UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓN
Facultad de Ingeniería Ingeniería Civil
Hormigones Elaborados con Arenas Finas a Bajo Costo y Resistencia Satisfactoria para Estructuras en el Chaco Paraguayo
Andreas Neufeld Toews
San Lorenzo – Paraguay
2011
Andreas Neufeld Toews
Facultad de Ingeniería, Ingeniería Civil, [email protected]
RESUMEN
Si bien se puede elaborar perfectamente Hormigón de todo tipo en el Chaco Central y en todo el Chaco Paraguayo, el costo del flete de los materiales es un factor fundamental, que hace que el costo del Hormigón en el Chaco sea mucho mayor que en el resto del País.
Por tanto, al reemplazar por lo menos uno de los agregados del Hormigón, la arena de río, por arena extraída de las dunas que se encuentran en el Chaco Central, puede ser una alternativa para reducir en forma significativa el costo del Hormigón.
Reemplazar la utilización de la arena, puede significar un crecimiento en el desarrollo de la zona aun mayor del que se tiene ya hoy día. La aplicación de otros métodos de dosificación permite utilizar materiales que en su granulometría no cumplen con los requisitos tradicionales para la mezcla del Hormigón. Con mayor conocimiento de la arena de origen eólico existente en las dunas del Chaco Central y también de las características del Hormigón, se puede obtener beneficios en costos de flete y en tiempo de provisión.
ABSTRACT
Although it is possible to prepare all types of concrete in the Central Chaco and in the whole Paraguayan Chaco, the freight costs of the materials is a fundamental factor that increases the costs of the concrete produced in the Chaco compared to the concrete produced in the rest of the country.
Therefore, after at least one of the aggregates of the concrete is replaced, in this case the river sand by sand extracted from the dunes in the Central Chaco, it can be an alternative to reduce the costs of the concrete significantly.
To replace the use of the sand can mean an even faster growth in the development of the area than there is today. The application of other methods of apportioning allows the use of materials that in their particle size analysis do not meet the traditional requirements for the mixing of concrete. With better insights about the sand of eolian origin, existing in the dunes of the Central Chaco and also about the characteristics of the concrete, it is possible to obtain benefits in freight costs and in provision time.
RESUMEN DE CONTENIDO
El motivo de la inve stigación se b asa en la necesidad de elabora r horm igones a partir de las canteras e xistente s en el Chaco paragua yo, pues e l traslado de a ren a gruesa desde e l río Pa ra gua y supone el enca recimiento en los costo s de elabora ción d el producto.
El objetivo prin cip al del trabajo es d emostrar la factib ilidad de la elabo ración de hormigones con arenas finas del Chaco y de resistencia satisfactoria que, en con secuencia, reduciría los costos operativo s en la elaboración de l p roducto.
El chaco central es una va sta planicie sin accidentes topográficos con suelos mu y va riad os sin la p resencia de ríos y lago s.
El clima es semiárido en el oeste y subhumedo en el este, con ve ranos llu vioso s e in vie rnos secos. La precip itación media anual disminu ye paula tin amente de 1400 mm en el río Pa ra gu ay a 500 mm en el lím ite con Bolivia. La temperatura es ele vad a en verano , lle gando a 48 grad os centígrado s y e n in vie rno lle ga a bajar de ce ro grados centígrados (promedio anua l = 25 grd. Cen tígrado s.)
La población e sta combinada p or inmigrantes y sus descendientes, in dígenas y para gu ayo s migrados ha cia la zona desde todos lo s pu ntos del pa ís.
Las prin cipa les actividades económicas son la agricultu ra y la ganadería , siendo la producción de carne y le che la mas importante de todas. Además con el importante crecimiento de la zona se suma cada ve z con ma yor importan cia e l comercio, la a groindustria y la constru cción.
Un factor fundamental es la e scases de l a gua, que prácticamente se limita al a gua de lluvia captada en a ljibes para e l consumo humano y en tajamare s para la gana dería. Riego prácticamente no e xiste en la zona.
En busca a un método para la dosificación de hormigón con la arena disponible , se pudieron en contrar un sin fin de métodos para la dosificación del hormigón. Todos ello s con va ria ciones dependiendo del autor, del pa ís y de las ca ra cterísticas de los materia les
disponib les para cada caso. El método adoptado es el del Ingenie ro Cubano Vite rvo O´Reilly.
