UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANABÍ
FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICASCARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
PROYECTO DE TITULACIÓN
PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
TEMA DE LA INVESTIGACIÓN
DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD EN HORMIGONES ESTRUCTURALES DE 21 Y 28 MPa UTILIZANDO AGREGADOS DE LA
CANTERA AGRESA
AUTOR
ELVIS PATRICIO CHELE CHELE
TUTOR
ING. BYRON BAQUE CAMPOZANO
JIPIJAPA – MANABÍ – ECUADOR
DEDICATORIA
Evidentemente, el resultado de todo esfuerzo depende de muchos factores, pero el primordial de todos ellos es el apoyo incondicional de las personas que siempre están a nuestro lado en todo momento, y que gracias al Ser Supremo siguen formando parte de nuestra vida.
Es por ello, que este logro va dedicado primeramente a Dios que es el que nos guía espiritualmente, dándonos fuerzas para superar obstáculos y lograr nuestros objetivos. A mis padres, hermanos y mi gran abuelo que, a pesar de toda dificultad en todo este proceso, han podido mantener ese apoyo incondicional tanto moral y económicamente, y gracias a Dios a través de ellos, he llegado a concluir este proceso.
Y por último también va dedicado a las mejores personas que han llegado a mi vida y que de alguna u otra manera aportó con sus conocimientos, recursos humanos y materiales para complementar esa parte que siempre nos puede hacer falta en el proceso para alcanzar los objetivos.
AGRADECIMIENTO
A Dios, plasmarle mi gratitud quien con amor me concedió una vida de mucho sentido, por impulsarme esas fuerzas, sabiduría, concederme oportunidades y por permitirme llegar hasta donde he llegado, logrando superar barreras y alcanzar un conocimiento digno e íntegro de superación.
A mi familia, por ser el más grande apoyo que he tenido a lo largo de mi existencia que han velado por mi bienestar, educación y que gracias a ellos he podido culminar una etapa más de mi vida.
También van para aquellas personas que de alguna manera me compartieron sus conocimientos en el momento oportuno, me ayudaron a materializar esta investigación y me motivaron a continuar con este camino y finalizarlo con éxito.
Agradecerles a esos verdaderos docentes que realmente se preocupan por compartir sus conocimientos a los estudiantes para que obtenga ese buen aprendizaje, que luchan por el futuro de una Universidad de gran categoría y que gracias a ellos hoy también tengo un conocimiento destacable que me ha permitido desarrollar este proyecto de investigación, base fundamental para obtener el título y continuar con este proceso de preparación profesional.
ÍNDICE
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR ... I APROBACIÓN DE LA TESIS ... III DEDICATORIA ... V AGRADECIMIENTO ... VI ÍNDICE ... VII RESUMEN... XIV SUMMARY ... XV
1. INTRODUCCIÓN ... 1
2.OBJETIVOS ... 3
2.1.Objetivo General. ... 3
2.2.Objetivos Específicos. ... 3
3.Fundamentación Teórica ... 4
3.1. El Hormigón ... 4
3.2.Constitución Del Hormigón ... 4
3.2.1. Cemento. ... 5
3.2.1.1.Usos. ... 6
3.2.1.2.Beneficios y Ventajas. ... 6
3.2.1.3.Clasificación. ... 7
3.2.1.3.1.Cementos Portland (A.S.T.M. C-150). ... 7
3.2.1.3.2. Cementos Hidráulicos (A.S.T.M. C-1157). ... 8
3.2.2. Agregados. ... 8
3.2.2.1.Agregado Grueso. ... 9
3.2.2.2.Agregado Fino. ... 9
3.2.3. Agua. ... 10
3.2.4. Aditivos y Adiciones. ... 11
3.3. Propiedades del Hormigón en Estado Fresco y Endurecido ... 12
3.3.1. Propiedades del Hormigón Fresco. ... 12
3.3.2. Propiedades del Hormigón Endurecido. ... 19
3.4. Módulo de Elasticidad... 24
3.4.1. Métodos para la Determinación del Módulo de Elasticidad del Hormigón. ... 26
3.4.2. Factores que afectan al módulo de elasticidad del Hormigón. ... 28
3.5. Antecedentes de la Investigación. ... 30
3.5.1. Investigaciones Experimentales Realizadas a Nivel Mundial sobre Ec del Hormigón. .... 30
3.5.2. Investigaciones Experimentales Realizadas en el Ecuador sobre Ec Hormigón. ... 31
4.1. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN ... 35
4.2. Materiales ... 36
4.3. Población de Muestras ... 36
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 37
5.1. Estudio de las Propiedades Físicas y Mecánicas de los Agregados ... 38
5.1.1. Muestreo de Agregados (A.S.T.M. D75 – 09). ... 38
5.1.2. Reducción de muestras para ensayos (A.S.T.M. C702-03)... 39
5.1.3. Ensayo de Abrasión (A.S.T.M. C 131). ... 40
5.1.4. Ensayo de colorimetría en agregado fino (A.S.T.M. C-40) ... 44
5.1.5. Densidad Específica del agregado grueso (A.S.T.M. C-127). ... 46
5.1.6. Capacidad de absorción y humedad superficial del agregado grueso. ... 47
5.1.7. Densidad Específica del agregado fino (A.S.T.M. C-128). ... 51
5.1.8. Contenido de Humedad (A.S.T.M. C-566). ... 55
5.1.9. Densidad Aparente Suelta y Compactada (A.S.T.M. C-29). ... 58
5.1.10. Granulometría del agregado fino y grueso (A.S.T.M. C136). ... 65
5.1.11. Propiedades Físicas y Mecánicas del Cemento Portland. ... 73
5.1.11.1. Densidad del Cemento (A.S.T.M. C 188) – NTE INEN 156. ... 73
5.1.11.2. Consistencia Normal del Cemento (A.S.T.M. C 187). ... 74
5.1.11.3. Tiempos de Fraguado del Cemento A.S.T.M. C 188. ... 75
5.1.12. Cuadro de Resumen de Propiedades de los Agregados y Cemento ... 78
5.2. DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN. ... 79
5.2.1. Determinación de Parámetros de Diseño de Mezclas para H 21 MPa y 28 MPa. ... 79
5.2.2. Método de Diseño Mediante el Comité A.C.I. 211. ... 80
5.2.2.1. Selección del asentamiento. ... 81
5.2.2.2. Determinar el Tamaño Máximo del Agregado. ... 84
5.2.2.3. Determinar el Contenido de aire. ... 85
5.2.2.4. Determinar el contenido de agua de mezclado. ... 86
5.2.2.5. Determinación de la Resistencia de Diseño (f´cr). ... 87
5.2.2.6. Determinar la relación agua/cemento (a/c). ... 88
5.2.2.7. Cálculo del Contenido de Cemento. ... 90
5.2.2.8. Estimación de las proporciones de los aditivos. ... 90
5.2.2.9. Estimación de las Proporciones de los Agregados. ... 91
5.2.3. Ajustes de Parámetros para Mezcla de Hormigón. ... 96
5.2.4. Mezcla de Prueba para las Resistencias Especificadas. ... 97
5.2.4.1. Análisis de las Propiedades del Hormigón Fresco. ... 101
5.2.4.3. Resultados de Ensayos a Compresión de las Mezclas de Prueba... 104
5.2.5. Dosificaciones Finales - Mezclas Definitivas ... 107
5.2.6. Número de Probetas para la Investigación. ... 108
5.2.7. Elaboración de Especímenes de Hórmigón Hidráulico. ... 111
5.2.8. Almacenamiento de Probetas en la Cámara De Humedad. ... 112
5.2.9. Método de Ensayo Normalizado para Resistencia a la Compresión de Especímenes. ... 112
5.2.10. Análisis de Resultados de Ensayos a la Compresión de f´c 21 MPa y f´c 28 MPa ... 114
5.3. Métodos para la Determinación del Módulo de Elasticidad. ... 124
5.3.1. Método Experimental. ... 124
5.3.2. Método Estadístico. ... 193
5.3.3. Método Teórico (A.C.I. – N.E.C.) ... 197
5.4. Planteamiento de la Ecuación Experimental del Módulo de Elasticidad del Hormigón. ... 202
6. CONCLUSIONES ... 204
7. RECOMENDACIONES ... 207
8. BIBLIOGRAFÍA ... 208
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Consistencia del hormigón. ... 17
Tabla 2. Requisitos de la varilla de compactación. ... 22
Tabla 3. Requisitos de moldeado por varillado. ... 22
Tabla 4. Edades de ensayo y tolerancia admisibles. ... 23
Tabla 5. Graduación de Muestras de Ensayos ... 40
