Módulo de elasticidad de hormigones de peso normal empleados en el Ecuador f´c: 21, 24, 28, 35 MPa

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL. MÓDULO DE ELASTICIDAD DE HORMIGONES DE PESO NORMAL EMPLEADOS EN EL ECUADOR fć: 21, 24, 28,35 MPa. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL MENCIÓN ESTRUCTURAS. HENRY XAVIER ALEJANDRO CABRERA [email protected]. DIRECTOR: ING. ARQ. PAÚL GACHET G. [email protected]. Quito, Septiembre 2014.

(2) II. DECLARACIÓN. Yo HENRY XAVIER ALEJANDRO CABRERA, declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.. A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. __________________________________________ HENRY XAVIER ALEJANDRO CABRERA.

(3) III. CERTIFICACIÓN. Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por HENRY XAVIER ALEJANDRO CABRERA, bajo mi supervisión.. ___________________________ ING. ARQ. PAÚL GACHET G. DIRECTOR DE PROYECTO.

(4) IV. AGRADECIMIENTO. Expreso mi agradecimiento, primeramente a DIOS por ser la fuerza que me permite seguir adelante todos los días de mi vida. A mis padres, por su apoyo, cariño y confianza, quienes con sus enseñanzas son un pilar fundamental en vida lo cual me permite poder culminar este objetivo. Agradezco de igual manera a la Escuela Politécnica Nacional, en especial a la Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental por permitirme ser parte de esta noble Institución; a todos mis profesores, ya que con sus enseñanzas y orientación han hecho posible la culminación de mi formación profesional. Un especial agradecimiento al Ing. Paúl Gachet, por su gran calidad humana y profesional; quien con su experiencia y vastos conocimientos supo dirigir este trabajo de investigación. Agradezco a los representantes de Hormigonera Equinoccial, Hormigonera Metrhorm y Hormigonera Quito por su valiosa colaboración y apoyo en esta investigación. Finalmente, agradezco a todos mis compañeros y amigos con los que compartí gratos momentos dentro y fuera de las aulas, quienes fueron un aporte más para la culminación de mi meta profesional.. EL AUTOR.

(5) V. DEDICATORIA. Dedico este trabajo a mis padres Orfa y Erasmo, por su amor, cariño y confianza, por todo el apoyo que me han brindado; todo se los debo a ustedes. A Karen Adriana quien ha sabido entenderme y ha estado conmigo apoyándome siempre. A mis hermanos y familiares que con su cariño y confianza han sabido apoyarme constantemente..

(6) VI. CONTENIDO DECLARACIÓN ..................................................................................................... II CERTIFICACIÓN .................................................................................................. III AGRADECIMIENTO ............................................................................................ IV DEDICATORIA ..................................................................................................... V CONTENIDO ....................................................................................................... VI ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................ XI ÍNDICE DE GRÁFICOS ..................................................................................... XIII ÍNDICE DE FOTOS............................................................................................ XIV RESUMEN .......................................................................................................... XV ABSTRACT ........................................................................................................ XVI PRESENTACIÓN .............................................................................................. XVII CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 1 1.1. ANTECEDENTES ..................................................................................... 1. 1.2. OBJETIVOS .............................................................................................. 2. 1.2.1 OBJETIVO GENERAL .................................................................................. 2 1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................... 2 1.3. ALCANCE ................................................................................................. 3. 1.4 JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO ................................................................. 4 CAPÍTULO 2 AGREGADOS PARA EL CONCRETO ................................................................... 6 2.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS ........................................... 6. 2.2. GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO FINO Y GRUESO......................... 7. 2.3. FORMA Y TEXTURA SUPERFICIAL DE LAS PARTÍCULAS ................. 10. 2.4. MASA VOLUMÉTRICA Y VACÍOS ......................................................... 11. 2.5. DENSIDAD RELATIVA ........................................................................... 12. 2.6. MASA ESPECÍFICA ................................................................................ 12. 2.7. ABSORCIÓN Y HUMEDAD SUPERFICIAL ............................................ 13. CAPÍTULO 3.

(7) VII. CANTERAS EN LA CIUDAD DE QUITO (CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS)..................................................................................................... 15 3.1 PRINCIPALES CANTERAS QUE PROVEEN A LAS CONSTRUCCIONES EN LA CIUDAD DE QUITO. ................................... 15 3.2 CANTERA POMASQUI (CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS) ........ 20 3.3 CANTERA LLOA (CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS) .................. 21 3.4 CANTERA PIFO (CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS) .................. 22 3.5 CANTERA PINTAG (CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS).............. 23 CAPÍTULO 4 FUNDAMENTOS DEL CONCRETO .................................................................... 25 4.1 CONCRETO RECIÉN MEZCLADO................................................................ 25 4.1.1 MEZCLADO ................................................................................................ 25 4.1.2 TRABAJABILIDAD ...................................................................................... 26 4.1.3 SANGRADO Y ASENTAMIENTOS ............................................................. 27 4.1.4 CONSOLIDACIÓN ...................................................................................... 29 4.1.5 HIDRATACIÓN, TIEMPO DE FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO ............. 30 4.2 CONCRETO ENDURECIDO .......................................................................... 32 4.2.1 CURADO .................................................................................................... 33 4.2.2 VELOCIDAD DE SECADO DEL CONCRETO............................................. 33 4.2.3 RESISTENCIA ............................................................................................ 34 4.2.4 MASA VOLUMÉTRICA ............................................................................... 35 4.2.5 PERMEABILIDAD Y ESTANQUIDAD ......................................................... 36 4.2.6 RESISTENCIA A LA ABRASIÓN ................................................................ 37 4.2.7 ESTABILIDAD DE VOLUMEN Y CONTROL DE FISURACIÓN .................. 38 4.2.8 JUNTAS ...................................................................................................... 39 CAPÍTULO 5 DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO ............................................................ 40 5.1 RESISTENCIA ............................................................................................... 40 5.2 RELACIÓN AGUA MATERIAL CEMENTANTE .............................................. 42 5.3 AGREGADOS ................................................................................................ 43 5.4 CONTENIDO DE AIRE .................................................................................. 46 5.5 REVENIMIENTO ............................................................................................ 47 5.6 CONTENIDO DE AGUA................................................................................. 48.

(8) VIII. 5.7 CONTENIDO Y TIPO DE MATERIAL CEMENTANTE ................................... 49. CAPÍTULO 6 DEFORMACIONES LATERALES DE EDIFICIOS ANTE FUERZAS SISMICAS ................................................................................ 51 6.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS DEFORMACIONES ........................................ 51 6.2 FUERZAS SÍSMICAS .................................................................................... 56 6.3 RIGIDEZ LATERAL DE PISO ........................................................................ 57 6.4 DERIVAS MÁXIMAS PERMISIBLES CEC2002 Y NEC2011 ......................... 58 6.5 MICROFISURACIÓN ..................................................................................... 65 CAPÍTULO 7 DISEÑO, ANALISIS DE PROBETAS CILÍNDRICAS Y RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN TÉCNICA AL RESPECTO. ....................... 70 7.1 DETERMINACIÓN DEL NÚMERO TOTAL DE PROBETAS EN LA INVESTIGACIÓN ...................................................................................... 70 7.2 OBTENCIÓN DE PROBETAS CILÍNDRICAS DE HORMIGONES (fć: 21, 24, 28, 35 MPa) ............................................................. 71 7.3 ALMACENAMIENTO EN TANQUE DE CURADO .......................................... 75 7.4 PROGRAMACIÓN DE ENSAYO DE PROBETAS.......................................... 75 7.5 VERIFICACIÓN Y PREPARACIÓN DE EQUIPOS PARA MEDIR LAS DEFORMACIONES DEL HORMIGÓN A TRAVÉS DE ENSAYOS DE COMPRESIÓN A EDADES DE 7 A 28 DÍAS ......................... 76 7.6 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN EXISTENTE EN LABORATORIOS DE MATERIALES DE LA CIUDAD DE QUITO ........................ 79 7.7 RESULTADOS-TABULACIONES .................................................................. 85 CAPÍTULO 8 EXTRACCIÓN Y ANALISIS DE NUCLEOS DE HORMIGÓN EN VIGAS DE ENTREPISO Y CUBIERTA. ......................................................... 95 8.1 ESCLEROMETRÍA Y EXTRACCIÓN DE NÚCLEOS DE CONCRETO DE LOS EDIFICIOS .................................................................. 97 8.2 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS - NORMA ASTM C805 .............................. 97 8.3 ENSAYOS DESTRUCTIVOS - NORMA ASTM C42 ...................................... 98 8.4 EXTRACCIÓN Y ALMACENAMIENTO. ......................................................... 98 8.5 PROGRAMACIÓN DE ENSAYO DE NÚCLEOS. ......................................... 106.

