Influencia de la propagación del campo eléctrico en las propiedades Mecánicas del Concreto

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(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL. “INFLUENCIA DE LA PROPAGACIÓN DEL CAMPO ELÉCTRICO EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO” TESIS PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL. Presentado por el bachiller: CRIBILLERO MAMANI, JOSE ANTHONY. Asesor de Tesis: Ing. MARIA ELENA SANCHEZ GARCIA. AREQUIPA – PERU 2018.

(2) “INFLUENCIA DE LA PROPAGACIÓN DEL CAMPO ELÉCTRICO EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO”. TESIS PROFESIONAL PRESENTADO POR EL BACHILLER JOSE ANTHONY CRIBILLERO MAMANI PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL. Aprobado por: ____________________________________________________________. Fecha de sustentación: ______________________________________________________. Ing. Antonio Valdez Cáceres Presidente. Ing. Fernando Enciso Miranda. Ing. María del Carmen Ponce Mejía. Miembro. Miembro.

(3) i Dedicatoria A mi madre, por darme la oportunidad de ser algo en la vida..

(4) ii Resumen En la presente tesis se muestran los resultados correspondientes a la aplicación de campo eléctrico sobre muestras de concreto en estado fresco y comparándolas con muestras preparadas tradicionalmente o sin tratamiento. Para la generación del tratamiento mediante campo eléctrico se aplicaron distintos voltajes, durante distintos periodos de tiempo, obteniendo resultados positivos en la disminución del porcentaje de vacíos, absorción y el aumento de la resistencia a la compresión con respecto a las muestras tradicionales. Se comprobó que el concreto en estado fresco se comporta como material óhmico, cumpliendo la relación de correspondencia entre tensión, voltaje y resistencia, derivada de la ley de ohm. Se logró el incremento de la temperatura superficial de las muestras tratadas, este incremento fue proporcional a la tensión aplicada sobre las muestras. De esta manera se logró mejorar las propiedades mecánicas del concreto en estado endurecido mediante la propagación de un campo eléctrico sobre las muestras de concreto fresco, logrando la disminución del porcentaje de vacíos, absorción, haciendo un concreto más compacto y aumentando su resistencia a la compresión. Palabras clave: Campo eléctrico; concreto; resistividad; tratamiento.

(5) iii Abstract. In this thesis the results corresponding to the application of electric field on samples of concrete in fresh state and comparing them with samples prepared traditionally or without treatment are shown. For the generation of the electric field treatment, different voltages were applied, during different periods of time, obtaining positive results in the decrease of the percentage of voids, absorption and the increase of the resistance to compression with respect to the traditional samples. It was found that the concrete in the fresh state behaves as ohmic material, fulfilling the correspondence relation between voltage, voltage and resistance, derived from the law of ohm. The increase in the surface temperature of the treated samples was achieved, this increase was proportional to the tension applied to the samples. In this way it was possible to improve the mechanical properties of the concrete in a hardened state by propagating an electric field on the fresh concrete samples, achieving a decrease in the percentage of voids, absorption, making a concrete more compact and increasing its resistance to compression. Keywords: Electric field; concrete; resistivity; treatment.

(6) Contenido Capítulo I............................................................................................................................... 1 Generalidades ........................................................................................................................ 1 Antecedentes ............................................................................................................ 1 Influencia de la Radiación Laser en las Propiedades Mecánicas de la Pasta de Cemento y su Caracterización ............................................................................................ 1 Curado con flujo eléctrico .................................................................................... 2 Objetivos .................................................................................................................. 3 Objetivo general ................................................................................................... 3 Objetivos específicos ........................................................................................... 3 Hipótesis .................................................................................................................. 3 Capítulo II ............................................................................................................................. 4 Características y propiedades del concreto ........................................................................... 4 Componentes del concreto....................................................................................... 4 El cemento puzolánico ......................................................................................... 4 Los agregados ...................................................................................................... 8 El agua ............................................................................................................... 15 El concreto ............................................................................................................. 16 Propiedades del concreto en estado fresco......................................................... 16 Propiedades del concreto en estado endurecido ................................................. 19 Capítulo III .......................................................................................................................... 21 Fenómeno de campo eléctrico ............................................................................................. 21 Campo Eléctrico .................................................................................................... 21 Diferencia de potencial .......................................................................................... 21 Corriente ................................................................................................................ 23 Resistencia ............................................................................................................. 24 La ley de ohm y el concreto fresco como material óhmico ................................... 25 Circuitos eléctricos de corriente directa ................................................................ 26 Fuerza electromotriz .......................................................................................... 26 Resistores en paralelo ........................................................................................ 26 Métodos e instrumentos de medición .................................................................... 28 Equipos e instrumentos ...................................................................................... 28 Capítulo IV .......................................................................................................................... 31 Ensayos de control de calidad y diseño de mezcla ............................................................. 31 Características del cemento ................................................................................... 31 Ensayos para el agregado fino y grueso ................................................................ 31 Peso unitario de los agregados ........................................................................... 31 Granulometría de los agregados......................................................................... 32 Peso específico y absorción de los agregados.................................................... 34.

(7) Contenido de humedad de los agregados ........................................................... 35 Ensayos para el agua.............................................................................................. 35 Diseño de Mezclas por el método ACI .................................................................. 36 Capítulo V ........................................................................................................................... 37 Aplicación del tratamiento .................................................................................................. 37 Fenómeno de propagación del campo eléctrico en las muestras de concreto fresco 37 Efecto de un campo eléctrico en el concreto ..................................................... 37 Idealización de la muestra de concreto como una resistencia ............................ 38 Capítulo VI .......................................................................................................................... 42 Ensayos del concreto en estado fresco y endurecido .......................................................... 42 Concreto en estado fresco ...................................................................................... 42 Concreto fresco como material óhmico ............................................................. 42 Resistividad ........................................................................................................ 43 Temperatura Superficial..................................................................................... 46 Concreto en estado endurecido .............................................................................. 50 Resistencia a la compresión ............................................................................... 50 Absorción o grado de saturación........................................................................ 55 Porcentaje de vacíos o porosidad ....................................................................... 56 Capítulo VII ........................................................................................................................ 58 Análisis de resultados y conclusiones ................................................................................. 58 Resistividad del concreto ....................................................................................... 58 Temperatura Superficial ........................................................................................ 58 Resistencia a la compresión ................................................................................... 59 Porosidad ............................................................................................................... 61 Absorción o grado de saturación........................................................................ 61 Vacíos permeables ............................................................................................. 61 Potencia o energía transferida................................................................................ 61 Conclusiones .......................................................................................................... 67 Recomendaciones .................................................................................................. 67 Bibliografía Anexos.