Tabla 6. Descripción de los colores patrones de acuerdo a las impurezas orgánicas. ... 44
Tabla 7. Peso mínimo para muestra de ensayo ... 46
Tabla 8. Asentamientos recomendados para diferentes tipos de construcción. ... 82
Tabla 9. Asentamientos recomendados para los diferentes usos. ... 83
Tabla 10. Tamaños máximos de agregado grueso para usos. ... 84
Tabla 11. Valores aproximados de aire esperado en el hormigón. ... 85
Tabla 12. Valores aproximados de agua de mezclado para diferentes asentamientos y TMN. . 86
Tabla 13. Determinación de la Resistencia Promedio Requerida. ... 87
Tabla 14. Resistencia a la compresión del hormigón basada en la relación a/c. ... 88
Tabla 15. Relaciones a/c máximas permisibles para hormigón en condiciones de exposición severa (Basada en A.C.I. 201.2R). ... 89
Tabla 16. Dosificación del Aditivo Tipo A: Plastiment BV 40. ... 91
Tabla 17. Volumen de agregado grueso por metro cúbico de hormigón. ... 92
Tabla 18. Propiedades de los materiales usados para el diseño de 21 MPa ... 94
Tabla 19. Resumen de cada material sin corregir para m3 de Hormigón 21 MPa. ... 94
Tabla 20. Propiedades de los materiales usados para el diseño de 28 MPa ... 95
Tabla 21. Resumen de cada material sin corregir para m3 de Hormigón 28 MPa. ... 95
Tabla 22. Humedad superficial de los agregados para mezcla de prueba. ... 97
Tabla 23. Resumen de cada material corregido para seis cilindros de Hormigón 21 MPa. ... 99
Tabla 24. Resumen de cada material corregido para seis cilindros de Hormigón 28 MPa. ... 100
Tabla 25. Densidad del Hormigón fresco para una resistencia de 21 MPa. ... 102
Tabla 26. Densidad del Hormigón fresco para una resistencia de 28 MPa. ... 102
Tabla 29. Estimación de resistencia de Hormigones de 21 y 28 MPa ... 106
Tabla 30. Dosificación estándar final para 1m3 de Hormigón (21 MPa) ... 107
Tabla 31. Dosificación estándar final para 1m3 de Hormigón (28 MPa) ... 107
Tabla 32. Resumen de cada material corregido para sesenta cilindros de Hormigón 21 MPa. 109 Tabla 33. Resumen de cada material corregido para sesentas cilindros de Hormigón (28 MPa). ... 110
Tabla 35. Resumen de Ensayos a Compresión de H28 MPa ... 123
Tabla 36. Resumen del Módulo de Elasticidad Experimental para Hormigón de 21 MPa. ... 189
Tabla 37. Valores de Elasticidad para Hormigón de f´c 21 MPa. ... 190
Tabla 38. Resumen del Módulo de Elasticidad Experimental para Hormigón de 28 MPa. ... 191
Tabla 39. Valores de Elasticidad para Hormigón de f´c 28 MPa. ... 192
Tabla 40. Método Estadístico del Módulo de Elasticidad Experimental de 21 MPa. ... 195
Tabla 41. Método Estadístico del Módulo de Elasticidad Experimental de 28 MPa. ... 196
Tabla 42. Módulo de Elasticidad de los agregados Ea. ... 198
Tabla 43. Método Teórico - Módulo de Elasticidad del Hormigón (21MPa). ... 199
Tabla 44. Método Teórico - Módulo de Elasticidad del Hormigón (28MPa). ... 200
Tabla 45. Comparación del Ec entre el Método Experimental y Teórico. ... 201
ÍNDICE DE FIGURA
Figura 1. Curva lineal y elástico. ... 24
Figura 2. Curva no lineal y elástico. ... 24
Figura 3. Curva esfuerzo – deformación específica del hormigón. ... 25
Figura 4. Fase de carga y descarga del hormigón al aplicarle cargas axiales. ... 25
Figura 5. Típica curva de esfuerzo-deformación del hormigón. ... 27
Figura 6. Zona de transición. ... 29
Figura 7. Divisores de muestras pequeños. ... 39
Figura 8. Colores patrones de acuerdo a las impurezas orgánicas. ... 44
Figura 9. Curado de especímenes en piscina de curado. ... 112
Figura 10. Diagrama Esfuerzo – Deformación Específica para el módulo secante. ... 125
Figura 11. Compresómetro adherido a un espécimen. ... 126
ÍNDICE DE IMAGEN
Imagen 1. Ensayo colorimétrico al agregado fino. ... 45
Imagen 2. Tomas de muestras de los agregados. ... 211
Imagen 3. Reducción de muestra a tamaño de ensayo de los agregados. ... 211
Imagen 4. Ensayo de abrasión del agregado grueso. ... 211
Imagen 5. Proceso de ensayo para determinar la densidad específica. ... 212
Imagen 6. Muestra para secado en el horno y obtener la absorción. ... 212
Imagen 7. Comprobación del árido fino en estado SSS y eliminación de las burbujas. ... 212
Imagen 8. Determinación de la densidad Suelta y Compactada del árido grueso. ... 213
Imagen 9. Ensayo de granulometría de los agregados. ... 213
Imagen 10. Tomando la Lectura V2 luego de haber introducido los 64 gr de cemento. ... 213
Imagen 11. Proceso de mezclado del cemento y manipulación del aparato de Vicat. ... 214
Imagen 12. Proceso de fraguado de la pasta y lectura de penetración de la aguja. ... 214
Imagen 13. Proceso de mezclado y determinación del valor del asentamiento. ... 214
Imagen 14. Llenado de los moldes. ... 215
Imagen 15. Peso del hormigón en estado fresco y protección de los moldes antes de fraguar. 215 Imagen 16. Proceso de fraguado y peso del hormigón en estado endurecido. ... 215
Imagen 17. Ensayo de rotura de especímenes a las diferentes edades y resistencias. ... 216
Imagen 18. Montaje y calibración del sistema de compresómetro. ... 216
RESUMEN
El Módulo de Elasticidad del Hormigón o Módulo de Young es un parámetro mecánico muy importante usado para el análisis de la rigidez del material y los desplazamientos en el diseño estructural y es determinado en función de la resistencia a la compresión. La Norma Ecuatoriana de la Construcción, Estructura de Hormigón Armado NEC-SE-HM establece la ecuación 𝐸𝑐 = 4700 ∗ √𝑓´𝑐 [MPa) para calcular el
valor del módulo de elasticidad en hormigones de densidad normal, el cual proviene de la ecuación establecida por el Comité A.C.I. 318. En esta investigación se determinó experimentalmente la ecuación del Módulo de Elasticidad analizando los resultados de los especímenes elaborados con agregados de la Cantera Agresa, Cemento Holcim y aditivo Plastiment BV40 para resistencias especificadas de 21 MPa y 28 MPa ensayados
a los 28 días, aplicando la normativa A.S.T.M. C469, donde se obtuvo una ecuación
𝐸𝑐 = 3350 ∗ √𝑓´𝑐 [MPa) para concretos fabricados con dichos materiales. Se pudo comprobar que la ecuación del Módulo de Elasticidad resultantes del trabajo investigativo, es menor a la ecuación recomendada por la NEC-SE-HM, debido a que existen variaciones en las propiedades de los materiales empleados.
SUMMARY
The Elasticity Modulus of Concrete or Young Modulus is a very important mechanical parameter for the analysis of material rigidity and displacements in the structural design and is determined as a function of compressive strength. The Ecuadorian Standard of
Construction, NEC-SE-HM Armed Concrete Structure establishes equation
𝐸𝑐 = 4700 ∗ √𝑓´𝑐 [MPa) to calculate the value of the elasticity module in normal
density concretes, which comes from the equation established by the Committee A.C.I. 318. This research experimentally determined the equation of the Elasticity Module by analyzing the results of specimens made with aggregates of the Agresa Quarry, Holcim Cement and Plastiment BV40 additive for specified resistance of 21 MPa
and 28 MPa tested at 28 days, applying A.S.T.M. C469, where an equation
𝐸𝑐 = 3350 ∗ √𝑓´𝑐 [MPa) was obtained for concretes manufactured from these
materials. It was proven that the Elasticity Module equation resulting from the research work is less than the equation recommended by NEC-SE-HM, because there are variations in the properties of the materials used.