(9) IX. 8.6 VERIFICACIÓN Y PREPARACIÓN DE EQUIPOS PARA MEDIR LAS DEFORMACIONES DEL HORMIGÓN A TRAVÉS DE ENSAYOS DE COMPRESIÓN A LOS 7 DÍAS. ............................................ 107 8.7 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN EXISTENTE EN LABORATORIOS DE MATERIALES DE LA CIUDAD DE QUITO ...................... 108 8.8 CORRELACIÓN PARA ESTIMAR LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL CONCRETO ............................................................. 109 8.9 RESULTADOS-TABULACIONES ................................................................ 110 CAPÍTULO 9 PROPIEDADES MECÁNICAS DEL HORMIGÓN .............................................. 114 9.1 GRÁFICOS RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN VS. DEFORMACIÓN ESPECÍFICA ................................................................... 114 9.2 MÉTODOS PARA LA DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD ............................................................................. 114 9.3 CÁLCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL HORMIGÓN EN BASE DEL ACI, DE LOS COMITÉS 318 Y 363 ....................... 127 CAPITULO 10 RESULTADOS................................................................................................... 132 10.1 COMPARACIONES ................................................................................... 132 10.2 RESULTADOS ........................................................................................... 137 10.3 CONCLUSIONES ...................................................................................... 140 10.4 RECOMENDACIONES .............................................................................. 146 ANEXOS………….. ............................................................................................ 150 ANEXO N° 1 HORMIGONERA EQUINOCCIAL PROBETAS CILÍNDRICAS DE HORMIGÓN fć=21MPa ............................................................................... 152 ANEXO N° 2 HORMIGONERA EQUINOCCIAL PROBETAS CILÍNDRICAS DE HORMIGÓN fć=24MPa ............................................................................... 177 ANEXO N° 3 HORMIGONERA EQUINOCCIAL PROBETAS CILÍNDRICAS DE HORMIGÓN fć=28MPa ............................................................................... 202 ANEXO N° 4 HORMIGONERA METRHORM PROBETAS CILÍNDRICAS DE HORMIGÓN fć=21MPa ............................................................................... 227.

(10) X. ANEXO N° 5 HORMIGONERA METRHORM PROBETAS CILÍNDRICAS DE HORMIGÓN fć=24MPa ............................................................................... 252 ANEXO N° 6 HORMIGONERA METRHORM PROBETAS CILÍNDRICAS DE HORMIGÓN fć=28MPa ............................................................................... 277 ANEXO N° 7 HORMIGONERA METRHORM PROBETAS CILÍNDRICAS DE HORMIGÓN fć=35MPa ............................................................................... 302 ANEXO N° 8 HORMIGONERA QUITO PROBETAS CILÍNDRICAS DE HORMIGÓN fć=21MPa ............................................................................... 327 ANEXO N° 9 HORMIGONERA QUITO PROBETAS CILÍNDRICAS DE HORMIGÓN fć=24MPa ............................................................................... 352 ANEXO N° 10 HORMIGONERA QUITO PROBETAS CILÍNDRICAS DE HORMIGÓN fć=28MPa ............................................................................... 377 ANEXO N° 11 HORMIGONERA QUITO PROBETAS CILÍNDRICAS DE HORMIGÓN fć=35 MPa .............................................................................. 402 ANEXO N° 12 EDIFICIO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL ENSAYOS DE NÚCLEOS DE HORMIGÓN EXTRAIDOS ................................. 427 ANEXO N° 13 EDIFICIO DE HIDRÁULICA ENSAYOS DE NÚCLEOS DE HORMIGÓN EXTRAIDOS ................................. 452.

(11) XI. ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3.1. Tipos de materiales por cantera. ......................................................... 19 Tabla 5.1. Características de los agregados que inciden en las propiedades del concreto ............................................................................... 46 Tabla 7.1. Ecuación Módulo de Elasticidad, ESPE 2008 ...................................... 80 Tabla 7.2. Ecuación Módulo de Elasticidad, para 21 MPa, UCE 2012 ................. 81 Tabla 7.3. Ecuación Módulo de Elasticidad, para 28 MPa, UCE 2012 ................. 81 Tabla 7.4. Factor del Módulo de Elasticidad, UCE 2012 ...................................... 81 Tabla 7.5. Módulo de Elasticidad de hormigones, UCE 2013 ............................... 82 Tabla 7.6. Factor del Módulo de Elasticidad de hormigones, UCE 2013 .............. 83 Tabla 7.7. Módulo de Elasticidad del hormigón, UCE 2013 .................................. 84 Tabla 7.8. Factor del Módulo de Elasticidad del hormigón, UCE 2013 ................. 84 Tabla 7.9. Hormigón fć=21MPa Hormigonera Equinoccial .................................. 86 Tabla 7.10. Hormigón fć=24MPa Hormigonera Equinoccial ................................ 86 Tabla 7.11. Hormigón fć=28MPa Hormigonera Equinoccial ................................ 87 Tabla 7.12. Hormigón fć=21MPa Hormigonera METRHORM ............................. 89 Tabla 7.13. Hormigón fć=24MPa Hormigonera METRHORM ............................. 89 Tabla 7.14. Hormigón fć=28MPa Hormigonera METRHORM ............................. 90 Tabla 7.15. Hormigón fć=35MPa Hormigonera METRHORM ............................. 90 Tabla 7.16. Hormigón fć=21MPa Hormigonera Quito .......................................... 92 Tabla 7.17. Hormigón fć=24MPa Hormigonera Quito .......................................... 92 Tabla 7.18. Hormigón fć=28MPa Hormigonera Quito .......................................... 93 Tabla 7.19. Hormigón fć=35MPa Hormigonera Quito .......................................... 93 Tabla 8.1. Coeficiente k1 de corrección por esbeltez ......................................... 110 Tabla 8.2. Núcleos de hormigón Edificio FICA ................................................... 111 Tabla 8.3. Núcleos de hormigón Edificio Hidráulica ........................................... 111 Tabla 9.1. Probetas de hormigón (edad=7 días) Hormigonera Equinoccial ........ 118 Tabla 9.2. Probetas de hormigón (edad=14 días) Hormigonera Equinoccial ...... 119 Tabla 9.3. Probetas de hormigón (edad=28 días) Hormigonera Equinoccial ...... 120 Tabla 9.4. Probetas de hormigón (edad=7 días) Hormigonera METRHORM ..... 121.