(8) 1 Capítulo I Generalidades. Antecedentes Influencia de la Radiación Laser en las Propiedades Mecánicas de la Pasta de Cemento y su Caracterización En esta tesis se presentan los resultados obtenidos correspondientes al tratamiento de pastas frescas de cemento con radiación láser de CO2 (10.6μm), obteniendo resultados que demuestran que se mejoraron las propiedades mecánicas, y que se disminuyeron los tiempos de fraguado con respecto a los que fraguaron en forma natural (sin aplicación de radiación). Se comprobó que la radiación con láser de CO2 influye positivamente en las propiedades mecánicas de la pasta de cemento, no tanto por el calentamiento producido durante la irradiación, sino por el efecto de la propagación del campo eléctrico sobre las moléculas de agua las cuales están dispuestas alrededor de los grupos funcionales del aglutinante y que al rotar producen un efecto equivalente a micro vibraciones, dando como resultado un material más compacto, con menos poros y mejorando las propiedades mecánicas respecto al fraguado natural. En el desarrollo de la investigación se sometieron de manera continua y a diferentes condiciones de radiación láser (potencias ópticas) muestras de pasta de cemento frescas. Registrándose la temperatura interna y superficial de las muestras, la evolución del fraguado, el módulo de Young (mediante la velocidad de pulso ultrasónico) y la resistencia a la compresión, incluyendo las pastas de cemento que se dejaron fraguar en forma natural. La radiación láser sobre la pasta de cemento fresca provoca una aceleración en el fraguado de esta y se incrementa la resistencia mecánica. A mayores potencias de radiación láser sobre la pasta de cemento se obtuvieron mayores valores de resistencia a la compresión y de módulo de Young. (Moreno, 2010, pág. 3).

(9) 2 Curado con flujo eléctrico Este método se emplea, por ejemplo, en la producción de durmientes de ferrocarril. El agua del concreto fresco es buen conductor del flujo eléctrico. La resistencia eléctrica del concreto fresco se sitúa en torno a 100 Ohm. Con esta resistencia contra el flujo eléctrico se genera calor. Este proceso es similar al que tiene lugar en una bombilla, en la que la resistencia del filamento al flujo eléctrico es tan grande que el filamento se pone incandescente. Aquí el concreto fresco se debe exponer al flujo eléctrico al término de la fase de retraso del asentamiento para que tenga la suficiente resistencia para resistir las tensiones del aumento de temperatura. Este método del flujo eléctrico origina una distribución uniforme del calor en la sección de la pieza, de manera que se evitan las diferencias de temperatura y la formación de micro fisuras que ello conlleva. La resistencia eléctrica del concreto es un buen indicador de su resistencia a compresión. De manera que con las mediciones de la resistencia se puede estimar la resistencia a compresión con una precisión de unos 6 MPa. (Instituto Mexicano del cemento y del concreto, 2009, pág. 20).

(10) 3 Objetivos Objetivo general -. Mejorar las propiedades mecánicas de las muestras de concreto tratadas con la propagación de Campo eléctrico y compararlas con las muestras elaboradas tradicionalmente. Objetivos específicos. -. Determinar las propiedades mecánicas del concreto endurecido.. -. Determinar la relación Campo eléctrico aplicado / Resistencia a la compresión del concreto.. -. Determinar la relación Campo eléctrico aplicado / Porosidad del concreto.. -. Determinar la evolución de la resistividad del concreto durante el proceso de tratamiento de Campo eléctrico.. Hipótesis La exposición de las pastas de concreto fresco a la propagación del campo eléctrico influye sobre las moléculas de agua las cuales están dispuestas alrededor de los grupos funcionales del aglutinante y que al rotar producen un efecto equivalente a micro vibraciones, dando como resultado un material más compacto, con menos poros mejorando las propiedades mecánicas del concreto respecto a las muestras tradicionales..

(11) 4 Capítulo II Características y propiedades del concreto. Componentes del concreto El cemento puzolánico Los denominados cementos adicionados son mezclas de cemento y un material de características puzolánicas molidos en forma conjunta. En el Perú se fabrican los tipos IP, IPM, IS, ISM. (Rivva, 2014, pág. 50) 1.1.Cemento puzolánico IP El cemento puzolánico IP es un cemento portland con un porcentaje adicionado de puzolana entre 15% y 45%, que debe cumplir con los requisitos de la Norma NTP 334.044 o con la norma ASTM C 595. (Rivva, 2014, pág. 20) 1.2.Composición química del cemento portland Las materias primas constituyentes del cemento son principalmente cal, sílice, alúmina y óxido de hierro. Durante el proceso de producción del cemento estos compuestos interactúan para luego formar una serie de productos más complejos (silicatos cálcicos, aluminatos cálcicos y ferritos) que alcanzan un estado de equilibrio químico, con la excepción de un residuo de cal no combinada la cual no ha tenido suficiente tiempo para reaccionar esta es denominada como cal libre. Para obtener una idea general de la composición del cemento, la tabla 1. nos indica los límites de la mezcla de los diferentes óxidos de los cementos portland. Tabla 1 Límite de composición aproximados para cemento Portland Óxido. Contenido %. CaO. 60 - 67. SiO2. 17 - 25.