1. INTRODUCCIÓN
El Módulo de Elasticidad del hormigón y las características de sus componentes ha sido de gran interés para los ingenieros civiles e investigadores desde hace mucho tiempo, debido a que es un factor de mucha importancia en el diseño y análisis de estructuras de hormigón armado y su correcta estimación, permitiendo alcanzar análisis estructurales más acertados en cuanto a estudios de rigidez lateral de piso, fuerzas sísmicas, y el cálculo de derivas de piso en una estructura.
Para hormigón de resistencia normal f´c ≤ 40 MPa, el módulo de elasticidad del hormigón puede obtenerse con precisión en función de la resistencia a la compresión del hormigón. Es la forma en que la mayoría de los códigos internacionales utilizan para expresar el módulo de elasticidad del hormigón, por ejemplo, el Código Concreto Americano A.C.I. 318 expresa la ec 4700√𝑓´𝑐 [MPa], el Código de Hormigón Canadiense (CSA A23.3) expresa la ec. 4500√𝑓´𝑐 [MPa] para la evaluación del módulo de elasticidad del hormigón.
En el Ecuador, para determinar el valor del Módulo de Elasticidad del Hormigón se han adoptado ecuaciones impuestos por American Concrete Institute (A.C.I.), y por esta razón que nace la necesidad de conocer las propiedades de los agregados con los que normalmente se construye en el país, principalmente en Manabí y sus alrededores, y establecer experimentalmente la ecuación de Ec para la zona especificada, con el fin de
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo General.
Determinar la ecuación del módulo de elasticidad del hormigón en base a la compresión simple con los agregados provenientes de la cantera Agresa.
2.2. Objetivos Específicos.
• Obtener las propiedades físicas y mecánicas de los agregados extraídos de la
cantera Agresa.
• Realizar los adecuados diseños de mezclas para la elaboración de hormigones
resistente a la compresión simple de 21 MPa y 28 MPa.
• Obtener los valores del módulo de elasticidad experimentalmente y comparar con
las ecuaciones propuestas por los Comité A.C.I. 318, A.C.I. 363 y la Norma Ecuatoriana de la Construcción N.E.C. 15.
• Plantear la ecuación del Módulo de Elasticidad en función de la resistencia a la
3. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
3.1. EL HORMIGÓN
El hormigón es un material de ingeniería que simula las propiedades de la roca como una combinación de partículas estrechamente unidos. Es simplemente una mezcla de agregados, normalmente arena natural y grava o roca triturada unidas entre sí por un aglomerante hidráulico, por ejemplo, cemento Portland, activado por agua para formar una masa densa semi homogénea.
El hormigón es el material de construcción más utilizado. Permite flexibilidad en forma estructural ya que puede moldearse en una multiplicidad de formas.
El hormigón es muy fuerte en la resistencia a la compresión. En el uso donde se deben acomodar esfuerzos de tracción, el refuerzo se incorpora al concreto para absorber la tensión. Además, el hormigón no es un material completamente elástico al momento de deformarse, esto lo refleja en la gráfica esfuerzo – deformación la cual es ligeramente curva.
3.2. CONSTITUCIÓN DEL HORMIGÓN
Cuando se combinan el cemento y el agua, se produce la hidratación (liberación de calor). La resistencia del concreto comienza con la hidratación y aumenta a medida que la hidratación continúa. Después de 28 días, el aumento de la fuerza relativa disminuye.
3.2.1. Cemento.
El cemento es un conglomerante hidráulico con fines constructivos más populares e indispensables en el mundo. Según (Marcelo Romo Proaño, 2014) indica que los materiales aglomerantes tienen las propiedades de adherencia y cohesión requeridas para unir fragmentos minerales entre sí, formando una masa sólida continua, de resistencia y durabilidad adecuadas.
(Marcelo Romo Proaño, 2014) Señala que el proceso de manufactura del cemento consiste, esencialmente, en la trituración de los materiales crudos (calizas y arcillas); su mezcla en proporciones apropiadas; y su calcinación a una temperatura aproximada de 1400°C, dentro de un cilindro rotativo, lo que provoca una fusión parcial del material, conformándose bolas del producto llamadas clinker. El clinker es enfriado y luego es molido junto con el yeso hasta convertirlo en un polvo fino llamado cemento Portland.
3.2.1.1. Usos.
El Cemento Holcim Fuerte Tipo GU es recomendado para uso general, por lo cual puede ser utilizado en cualquier tipo de obras de construcción, entre los usos más frecuentes se encuentran:
• Elaboración de concretos de tipo estructural, tales como para vigas, columnas, losas, muros, cimentaciones, entre otros.
• Elaboración de concretos para albañilería en general.
• Elaboración de concretos para vías y pavimentos.
• Elaboración de concretos para pisos industriales.
• Elaboración de concretos para tanques y canales de agua no residuales.
• Elaboración de concretos para tuberías y postes.
• Elaboración de concretos para bloques estructurales y adoquines.
3.2.1.2. Beneficios y Ventajas.
Dadas las características del Cemento Holcim Tipo GU, la empresa menciona las siguientes propiedades que su producto de alta calidad brinda:
• Excelente resistencia mecánica para todo tipo de construcciones. • Mejora la trabajabilidad de las mezclas.
• Reduce la segregación y exudación.
• Reduce el calor de hidratación y por consiguiente la tendencia a la fisuración. • Tiempos de fraguado favorables para la construcción en general.
• Proporciona resistencia química al ataque de sulfatos, difusión de cloruros y reacción álcali-agregado.
3.2.1.3. Clasificación.
Existen varios tipos de cemento, de acuerdo a sus propiedades, composición y usos específicos sin considerar restricciones sobre su composición o la de sus constituyentes. Por lo tanto, la NTE INEN 2380 clasifica el cemento de la siguiente manera, de acuerdo a la norma ASTM C-150.
3.2.1.3.1. Cementos Portland (A.S.T.M. C-150).
(Sánchez De Guzmán, 2001) Señala que existen diversos tipos de Cemento Portland según su aplicación:
• Cemento Portland Tipo I. Desarrollado para obras de hormigón donde no se le exigen algún tipo propiedades especiales.
• Cemento Portland Tipo I-M. Se emplea en obras de hormigón que no se le exigen propiedades especiales pero debe tener resistencias superiores al tipo I.
• Cemento Portland Tipo II. Empleado para obras donde el hormigón es expuesto a la acción de sulfatos y existe un moderado calor de hidratación.
• Cemento Portland Tipo III. Utilizados para hormigones de alta resistencias iniciales.
• Cemento Portland Tipo IV. Desarrollado para hormigones con bajo calor de hidratación.
• Cemento Portland Tipo V. Ofrece alta resistencia a la acción de sulfatos que pueden presenciarse en los agregados del concreto o en el medio ambiente.
• Cemento Portland Blanco. Se obtiene a través de materiales seleccionados que le confieren una coloración blanca.
• Cemento Portland con Incorporadores de Aire. Se adiciona un material incorporador de aire durante la pulverización.
3.2.1.3.2. Cementos Hidráulicos (A.S.T.M. C-1157).
La norma ASTM C-1157 (Especificación de Desempeño para Cementos Hidráulicos) está basada en las propiedades del cemento hidráulico ligado con el desempeño del hormigón. La norma clasifica a los cementos de la siguiente forma:
• Tipo GU. Cemento para uso general (pavimentos, pisos, puentes, prefabricados, etc). Su aplicación es igual al cemento portland tipo I.
• Tipo HE. Cemento que ofrece alta resistencia inicial. Se aplica este cemento bajo el mismo nombre del cemento portland tipo III.
• Tipo MS. Cemento con resistencia moderada ante el ataque a los sulfatos. Para hormigones en agua y terrenos que posee sulfatos como estructuras de drenaje. Su aplicación es igual al cemento portland tipo II.
• Tipo HS. Cemento con alta resistencia a los sulfatos, usados para los elementos sometidos a la acción severa de sulfatos. Es conocido también como el cemento portland tipo V.