El motivo de la inclina ción hacia e l método de O’Reilly es debido a varios factores. Uno de ellos es el hecho de qu e la arena de la zona no entra en el ran go dete rmina do por las normas y su método no aplica el modulo de fineza de la arena. Otro motivo e s no se logra obtener la curva granulométrica ideal aplicada en las normas y en la mayo ría de los métodos tradicionale s de dosificación del hormigón.
Además el autor desarrolla un método que se puede aplica r en cada caso particula r y n o desarrolla un mé todo gene ralizado debido a que las ca racte rística s de los mate ria le s e xistentes en los distintos paíse s e inclusive en las distinta s zona s de un m ismo país son fundamentalmente distintas. El ingen ie ro O’Re illy desarro llo básicamente su propio método basado en estudios propios y de otros científicos en cuba y en o tras parte s d el mundo.
Se realiza ron lo s siguiente s ensa yo s a la arena:
- Determina ción de la humedad de la arena
- Determina ción del peso específico aparente y absorción de la arena
- Determina ción de la granulometría de la arena
- Determina ción de cantidad de limo y a rcilla por el m étodo de campo
- Determina ción de los límite s de Atte rb erg (liqu ido y p lástico) - Ensa yo e quiva lente de arena
- Determina ción de impureza s (materia ) orgánica s
- Determina ción de la influencia de la materia orgá nica en la resistencia del mo rtero
- Contenido de Su lfatos en la a rena
Al hormigón se re alizaron los siguientes ensa yos:
- Durab ilidad por ab sorción
- Se produje ron 6 probetas de 10 x 15 cm - Resistencia a la co mpresión
- Se produje ron 48 p robetas de 15 x 30 cm
Resultados Obtenidos
Ensa yo de dura bilidad por a bsorción
Peso seco (gr)
Peso critico
(gr) Dif.
(gr)
Tiempo (min)
altura (mm)
area (mm2)
Resistencia a la penetración
de agua m (s/m2)
Coeficiente de absorción
capilar k (Kg/m2s1/2)
Porosidad efectiva
ξe (%)
D1-B2 469 499 30 360 25 8012 3,46E+07 0,0254 14,93
D1-B3 485 512 27 360 26 8012 3,20E+07 0,0228 12,91
D1-B4 513 540 27 360 26 8012 3,20E+07 0,0227 12,82
D2-B1 497 522 25 360 26 8012 3,20E+07 0,0214 12,10
D2-B2 520 543 23 360 28 8012 2,76E+07 0,0198 10,39
D2-B3 511 539 28 360 27 8012 2,96E+07 0,0239 13,04
Promedio 499 526
27 360 26
8.012 3,13E+07 0,0227 12,70
Resiste ncia a la c ompresión P rome dia
Resistenc ia (Kg / cm2) Cons umo Cemento
7 Días 28 Días % (Kg)
D1 222 293 75.8 465
D2 188 265 70.9 396
Difere ncia 28 69
Ahorro por me tro cubico del Hormigón
Para poder dete rminar el aho rro e s importante dete rminar el costo del Ho rmigón por metro cubico. Para eso se utilizan las cantidades utilizad as para confeccio nar un hormigón con arena del Rio Para gua y. Los costos utilizado s para los materiales son del mercado y son los siguiente s:
Cos to por metro c ubico c on a rena de rio
Material Cons umo (Kg) Cos to (Gs/Kg) Total (Gs )
Cemento 365 1.340 489.100
Arena de Rio 470 130 61.100
Triturada 1.415 185 261.775
811.975
Cos to por metro c ubico c on a rena del Chac o
Material Cons umo (Kg) Cos to (Gs/Kg) Total (Gs )
Cemento 396 1.340 530.640
Arena del Ch. 673 25 16.825
Triturada 1.228 185 227.180
774.645
Por lo tanto e l a horro e s la difere ncia entre los costos del Hormigón e laborad o con las d istintas arenas.
Ahorro total por metro cubico de Hormigón = 37.330 Gs Eso equ iva le a un 4,6% sobre e l co sto de los materia les para un metro cub ico d e hormigón e laborado con a rena del Rio Para gua y conside rando la resisten cia y la corre spondiente do sificación de referencia.