(12) 5 Óxido. Contenido %. Al2O3. 3–8. Fe2O3. 0.5 - 6.0. MgO. 0.1 - 4.0. Álcalis. 0.2 - 1.3. SO3. 1-3. Fuente: (Portugal, 2007, pág. 22). Como el cemento es una mezcla de muchos compuestos, resulta impráctica su representación con una formula química. No obstante, hay cuatro compuestos que constituyen más del 90% del peso del cemento y son: 1.2.1. Silicato tricálcico C3S También denominado Alita, es el que produce la alta resistencia inicial del cemento portland hidratado, así también desarrolla un alto calor de hidratación, se estima que su calor de hidratación completa en 120 cal/gr. (Abanto, 2009, pág. 16) 1.2.2. Silicato bicálcico (C2S) También denominado Belita, tiene una lenta velocidad de hidratación y desarrollo de calor bajo, 62 cal/gr, dada su lenta velocidad de endurecimiento, la contribución del silicato bicálcico a las resistencias iniciales es muy pequeña, siendo su efecto posterior la fuente principal de resistencia. (Portugal, 2007, pág. 23) 1.2.3. Aluminato tricálcico (C3A) Denominado también Celita, su fraguado ocurre a una velocidad de hidratación muy alta, hasta el punto de ser casi instantáneo, es por esta razón que la adición de sulfato de calcio (yeso) se hace necesaria para controlar esta velocidad de hidratación. El aluminato tricálcico contribuye en las resistencias durante las primeras horas, su calor de hidratación es muy elevado 207 cal/gr. (Portugal, 2007, pág. 24).

(13) 6 1.2.4. Ferroaluminato tetracálcico (C4AF) También llamado Felita o Ferrito. Este compuesto presenta un calor de hidratación de 100 cal/gr y una alta estabilidad química, los cementos ricos en este compuesto tienen condiciones de empleo especificas en todos aquellos casos en que importe más la durabilidad frente a los agresivos químicos que las resistencias mecánicas. (Portugal, 2007, pág. 24). Figura 1. Evolución de la resistencia a compresión en función del tiempo de los componentes principales del clinker portland. Fuente (Rebolledo, 2010, pág. 4). Tabla 2 Especificaciones químicas para el cemento Portland YURA tipo I Descripción. Yura I. Dióxido de Silicio + RI (SiO2 + Ri). 21.72. Oxido de Aluminio, Al2O3. 3.97. Oxido férrico, Fe2O3 %. 3.41. Oxido de calcio, CaO %. 64.90. Oxido de magnesio, MgO %. 2.21. Trióxido de azufre, SO3 %. 2.04. Perdida por calcinación, PF %. 0.59. Residuo insoluble, RI %. 0.70. Cal libre. 0.90. Fuente: (Portugal, 2007, pág. 25).

(14) 7 Tabla 3 Especificaciones químicas para el cemento Portland YURA tipo IP Descripción. Yura IP. Dióxido de Silicio + RI (SiO2 + Ri). 36.64. Oxido de Aluminio, Al2O3. 7.14. Oxido Férrico, Fe2O3 %. 3.00. Oxido de Calcio, CaO %. 44.75. Oxido de magnesio, MgO %. 1.75. Trióxido de Azufre, SO3 %. 1.75. Residuo Insoluble, RI %. -. Cal libre. -. Fuente: (Portugal, 2007, pág. 25). 1.3. Fraguado y endurecimiento del cemento Portland Cuando el cemento portland se mezcla con agua, se forma una pasta que mantiene su plasticidad durante un tiempo muerto después del cual la pasta empieza a rigidizarse hasta que desaparece su plasticidad a la vez que va aumentando su resistencia de forma gradual. Este fenómeno es consecuencia de las precipitaciones sólidas de gel o cristal que se producen durante las reacciones de hidratación y que dan lugar a un aumento progresivo de la viscosidad de la pasta. Hay que distinguir dos fases de esta transformación que se conocen como “fraguado” y “endurecimiento” de la pasta de cemento. Durante el fraguado la pasta pierde su plasticidad llegando a adquirir algo de resistencia, mientras que el endurecimiento se caracteriza por la ganancia progresiva de resistencias de una pasta fraguada. Durante el fraguado hay que distinguir dos fases conocidas como “principio de fraguado” y “fin de fraguado” y que son importantes para conocer el tiempo durante el cual la pasta permanece plástica y, por tanto, es trabajable. (Rebolledo, 2010, pág. 12) El principio de fraguado o fraguado inicial es cuando la masa empieza a perder plasticidad y el fin de fraguado.

(15) 8 o fraguado final, cuando la pasta de cemento deja de ser deformable y se convierte en un bloque rígido. (Abanto, 2009, pág. 17). Figura 2. Descripción esquemática de los procesos de fraguado y endurecimiento. Fuente: (Rebolledo, 2010, pág. 12). Los agregados Llamados también áridos, son materiales inertes que se combinan con los aglomerantes (cemento, cal, etc.) y el agua formando los concretos y morteros. (Abanto, 2009, pág. 23) Se define como agregado al conjunto de partículas inorgánicas, de origen natural o artificial, cuyas dimensiones están comprendidas entre los límites fijados en la Norma NTP 400.0112008. Los agregados son la fase discontinua del concreto. La calidad del agregado es importante desde que aproximadamente ¾ partes del volumen del concreto es ocupada por este. (Rivva, 2014, pág. 68) 2.1.Clasificación de los agregados 2.1.1. Agregado Fino El agregado fino consistirá en arena natural, arena manufacturada, o una combinación de ambas; definiéndosele como aquel proveniente de la desintegración natural o artificial de las.