• Tipo MH. Cemento con moderado calor de hidratación y control de aumento de temperaturas. Es aplicado de igual modo que el cemento portland tipo IV.
• Tipo LH. Cemento con bajo calor de hidratación. Es usado cuando el hormigón desarrolle poco calor desde el inicio de la hidratación del cemento, como es el caso de presas de concreto. Su aplicación es igual al cemento portland tipo IV.
3.2.2. Agregados.
Según los requerimientos establecidos en la Norma INEN 872 se denomina agregado al material granular, el cual puede ser grava, arena, piedra triturada o escoria, mezclado con un material cementante para producir hormigón hidráulico. Las características de los agregados influyen en las propiedades del hormigón.
redondas para el diseño de mezcla. Por lo tanto, al trabajar con partículas de forma angulosas es preciso usar más cemento para mantener la relación agua/cemento, lo cual incurre en mayores gastos. “Para la mayor parte de los objetivos, los agregados deberán ser partículas limpias, sólidas, fuertes y duraderas, libres de químicos y de recubrimientos de arcilla o de otros materiales finos que perjudiquen la unión de la pasta de cemento”.
3.2.2.1. Agregado Grueso.
El agregado grueso (grava) es obtenido de las fuentes naturales previamente seleccionadas y analizadas en el laboratorio, con el fin de certificar su calidad. Lo forma aquellas partículas con un diámetro superior al tamiz No.4 (4,75 mm) hasta el tamiz de 6” (150,0 mm). El agregado grueso debe clasificarse al tamaño máximo, que no debe exceder un tercio del grosor de la losa. En general, suponiendo que el agregado grueso tenga una gradación suave y mientras más grande lo sea, menos pasta se necesita para producir concreto satisfactorio.
Por otra parte, para hormigones de alta resistencia a la compresión se lo obtiene con agregados de menor tamaño con lo cual se logrará una máxima eficiencia, ósea a la relación entre la resistencia del hormigón y el contenido de cemento. En hormigones de mediana y baja resistencia mientras mayor sea el tamaño mayor es la eficiencia.
3.2.2.2. Agregado Fino.
(Gutiérrez De López, 2003) Señala que el agregado fino (arena) se usa como llenante, además actúa como lubricante sobre los que ruedan los agregados gruesos dándole manejabilidad al concreto. Una falta de arena se refleja en la aspereza de la mezcla y un exceso de ella demanda mayor cantidad de agua para producir un asentamiento determinado, ya que entre más arena tenga la mezcla se vuelve más cohesiva y al requerir mayor cantidad de agua se necesita mayor cantidad de cemento para conservar una determinada relación agua/cemento.
La arena muy fina no es económica porque requiere más pasta de cemento y la arena muy gruesa produce mezclas que no funcionan. En general, el agregado fino que tiene una curva de gradación suave produce los resultados más satisfactorios. Para economía, el 10 por ciento o menos de agregado fino debe pasar un tamiz número 100; sin embargo, del 3 al 4 por ciento que pasa un tamiz número 100 proporciona una trabajabilidad óptima.
3.2.3. Agua.
(Sánchez De Guzmán, 2001) Señala que el agua ocupa un papel fundamental para realizar una mezcla de concreto debido que permite que ésta desarrolle su capacidad ligante. Una parte del agua cumple la función de hidratar el cemento y la demás sirve para aumentar la fluidez de la pasta con el fin de lubricar los agregados y obtener una adecuada manejabilidad en la mezcla.
de mortero que deben tener a los 7 y 28 días un 90% de la resistencia de los morteros que se preparen con agua potable.
3.2.4. Aditivos y Adiciones.
Según el Comité A.C.I. 212, los aditivos son productos que al agregarle al hormigón fresco logran ciertas especificaciones diferentes a las convencionales, de tal manera que lo hagan más adecuado para las condiciones de trabajo o por economía. Los aditivos han permitido modificar las características de los concretos. En estado fresco, se ha logrado incrementar la trabajabilidad sin tener que aumentar la cantidad de agua, retardar o acelerar el fraguado, prevenir el asentamiento o reducir la segregación. En cambio, en estado endurecido, se aumenta la resistencia a tempranas edades, mejora la durabilidad frente a exposiciones severas y disminuye la permeabilidad.
De acuerdo con esto, en la guía para el empleo de aditivos del Comité A.C.I. 212, existe una clasificación desde el punto de vista funcional, las cuales se mencionan algunas:
• Aumenta la trabajabilidad de la mezcla sin aumentar el contenido de agua o para
reducir el contenido de agua, logrando la misma trabajabilidad.
• Produce resistencias mayores a edades tempranas.
• Acelera o retarda el fraguado inicial.
• Reducción de la exudación y contracción del concreto.
3.3. PROPIEDADES DEL HORMIGÓN EN ESTADO FRESCO Y
ENDURECIDO
(Marcelo Romo Proaño, 2014) menciona que las propiedades del hormigón dependen en gran medida de la calidad y proporciones de los componentes en la mezcla, y de las condiciones de humedad y temperatura, durante los procesos de fabricación y de fraguado.
El fraguado y endurecimiento del hormigón, es el resultado de reacciones químicas, además son dos estados separados convencionalmente ya que en realidad existe un solo proceso de hidratación continúo.
Siguiendo las normas, el tiempo de fraguado inicial es igual para los cincos tipos de cementos existentes en donde se logra en un periodo aproximado de 45 a 60 minutos, y el tiempo de fraguado final se alcanza en un valor de 10 horas aproximadamente. El tiempo para que la mezcla pase de estado plástico a sólido se lo define como “tiempo de fraguado” de una mezcla terminante.
Las propiedades del concreto no son iguales al momento de su fabricación, ni las propiedades que se adquieren luego de su fraguado; por este motivo, se divide en dos grupos, el primero es al hormigón en el momento de su fabricación u conocido también como hormigón fresco; y el otro corresponde al hormigón endurecido.
3.3.1. PROPIEDADES DEL HORMIGÓN FRESCO.
Se considera hormigón fresco a partir del amasado del concreto hasta que fragua el cemento, conservando su condición plástica y moldeable.
Durante esta etapa el hormigón debe cumplir una serie de propiedades físicas, las cuales se las debe controlar con ensayos establecidos por normas nacionales e internacionales, para su colocación y manejabilidad dentro de la obra, las propiedades se detallan a continuación:
• Densidad • Trabajabilidad. • Consistencia.
• Homogeneidad y uniformidad. • Exudación del agua de amasado. • Segregación.
3.3.1.1. Densidad.
Es la relación que existe entre la masa del hormigón y su volumen (d=p/v), se determina mediante un índice que permite establecer si el hormigón se encuentra dosificado según las proporciones previstas, si ha ocasionado problemas de homogeneidad en la masa separándose o acumulándose los áridos, o si la masa almacena excesivo aire ocluido en el transcurso de amasado y colocación en obra.
La densidad variará dependiendo a la calidad de agregados a utilizar y la forma de colocación en obra. Se expresa frecuentemente en g/cm3 en el Sistema Internacional, aunque por lo general su unidad es kilogramo por metro cubico (kg/m3).
3.3.1.2. Trabajabilidad.
Se lo considera a la facilidad relativa con la que se puede manejar, colocar, compactar y terminar una mezcla fresca sin provocar segregación o separación de los ingredientes individuales. Para mejorar la trabajabilidad y disminuir su resistencia final de un hormigón, se puede incluir aditivos plastificantes o añadir agua con la consiguiente disminución de resistencia. Además, se requiere una buena trabajabilidad para producir hormigón que sea económico y de alta calidad.
Según (Montoya, Alvaro, & Francisco) la trabajabilidad se mide cuantitativamente e indirectamente mediante la prueba de asentamiento o el diámetro de Dispersión en la Mesa de Flujo. Mientras mayor es el asentamiento o mayor es el diámetro de dispersión, el hormigón es más trabajable.
Por lo general, los asentamientos menores a 2 pulg. (5cm.), corresponden a hormigones poco trabajables; así: asentamientos entre 3 pulg. (7.5cm) y 5pulg. (12.5cm) corresponden a hormigones trabajables y, asentamientos superiores a 6 pulg. (15cm) son característicos de hormigones muy trabajables.
Los procesos de ensayos están definidos y normalizados por la norma Internacional A.S.T.M., y el I.N.E.N. en el Ecuador.
La trabajabilidad depende de:
• Dimensiones del elemento.