(12) XII. Tabla 9.5. Probetas de hormigón (edad=14 días) Hormigonera METRHORM ... 122 Tabla 9.6. Probetas de hormigón (edad=28 días) Hormigonera METRHORM ... 123 Tabla 9.7. Probetas de hormigón (edad=7 días) Hormigonera Quito ................. 125 Tabla 9.8. Probetas de hormigón (edad=14 días) Hormigonera Quito ............... 125 Tabla 9.9. Probetas de hormigón (edad=28 días) Hormigonera Quito ............... 126 Tabla 9.10. Módulo de Elasticidad del hormigón Hormigonera Equinoccial ........ 129 Tabla 9.11. Módulo de Elasticidad del hormigón Hormigonera METRHORM ..... 130 Tabla 9.12. Módulo de Elasticidad del hormigón Hormigonera Quito ................. 131 Tabla 10.1 Factor del Módulo de Elasticidad - Hormigonera Equinoccial ........... 133 Tabla 10.2. Factor del Módulo de Elasticidad - Hormigonera METRHORM ....... 134 Tabla 10.3. Factor del Módulo de Elasticidad - Hormigonera Quito .................... 135 Tabla 10.4. Factor del Módulo de Elasticidad – Edificio FICA ............................ 136 Tabla 10.5. Factor del Módulo de Elasticidad – Edificio Hidráulica ..................... 136 Tabla 10.6. Factor del Módulo de Elasticidad - Propuesta ................................. 138 Tabla 10.7. Ecuación del Módulo de Elasticidad - Propuesta ............................. 138 Tabla 10.8. Factor del Módulo de Elasticidad – Propuesta Edificio FICA ........... 139 Tabla 10.9. Factor del Módulo de Elasticidad – Propuesta Edificio Hidráulica .... 139 Tabla 10.10. Ecuación del Módulo de Elasticidad – Propuesta Edificios ............ 139.

(13) XIII. ÍNDICE DE GRÁFICOS Gráfico 2.1. Condiciones de humedad de los agregados. .................................... 13 Gráfico 3.1. Ubicación de canteras en el distrito metropolitano de Quito. ............. 18 Gráfico 5.1. Curvas de Esfuerzo-Deformación. .................................................... 41 Gráfico 5.2. Módulo de Elasticidad. ...................................................................... 42 Gráfico 6.1. Curva de relación Tensión-Deformación. .......................................... 53 Gráfico 6.2. Diagrama momento-curvatura característico de una sección rectangular ....................................................................................... 67 Gráfico 7.1. Esfuerzo vs Tiempo - Hormigonera Equinoccial................................ 88 Gráfico 7.2. Esfuerzo vs Tiempo – Hormigonera METRHORM ............................ 91 Gráfico 7.3. Esfuerzo vs Tiempo – Hormigonera Quito ........................................ 94 Gráfico 9.1. Diagrama Esfuerzo – Deformación Específica ................................ 116 Gráfico 9.2. Método de la cuerda del Gráfico Esfuerzo – Deformación Específica. .................................................................................... 117 Gráfico 9.3. Módulo de Elasticidad vs Tiempo – Hormigonera Equinoccial ........ 121 Gráfico 9.4. Módulo de Elasticidad vs Tiempo – Hormigonera METRHORM ..... 124 Gráfico 9.5. Módulo de Elasticidad vs Tiempo – Hormigonera Quito .................. 127.

(14) XIV. ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS Fotografía 7.1. Hormigón para elaboración de probetas ...................................... 72 Fotografía 7.2. Medición del asentamiento del hormigón..................................... 73 Fotografía 7.3. Herramientas para la fabricación de probetas de hormigón ......... 73 Fotografía 7.4. Elaboración de 12 probetas de hormigón por cada resistencia .... 74 Fotografía 7.5. Curado del hormigón en tanque o piscina de curado ................... 75 Fotografía 8.1. Edificio de la Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental ................. 96 Fotografía 8.2. Edificio de Hidráulica. .................................................................. 96 Fotografía 8.3. Extracción de núcleos de hormigón en losa de cubierta edificio FICA......................................................................................................... 99 Fotografía 8.4. Extracción de núcleos de hormigón en losa de entrepiso de 5ta planta alta edificio FICA ............................................................................ 99 Fotografía 8.5. Extracción de núcleos de hormigón en losa de entrepiso de 4ta planta alta edificio FICA .......................................................................... 100 Fotografía 8.6. Extracción de núcleos de hormigón en losa de entrepiso de Mezzanine edificio FICA ................................................................................ 101 Fotografía 8.7. Extracción de núcleos de hormigón en losa de cubierta-oficinas edificio de Hidráulica ............................................................... 102 Fotografía 8.8. Extracción de núcleos de hormigón en losa de cubierta-laboratorio edificio de Hidráulica........................................................... 103 Fotografía 8.9. Extracción de núcleos de hormigón en losa de entrepiso-oficinas de 1ra planta alta edificio de Hidráulica ................................. 104 Fotografía 8.10. Corte de núcleos de hormigón ................................................. 105 Fotografía 8.11. Núcleo de hormigón colocado pasta capping y el strain gauge previo al ensayo. ........................................................................ 106 Fotografía 8.12. Equipo electrónico para la medición de deformaciones mediante el uso de strain gauge ........................................................................ 107 Fotografía 8.13. Strain gauge-factor 2.12 .......................................................... 108 Fotografía 8.14. Núcleo C-01 Edificio FICA ....................................................... 112 Fotografía 8.15. Núcleo C-02 Edificio FICA ....................................................... 113 Fotografía 8.16. Núcleo C-03 Edificio FICA ....................................................... 113.

(15) XV. RESUMEN La presente investigación servirá para determinar el verdadero módulo de elasticidad de hormigones (fć: 21, 24, 28, 35 MPa) utilizados en nuestro medio, y de esta manera tener mayor precisión en los diseños y análisis de las estructuras ante fuerzas sísmicas, con lo cual podemos obtener valores reales de las derivas máximas calculadas con respecto a los parámetros propuestos en el Código Ecuatoriano de la Construcción CEC2002, la Norma Ecuatoriana de la construcción NEC2011.. Para realizar este estudio, se parte definiendo el módulo de elasticidad de los hormigones empleados en la ciudad de Quito, para lo cual se tomarán muestreos de hormigones (fć: 21, 24, 28, 35 MPa), provenientes de diferentes hormigoneras que prestan servicios en la ciudad, cubriendo así varias de las canteras que abastecen a dichas hormigoneras.. Continuando con el estudio, se realizarán ensayos de extracción de núcleos de vigas de cubierta y entrepiso del edificio de Ingeniería Civil y Ambiental y del edificio de Hidráulica de la Escuela Politécnica Nacional, en los cuales se determinará el módulo de elasticidad de los mismos; con lo que se tendrá otro escenario más de análisis, el mismo que servirá de parámetro fundamental para la comparación de resultados.. Finalmente, al contar con información sobre el módulo de elasticidad de hormigones fabricados por las hormigoneras y el módulo de elasticidad de los núcleos de hormigón obtenidos de los edificios en cuestión, se concluirá sobre el módulo de elasticidad de los hormigones comúnmente utilizados en nuestro medio y se podrá hacer un análisis comparativo del valor del módulo de elasticidad de los resultados obtenidos de los ensayos experimentales y el valor del módulo de elasticidad propuesto por ACI..

(16) XVI. ABSTRACT This research will determine the true modulus of elasticity of concrete (f'c: 21, 24, 28, 35 MPa) used in our environment, and thus have greater precision in the design and analysis of structures under seismic forces, which we can obtain the real values of maximum drifts computed with respect to the parameters given in the Ecuadorian Code CEC2002 building, construction Reporting Standard NEC2011.. For this study, we start by defining the modulus of elasticity of concrete used in Quito city, for which samples of concrete (f'c: 21, 24, 28, 35 MPa) are taken from different mixers that serving in the city, covering many of the quarries that supply these mixers.. Following the study , tests coring beams and mezzanine deck building Civil and Environmental Engineering and Hydraulics Building of the National Polytechnic School , in which the modulus of elasticity is determined thereof be made , with what 's another scenario analysis, which will serve the same fundamental benchmarking parameter will .. Finally, to obtain information on the modulus of elasticity of concrete produced by concrete and the modulus of elasticity of concrete cores obtained from the buildings in question, will be completed on the modulus of elasticity of concrete commonly used in our area and you can make a comparative analysis of the value of the modulus of elasticity of the results of experimental tests and the value proposed by ACI modulus..