(16) 9 rocas, el cual pasa la malla de 3/8” y cumple con los límites establecidos en las normas NTP 400.037 o ASTM C 33. El agregado fino estará compuesto de partículas limpias, de un perfil preferentemente angular, duro, compacto y resistente; libre de cantidades perjudiciales de polvo, terrones, partículas escamosas o blandas, materia orgánica, sales u otras sustancias dañinas. (Rivva, 2014, pág. 73) 2.1.2. Agregado grueso Se define como agregado al material retenido en el tamiz 4.75 mm (N°4) y que cumple con los límites establecidos en la norma 400.037. El agregado grueso podrá consistir de partículas de roca partida, grava natural o triturada, o agregados metálicos naturales o artificiales, concreto triturado, o una combinación de ellos. (Rivva, 2014, pág. 75) 2.2.Propiedades físicas del agregado 2.2.1. Granulometría La granulometría es la distribución por tamaños de las partículas de arena. La distribución del tamaño de partículas se determina por separación con una serie de mallas normalizadas. (Abanto, 2009, pág. 24) Los limites granulométricos que recomienda la NTP 400.037 para el agregado fino se nuestra en la tabla 4 Limites granulométricos para el agregado fino y para el agregado grueso en la tabla 5 Limites granulométricos para el agregado grueso. a) Módulo de fineza Es un índice aproximado del tamaño medio de los agregados. Cuando este índice es bajo quiere decir que el agregado es fino, cuando es alto es señal de lo contrario. Según la norma ASTM la arena debe tener un módulo de fineza no menor 2.3 ni mayor que 3.1. (Abanto, 2009, pág. 28).

(17) 10 b) Tamaño máximo del agregado grueso Es el que corresponde al menor tamiz por el que pasa toda la muestra de agregado grueso. (Norma Técnica Peruana NTP 400.037, 2002, pág. 6) c) Tamaño máximo nominal del agregado grueso Es el que corresponde al menor tamiz de la serie utilizada que produce el primer retenido. (Norma Técnica Peruana NTP 400.037, 2002, pág. 6) Tabla 4 Limites granulométricos agregado fino Tamiz. % que Pasa. 3/8” (9.50 mm). 100. N° 4 (4.75 mm). 95 – 100. N° 8 (2.36 mm). 80 – 100. N° 16 (1.18 mm). 80 – 85. N° 30 (600 µm). 25 – 60. N° 50 (300 µm). 10 – 30. N° 100 (150 µm). 2 – 10. Fuente: (Norma Técnica Peruana NTP 400.037, 2002, pág. 9).

(18) 11 Tabla 5 Limites granulométricos para el agregado grueso Huso 1 2 3 357 4 467 5 56 57 6 67 7 8 89 9. Tamaño máximo nominal 90 a 37.5 mm (3 ½” a 1 ½”) 63 a 37.5 mm (2 ½” a 1 ½”) 50 a 25.0 mm (2” a 1”) 50 a 4.75 mm (2” a No. 4) 37.5 19.0 mm (1 ½” a ¾”) 37.5 a 4.75mm (1 ½” a No. 4) 25.0 a 12.5mm (1” a ½”) 25.0 a 9.5 mm (1” a 3/8”) 25.0 a 4.75mm (1” a No. 4) 19.0 a 9.5mm (3/4” a 3/8”) 19.0 a 4.75mm (3/4” a No. 4) 12.5 a 4.75mm (1/2” a No. 4) 9.5 a 2.36mm (3/8” a No. 8) 9.5 a 1.18mm (3/8” a No. 16) 4.75 a 1.18mm (No. 4 a 16). 100mm (4”). 90 mm (3 ½”). 75mm (3”). 63mm (2 ½”). 50mm (2”). 100. 90 a 100. -. 25 a 60. -. 100. 90 a 100. 35 a 70 90 a 100 95 a 100. -. -. Porcentaje que pasa por los tamices normalizados 37.5mm 25.0mm 19.0mm 12.5mm 9.5mm (1 ½”) (1”) (3/4”) (1/2”) (3/8”). 4.75mm (No. 4). 2.36mm (No. 8). 1.18mm (No. 16). 4.75mm (No.50). 0 a 15. -. 0 a 15. -. -. -. -. -. -. 0 a 15. -. 0a5. -. -. -. -. -. -. 35 a 70. 0 a 15. -. 0a5. -. -. -. -. -. -. 35 a 70. -. 0 a 30. -. 0a5. -. -. -. -. -. -. 100. -. -. -. 100. -. -. -. -. 100. 90 a 100. 20 a 55. 0a5. -. 0a5. -. -. -. -. -. -. -. -. 100. 95 a 100. -. 35 a 70. -. 10 a 30. 0a5. -. -. -. -. -. -. -. -. 100. 90 a 100. 20 a 55. 0 a 10. 0a5. -. -. -. -. -. -. -. -. -. 100. 90 a 100. 40 a 85. 10 a 40. 0 a 15. 0a5. -. -. -. -. -. -. -. -. 100. 95 a 100. -. 25 a 60. -. 0 a 10. 0a5. -. -. -. -. -. -. -. -. 100. 90 a 100. 20 a 55. 0 a 15. 0a5. -. -. -. -. -. -. -. -. -. 100. 90 a 100. -. 20 a 55. 0 a 10. 0a5. -. -. -. -. -. -. -. -. -. 100. 90 a 100. 40 a 70. 0 a 15. 0a5. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. 100. 10 a 30. 0 a 10. 0a5. -. -. -. -. -. -. -. -. -. 100. 25 a 35. 5 a 30. 0 a 10. 0a5. -. -. -. -. -. -. -. -. -. 85 a 100. 10 a 40. 0 a 10. 0a5. Fuente: (Norma Técnica Peruana NTP 400.037, 2002, pág. 8). 85 a 100 90 a 100 100.