• Secciones armadas.
Habrá una mayor docilidad cuando:
• Le agregamos más agua. Repercute en la resistencia (Baja).
• Más finos.
• Áridos rodados.
• Más cemento.
• Fluidificantes.
• Adiciones.
3.3.1.3. Consistencia.
La consistencia es aplicable al hormigón plástico y se mide en términos de asentamiento A.S.T.M. C-143 (NTE I.N.E.N. 1578:2010). Al seleccionar la consistencia adecuada, deberá usarse el asentamiento más reducido posible, compatible con la adecuada colocación del hormigón en obra.
Según (Montoya, Alvaro, & Francisco) una consistencia inadecuada puesta en obra, puede provocar la aparición de vacíos, zonas sin rellenar, porosidad, armadura sin cubrir, segregaciones, etc.
Los principales factores que afectan la consistencia:
• La cantidad de agua de amasado empleada, mientras más agua contenga, tiende a
• Las características y forma de los granulados, las partículas angulares, y las
superficies ásperas necesitan mayor cantidad de pasta, de agua para la misma trabajabilidad que la requerida para partículas lisas y bien redondeadas.
• La granulometría del granulado, entre más fina sea la graduación más rígida es la
mezcla, y aumentará el área superficial de los granulados requiriendo mayor pasta para revestirlas, y por ende necesitará mayor cantidad de agua para una misma trabajabilidad.
• La fluidez, aumenta con la finura y el tipo de cemento.
• El uso de plastificante, aumenta la fluidez del hormigón.
• Poca cantidad de cemento, el cual baja plasticidad a la mezcla.
Para determinar la consistencia del hormigón fresco se realiza a través del “Cono de Abrams”, con áridos de tamaño inferior a 40 mm., por lo que se utiliza un cono de metal galvanizado estandarizado, cuyas dimensiones son:
• Diámetro de la base mayor 200 mm.
• Diámetro de la base menor 100 mm.
• Altura 300 mm.
Tabla 1. Consistencia del hormigón.
Tipo de
consistencia Asentamiento (cm) Tolerancia Trabajabilidad
Seca 0 – 2 0 Muy Baja
Plástica 3 – 5 ±1 Baja
Blanda 6 – 9 ±1 Media
Fluida 10 – 15 ±2 Alta
Liquida 16 – 20 ±2 Muy Alta
Fuente: http://www.construmatica.com/construpedia/Consistencia_del_Hormigon_Fresco
Un hormigón de alto asentamiento es muy fluido, y un hormigón de bajo asentamiento es más seco y rígido. Una mezcla de alto asentamiento puede causar sangrado excesivo, encogimiento, agrietamiento y polvo del concreto endurecido. Existe un cierto rango de consistencia que es apropiado para cada tipo de trabajo.
La consistencia depende del:
• Agua de amasado. Cuanto mayor sea ésta, menor será la consistencia.
• Tamaño máximo del árido. Entre mayor es el tamaño del árido, mayor es la
cantidad de agregado fino y por ende más agua.
• Granulometría. A más cantidad de agregado fino mayor consistencia.
• Forma de los áridos. Redondeados dan más facilidad de adaptación que los
triturados.
3.3.1.4. Homogeneidad.
La falta de homogeneidad puede producirse por:
• La segregación que es la separación de los granulados gruesos y los finos.
• La decantación, exudación o sudado, es cuando los granulados gruesos caen al
fondo y el mortero queda en la superficie del hormigón recién colocado, y resulta de la insolvencia de los materiales constitutivos para almacenar toda el agua del mezclado.
Para conseguir la homogeneidad es preciso un buen amasado produciendo una mezcla trabajable con una mínima cantidad de agua, mayor contenido de cemento y arenas naturales que posea un adecuado porcentaje de fino, y para mantenerse, es necesario de un transporte cuidadoso y una colocación adecuada.
3.3.1.5. Exudación del agua de amasado.
Es definida como la separación de una parte del agua de mezcla hasta la superficie, debido a la disgregación de sólidos. El proceso inicia después que el concreto ha sido colocado, vibrado o consolidado en los encofrados, y sigue hasta que se inicia el fraguado del hormigón, posteriormente la mezcla se consolida, o también unión de las partículas.
Si la exudación es excesiva, debe tener en consideración a la granulometría y la textura del árido fino. Una de las maneras de controlar la exudación es el uso de árido fino, adecuadamente tamizado y graduado, considerando la presencia de los tamaños menores en proporciones adecuadas; y una inspección más minuciosa, son factores que ayudan a la reducción de la exudación.
3.3.1.6. Segregación.
Está definida como la descomposición mecánica del concreto fresco en sus partes constituyentes, y se origina cuando el árido grueso tiende a disgregarse del mortero. El fenómeno de la segregación hace que el concreto sea: más débil, carezca de durabilidad y finalmente dejará un pobre acabado de superficie.
La segregación de partículas hace que el hormigón disminuya su resistencia y la durabilidad, generando fisuras y agujeros, afectando al elemento estructural tanto en su resistencia y el acabado.
3.3.2. PROPIEDADES DEL HORMIGÓN ENDURECIDO.
El hormigón endurecido y completamente curado experimenta un proceso de endurecimiento progresivo, el cual debe ser lo suficientemente resistente para soportar las cargas estructurales y de servicio que se le aplicarán, así como también debe ser lo suficientemente resistente para soportar la exposición ambiental a la que está destinado.
Unas de las características más frecuentes aplicadas en hormigones es la resistencia a la compresión, debido a que es muy fácil establecer ya que muchas de sus otras propiedades están ligadas con ellas, debido a que es un índice de su comportamiento.
3.3.2.1. Retracción.
La retracción o contracción es la deflación que soporta el hormigón en el proceso de secado y de endurecimiento. Se ocasiona generalmente por la pérdida o desaparición del exceso de agua utilizada en el proceso de mezclado. Se menciona que el agua agregada al inicio de la mezcla de hormigón, puede variar a ser alrededor del doble de la requerida para cumplir la hidratación del cemento, el cual la exageración de agua es conocida como agua de amasado o mezclado.
Esta propiedad se encuentra en función de elementos como el cemento que es el que más interviene en la retracción, debido a la reacción con el agua de amasado, extendiendo la retracción a mayor contenido del mismo. También la contracción aumenta cuando existe mayor contenido de finos en los áridos y granulometrías inadecuadas. Aumenta de igual manera cuando el hormigón posee mayor cantidad de agua.
3.3.2.2. Resistencia a la compresión.
El valor de f′c (resistencia a la compresión) se utiliza generalmente como indicador de la calidad del concreto. Es claro que pueden existir otros indicadores más importantes dependiendo de las solicitaciones y de la función del elemento estructural o estructura.
Por ejemplo, en el diseño de pavimentos la resistencia a la tracción por flexión es un indicador importante. Otro indicador importante puede ser la durabilidad.
La resistencia a la compresión se determina a partir de ensayos de laboratorio en probetas estándar cargadas axialmente. Este ensayo se utiliza para monitorear la resistencia del concreto tanto para el control de la calidad como para la aceptación del concreto fabricado. La confección de las probetas y el ensayo están reguladas por las Normas (A.S.T.M.) y en ellas se especifica:
• El proceso de confección de las probetas.
• El tamaño de las probetas. Normalmente se utilizan probetas cilíndricas 6”x12” o 4”x8”.
• El proceso de curado de las probetas ya sea en el laboratorio o en obra para las
probetas denominadas curadas bajo condiciones reales de obra. Estas últimas permiten determinar la efectividad de los procesos de curado utilizados y los plazos de desencofrado y puesta en servicio de la estructura.
• El proceso de ensayo a compresión de las probetas. El ensayo puede estar
controlado por carga o por deformación. Cuando el ensayo es realizado controlando la carga, normalmente la velocidad es tal que se alcanza la falla de la probeta en 2 a 3 minutos, lo cual equivale a un incremento de esfuerzo entre 2.1 y 2.8 kg/cm2 por segundo aproximadamente. Cuando el control es por deformación, la velocidad de deformación unitaria es de 0.001 por minuto aproximadamente.
Los moldes para colar especímenes de ensayo de hormigón deben cumplir con los requisitos de la Especificación (A.S.T.M. C470/C470M) el cual deben tener una altura nominal interior igual a dos veces el diámetro nominal interior y deben estar hechos de acero, hierro fundido, o de otro material no absorbente con el concreto.