(17) XVII. PRESENTACIÓN. Actualmente en el Ecuador, siendo un país sísmico, se sigue realizando obras civiles con un sinnúmero de incertidumbres, debido a la falta de estudios sobre los factores que influyen en los hormigones, como es el caso del Módulo de Elasticidad del Hormigón, pues este muchas veces es adoptado de literatura científica de otros países que no cumplen 100% con la realidad de materiales que utilizamos en el nuestro medio, específicamente en la ciudad de Quito.. Es necesario prestar especial importancia a la variación del módulo de elasticidad real vs el módulo de elasticidad propuesto por el ACI 318, pues de él depende el diseño y análisis de las estructuras, y con esto se conlleva a un análisis erróneo de fuerzas sísmicas, rigidez lateral de piso, e influye directamente en el cálculo de derivas de una estructura.. El presente proyecto de titulación, estudia el Módulo de Elasticidad del hormigón, de probetas de hormigón de 3 Hormigoneras de la ciudad de Quito, para determinar el Modulo de Elasticidad experimental del Hormigón, y proponer una fórmula para su cálculo, aplicable a nuestro medio, basada en los materiales que se encuentran en nuestro medio. Para esta investigación, se realizó los ensayos correspondientes en el Laboratorio de Mecánica de Suelos y Ensayo de Materiales, de la Escuela Politécnica Nacional. Esta investigación consta de diez capítulos y anexos en los que se especifica los ensayos realizados.. Los diez capítulos se encuentran divididos de la siguiente manera:. En el capítulo 1, se presenta la introducción de esta investigación, en donde se encuentra, la introducción, objetivos, alcance y justificación del Proyecto.. En el capítulo 2, se presenta una descripción de las características generales para la fabricación del concreto..

(18) XVIII. En el capítulo 3, se describe brevemente a las principales canteras de la ciudad de Quito, que proveen de materiales a las diferentes Hormigoneras, para la producción de hormigones de diferentes resistencias.. En los capítulos 4 y 5, se presenta en forma general los requerimientos básicos para el diseño y fabricación de mezclas de concreto, que se emplea en las diferentes obras civiles realizadas en nuestro medio.. En el capítulo 6, se describe las deformaciones laterales de edificios, afectados por las fuerzas sísmicas, además se señala las normativas de nuestro país para el cálculo de derivas máximas, en las que interviene directamente el módulo de elasticidad del hormigón.. En el capítulo 7, se presenta el análisis de las probetas cilíndricas de hormigón, de las tres hormigoneras seleccionadas para esta investigación, además se presenta una recopilación de información de otros estudios que se han realizado, sobre la determinación del módulo de elasticidad del hormigón en nuestro país.. En el capítulo 8, se describe el proceso de extracción y análisis de núcleos de hormigón de vigas de cubierta y entrepiso, y la determinación del módulo de elasticidad de los mismos.. En el capítulo 9, se presenta la determinación del módulo de elasticidad de las probetas cilíndricas de hormigón ensayadas, y el cálculo del módulo de elasticidad en base al código ACI, comités 318 y 363.. Finalmente, en el capítulo 10, se presentan las comparaciones, resultados finales, conclusiones y recomendaciones obtenidas en esta investigación.. Además de los 10 capítulos, se presentan los anexos, en los cuales se incluye las hojas de datos de los hormigones ensayados, sus respectivas gráficas Esfuerzo vs Deformación, y las hojas de datos correspondientes a los núcleos de hormigón extraídos de las vigas de cubierta y entrepiso..

(19) 1. CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN 1.1. ANTECEDENTES. El módulo estático de elasticidad de hormigones de peso normal (fć: 21, 24, 28, 35 MPa), fabricados con agregados obtenidos de las canteras ubicadas en sectores aledaños a la ciudad de Quito, difiere del módulo de elasticidad calculado con el código ACI-318 y el comité ACI-363, pues las características y condiciones de los materiales (pétreos, cemento, agua), así como la mano de obra, técnica y tecnología constructiva, condiciones medio ambientales, además estos hormigones al ser producidos por las hormigoneras que abastecen a la ciudad de Quito, varían en sus diferentes procesos de diseño, producción y distribución, lo cual influye notablemente en el valor del módulo de elasticidad obtenido en USA sitio de realización del código ACI, y Ecuador sitio de la presente investigación.. El hormigón a medida que pasan los años sufre procesos de microfisuración que afectan a los elementos estructurales disminuyendo la rigidez de los mismos, debido a las microfisuras, cargas, fuerzas sísmicas, deterioro del hormigón, etc., que principalmente afectan a las vigas de cubierta y entrepiso; a consecuencia de esto, el hormigón de edificios viejos tiene un Módulo de Elasticidad menor que un hormigón fresco recién colado, y a su vez difiere aún más con el Módulo de Elasticidad que se propone en el Código ACI y en nuestra normativa de construcción vigente.. El módulo de elasticidad del hormigón es un factor muy importante, pues influye directamente en el diseño y análisis de las estructuras, y la correcta estimación de este factor, permite lograr análisis estructurales mucho más acertados en cuanto se refiere al análisis de fuerzas sísmicas, rigidez lateral de piso, y el cálculo de derivas de piso en una estructura..

(20) 2. 1.2. OBJETIVOS. 1.2.1 OBJETIVO GENERAL. Determinar el módulo de Elasticidad de Hormigones diseñados con materiales típicos utilizados en las construcciones de la ciudad de Quito.. 1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.  Recolectar información acerca de las fuentes proveedoras de materiales (agregado grueso, agregado fino, agua, cemento) empleados para la construcción en la ciudad de Quito, así como también de las propiedades de los mismos.  Recolectar información sobre Hormigoneras que ofrecen su servicio en la ciudad de Quito, materiales pétreos utilizados, hormigones producidos y sus características.  Ensayar los materiales empleados por las Hormigoneras que se abastecen de las diferentes canteras de las proximidades de la ciudad de Quito para corroborar sus propiedades.  Elaborar probetas cilíndricas de Hormigón (fć: 21, 24, 28, 35 MPa). con. materiales de las Hormigoneras que abastecen a la ciudad de Quito.  Extraer núcleos de vigas del Edificio FICA y el Edificio de Hidráulica de la Escuela Politécnica nacional.  Ensayar las probetas cilíndricas de hormigones (fć: 21, 24, 28, 35 MPa) y los núcleos extraídos para determinar su resistencia a la compresión.  Determinar el módulo de elasticidad de los diferentes diseños de hormigones en base a los resultados obtenidos experimentalmente.  Determinar el módulo de elasticidad de los núcleos de hormigón extraídos del Edificio FICA y el Edificio de Hidráulica.  Aplicar modelos matemáticos para encontrar el módulo de elasticidad realexperimental para hormigones empleados en la ciudad de Quito..

(21) 3.  Analizar los resultados obtenidos experimentalmente y comparar los mismos con el módulo de elasticidad propuesto en el código ACI 318 y demás criterios adoptados en el Ecuador.. 1.3. ALCANCE. En la actualidad, la mayoría de construcciones de la ciudad de Quito y del país en general, se encuentran diseñadas con hormigones de peso normal, cuyo módulo de elasticidad es calculado en base a la fórmula propuesta por el código ACI 318, la misma que fue obtenida en base a materiales y diseños realizados en Estados Unidos de Norteamérica.. Aplicar este módulo de elasticidad en nuestro medio ocasiona una gran incertidumbre, pues el hormigón colado en las construcciones difiere del hormigón diseñado para este propósito, por tal motivo el diseñador estructural no puede prever en el diseño el verdadero comportamiento de la estructura construida, ya que el módulo de elasticidad afectará directamente las dimensiones de las secciones de la estructura, así como también el agrietamiento a producirse en las mismas. Al influir el módulo de elasticidad en las secciones de la estructura, este no solo afectará a la seguridad y estabilidad de la misma, sino también a la economía de la construcción, provocando el encarecimiento de las obras civiles que se construyen en nuestro medio.. En el medio en el que nos encontramos según investigaciones del Ingeniero Paúl Gachet, “las diferentes obras construidas en nuestro país son diseñadas tomando un módulo de elasticidad a criterio del diseñador, el mismo que le da la oportunidad de aumentar o disminuir el coeficiente del módulo de elasticidad dependiendo de la importancia que Él le dé a la misma, ya que no se tiene una base científica comprobada del verdadero módulo de elasticidad de los hormigones utilizados de nuestro medio. La presente investigación se realiza con la siguiente hipótesis: El módulo de elasticidad de hormigones de peso normal empleados en Quito (fć: 21, 24, 28, 35 MPa), diseñados con materiales típicos utilizados en las.