(19) 12 2.2.2. Sustancias dañinas e impurezas orgánicas a) Sustancias dañinas La cantidad de sustancias deletéreas o partículas inconvenientes presentes en el agregado fino y grueso, como porcentaje en peso de la muestra, no deberá exceder de los limites indicados en la tabla Sustancias dañinas e impurezas orgánicas. (Rivva, 2014, pág. 75) b) Impurezas orgánicas El agregado fino que no demuestre presencia de materia orgánica, cuando se determine según lo estipulado la NTP 400.024, se deberá considerar satisfactorio. El agregado fino que cumpla con el ensayo anterior, podrá ser utilizado si al determinarse el efecto de las impurezas orgánicas sobre la resistencia de morteros, según lo estipulado en la NTP 400.01, la resistencia relativa a los 7 días no será menor de 95%. (Norma Técnica Peruana NTP 400.037, 2002, pág. 10) Tabla 6 Sustancias dañinas e impurezas orgánicas Ensayos Partículas deleznables, máx. porcentaje. Agregado Fino. Agregado Grueso. 3. 3. 3(A). 1. 5(A). 1. 0.5. 0.5. Material más fino que el tamiz normalizado 75 µm. (No. 200), máx. porcentaje: Concreto. sujeto. a. abrasión Otros concretos Carbón y lignito, máx. porcentaje. El agregado fino que no demuestre presencia nociva de Impurezas orgánicas. materia orgánica, cuando se determine según lo estipulado la NTP 400.024, se deberá considerar satisfactorio. El agregado.

(20) 13 Ensayos. Agregado Fino. Agregado Grueso. fino que no cumpla con el ensayo anterior, podrá ser utilizado si al determinarse el efecto de las impurezas orgánicas sobre la resistencia de morteros, según lo estipulado en la NTP 400.013, la resistencia relativa a los 7 días no será menor de 95%. Fuente: (Norma Técnica Peruana NTP 400.037, 2002, pág. 10). 2.2.3. Materiales reactivos a) Reacción álcali – agregado Es un fenómeno que ataca al concreto endurecido fabricado con ciertos agregados sensibles, donde luego de varios años de exposición al medio ambiente y ante la presencia de óxidos de Sodio y Potasio (llamados comúnmente álcalis) provenientes principalmente del cemento, más humedad y temperatura, se origina un gel alrededor de las partículas gruesas, que va hinchándose cada vez más, rompiendo la estructura interna del concreto y ocasionando fisuración y desintegración de la estructura. En la figura 3, podemos apreciar una secuencia gráfica que muestra las fases de desarrollo de este fenómeno. (Pasquel, 2009, pág. 2). Figura 3. Fases de desarrollo de la reacción álcali – agregado. Fuente: (Pasquel, 2009, pág. 2). 2.2.4. Resistencia Mecánica (erosión y abrasión) La resistencia a la abrasión, desgaste, o dureza de un agregado, es una propiedad que depende principalmente de las características de la roca madre. Este factor cobra importancia.

(21) 14 cuando las partículas van a estar sometidas a un roce continuo como es el caso de pisos y pavimentos, para lo cual los agregados que se utilizan deben estar duros. En la mayoría de las normas sobre agregados a nivel internacional se establecen pruebas de desgaste o abrasión, siendo la más generalizada el denominado Ensayo de los Ángeles. En nuestro medio este ensayo esta normalizado de acuerdo a las normas NTP 400.019 o 400.020. (Rivva, 2014, pág. 77) 2.2.5. Durabilidad en congelación y deshielo El árido debe ser capaz debe ser capaz de soportar condiciones ambientales a que va a estar sometido el hormigón. De estas condiciones, las más nocivas son los ciclos alternados de temperatura o humedad y, dentro de ellas, sin duda los ciclos alternados de temperatura bajo y sobre 0 °C. (hielo-deshielo). El efecto de estos ciclos de hielo y deshielo está muy relacionado con la porosidad del árido, pues se manifiesta a través del importante aumento de volumen que experimenta el agua a congelarse, la cual al estar absorbida por el árido induce en éste tensiones de tracción, que pueden significar su destrucción progresiva al repetirse en forma cíclica. (Zabaleta, 1992, pág. 20) Tabla 7 Pérdida por ataque de sulfatos Agregado Fino. Agregado Grueso. Si se utiliza solución Si se utiliza solución Si se utiliza solución Si se utiliza solución de sulfato de sodio. de. sulfato. de de sulfato de sodio. magnesio 10%. 15 %. de. sulfato. de. magnesio 12%. 18 %. Fuente: (Norma Técnica Peruana NTP 400.037, 2002, pág. 11). La calidad resistente de un árido a este efecto puede medirse mediante el ensayo NTP 400.016 Determinación de la inalterabilidad de agregados por medio del sulfato de sodio o sulfato de magnesio..

(22) 15 El agua El agua desempeña dos roles en su calidad de componente del hormigón: -. Participa en el proceso de hidratación del cemento, el cual no puede tener lugar sin su presencia.. -. Otorga trabajabilidad necesaria al hormigón siendo determinante para definir su fluidez.. Es en consecuencia, un componente fundamental del hormigón, ya que su presencia condiciona tanto el desarrollo de las propiedades en su estado fresco como en la etapa de endurecimiento. (Zabaleta, 1992, pág. 20) El agua a ser empleada debe cumplir con los requisitos dados por las normas como la NTP 339.088, y ser de preferencia potable. Si se hace necesario el uso de agua no potable, se deben realizar estudios comparándola con agua potable, manteniendo la similitud en los procedimientos. En la siguiente tabla se dan los valores máximos permisibles de diferentes compuestos presentes en el agua, sin embargo, es necesario destacar que no existen criterios uniformes en cuanto a estos valores. (Portugal, 2007, pág. 92). Figura 4. Esquema de la ubicación del agua en la pasta de cemento hidratado. Fuente: (Portugal, 2007, pág. 92).