CONCLUSIONES
El presente trabajo de investigación que ha servido como tema de Tesis de Gra do, ha sign ificado un desafío a la s normas y especificaciones técnicas, por cuanto las ca racte rísticas físicas d e las arenas pro ce dentes del chaco paragua yo, no cumplen con los límites y ran gos p ara la elabo ración de hormigón p rop uesto por la A.S.T.M., es de cir:
1. La curva granulom étrica se encuentra completamente fuera de los límites re co mendados por la A.S.T.M., clasificánd ose como arenas de grano fino con un mó dulo de finura de 0 ,868 cuando el ran go se encuentra e ntre 2,2 a 3,2 (segú n A.S.T.M. C-33).
2. El % que pasa el tamiz # 200 es del 13 % mayor al especificado es de cir entre 0 y 5 % (A.S.T.M. C - 117 ).
3. El contenido de materia orgán ica que se encuentra en la arena, más específicamente en los limos, alcan za e l valo r de 5 en el ran go de 1 a 5, cuando lo especificado son va lores comprendidos entre 1 a 3 (A.S.T.M. C - 40).
4. Los efectos de la s impure zas orgán icas en la re sistencia a la compresión en cu bos de morte ro preparados con a rena la vada y sin la va r, no deben bajar del 95%, sin embargo en los análisis las resistencias ba jaron ha sta el 80%, contra viniendo a lo especificado (ASTM C - 87 ).
Pese a todos los antecedentes qu e el ca so amerita , se ha encontrado un método de dosaje que nos ha permitido alcan za r con la combina ción de lo s a gregado s, e l ma yor grado de densificación que significa e l menor porcenta je d e va cíos y po r en de un menor consumo de cemento.
Los excelente s resultados de las resistencia s a la comp rensión de lo s cilind ros (ASTM C- 39) pre parados ba jo d iferentes familias de tra zos, sobrepa saron las e xpectativa s que de ellos se esperaban.
Los resultados clasificados como satisfactorios se deben principalmente:
a) A la buena calida d de la gra va ch ancada, cu yo valo r a l desgaste mediante la ma qu ina Los A ngele s (ASTM C - 131) es de 15%, e l límite máximo permisib le es de 50% se gú n la A.S.T.M.
b) A pesar que la a rena es de grano m uy fino, sin embargo su matríx mine raló gico corresponde a cuarzos de d ure za ele vada.
c) Si esta s arena s pa san por un p roce so de la vado, e s po sible mejorar su rend imiento.
d) Debido a la conformación de las a re nas de grano mu y fino, con una superficie específica alta , la demanda de agua es
mayo r lo que p ro vo ca una disminu ción de la re sistencia.
Por otro lado y, teniendo en cuenta los resu ltados del estudio complementario sugerido po r las autoridades de la Universida d Naciona l de Asun ción, se puede concluir que efectivamente es factible elabora r hormigón con la arena fina extraída de los ya cimiento s de origen eólico de l cha co centra l.
El peso espe cífico del Ho rmigón fresco es bastante a lto, lo cual demuestra que se cumple con el prin cipio de l método de obtener la mezcla de los agregados con una distribución granulo métrica de tal forma a eliminar la mayo r cantidad e vacio s e xistentes entre los componentes de lo s mismos.
Este trabajo p rueb a que se puede tener un ahorro utiliza ndo las arenas en cuestió n sin perde r de vista que ha y que hacer más análisis de l método y lo gra r una mayo r va riedad de d osificaciones para los distintos requerimiento s en las obras de e stru ctura.
También los resultados obtenidos en el análisis de durabilidad por absorción son satisfactorios (poro sidad efectiva p ro media = 12.7
%) y demuestran que se puede lo grar un hormigón d e moderada calidad (se gún la red DURA R la poro sidad efectiva entre 10 y 15 % equivale a un hormigón de mode rada calidad) que cu mpla con lo s re querimientos pa ra estructuras básicas de Ho rmigón Armado.
Del aná lisis de su lfatos se puede concluir que la a re na está prácticamente lib re de los mismos. Esto es ra zonable, ya que no son
ya cimiento s de sed imentación o de a rrastre po r a guas contaminadas, sino por el viento.
Los beneficios qu e conlle va rá el uso de estas arenas en la industria de la con strucción, son inmensurable s, más si se trata de zona s dep rimidas por la d istan cia y a islamiento d e los centro s urbanos.