(22) 4. construcciones de la ciudad, difiere del módulo de elasticidad calculado con ACI318, pues las características y condiciones de los materiales (pétreos, cemento, agua), mano de obra, técnica y tecnología constructiva, condiciones medioambientales, etc., varían notablemente entre USA sitio de realización del código y Ecuador, sitio de la presente investigación.. La presente pretende contribuir como una alternativa técnico-económica enfocada a las construcciones que actualmente existen en el país, pues el módulo de elasticidad afecta directamente al diseño y al correcto análisis de las secciones de las estructuras de hormigón.. Ecuador como país sísmico, debe prestar especial importancia a la variación del módulo de elasticidad real vs el módulo de elasticidad propuesto por el ACI 318, pues de él depende el diseño y análisis de las estructuras, y con esto se conlleva a un análisis erróneo de fuerzas sísmicas, rigidez lateral de piso, e influye directamente en el cálculo de derivas de una estructura.. 1.4 JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO Con la realización de la presente investigación se pretende un acercamiento a la realidad ecuatoriana del. módulo de elasticidad, pues este muchas veces es. adoptado de literatura científica de otros países que no cumplen 100% con la realidad de materiales que utilizamos en el nuestro medio, específicamente en la ciudad de Quito.. Esta investigación ayudará a diseñadores a utilizar el verdadero módulo de elasticidad de hormigones (fć: 21, 24, 28, 35 MPa), y de esta manera tener mayor precisión en los diseños y análisis de las estructuras ante fuerzas sísmicas, con lo cual podemos tener valores reales de derivas máximas calculadas con respecto a los parámetros propuestos en el Código Ecuatoriano de la Construcción CEC2002, la Norma Ecuatoriana de la construcción NEC2011, evitando la incertidumbre que existe por utilizar el módulo de elasticidad de ACI..

(23) 5. A través de la presente investigación, se podrá partir para otras a futuro sectorizando las construcciones de la ciudad de Quito y del país dependiendo de la cantera y hormigonera de la que se abastezcan y encontrando el verdadero módulo de elasticidad para cada una dependiendo de sus características, y así lograr mayor precisión de diseño, además se obtendría mayor seguridad en el comportamiento de la estructura, es decir se podrá esperar que el diseño sea completamente aplicable al medio de construcción que enfrentamos en Ecuador.. Como profesional en formación, es preocupante la situación estructural y constructiva de nuestro país, y así también los recursos desperdiciados en pérdidas en la construcción, es por esto que me intereso en la investigación aquí expuesta, y estoy seguro de su importancia para nuestro medio, y de realizarse con existo, esta investigación se podría profundizar con instituciones interesadas en mejorar la situación actual en ingeniería estructural en el Ecuador.. Con los resultados de la investigación se pretende ayudar científicamente no sólo a los diseñadores ecuatorianos, sino que también a las construcciones hechas en ecuador, pues si nos acercamos a la realidad constructiva y rompemos la brecha entre análisis estructural y construcción, se podrán optimizar diseños, ahorrar recursos materiales y sobre todo poder realizar el correcto análisis estructural de la deformación lateral de edificios ante fuerzas sísmicas, determinar correctamente el valor de las derivas de piso que son de vital importancia en la Ingeniería Estructural.. El presente Proyecto de Investigación será un documento que presentará el módulo de elasticidad real en Quito, que servirá como base de consulta para futuros análisis estructurales y estudios de distorsión de piso o rigidez lateral..

(24) 6. CAPÍTULO 2 AGREGADOS PARA EL CONCRETO. 2.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS. La importancia del uso del tipo y de la calidad correcta del agregado (árido) no se puede subestimar. Los agregados fino y grueso ocupan cerca del 60% al 75% del volumen del hormigón (70% a 85% de la masa) e influyen fuertemente en las propiedades tanto en estado fresco como endurecido, en las proporciones de la mezcla y en la economía del mismo.. Los agregados finos generalmente consisten en arena natural o piedra triturada (partida, machacada, pedrejón arena de trituración) con la mayoría de sus partículas menores que 5 mm (0.2 pulg). Los agregados gruesos consisten en varias. combinaciones. de. gravas. o. piedras. trituradas. con. partículas. predominantemente mayores que 5 mm (0.2 pulg) y generalmente entre 9.5 mm y 37.5 mm (3⁄8 y 11⁄2 pulg). Algunos depósitos naturales de agregado, llamados de gravas de mina, consisten en grava y arena que se pueden usar inmediatamente en el hormigón, después de un procesamiento mínimo. La grava y la arena naturales normalmente se excavan o dragan de la mina, del río, del lago o del lecho marino. La piedra triturada se produce triturando la roca de cantera, roca redondeada, guijarros o gravas grandes. La escoria de alto horno enfriada al aire y triturada también se usa como agregados fino y grueso.. Los agregados frecuentemente se lavan y se gradúan en la mina o en la planta. Se puede esperar alguna variación en el tipo, calidad, limpieza, granulometría (gradación), contenido de humedad y otras propiedades.. Los agregados naturales para hormigón son una mezcla de rocas y minerales. Mineral es una sustancia sólida natural con una estructura interna ordenada y una composición química que varía dentro de límites estrechos. Las rocas, que se.

(25) 7. clasifican según su origen en ígneas, sedimentarias o metamórficas, generalmente se componen de varios minerales. Por ejemplo, el granito contiene cuarzo, feldespato, mica y otros pocos minerales, la mayoría de las calizas consiste en calcita, dolomita y pequeñas cantidades de cuarzo, feldespato y arcilla. La limpieza, sanidad, resistencia y forma de las partículas son importantes en cualquier agregado.1. 2.2. GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO FINO Y GRUESO. La granulometría de una base de agregados se define como la distribución del tamaño de sus partículas. La granulometría nos ayuda a determinar el porcentaje del material que es retenido en cada uno de los tamices.. Existen diferentes tipos de granulometría:. Bien Granulada.- Se obtiene cuando el agregado presenta una distribución uniforme de mayor a menor. Su gráfico es una línea continua.. Mal Granulada.- No hay una continuidad entre el porcentaje de cada tamiz, es decir, la curva graficada presentara desviaciones.. Uniforme.- Se presenta cuando el agregado tiene partículas del mismo tamaño.. Abierta o Discontinua.- Se produce cuando en ciertos tamices no se ha retenido material, la curva es discontinua, presenta interrupciones.. Esta granulometría se determina haciendo pasar una muestra representativa de agregados por una serie de tamices ordenados, por abertura, de mayor a menor. Los tamices son básicamente unas mallas de aberturas cuadradas, que se encuentran estandarizadas por la Norma ASTM.. 1. Diseño y Control de Mezclas de Concreto EB201.

(26) 8. La denominación en unidades inglesas (tamices ASTM) se hacía según el tamaño de la abertura en pulgadas para los tamaños grandes y el número de aberturas por pulgada lineal para los tamaños grandes y el numeral de aberturas por pulgada lineal para tamices menores de 3/8 de pulgada.. La serie de tamices utilizados para agregado grueso son 2", 1½", 1", ¾", ½", 3/8", # 4 y para agregado fino son # 4, # 8, # 16, # 30, # 50, # 100. La serie de tamices que se emplean para clasificar agrupados para concreto se ha establecido de manera que la abertura de cualquier tamiz sea aproximadamente la mitad de la abertura del tamiz inmediatamente superior, que cumplan con la relación 1 a 2.. La operación de tamizado debe realizarse sobre una cantidad de material seco, previamente cuarteado. El manejo de los tamices se puede llevar a cabo a mano o mediante el empleo de la máquina adecuada como fue nuestro caso.. Después de tamizar se toma el material retenido en cada tamiz y se lo pesa.. El % Retenido = masa de material retenido * 100 masa total de la muestra. (2.1). % PASA = 100 – % Retenido Acumulado). (2.2). Los resultados de un análisis granulométrico también se pueden representar en forma gráfica y en tal caso se llaman curvas granulométricas.. Estas gráficas se representan por medio de dos ejes perpendiculares entre sí, horizontal y vertical, en donde las ordenadas representan el porcentaje que pasa y en el eje de las abscisas la abertura del tamiz cuya escala puede ser aritmética, logarítmica o en algunos casos mixtos.. Las curvas granulométricas permiten visualizar mejor la distribución de tamaños dentro de una masa de agregados y permite conocer además que tan grueso o fino es. En consecuencia hay factores que se derivan de un análisis granulométrico como:.