(23) 16 A continuación, se presenta, en partes por millón, los valores aceptados como máximos para el agua utilizada en la preparación del concreto. Tabla 8 Valores máximos para la calidad del agua Sustancia. Valor máximo. Cloruros. 330 ppm. Sulfatos. 300 ppm. Sales de magnesio. 150 ppm. Sales solubles totales. 500 ppm. pH. Mayor de 7. Sólidos en suspensión. 1500 ppm. Materia orgánica. 10 ppm. Fuente: (Portugal, 2007, pág. 92). El concreto El concreto es una mezcla de cemento portland, agregado fino, agregado grueso, aire y agua en proporciones adecuadas para obtener ciertas propiedades prefijadas, especialmente la resistencia. CONCRETO = CEMENTO PORTLAND + AGREGADOS + AIRE + AGUA El cemento y el agua reaccionan químicamente uniendo las partículas de los agregados, constituyendo un material heterogéneo, algunas veces se añaden ciertas sustancias, llamadas aditivos, que mejoran o modifican algunas propiedades del concreto. (Abanto, 2009, pág. 15) Propiedades del concreto en estado fresco 1.1.Trabajabilidad y consistencia Trabajabilidad, es la facilidad que presenta el concreto fresco para ser mezclado, colocado, compactado y acabado sin segregación y exudación durante las operaciones. No existe prueba alguna hasta el momento que permita cuantificar esta propiedad generalmente se le aprecia en el ensayo de consistencia..

(24) 17 Consistencia, está definida por el grado de humedecimiento de la mezcla, depende principalmente de la cantidad de agua usada. La medición de la consistencia está dada por el ensayo de consistencia, llamado también revenimiento o slump test, es utilizado para caracterizar el comportamiento del concreto fresco. El ensayo consiste en consolidar una muestra de concreto fresco en un molde troncocónico, midiendo el asiento de la mezcla luego de desmoldeado. El comportamiento del concreto en la prueba indica su “consistencia” o sea su capacidad para adaptarse al encofrado o molde con facilidad, manteniéndose homogéneo con un mínimo de vacíos. La consistencia se modifica fundamentalmente por variaciones del contenido de agua en la mezcla. (Abanto, 2009, pág. 47) 1.2.Segregación Es una propiedad del concreto fresco, que implica la descomposición de este en sus partes constituyentes o lo que es lo mismo, la separación del agregado grueso del mortero. Es un fenómeno perjudicial para el concreto, produciendo en el elemento llenado, bolsones de piedra, capas arenosas, cangrejeras. (Abanto, 2009, pág. 50) 1.3.Exudación Se define como el ascenso de una parte del agua de la mezcla hacia la superficie como consecuencia de la sedimentación de sólidos. Este fenómeno se presenta después de que el concreto ha sido colocado en el encofrado. (Abanto, 2009, pág. 54) 1.4.Resistividad del concreto La resistividad eléctrica (expresada en Ω.m) se determina a partir de la medida volumétrica de la resistencia eléctrica (Ω). A través de la ley de Ohm se puede obtener la corriente directa.

(25) 18 que circula a través de un metal conductor sabiendo que es directamente proporcional al potencial aplicado e inversamente proporcional a la resistencia del conductor. 𝐼=. 𝐸 𝑅. Donde: I es la corriente (medida en amperios) E es el potencial (medida en Volts) R es la resistencia eléctrica (medida en Ohmios) Inicialmente fue desarrollada en el campo de la geofísica (Wenner 1915) y es una propiedad que refleja la capacidad del medio poroso para el transporte de carga eléctrica en un volumen finito o semi‐infinito. (Rebolledo, 2010, pág. 43). Figura 5. Efecto del campo eléctrico sobre los iones disueltos en los poros del hormigón. Fuente: (Rebolledo, 2010, pág. 43). Se le llama resistividad al grado de dificultad que encuentran los electrones en sus desplazamientos. Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente eléctrica, por lo que da una idea de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es un buen conductor. La resistividad eléctrica, como propiedad de un material, se define como: 𝑅=𝜌 Donde: ρ es la resistividad eléctrica (Ω.m). 𝑙 𝐴.

(26) 19 R es la resistencia eléctrica (Ω) L es la longitud del material (m) A es el área de la sección transversal del material (m2). Figura 6. Resistividad eléctrica de un material con contacto en ambos extremos. Fuente: (Gonzales, 2011, pág. 58). Propiedades del concreto en estado endurecido 2.1.Resistencia a la compresión La resistencia es una de las propiedades más importantes del hormigón, principalmente cuando se le utiliza con fines estructurales. El hormigón, en su calidad de constituyente de un elemento estructural, queda sometido a las tensiones derivadas de las solicitaciones que actúan sobre este. Si sobrepasan su capacidad resistente producirán fracturas, primero de origen local y posteriormente generalizadas, que podrán afectar la seguridad de la estructura. (Zabaleta, 1992, pág. 30) La resistencia en compresión del concreto es la carga máxima para una unidad de área soportada por una muestra antes de fallar por compresión (agrietamiento rotura). La resistencia a la compresión de un concreto (f´c) debe ser alcanzado a los 28 días después de vaciado y realizado el curado respectivo. (Abanto, 2009, pág. 50) 2.2.Porosidad La porosidad es una característica importante del concreto y de ésta dependen en parte otras características como la resistencia a la compresión y la durabilidad. Se debe tener cuenta que el concreto es un material inherentemente poroso, debido principalmente a la formación de canales capilares como consecuencia de la evaporación de.