Además, la norma A.S.T.M. C 31 indica que la varilla de compactación debe ser una varilla redonda, recta de acero con las dimensiones conformes a las de la Tabla 2, con el extremo compactador o ambos extremos redondeados en una punta hemisférica del mismo diámetro de la varilla.
Tabla 2. Requisitos de la varilla de compactación.
Diámetro del cilindro o ancho de la viga in [mm]
Dimensiones de la varilla Diámetro
in [mm]
Longitud de la varilla in [mm]
< 6 [150] 6 [150] 9 [225] 3/8 [10] 5/8 [16] 5/8 [16] 12 [300] 20 [500] 26 [650]
Fuente: Norma A.S.T.M. C 31
Si el método de compactación es mediante varillado la norma A.S.T.M. C 31 determina los requisitos para este tipo de procedimiento en la Tabla 3.
Tabla 3. Requisitos de moldeado por varillado.
Tipo y tamaño del espécimen
Número de capas de Aproximadamente igual
profundidad
Número de golpes de Varilla por capa
Cilíndricos: Diámetro, in. [mm]
4 [100] 6 [150] 9 [225] 2 3 4 25 25 50
De acuerdo a las especificaciones de la norma (A.S.T.M C 39) los especímenes de ensayo deben mantenerse húmedos por cualquier método conveniente durante el período entre que se extraen del almacenamiento húmedo y el ensayo, es decir deben ser ensayados en condición húmeda. Además, indica que todos los especímenes de ensayo para una edad de ensayo dada deben romperse dentro de las tolerancias de tiempo admisibles, prescritas en la Tabla 4.
Tabla 4. Edades de ensayo y tolerancia admisibles.
Edad de ensayo Tolerancia admisible
24 horas 3 días 7 días 28 días 90 días
± 0.5 horas o 2.1% ± 2 horas o 2.8% ± 6 horas o 3.6% ± 20 horas o 3.0 %
± 2 días o 22% Fuente: Norma A.S.T.M. C 39
3.4. MÓDULO DE ELASTICIDAD
El módulo de elasticidad del hormigón es la última variable de la rigidez, en donde a mayor Ec mayor rigidez, ósea que a mayor Ec menor será el desplazamiento, la
deformación axial o la compresión y para el hormigón se lo determina a partir de las relaciones con la resistencia a la compresión f´c (Gallego M. & Sarria A, 2006).
El hormigón no es un material perfectamente elástico y en consecuencia no da una ecuación elástica lineal. Por definición de elasticidad, la tensión aparece en la aplicación de tensión o fuerza y desaparece en la eliminación de la tensión. Si la curva de tensión-deformación es recta como se muestra en la Fig.1, entonces el material es elástico.
Figura 1. Curva lineal y elástico. Figura 2. Curva no lineal y elástico.
Además, el hormigón al ser un material con un comportamiento Elástico Plástico, presenta una rotura instantánea R (Fig. 3) que no advierte, como un material frágil.
Figura 3. Curva esfuerzo – deformación específica del hormigón.
Fuente: (C. F. E., 2002)
Por lo tanto, es imposible definir un diagrama de esfuerzo – deformación fija, debido a que
los valores de las deformaciones son múltiples. En la Fig. 4 se evidencia el comportamiento
del hormigón en un proceso de carga y descarga, en donde existe una deformación irreformable (Δ𝑖𝑝).
Figura 4. Fase de carga y descarga del hormigón al aplicarle cargas axiales.
Fuente: (C. F. E., 2002)
3.4.1. MÉTODOS PARA LA DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE
ELASTICIDAD DEL HORMIGÓN.
Una evaluación del módulo de elasticidad de compresión del Hormigón se obtiene directamente de la curva de esfuerzo-deformación experimentalmente, de acuerdo a la norma A.S.T.M. C469. Para aquello, se puede utilizar métodos como módulo tangente inicial o a un punto específico de la curva (σ-ε) conocido como módulo tangente, y módulo secante entre dos puntos de la curva.
Módulo Tangente Inicial.
Es la pendiente de la tangente en el origen de la curva esfuerzo - deformación. Este módulo tiene importancia solo para bajas tensiones y, por lo tanto, tiene un valor limitado y no es fácil de determinar, porque la recta tangente no está bien definida. En la Fig. 5 está representado por la línea OA y se calcula con la ecuación 1.
𝐸𝑐 =𝑑𝜎
𝑑𝜀 [𝐸𝑐. 1]
Módulo Tangente.
Módulo Secante.
Está representado por la pendiente de la recta secante a la curva desde el origen hasta cualquier punto C (Fig. 5) en la curva. Este método es más práctico y es de uso más general ya que representa la deformación real en el punto seleccionado y no hay incertidumbres involucradas en su determinación. Se encuentra que el módulo secante disminuye con el aumento del estrés, por lo que se debe indicar el estrés en el que se ha determinado (Shraddhu S, 2004).
𝐸𝑐 =𝜎
𝜀 [𝐸𝑐. 2]
Figura 5. Típica curva de esfuerzo-deformación del hormigón.
3.4.2. Factores que afectan al módulo de elasticidad del Hormigón.
El módulo de elasticidad del hormigón es una de las propiedades cruciales del concreto que se ve afectada por la influencia en la resistencia del concreto, el agregado, la pasta de cemento, la proporción de la mezcla, los módulos de elasticidad de los ingredientes y las características de la zona de transición. Estos factores controlan y gobiernan el comportamiento elástico de hormigón.
1. Resistencia del hormigón. El módulo de elasticidad del hormigón aumenta aproximadamente con la raíz cuadrada de la resistencia.
2. Pasta de cemento. La porosidad y el módulo elástico del cemento hidratado influyen en el módulo de elasticidad del hormigón. A medida que disminuye la porosidad, aumenta el módulo de elasticidad de la pasta de cemento y, en consecuencia, aumenta el módulo elástico del hormigón. La porosidad de la pasta de cemento se controla mediante la relación a/c, el contenido de aire, la dosificación del aditivo y el grado de hidratación del cemento.
3. Agregados. La porosidad del agregado influye significativamente en el módulo elástico; El agregado con baja porosidad da como resultado un alto módulo de elasticidad. Más grande La proporción de agregado grueso conduce a un alto valor del módulo elástico.
5. Zona de transición. El módulo de elasticidad disminuye a medida que la zona de transición se debilita debido a las grietas existentes, orientación de cristales de CH y espacios vacíos existentes. La zona de transición es la región interfacial entre las partículas de agregados gruesos y la pasta de cemento endurecido.
Es un plano de debilidad porque la calidad de la pasta en la zona de transición es de peor calidad y debido a la hemorragia interna, el agua se acumula debajo de los agregados alargados, escamosos y grandes.
Figura 6. Zona de transición.
Fuente: (Shraddhu S, 2004)
6. Proporción de mezcla. Se observa que cuanto mayor es la cantidad de cemento, mayor es el módulo de elasticidad.
7. Edad concreta. El módulo de elasticidad aumenta a medida que el hormigón envejece.
3.5.ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN.
3.5.1. Investigaciones Experimentales Realizadas a Nivel Mundial sobre el
Módulo de Elasticidad del Hormigón.
Investigaciones desarrolladas en la Universidad de Minnesota en Estados Unidos demostraron que los valores del módulo de elasticidad empleando las ecuaciones del A.C.I. 318 (1989) y A.C.I. 318 (2004) sobreestimaban las medidas experimentales del Ec del hormigón elaboradas con materiales de esa región. Además, en la Universidad de Texas en Austin, según estudios mostraron que las mismas ecuaciones conllevan a sobrestimaciones a la gran mayoría de los módulos de elasticidad que se midieron experimentalmente (Huo et. al., 2001).
1. Tesis: “Determinación de las ecuaciones del módulo de elasticidad estático y dinámico del concreto producido en Bucaramanga y su área metropolitana”. Realizado por Luz Torrado Gómez y Natalia Porras Álvarez.