(27) 9. Módulo de Finura (MF). El módulo de finura es un parámetro que se obtiene de la suma de los porcentajes retenidos acumulados de la serie de tamices especificados que cumplan con la relación 1:2 desde el tamiz # 100 en adelante hasta el tamaño máximo presente y dividido en 100.. MF = % Retenido Acumulado /100. (2.3). Para agregado fino. Se considera que el módulo de finura de una arena adecuada para producir hormigón debe estar entre 2, 3, y 3,1 o, donde un valor menor que 2,0 indica una arena fina; 2,5 una arena de finura media y más de 3,0 una arena gruesa.. Para agregado grueso. Tamaño máximo (TM). Se define como la abertura del menor tamiz por el cual pasa el 100% de la muestra.. Tamaño Máximo Nominal (TMN). El tamaño máximo nominal es otro parámetro que se deriva del análisis granulométrico y está definido como el siguiente tamiz que le sigue en abertura (mayor) a aquel cuyo porcentaje retenido acumulado es del l5% o más. La mayoría de los especificadores granulométricos se dan en función del tamaño máximo nominal y comúnmente se estipula de tal manera que el agregado cumpla con los siguientes requisitos.. El tamaño máximo nominal no debe ser mayor que 1/5 de la dimensión menor de la estructura, comprendida entre los lados de una formaleta. El tamaño máximo nominal no debe ser mayor que 1/3 del espesor de una losa..

(28) 10. El tamaño máximo nominal no debe ser mayor que 3/45 del espaciamiento libre máximo entre el acero de refuerzo.2. 2.3. FORMA Y TEXTURA SUPERFICIAL DE LAS PARTÍCULAS. La forma y la textura superficial de las partículas de un agregado influyen en las propiedades del concreto fresco más que las del concreto endurecido.. Las partículas con textura áspera, angulares o elongadas requieren más agua para producir un concreto trabajable que agregados lisos, redondeados y compactos. Además, las partículas de agregado angular requieren más cemento para mantener la misma relación agua-cemento. Sin embargo, con la granulometría satisfactoria, tanto los agregados triturados como los no triturados (de un mismo tipo de roca), generalmente, producen concretos con la misma resistencia, si se mantiene el contenido de cemento. Los agregados angulares o con granulometría pobre también pueden ser más difíciles de bombear.. La adherencia entre la pasta de cemento y un determinado agregado generalmente aumenta con el cambio de partículas lisas y redondeadas por las ásperas y angulares.. Cuando la resistencia a flexión es importante o cuando se necesite alta resistencia a compresión, se debe considerar este aumento de la adherencia al elegirse el agregado para el concreto. La cantidad de vacíos de los agregados fino y grueso compactados se puede usar como un índice de las diferencias en la forma y la textura de los agregados con la misma granulometría. La demanda de agua de mezcla y cemento normalmente aumentan con el aumento de la cantidad de vacíos. Los vacíos entre las partículas de agregados aumentan con la angularidad del agregado.. 2. http://laboratoriosdehormigones.blogspot.com/2010/06/granulometria-de-los-agregados-y.html.

(29) 11. El agregado debe ser relativamente libre de partículas planas y elongadas. Una partícula se considera plana y elongadas cuando la relación entre longitud y espesor supera un valor especificado, según se encuentra dispuesto en la norma ASTM D 4791 para la determinación de las partículas planas y/o elongadas.. La ASTM D 3398, COVENIN 0264. IRAM 1681, IRAM 1687, UNIT 1029 suministran un método indirecto para establecer un índice como una medida general de la textura y forma de las partículas, mientras que la ASTM C 295, IRAM 1649, NMXC-265, NTC 3773 y UNIT-NM 54 presentan procedimientos para el examen petrográfico del agregado.. Las partículas planas y elongadas se deben evitar o, por lo menos, limitar a no más del 15% de la masa total del agregado. Este requisito es igualmente importante para el agregado grueso y para el agregado fino triturado, pues el agregado fino obtenido por la trituración de la roca frecuentemente contiene partículas planas y elongadas. Estas partículas de agregado requieren un aumento del agua de mezcla y, por lo tanto, pueden afectar la resistencia del concreto, principalmente a flexión, si no se ajusta la relación agua-cemento.. 2.4. MASA VOLUMÉTRICA Y VACÍOS. La masa volumétrica (masa unitaria) de un agregado es la masa o el peso del agregado necesario para llenar un recipiente con un volumen unitario especificado. El volumen a que se refiere aquí es aquél ocupado por los agregados y por los vacíos entre las partículas de agregado. La cantidad de vacíos entre las partículas afecta la demanda de pasta en el diseño de la mezcla. La cantidad de vacíos varía de cerca del 30% a 45% para el agregado grueso y de cerca del 40% a 50% para el agregado fino. La angularidad aumenta la cantidad de vacíos, mientras que los tamaños mayores de un agregado bien graduado y la mejoría de la granulometría disminuyen el contenido de vacíos. Los métodos para la determinación de la masa volumétrica del agregado y el contenido de vacíos se encuentran en la normas ASTM C 29. En esta, se describen tres métodos para la consolidación del agregado en el recipiente, dependiendo del tamaño máximo del agregado: varillado, sacudido.

(30) 12. y vaciado con pala. La medición del contenido de vacíos suelto del agregado fino se presenta en la ASTM C 1252.. 2.5. DENSIDAD RELATIVA. La masa específica relativa (densidad relativa, gravedad específica) de un agregado es la relación entre su masa y la masa de agua con el mismo volumen absoluto. Se la usa en algunos cálculos de proporcionamiento y del control de la mezcla, tales como el volumen ocupado por el agregado en el método del volumen absoluto de diseño de mezcla.. Normalmente no se la usa como una medida de la calidad del agregado, aunque algunos agregados porosos que exhiben deterioro acelerado por congelacióndeshielo presentan baja gravedad específica. La mayoría de los agregados naturales tiene masas específicas relativas que varían de 2.4 a 2.9, con masa específica correspondiente de las partículas de 2400 a 2900 kg/m3. El método de ensayo (prueba) para la determinación de la masa específica relativa de los agregados fino y grueso se describen en las normas ASTM C 127. La masa específica relativa de un agregado se puede determinar en la condición seca al horno o saturada con superficie seca. Ambas masas específicas se pueden utilizar en los cálculos del proporcionamiento del concreto. Los agregados secados al horno no contienen ninguna agua absorbida ni tampoco agua libre. Se las seca en un horno hasta la constancia de masa.. 2.6. MASA ESPECÍFICA. La masa específica (densidad) de las partículas que se usa en los cálculos de proporcionamiento (no incluyen los vacíos entre las partículas) se determina por la multiplicación de la masa específica relativa de los agregados por la densidad del agua. Se usa un valor para la densidad del agua de aproximadamente 1000 kg/m3. La masa específica del agregado, juntamente con valores más precisos de la densidad del agua, se presentan en la normas ASTM C 127 y ASTM C 128. La.