(27) 20 agua durante el proceso de fraguado, a la porosidad del agregado y a la reducción gradual de volumen de la pasta cuando ocurre la reacción química entre el agua y el cemento. Esta propiedad se puede definir como aquellos sistemas de vacíos presentes en la estructura interna del concreto endurecido, los cuales no contienen materia sólida. Esta característica es la que condiciona el comportamiento posterior del concreto para absorber líquidos y su capacidad de flujo a través de él, siendo por lo tanto un factor de vital importancia para el estudio de la durabilidad del concreto. La porosidad de cualquier concreto se puede clasificar en dos tipos: 2.2.1. Porosidad abierta Son aquellos poros que se comunican entre ellos y con el medio exterior permitiendo la absorción y transferencia de fluidos o intercambio de sustancias disueltas entre el interior del concreto y el ambiente circundante. 2.2.2. Porosidad cerrada Se considera como los poros que no se comunican entre ellos ni con el exterior. (Quintero, Herrera, Corzo, & García, 2011, pág. 70) La ASTM contempla entre sus normas la C642-97 Standard Test method for Density, Absorption, and voids in hardened concrete, siendo este un método sencillo y fácil de aplicar para tener una idea de que tan poroso es nuestro concreto en estado endurecido. Este método de ensayo no implica una determinación de la densidad absoluta. Por lo tanto, el espacio de poros que puede estar presente en la muestra que no se vacía durante el secado especificado o no se llena con agua durante la inmersión y la ebullición especificadas o considerando a estos poros impermeables o poros cerrados. La medición de la porosidad, nos aporta información sobre la calidad del hormigón y es un índice directo de la permeabilidad de éste, también nos da información indirecta sobre la resistencia a la penetración de cloruros. (Sanchez de Rojas, 2004, pág. 71).

(28) 21 Capítulo III Fenómeno de campo eléctrico. Campo Eléctrico Una carga eléctrica puntual q (carga de prueba) sufre, en presencia de otra carga q1 (carga fuente), una fuerza electrostática. Si eliminamos la carga de prueba, podemos pensar que el espacio que rodea a la carga fuente ha sufrido algún tipo de perturbación, ya que una carga de prueba situada en ese espacio sufrirá una fuerza. La perturbación que crea en torno a ella la carga fuente se representa mediante un vector denominado campo eléctrico. La dirección y sentido del vector campo eléctrico en un punto vienen dados por la dirección y sentido de la fuerza que experimentaría una carga positiva colocada en ese punto: si la carga fuente es positiva, el campo eléctrico generado será un vector dirigido hacia afuera (a) y si es negativa, el campo estará dirigido hacia la carga (b):. Figura 7. Campo eléctrico creado en el punto P por una carga de fuente q1 positiva (a) y por una otra negativa (b). Fuente: (Martin & Serrano, 2006). Diferencia de potencial La diferencia de potencial ∆V entre los puntos 𝐴 y B en un campo eléctrico 𝑬 se define como:.

(29) 22 𝑩. ⃗⃗⃗⃗ ∆𝑽 = − ∫ ⃗𝑬 ∙𝒅𝒔 𝑨. El potencial eléctrico 𝑉 = 𝑈/𝑞0 es una cantidad escalar y tiene las unidades de joules por cada coulomb, donde J/C≡1 V. La diferencia de potencial entre dos puntos A y B separados una distancia d en un campo eléctrico uniforme E, donde s es un vector que apunta de A a B y es paralelo a E, (Serway & Jewett, 2008, pág. 693)es:. 𝑩. ∆𝑽 = −𝑬 ∫ ⃗⃗⃗⃗ 𝒅𝒔 = 𝑬. 𝒅 𝑨. Figura 8. Conductor uniforme de longitud l y un área de sección transversal A. Fuente: (Serway & Jewett, 2008, pág. 756). La diferencia de potencial ∆V = Vb - Va que se mantiene de un extremo al otro del conductor establece un campo eléctrico E, y este campo produce una corriente I que es proporcional a la diferencia de potencial. (Serway & Jewett, 2008, pág. 756) Las líneas de campo eléctrico siempre apuntan en dirección en que disminuye el potencial eléctrico. Para describir la diferencia de potencial entre dos puntos se utiliza una gran variedad de términos; el más común es Voltaje, que surge de la unidad utilizada para el potencial. El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica..

(30) 23 Corriente La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. 𝐼=. 𝑑𝑄 𝑑𝑡. Figura 9. Cargas en movimiento a través de un área A. Fuente: (Serway & Jewett, 2008, pág. 753). La rapidez a la cual fluye la carga a través del área A se define como corriente I. La dirección de la corriente es la misma a la cual fluyen las cargas positivas cuando tienen libertad de hacerlo. (Serway & Jewett, 2008, pág. 753). La unidad para la corriente es el Ampere (A). Cuando se aplica una diferencia de potencial a un conductor (por ejemplo, mediante una batería), se establece un campo eléctrico en dicho conductor; este campo ejerce una fuerza eléctrica sobre los electrones, lo que produce una corriente. Además del movimiento zigzagueante producido por las colisiones con los átomos metálicos, los electrones se trasladan despacio a lo largo del conductor (en dirección opuesta a E) con la velocidad de arrastre Vd. (Serway & Jewett, 2008, pág. 754). Figura 10. Movimiento de los portadores de carga en presencia de un campo eléctrico. Fuente: (Serway & Jewett, 2008, pág. 754).

(31) 24 La energía que se transfiere de los electrones a los átomos metálicos durante las colisiones, ocasiona un incremento en la energía vibratoria de dichos átomos y un incremento correspondiente en la temperatura del conductor. (Serway & Jewett, 2008, pág. 754) Resistencia Se le denomina resistencia eléctrica a la oposición al flujo de electrones al moverse a través de un conductor. La resistencia del conductor que es definida como la relación de la diferencia de potencial aplicada a un conductor entre la corriente que pasa por el mismo: 𝑅≡. ∆𝑉 𝐼. La unidad de la resistencia es el Ohm (Ω) (Serway & Jewett, 2008, pág. 757) Para un bloque uniforme de material, con área de sección transversal A y longitud l, la resistencia en toda su longitud l es: 𝑅=𝜌. 𝑙 𝐴. Donde ρ es el coeficiente de proporcionalidad o la resistividad del material. (Serway & Jewett, 2008, pág. 757) La resistencia de un conductor depende directamente de dicho coeficiente, además es directamente proporcional a su longitud (aumenta conforme es mayor su longitud) y es inversamente proporcional a su sección transversal (disminuye conforme aumenta su grosor o sección transversal). Tabla 9 Resistividades y coeficientes de temperatura de resistividad para diversos materiales Material. Resistividad* (Ω.m). Coeficiente de temperatura α[(°C)-1]. Plata. 1.59 x 10-8. 3.8 x 10-3. Cobre. 1.7 x 10-8. 3.9 x 10-3. Oro. 2.44 x 10-8. 3.4 x 10-3.