Según estudios realizados por los autores demostraron que el módulo de elasticidad conlleva a sobreestimaciones subvalorando así las derivas en el diseño de estructuras. Concluyendo que el hormigón producido en Bucaramanga posee una ecuación del módulo de elasticidad menor al propuesto por el Código A.C.I. 318, encontrándose que
las ecuaciones ajustadas a esa región cuando se conoce la resistencia máxima son de 𝐸𝑐 = 6008 ∗ √𝑓´𝑐 [kg/cm2] y 𝐸𝑐 = 1875 ∗ √𝑓´𝑐 [MPa], muestra seleccionada
2. Tesis: “Determinación de la Ecuación del módulo de elasticidad del concreto en base a la resistencia a la compresión simple, elaborado con los agregados de las canteras ISLA y YOCARA de la ciudad de Juliaca”, realizado por Brayan Vargas Alarcón (2017).
El autor determinó para la ciudad de Juliaca una nueva ecuación matemática para el Módulo de Elasticidad del Hormigón respecto a la resistencia a la compresión simple de 210 Kg/cm2, elaborados con los agregados de la cantera Isla y Yocara, las cuales son 𝐸𝑐 = 8715 ∗ √𝑓´𝑐 [kg/cm2] y 𝐸𝑐 = 7885 ∗ √𝑓´𝑐 [kg/cm2] respectivamente, teniendo
una variación de aproximadamente de 55% con respecto a las ecuaciones propuestos por los reglamentos A.C.I.
3.5.2. Investigaciones Experimentales Realizadas en el Ecuador sobre el Módulo
de Elasticidad del Hormigón.
En el Ecuador se han realizado diferentes estudios sobre el Módulo Estático de Elasticidad del hormigón realizado experimentalmente con la norma A.S.T.M. C469. Por ende, se ha recopilado información de algunas fuentes tomando en cuenta que estas investigaciones estudiadas sirvan para comparar los resultados alcanzados en la presente investigación.
1. Tesis: “Estudio del módulo de elasticidad estático del hormigón en base a la resistencia a la compresión (f´c= 21, 28 MPa) fabricado con material de la mina de Pintag.”, elaborado por (Asmal Iturralde, Ocaña Borja, Pedromo Velásquez y Pérez Casco, 2012.
por el A.C.I. 318 y recomienda la siguiente ecuación obtenida es su tesis 𝐸𝑐 = 12715√𝑓´𝑐 (𝐾𝑔/𝑐𝑚2); 𝐸𝑐 = 3980√𝑓´𝑐 (𝑀𝑃𝑎).
2. Tesis: “Módulo de Elasticidad de Hormigones de Peso Normal Empleados en el Ecuador f´c: 21, 24, 28,35 MPa” elaborado por ((Alejandro Cabrera, 2014).
El autor indica que los valores del módulo obtenidos experimentalmente son menores que los calculados por el Comité A.C.I, representando un 82.43 % del valor propuesto por el A.C.I. 318 y un 83.25% del valor propuesto por el A.C.I 363.
Y recomienda para el Código A.C.I. 318 las siguientes ecuaciones alternativas para el cálculo del módulo de elasticidad, para tres hormigoneras (Hormigonera Equinoccial, METRHORM, Quito): 𝐸𝑐 = 12400√𝑓´𝑐 (𝐾𝑔/𝑐𝑚2); 𝐸𝑐 = 3875√𝑓´𝑐 (𝑀𝑃𝑎).
Además, el autor indica que el módulo de elasticidad del hormigón aumenta de forma progresiva al paso del tiempo, lo cual lo comprobó con los ensayos realizados a los especímenes a edades de 7, 14 y 28 días.
3. Tesis: “Módulo de Elasticidad del Hormigón en Base a su Resistencia a la Compresión de 21 MPa, elaborado con Agregados del sector la Providencia y Cemento Chimborazo.” realiazo por (Erika Guaño Colcha, 2015).
Además, recomienda la siguiente ecuación para el cálculo del módulo de elasticidad obtenido experimentalmente en el laboratorio la cual es 𝐸𝑐 = 13220,70√𝑓´𝑐 (𝐾𝑔/𝑐𝑚2); 𝐸𝑐 = 4140,20√𝑓´𝑐 (𝑀𝑃𝑎).
4. Tesis: “Módulo Estático de Elasticidad del Hormigón en Base a su Resistencia a la Compresión (f’c =28 MPa), fabricado con Materiales de la Mina San Ramón, ubicada en la Parroquia de Mulaló en la Provincia de Cotopaxi y Cemento Chimborazo”. Realizado por (Yancha Alvarado, 2013)
El autor estableció una ecuación para el cálculo del módulo de elasticidad del hormigón, obtenidos para los materiales de la mina “San Ramón” y cemento Chimborazo
que es la siguiente: 𝐸𝑐 = 11050√𝑓´𝑐 (𝐾𝑔/𝑐𝑚2); 𝐸𝑐 = 3460√𝑓´𝑐 (MPa).
Lo cual representa un 73,59% de la resistencia especificada por el A.C.I y el Ec es menor al calculado con la ecuación propuesta por los Comité A.C.I.
5. Tesis: “Evaluación del Módulo de Elasticidad en Hormigones desde 210 a 280 Kg/cm² producidos en la Ciudad de Manta”. Realizado por Alvarado Rodríguez Ronne y Pinargote Valle Jean, 2018.
Y con resultados obtenidos experimentalmente los autores, proponen ecuaciones alternativas para los hormigones premezclados, a las propuestas por las normativas existentes para el cálculo del Módulo de Elasticidad del Hormigón en función de su resistencia para la ciudad de Manta.
Para resistencias de hasta 300 kg/cm² 𝐸𝑐 = 11100√𝑓´𝑐 (𝐾𝑔/𝑐𝑚2)
Para resistencias desde 300 a 330 kg/cm² 𝐸𝑐 = 10600√𝑓´𝑐 (𝐾𝑔/𝑐𝑚2)
Para resistencias desde 330 a 380 kg/cm² 𝐸𝑐 = 10300√𝑓´𝑐 (𝐾𝑔/𝑐𝑚2)
Para hormigones de producción artesanal 𝐸𝑐 = 11698 √𝑓´𝑐 (𝐾𝑔/𝑐𝑚2)
𝐸𝑐 = 3663 √𝑓´𝑐 (𝑀𝑃𝑎)
4.MATERIALES Y MÉTODOS
4.1. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN
Investigación Exploratoria.
Corresponde a la primera fase, el cual consiste realizar ensayos en laboratorio para obtener las propiedades de los materiales que constituyen un hormigón y realizar una dosificación adecuada.
Investigación Experimental.
Corresponde a la segunda fase de la investigación, el cual consiste en realizar especímenes de hormigón basada en una dosificación. Para posteriormente, pasar a un proceso de curados bajo condiciones controladas en laboratorio y ensayar a diferentes edades para determinar su resistencia y encontrar la ecuación del módulo de elasticidad experimentalmente mediante intervalos de tiempos.
Investigación Analítica.
4.2. MATERIALES
Los agregados naturales a utilizarse en la investigación, proviene de la cantera Agresa ubicada a km 6½ vía a Picoazá del cantón Portoviejo, la misma que se encuentra al Sur-Oeste de la ciudad. La explotación del agregado grueso es realizada a cielo abierto, el cual proviene de conglomerados que se fragmentan por procesos artificiales y el agregado fino es explotado con payloaders y zarandas para su clasificación, para posterior pasar al proceso de lavado.
El diseño de la investigación fue realizado en las instalaciones del Laboratorio de Suelo del Gobierno Provincial de Manabí, Laboratorio de la Planta de Cemento Holcim de Guayaquil y en el Laboratorio de Mecánica de Suelos de la Universidad Estatal del Sur de Manabí.
4.3. POBLACIÓN DE MUESTRAS
Para determinar el número total de probetas para los ensayos de hormigón se debe tener en cuenta que los especímenes cumplan con los requerimientos del tamaño máximo del agregado grueso, con lo cual fueron realizados los ensayos, en la investigación se utilizaron probetas estándar de dimensiones 4x8 pulgadas.
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS
La propuesta de esta investigación consiste en los siguientes pasos que se han resumido en el flujograma que se presenta a continuación:
5.1.ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS
AGREGADOS
OBJETIVO 1. Obtener las propiedades físicas y mecánicas de los agregados extraídos de la cantera Agresa.
Para el análisis de las propiedades físicas y mecánicas de los agregados de la cantera Agresa se desarrollaron los siguientes ensayos aplicando las normas respectivas:
5.1.1. Muestreo de Agregados (A.S.T.M. D75 – 09).
El proceso de extracción del material pétreo de la mina fue realizado de acuerdo a la norma A.S.T.M. D 75 o la I.N.E.N. 695, lo cual se siguió las siguientes exigencias:
• Muestreo realizado en el lugar donde se encuentra el acopio del producto final.