(31) 13. masa específica de las partículas de la mayoría de los agregados naturales está entre 2400 y 2900 kg/m3.. 2.7. ABSORCIÓN Y HUMEDAD SUPERFICIAL. La absorción y la humedad superficial de los agregados se deben determinar de acuerdo con la norma ASTM C 70, así el agua total del concreto se puede controlar y las masas correctas de los materiales de la mezcla se pueden determinar. La estructura interna de una partícula de agregado se constituye de materia sólida y vacíos que pueden o no contener agua. Las condiciones de humedad de los agregados se presentan en el gráfico 2.1. y se las puede definir como: 1. Secado al horno – totalmente absorbente 2. Secado al aire – la superficie de las partículas está seca, pero su interior contiene humedad y, por lo tanto, aún es ligeramente absorbente 3. Saturado con superficie seca (SSS) – no absorben ni ceden agua al concreto 4. Húmedos – Contiene un exceso de humedad sobre la superficie (agua libre). GRÁFICO 2.1. Condiciones de humedad de los agregados.. FUENTE: http://notasdeconcretos.blogspot.com/2011/04/absorcion-y-humedad-superficial-delos.html. La cantidad de agua que se adiciona en la planta de concreto se debe ajustar para las condiciones de humedad de los agregados, a fin de que se atienda a la demanda.

(32) 14. de agua del diseño de la mezcla de manera precisa. Si el contenido de agua del concreto no se mantiene constante, la relación agua-cemento variará de una amasada a la otra, resultando en la variación de otras propiedades, tales como la resistencia a compresión y la trabajabilidad.. Los agregados grueso y fino generalmente tienen niveles de absorción (contenido de humedad a SSS) que varían del 0.2% al 4% y del 0.2% al 2%, respectivamente. Los contenidos de agua libre generalmente varían del 0.5% al 2% para el agregado grueso y del 2% al 6% para el agregado fino. El contenido máximo de humedad del agregado grueso drenado es normalmente menor que aquél del agregado fino. La mayoría de los agregados finos puede mantener un contenido máximo de humedad drenada de cerca del 3% al 8%, mientras que el agregado grueso puede mantener del 1% al 6%..

(33) 15. CAPÍTULO 3 CANTERAS EN LA CIUDAD DE QUITO (CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS) 3.1. PRINCIPALES. CANTERAS. QUE. PROVEEN. A. LAS. CONSTRUCCIONES EN LA CIUDAD DE QUITO.. Las canteras son la fuente principal de materiales pétreos los cuales se constituyen en uno de los insumos fundamentales en el sector de la construcción de obras civiles, estructuras, vías, presas y embalses, entre otros. Por ser materia prima en la ejecución de estas obras, su valor económico representa un factor significativo en el costo total de cualquier proyecto.. Toda cantera tiene una vida útil, y una vez agotada, el abandono de la actividad suele originar serios problemas de carácter ambiental, principalmente relacionados con la destrucción del paisaje.. El hormigón que en la actualidad es uno de los factores de mayor importancia en la industria de las construcciones, el mismo que influye directamente en las consideraciones del diseño y costo de las obras que se proyectan y ejecutan.. Es indiscutible que esta industria requiere de un hormigón de calidad para la ejecución de sus obras, lo cual hace inevitable la necesidad de áridos o agregados de calidad, que cumplan las especificaciones señaladas en normas. técnicas. nacionales e internacionales.. La demanda de áridos para la construcción en la ciudad de Quito está abastecido hoy en día, en su mayoría, de las grandes canteras ubicadas a los costados del cráter Pululahua y los flujos de lava del volcán Antisana. Para la importancia económica de una ocurrencia es decisiva la posición y distancia del yacimiento hacia el centro del consumo. Debido a la sensibilidad por los costos.

(34) 16. del transporte de las materias primas que se utilizan en grandes cantidades, los yacimientos lejanos del mercado casi no tienen un significado económico importante. Así en áridos para el hormigón. Una distancia de hasta 20 km desde el depósito es óptima, hasta 50 km es aceptable y hasta 100 km es una distancia máxima.. La cantidad de material disponible es otro factor importante determinante que define el valor del mismo. El cálculo de las reservas es indispensable antes de la explotación de una cantera. Lamentablemente en el pasado no se ha considerado esta necesidad en los alrededores de Quito. Hay innumerables ejemplos de explotación sin éxito, que se relacionaban en parte con grandes inversiones.. Los requerimientos de la calidad de los áridos son fijados mediante las normas INEN o por requerimientos de la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC 2011), también se siguen los criterios propuestos por el ACI y las normas ASTM. Sin embargo, en el mercado de los materiales de construcción, no existe áridos que concuerden con las normas en todos sus puntos. Esto depende del inexistente control estatal de calidad y de la poca conciencia desarrollada por el consumidor en cuanto a la calidad.. Una materia prima con bajo precio debe tener bajo costo de explotación. En arenas y grabas de rio el factor de mayor costo se refiere al espesor de la cobertura de material inutilizable para el consumo. La relación escombros/grabas y arenas que todavía pueda ser aceptada como explotación económica, depende de numerosos factores y se lo debe determinar para cada yacimiento nuevamente. Como regla general puede valer, que la explotación ya no sea rentable en una relación mayor a 1:2 otros factores de costos son la parte de granos pequeños que deben ser lavados y la parte de granos grandes que deben ser triturados, para que se dé un óptimo rendimiento al yacimiento.. Por sus características geológicas, la zona interandina presenta condiciones óptimas para la localización de yacimientos no metálicos, rocas ornamentales y materiales de construcción. Las rocas que afloran en el DMQ, son arcillas, arenas,.

(35) 17. areniscas, gravas conglomerados, piedra pómez, perlita, andesita, etc. muchas de las cuales se utilizan en la industria de la construcción.. La explotación, en la mayoría de las canteras existentes en el territorio, se hace en forma semi-mecanizada y, en menor porcentaje en forma manual predominado el sistema de cielo abierto.. De acuerdo a la ubicación geográfica de las canteras y de los principales consumidores de materia prima para elaboración de hormigón a utilizarse en la construcción, se identifican diferentes sectores como:. Sector Pululahua: Se encuentran, exclusivamente, minas de roca volcánica Sector Pomasqui - San Antonio: se encuentran minas de roca volcánica y piedra pómez. Sector Guayllabamba, San Pedro y Pita: Predominan minas de arena y grava. Sector Antisana: Está localizado hacia la parte oriental y presenta, en su mayoría, minas de roca volcánica, algunas de pómez de caliza. 3. 3. http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/3087/1/T-ESPE-030896.pdf.

(36) 18. GRÁFICO 3.1. Ubicación de canteras en el Distrito Metropolitano de Quito.. FUENTE: http://www.elcomercio.com.ec/quito/Infografia-Quito-minas-canterasdistrito_ECMFIL20120530_0001.pdf.

(37) 19. Para el presente proyecto de investigación se va a realizar el estudio tomando como base las canteras de Pomasqui, Lloa, Pintag, y la cantera de Pifo, ya que actualmente es una de las principales fuentes de abastecimiento de materiales pétreos y de algunas de estas canteras se abastecen de agregados pétreos las hormigoneras, las mismas que abastecen de hormigón an la ciudad, y a la vez estas no se encuentren demasiado distantes de la ciudad de Quito.. TABLA 3.1. Tipos de materiales por cantera. CANTERA. MATERIAL. POMASQUI. A-R-P. LLOA. A-R-P-L. PITAG. A-R-P. PIFO. A-R-CH. FUENTE: Herrería y Villegas, ESPE, Sangolqui, Febrero de 2008. En estos sitios se determinó, el nombre de las canteras se rige en algunos casos al nombre del lugar, y en otros casos lleva el nombre del propietario de la misma.. Cada una de estas fuentes de materiales pétreos producen varios tipos de granulados que se usan en la construcción, entre los principales tenemos: Arena, Chispa, Ripio, Piedra basílica, Piedra bola, entre otros, siendo la arena y ripio los materiales de mayor volumen de producción y consumo.. En cuanto a los agregados de la procedencia Pifo, se puede mencionar que esta mina se encuentra en el sector oriental de la cuidad, en la vía hacia Baeza. En el sector de Pifo, el nombre específico que se le da al material que explotan es: Áridos Rocafuerte, una de las mejores empresas del país en productos construcción.. para la.

