación del contenido de agua en un material, es poder conocer el peso del agua removida al secar dicho material cuando está húmedo (espécimen de prueba) hasta peso constante, en un horno controlado a 110 ± 5°C (230 ±9°F); y usar este valor como el peso del

100% 82% 71% 50% 35% 25% 18% 13% 9% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0,1 1 10

CURVA GRANULOMÉTRICA

CURVA GRANULOMÉTRICA Límite inf. NT 174

Límite sup. NTC 174

P ORC EN TAJE Q UE P AS A (% )

DIÁMETRO DE TAMIZ (mm)

(43)

43

agua en el espécimen de prueba. El peso del material remanente después de secado en el horno, corresponde al peso de las partículas sólidas.19

Instrumentos:

• Horno: Controlado termostáticamente, preferiblemente de tiro forzado y que mantenga una temperatura uniforme de 110° ± 5°C (230° ± 9°F) en toda la cámara de secado

• Balanzas: – que tengan una precisión de ± 0.01 g para muestras que tengan una masa de 200 g o menos; y ± 0.1 g para muestras que tengan una masa por encima de 200g.

• Recipientes: Vasijas apropiadas hechas de un material resistente a la corrosión y a cambios en su masa al ser sometidas a repetidos calentamientos y enfriamientos y a operaciones de limpieza.

Materiales:

Tamiz que retiene del 10% de la muestra Peso recomendado de la muestra húmeda 2.00 mm (No. 10)

4.75 mm (No. 4) 19.00 mm (¾) 37.50 mm (1 ½)

75.00 mm (3)

100 a 200 300 a 500 500 a 1000 1500 a 3000 5000 a 10000 Tabla 22: Peso recomendado de muestra para determinar contenido de humedad

Procedimiento:

• Determinar masa del recipiente

• Escoger muestra

• Determinar Peso del recipiente + masa de material

• Llevar la muestra al horno a 110 + 5°

• Tomar la lectura del peso (recipiente + material) después del horno

Resultados:

Contenido de humedad de la Arena

Muestra húmeda (gr) Peso del recipiente (gr) Muestra seca (gr) Contenido de W (%)

100,1 609,4 706,4 3,1958

100 449,8 546,7 3.1991

Promedio 3,1974

Tabla 23: Contenido de humedad de la arena

Contenido de humedad de la Grava

Muestra húmeda (gr) Peso del recipiente (gr) Muestra seca (gr) Contenido de Humedad (%)

500 611,6 1075,8 7,7121

500,7 607,7 1077,5 6,5545

500,3 611,3 1082,2 6,2433

Promedio 6,8366

Tabla 24: Contenido de humedad de la grava

(44)

44

DENSIDAD BULK (PESO UNITARIO) Y PORCENTAJE DE VACÍOS DE LOS AGREGADO EN ESTADO SUELTO Y COMPACTO (NTC 92)

Aspectos teóricos:

La densidad bulk es el término con el cual se conoce al peso unitario, o masa por unidad de volumen de un cuerpo. La aplicación de este método en el diseño de mezcla es determinar la relación masa/volumen de los agregados para establecer los valores de proporciones en la mezcla de concreto.

Instrumentos:

• Balanza: se debe tener una exactitud mínima de 0.1 % de la masa en el ensayo, en cualquier punto dentro del intervalo de utilización, y graduándose de 50 g (0.1 lb) como mínimo.

• Varilla compactadora: de acero, cilíndrica, de 16 mm de diámetro.

• Recipiente de medida: metálico, cilíndrico, preferiblemente provisto de agarraderas, a prueba de agua, con el fondo y el borde superior rectos y a nivel, y suficientemente rígido para no deformarse.

Materiales:

• El tamaño de la muestra debe ser de aproximadamente, 125 a 200 % la cantidad requerida para llenar el recipiente de medida y se debe manejar evitando la segregación.

Procedimiento:

• Colocar el material en el recipiente en tres capas diferentes, apisonando cada capa con 25 golpes

• Evitar que varilla golpee las paredes del recipiente

• Una vez colocada la última capa enrasar y arreglar el agregado con la mano de tal forma que se ocupen todos los espacios del recipiente.

• Tomar la lectura de los pesos correspondientes

Resultados:

Volumen recipiente 9191,7943 cm3

Muestra Sin apisonar Apisonada Peso Unitario (Kg/m3₎

Recipiente + material (gr) Recipiente (gr) Recipiente + material (gr) Recipiente (gr) Sin apisonar (Kg/m3₎

Apisonado (Kg/m3₎

1 16040 4041,7 17226,5 4041,7 1.305,3 1.434,4

2 16250,8 4041,7 17326,3 4041,7 1.328,2 1.445,2

3 16032,3 4041,7 17205,2 4041,7 1.304,4 1.432,0

Promedio 1.310,9 1.440,5

(45)

45

ÍNDICE DE ALARGAMIENTO Y APLANAMIENTO DEL AGREGADO: (INV-E 230-13):

Aspectos teóricos:

La forma de las partículas de los agregados es importante porque las partículas defectuosas suelen generar inconvenientes. Las partículas planas y alargadas tienden a producir mezclas de concreto poco trabajables, lo que puede afectar su durabilidad a largo plazo. En las capas granulares, esas partículas son propensas a la rotura y desintegración durante el proceso de compactación, modificando la granulometría del agregado y afectando adversamente su comportamiento.20

Instrumentos:

• calibradores metálicos: dos calibradores metálicos, uno de ranuras (calibrador de espesores), y otro de barras (calibrador de longitudes)

• tamices de barras: tamiz ¼”; tamiz 3/8”; tamiz 1/2”; tamiz ¾”; tamiz 1”; tamiz 1 1/2”; tamiz 2” y tamiz 2 1/2”

Preparación de la muestra:

• Se toma una muestra representativa del material por cuarteo, en la cual se tamiza y se

rechazan los sobre tamaños; para aplanamiento los retenidos en el tamiz de 2 ½” y para

alargamiento el material retenido en el tamiz de 2” y los materiales que pasen el tamiz ¼”. • Se lava el material y se seca en el horno a una temperatura de 110 ± 5 °C por 24 horas.

• Se determina una granulometría según la norma INVIAS – E 213.

• Se pesa cada una de las fracciones retenidas entre los tamices y se colocan en bandejas separadas.

• Se calcula el porcentaje retenido de la masa retenido entre los tamices (Ri) y se coloca en bandejas separadas.

Procedimiento:

Aplanamiento:

• Se toman las muestras tamizadas de ¾” a ½” y se tratan de pasar por la abertura de 20 mm

a 12.5 mm, se separan las que pasan de las que no y se toman sus masas.

• Se toman las muestras tamizadas de 1/2” a 3/8” y se tratan de pasar por la abertura de 12.5

mm a 10 mm, se separan las que pasan de las que no y se toman sus masas.

• Se toman las muestras tamizadas de 3/8” a 1/4” y se tratan de pasar por la abertura de 10

mm a 126.3mm, se separan las que pasan de las que no y se toman sus masas.

• Se determina el índice de aplanamiento tomando la masa de las partículas que pasan la abertura del tamiz y dividiendo entre la masa total de la muestra.

20_{Norma I.N.V.E. 122-07. Índices de aplanamiento y alargamiento de los agregados. Sección 200- agregados}