• Antes de seleccionar el material fue verificado por los operadores de la cantera
para descartar algún cambio o problemas perceptibles en el material.
• Las muestras para el ensayo a abrasión no se sometieron a ningún proceso
adicional como aplastamiento o reducción manual del tamaño de partículas.
• Para tomar muestras de las pilas de los agregados fue necesario juntar de la parte
superior, media e inferior, con el propósito de obtener un material con partículas de diferentes tamaños.
5.1.2. Reducción de muestras para ensayos (A.S.T.M. C702-03).
Para realizar esta práctica en laboratorio se muestreó los materiales obtenidos en el campo a través de los métodos principales de toma de muestras, para lograr porciones significativas para los diferentes ensayos a desarrollar.
De acuerdo a la norma A.S.T.M. C-702 para la reducción de muestras se utilizó el método A (Separador Mecánico) para el árido grueso y el método B (Cuarteo) para el fino respectivamente. El método A es usando cuando el agregado se encuentra completamente seco llegando a reducir a una muestra no menos de 5000 gramos. El método B se lo usa cuando existe una muestra grande de agregado y en ocasiones por tener humedad libre en la superficie para luego proceder a secar al sol hasta que desaparezca la humedad.
Figura 7. Divisores de muestras pequeños.
Fuente: AASHTO, 2012.
5.1.3. Ensayo de Abrasión (A.S.T.M. C 131).
La abrasión es una propiedad mecánica del agregado grueso, el cual permite establecer si el agregado es apto para diseñar hormigón. Este ensayo determina el valor del desgaste del árido grueso de tamaño inferior a 1 ½”. (38 mm) que es el resultado de la fricción y el impacto producidos con las esferas dentro de la Máquina de los Ángeles, y se lo realiza de acuerdo a las Normas INEN 860 Y 861 ó A.S.T.M. C 131 y C 535.
Tabla 5. Graduación de Muestras de Ensayos
TAMAÑO DE TAMIZ (Aberturas Cuadradas)
Peso de los tamaños indicados (gr) GRADACIÓN
Pasa mm (pulg)
Retenido en
mm (plg) A B C D
37,7 (1 ½’) 26,5 (1’) 19 (3/4’) 13,2 (1/2’) 9,5 (3/8’) 6,7 (1/4’) 4,75 (N° 4)
26,5 (1’) 19 (3/4’) 13,2 (1/2’) 9,5 (3/8’) 6,7 (1/4’) 4,75 (N° 4) 2,36 (N° 8)
1250 ± 25 1250 ± 25 1250 ± 10 1250 ± 10
2500 ± 10 2500 ± 10
2500 ± 10 2500 ± 10
5000 ± 10
Peso Total 5000 ± 10 5000 ± 10 5000 ± 10 5000 ± 10
Fuente: (ASTM C 131-01, 2010)
UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANABÍ
FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICAS CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
ABRASIÓN DEL AGREGADO GRUESO A.S.T.M. C – 131 (NTE-INEN 860)
Proyecto: Módulo de Elasticidad en Hormigones Estructurales de 21, 28 MPa,
Origen de la muestra: Cantera Agresa – Sector Chorrillo – Cantón Portoviejo
Descripción del material: Ripio Propuesta: Diseño de Hormigón
Ensayo N°: 01 Fecha de ensayo: 20/03/2019
Laboratorio de Suelo: Gobierno Provincial de Manabí
Graduación B
Retiene Masa
1/2" 2500 +/- 10 3/8" 2500 +/- 10 Sumatoria 5000,00
Descripción Unidad Cantidad
Masa inicial del material G 5005,00
Masa del ripio retenido en el tamiz N°. 12 después de 100
revoluciones G 4685,00
Pérdida del material después de las 100 revoluciones G 315,00 Porcentaje de pérdida del material después de las 100
revoluciones % 6,30
Masa del ripio retenido en el tamiz N°. 12 después de
500 revoluciones G 3416,00
Pérdida del material después de las 500 revoluciones G 1269,00 Porcentaje de pérdida del material después de las 500
revoluciones % 25,38
Coeficiente de uniformidad - 0,25
UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANABÍ
FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICAS CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
ABRASIÓN DEL AGREGADO GRUESO A.S.T.M. C – 131 (NTE-INEN 860)
Proyecto: Módulo de Elasticidad en Hormigones Estructurales de 21, 28 MPa,
Origen de la muestra: Cantera Agresa – Sector Chorrillo – Cantón Portoviejo
Descripción del material: Ripio Propuesta: Diseño de Hormigón
Ensayo N°: 02 Fecha de ensayo: 22/03/2019
Laboratorio de Suelo: Gobierno Provincial de Manabí
Graduación B
Retiene Masa
1/2" 2500 +/- 10 3/8" 2500 +/- 10 Sumatoria 5000,00
Descripción Unidad Cantidad
Masa inicial del material g 5005,00
Masa del ripio retenido en el tamiz N°. 12 después de 100
revoluciones g 4685,00
Pérdida del material después de las 100 revoluciones g 315,00 Porcentaje de pérdida del material después de las 100
revoluciones % 6,30
Masa del ripio retenido en el tamiz N°. 12 después de
500 revoluciones g 3506,00
Pérdida del material después de las 500 revoluciones g 1494,00 Porcentaje de pérdida del material después de las 500
revoluciones % 29,88
Coeficiente de uniformidad - 0,21
UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANABÍ
FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICAS CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
ABRASIÓN DEL AGREGADO GRUESO A.S.T.M. C – 131 (NTE-INEN 860)
Proyecto: Módulo de Elasticidad en Hormigones Estructurales de 21, 28 MPa,
Origen de la muestra: Cantera Agresa – Sector Chorrillo – Cantón Portoviejo
Descripción del material: Ripio Propuesta: Diseño de Hormigón
Ensayo N°: 03 Fecha de ensayo: 27/03/2019
Laboratorio de Suelo: Gobierno Provincial de Manabí
Graduación B
Retiene Masa
1/2" 2500 +/- 10 3/8" 2500 +/- 10 Sumatoria 5000,00
Descripción Unidad Cantidad
Masa inicial del material g 5000,00
Masa del ripio retenido en el tamiz N° 12 después de 100
revoluciones g 4783,00
Pérdida del material después de las 100 revoluciones g 217,00 Porcentaje de pérdida del material después de las 100
revoluciones % 4,34
Masa del ripio retenido en el tamiz N°. 12 después de
500 revoluciones g 4132,00
Pérdida del material después de las 500 Revoluciones g 868,00 Porcentaje de pérdida del material después de las 500
revoluciones % 17,36
Coeficiente de Uniformidad - 0,25
5.1.4. Ensayo de colorimetría en agregado fino (A.S.T.M. C-40)
Según (Waddell J. J. & Dobrowski, 1997) los agregados finos al presentar impurezas orgánicas perjudican la hidratación del cemento y el desarrollo consecuente de la resistencia del hormigón. Normalmente las impurezas se evitan por medio del despejado adecuado para eliminar por completo la tierra vegetal, y un enérgico lavado en la arena.
La norma (ASTM C 40, 2012) o la NTE I.N.E.N. 0855 detalla el proceso para la determinación del contenido orgánico en la arena usado para la preparación de morteros o concretos de cemento hidráulico a través de la prueba colorimétrica con solución de hidróxido de sodio. Para ello, se toma una muestra de arena de 450 gramos para el ensayo por el método mecánico o de cuarteo y secada únicamente al aire libre.
Figura 8. Colores patrones de acuerdo a las impurezas orgánicas.
Fuente: (ASTM C 40, 2012)
Tabla 6. Descripción de los colores patrones de acuerdo a las impurezas orgánicas.
Frasco Color Propiedades
1 Blanco claro a transparente Arena de muy buena calidad por no contener materia orgánica, limos o arcillas.
2 Amarillo pálido Arena con poca presencia de materia orgánica limos o arcillas. Se considera de buena calidad.
3 Amarillo encendido Contiene materia orgánica en altas cantidades. Puede usarse en hormigones de baja resistencia.
4 Café Contiene materia orgánica en concentraciones muy elevadas. Se considera de mala calidad.