(38) 20. Esta empresa da un mayor énfasis en la obtención de la materia prima para la producción del granulado, la calidad de éste dependerá mucho del proceso empleado para su fabricación, inclusive se puede asegurar un proceso adecuado de explotación que permite mejorar la calidad media del granulado, y por el contrario teniendo un yacimiento de buenas características puede dar lugar a áridos inaceptables si no se emplea un buen método de producción.. 3.2. CANTERA. POMASQUI. (CARACTERÍSTICAS. DE. LOS. AGREGADOS). El yacimiento en el sector de Pomasqui está muy bien desarrollado infraestructuralmente. Está conectado con la carretera asfaltada San Antonio de Pichincha – Calacalí por un camino afirmado que tiene una extensión de aproximadamente 2 km.. En cuanto a su formación geológica, el domo forma el borde Sureste del cráter Pululahua y cubre una área de aproximadamente 4 km2. En el costado Sur hay piroclastos de la formación.. Pomasqui es una zona que se caracteriza por tener suelo árido, asentado en las faldas de los cerros denominados Casitahua y Pacpo. Se encuentra ubicada en la falla geológica Pomasqui-Ilumbisi. Pomasqui forma parte de la zona que corresponde a los sectores de San Antonio, Pululahua y Pomasqui. En este sector la demanda de árido que se explota en esta zona ha llegado a valores superiores a los 2000000m3 al año. Esta zona es muy árida e inestable, que ha sido destruida por gran parte de concesionarios formales e informales, que no han tenido el debido control técnico para la extracción de material pétreo.. Las canteras ubicadas en el sector de Pomasqui abastecen de materiales pétreos a gran parte de la ciudad de Quito, siendo una cantera fundamental para la.

(39) 21. producción de hormigón.4. En esta zona, la explotación de materiales pétreos, se realiza en canteras de bajo nivel de tecnificación, con alta utilización de métodos manuales, sin planificación minera de los frentes de explotación, con bancos, sobredimensionados en altura lo cual genera una peligrosa inestabilidad de taludes. La mayoría de las canteras de esta zona y alrededor del DMQ, explotan arcilla para la fabricación de ladrillos, y rocas naturales para ser utilizados como materiales de construcción, bajo las denominaciones locales de: lastre, ripio, piedra y arena, que dan cuenta de aproximaciones granulométricas no normalizadas. 5. Los niveles de erosión son alarmantes en toda el área metropolitana. Las cuencas de los ríos y las quebradas están especialmente afectadas, al igual que los suelos piroclásticos arenosos en Calacalí, Calderón, San Antonio y Pomasqui.. Bajo las laderas de la escarpa occidental existe una capa dura de Duripan (cangahua) a menos de un metro de profundidad, que a veces se expone por la erosión causada por la perturbación humana (IMQ, 1992c) 6. 3.3. CANTERA. LLOA. (CARACTERÍSTICAS. DE. LOS. AGREGADOS). En las proximidades de las canteras ubicadas en el sector de Lloa, casi todos los suelos originales del área son de origen volcánico.. En las áreas periféricas localizadas en las escarpas occidentales de las cadenas montañosas de la zona, los suelos dominantes son francos y seudo-arenosos de textura fina (ej: Dystrandepts). Estos suelos tienen una retención de humedad. 4. VITERI, Francisco. Estudio de zonificación territorial de las zonas de explotación de materiales de construcción en el Municipio del Distrito Metropolitano de Quito. 5 Industria minera de los materiales de construcción. Su sustentabilidad en América del Sur http://www.eclac.org/publicaciones/xml/9/19839/lcl2186.pdf 6 http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/3087/1/T-ESPE-030896.pdf.

(40) 22. extremadamente alta, pero no se consideran adecuados para uso agrícola debido a su localización en áreas muy empinadas. Las zonas agrícolas más importantes del área tienen suelos volcánicos negros profundos (> 1 m) con alguna presencia de limo y un contenido de arcilla menor al 30% (ej: Plustols, Arglustolls, Pludolls).. La zona en estudio forma parte de los relieves volcánicos de la Cordillera Occidental de. los. Andes. Ecuatorianos,. donde. se. puede. identificar. varias zonas. geomorfológicas como: El flanco oriental del Volcán Pichincha, la cuenca interandina, los relieves antrópicos y los flancos de la caldera de Lloa.. En la parte superior (Sur-Occidental), se ubican lomas donde se presentan restos de procesos glaciares, suavizados por la acumulación de productos piroclásticos.. Regionalmente se tienen las siguientes unidades litológicas: Volcánicos Pichincha, volcano-sedimentos del Machángara, cangahua, ceniza volcánica y los depósitos coluviales.. Además, se encuentran materiales que se caracterizan por tener sedimentos fluviales tipo arena con algunas tobas, caídas de ceniza, lahares, flujos de lodo intercalados con arenas media a gruesas de pómez y lapilli. 7. 3.4. CANTERA PIFO (CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS). Las canteras en la población de Pifo, se encuentran ubicadas al Este de la población de Pifo, siguiendo el valle formado por el Rio Guambi. Parte del flujo es cortado por la carretera asfáltica de Pifo – Papallacta.. Dentro de su formación geológica podemos describir que, esta zona forma parte del afloramiento relacionado al Antisana el flujo de lava con transición a brechas. Brechas que se encuentran en la parte superior y en el piso del flujo.. 7. http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/1620/4/CAP%203.%20ESTUDIO%20GEOLOGICO%20MOD.

(41) 23. La brecha es una escoria espumosa, mientras la lava es muy masiva. Hay una capa delgada de cangagua. Según estudios realizados por el municipio del DMQ, en estas canteras se encuentran reservas de materiales pétreos superiores a 10‘000.000 m3.. Los materiales que se extraen en el sector, tienen valores para la resistencia a la abrasión de 22, con esto podemos indicar que se trata de rocas de calidad superior. La utilización como árido para hormigón superior es problemática debido a la presencia de rocas espumosas y masivas.. 3.5 CANTERA PINTAG (CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS). Esta mina se encuentra en una zona cercana al valle de los Chillos y valle de Tumbaco, presenta un clima frío, con temperaturas que van desde los 8.3 grados hasta los 13.8 grados centígrados. Las canteras del sector de Pintag se encuentran al Sur – Sureste de la población de Pintag. Un camino asfaltado que va desde Pintag a la hacienda Pinantura cruza por el frente del flujo.. En cuanto a su formación geológica, cabe destacar que, tiene una formación que corresponde a un flujo relacionado al Antisana de lava procedente de la Laguna Muerte Pungo, con una longitud de 10 Km. La lava es muy joven. No tiene una sobrecarga. Se presenta como una lava de bloques con una matriz de material volcánico arenoso. Los bloques pueden ser masivos y también porosos.. Según estudios realizados por el municipio del DMQ, en esta zona se tienen materiales pétreos con una reserva superior a 10‘000.000 m3.Los materiales que se encuentran en la zona tienen valores para la resistencia a la abrasión 30.75, con lo cual se indica que se trata de lavas de calidad superior; la zona tiene vegetación de páramo, suelos jóvenes, localizados en profundos depósitos minerales no consolidados, y áreas de dunas de arena..

(42) 24. La explotación de los agregados en una de las principales minas del sector llamada “El Volcán” se encuentra entre 700 a 800 m3 diarios; la cual está asentada en una extensión de 3.5 hectáreas, los productos que ofrecen las diferentes minas de la zona son grava, polvo de piedra (macadán) y piedra bola.8 Cabe destacar que las hormigoneras que participaron en esta investigación, emplean agregados de la mina San Antonio, cantera “Mandigo” propiedad de Ripconciv y agregados de la mina de Pifo propiedad de la hormigonera Holcim. Estas canteras son legales, se encuentran debidamente registradas en el Municipio del Distrito Metropolitano de Quito, cumplen con los requisitos y control de calidad necesarios para la distribución de agregados de excelentes características necesarias para la fabricación de hormigones.. 8. http://www.dspace.uce.edu.ec/bitstream/25000/246/1/T-UCE-0011-9.pdf.