Es importante de stacar que para el trabajo de grado en cuestión se utilizo la a rena p ro veniente de duna s de a rena acumulados por e l efecto del vien to. Por lo tanto si se desea implementar otras arenas, por e jemplo de profundidad es importante hacer los mismos y otros aná lisis ante s de su empleo en hormigón.
De la Resis tencia y el Cos to
Queda demostrada la Hipótesis que se puede lo gra r Hormigón con resisten cia satisfactoria de un fc m entre 263 y 2 93 Kg / cm2.
Cons id eran do q ue un para h ormig one s de resist enc ias s imi lare s ela borad os c on are na d el R io Par ag ua y y ar ena de l Cha c o, se t ien e u n costo d e 8 11.97 5 y 774.6 45 r espe cti va mente, q ueda demo strado q ue se pued e log rar u n a horro d e hasta 37. 330 Gs/m3 de hor mig ón, l o q u e eq ui va le a l 4,6 % so bre el c osto de l H or mig ón ela bora do co n arena de Ri o.
RECOMENDACIONES
Se recomienda el uso de las arenas en toda obra de Ingenie ría Civil, p rocu rando que la e xplota ción de los yacimientos sean ubicados y contro lados por organ ism os estatale s de tal manera de no altera r el entorno e coló gico de la zona .
La instalación de procesado ras y la va deros de arena, re sulta rá beneficioso siempre y cuando se utilice a gua limpia lib re de clo ru ros, sulfatos u otra s su bstancias nocivas.
Recome ndaciones para la aplicación prac tica
Utilizar las siguientes proporciones en vo lumen para lo grar una dosificación D2
Cemento 1 2 3 4 5
Arena 1,35 2,70 4,05 5,40 6,75
Piedra 4ta 1,83
2,38 3,66
4,76 5,49
7,14 7,32
9,52 9,15
11,90 Piedra 5ta 0,55 1,10 1,65 2,20 2,75
Agua 0,48 0,96 1,44 1,92 2,40
Para dosificaciones en peso utilizar las siguientes proporciones:
D1 D2
Material
Pesopor m3 Dosificación Peso
por m3 Dosificación
Cemento (K g.) 465.59 1 396.17 1
Arena (K g.) 619.35 1.33 673.67 1.70
Triturada 4ta.(K g.) 969.74 2.08 958.16 2.42 Triturada 5ta. (K g) 273.52 0.59 270.25 0.68
Agua (Lts) 201.06 0.432 226.75 0.572
TOT AL 2529
2525
Utilizar la arena co n una dosificación igual a la D1 para o btener resistencia fc m = 293 Kg/cm2 y D2 p ara una resistencia fc m = 265 Kg/cm2
Si se gún la tabla 3.1 de Jiméne z Montoya (pa g. 53 ) la
fc m = 1,35 fc k + 15 kg/cm2 la fc k = (fc m – 15)/1,35, tenemos que la D1 se puede utiliza r pa ra un fc k = 2 06 Kg/cm2
D2 se puede utiliza r para un fc k = 185 Kg/cm2
Recomendaciones para futuras investigaciones
Para futuras in vestigacione s y para el uso a gran esca la y en obras de en vergadura se re comie nda hacer estud ios y ensa yos con distintos do sajes. Inclu sive podría usarse e l dosa je D1 como el piloto y de a llí pa rtir con ma yo r y m enor consumo de cemento para poder determina r con precisión e inclusive con base cie ntífica y como sustento normativo unas curvas de resisten cia como por ejemplo la curva de Abrams. Esto se pod ría utilizar para dete rmin ar en forma practica el con su mo de cemento, la relación agua cemento y la relación cemento/á ridos para las d istintas resisten cia s requeridas.
Además en cuanto a los análisis de la arena, materia l p rincipal de estudio, se recomienda hacer los sigu ientes ensa yos co n estandarización y e n cantidad con side rable.
- Determina ción de la humedad de la arena
- Determina ción del peso específico aparente y absorción de la arena
- Determina ción de la granulometría de la arena
- Determina ción de cantidad de limo y a rcilla por el m étodo de campo
- Determina ción de los límite s de Atte rb erg (liqu ido y p lástico) - Ensa yo e quiva lente de arena
- Determina ción de impureza s (materia ) orgánica s
- Determina ción de la influencia de la materia orgá nica en la resistencia del mo rtero