(32) 25. Material. Resistividad* (Ω.m). Coeficiente de temperatura α[(°C)-1]. Aluminio. 2.82 x 10-8. 3.9 x 10-3. Tungsteno. 5.6 x 10-8. 4.5 x 10-3. Hierro. 10 x 10-8. 5.0 x 10-3. Platino. 11x 10-8. 3.92 x 10-3. Plomo. 22 x 10-8. 3.9 x 10-3. Aleación nicromo**. 1.5x 10-6. 0.4 x 10-3. Carbono. 3.5 x 10-5. -0.5 x 10-3. Germanio. 0.46. -48 x 10-3. Silicio***. 2.3 x 103. -75 x 10-3. 1010 a 1014. ---. Hule vulcanizado. ~1013. ---. Azufre. 1015. ---. 75 x 1016. ---. Vidrio. Cuarzo (fundido). *Todos los valores están a 20°C. Los elementos de la tabla se consideran libres de impurezas. **Aleación de níquel y cromo usada comúnmente en elementos calefactores. ***La resistividad del silicio es muy sensible a la pureza. El valor puede cambiar varios órdenes de magnitud cuando es podado con otros átomos. Fuente: (Serway & Jewett, 2008, pág. 758). La ley de ohm y el concreto fresco como material óhmico Tan pronto como se mantiene una diferencia de potencial a través de un conductor se establece una densidad de corriente y un campo eléctrico, en algunos materiales la densidad de corriente es proporcional al campo eléctrico y entonces tenemos la ley de Ohm: 𝐽 = 𝜎𝐸 Donde la constante de proporcionalidad σ se conoce como conductividad del conductor. La ley de ohm afirma que en muchos materiales (inclusive la mayor parte de los metales) la relación de la densidad de corriente al campo eléctrico es una constante σ que es independiente del campo eléctrico que produce la corriente. (Serway & Jewett, 2008, pág. 756) Los materiales y otros dispositivos óhmicos tienen una correspondencia lineal corriente – diferencia de potencial en un amplio intervalo de diferencias de potencial aplicadas. La pendiente de la curva I en función de ∆V en la región lineal tiene un valor 1/R, los materiales.

(33) 26 no óhmicos tiene una correspondencia no lineal de corriente - diferencia de potencial. (Serway & Jewett, 2008, pág. 758).. Figura 11. Curva corriente-diferencia de potencial para un material óhmico. La curva es lineal y la pendiente es igual al recíproco de la resistencia del conductor. b) Curva no lineal corriente-diferencia de potencial correspondiente a un diodo de unión. Este dispositivo no sigue la ley de Ohm. Fuente: (Serway & Jewett, 2008, pág. 758). Todo material óhmico incluido el concreto fresco cumple la siguiente relación de correspondencia derivada de la ley de ohm: 𝑅≡. ∆𝑉 𝐼. Circuitos eléctricos de corriente directa Fuerza electromotriz La fuerza electromotriz de una batería o fuente es el voltaje máximo posible que puede suministrar entre sus terminales. Resistores en paralelo La resistencia equivalente de un conjunto de resistores conectados en una combinación en paralelo se encuentra partiendo de la correspondencia. 1 1 1 = + +⋯ 𝑅𝑒𝑞 𝑅1 𝑅2.

(34) 27. Figura 12. Resistencias en paralelo. Fuente: (Serway & Jewett, 2008, pág. 780). a) Combinación en paralelo de dos lamparas con resistencias R1 y R2. b) Diagrama de circuito para un circuito de dos resistores. La diferencia de potencial en las terminales de R1 es la misma que la aplicada a R2. c) Los resistores han sido reemplazados por un solo resistor de resistencia equivalente, según la ecuación. En una combinación en paralelo como se observa en la figura anterior, observe que ambos resistores están conectados de las terminales de la batería. Por lo tanto, las diferencias de potencial a través de los resistores son las mismas: ∆𝑉 = ∆𝑉1 = ∆𝑉2 Una unión es cualquier punto en un circuito donde una corriente puede dividirse. Esta división resulta en menos corriente en cada resistor de la que sale de la batería. Debido a que la carga eléctrica se conserva, la corriente I que entra al punto a debe ser igual a la corriente total que sale del mismo: 𝐼 = 𝐼1 + 𝐼2.

(35) 28 Métodos e instrumentos de medición Equipos e instrumentos 1.1.Fuente de voltaje En electricidad se llama fuente al elemento activo que es capaz de generar una diferencia de potencial entre sus extremos o proporcionar una corriente eléctrica para que otros circuitos funcionen. 1.2.El amperímetro Se trata de un aparato que mide la corriente. Las cargas que constituyen la corriente a medir deben pasar directamente a través del amperímetro, por lo que éste debe estar conectado en serie con los otros elementos del circuito.. Figura 13. Amperímetro conectado en serie. Fuente: (Serway & Jewett, 2008, pág. 794). La corriente puede medirse con un amperímetro conectado en serie con los elementos en los que se desea medirla. Un amperímetro ideal tiene una resistencia igual a cero. Cuando se utiliza un amperímetro para medir corrientes directas, debe conectarse de tal manera que las cargas entren al instrumento por la terminal positiva y salgan por la negativa. (Serway & Jewett, 2008, pág. 794).

(36) 29 1.3.El voltímetro Al aparato que mide la diferencia de potencial se le llama voltímetro. La diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera en un circuito se mide al unir las terminales del voltímetro entre estos puntos sin abrir el circuito.. Figura 14. Voltímetro conectado en paralelo. Fuente: (Serway & Jewett, 2008, pág. 795). La diferencia de potencial a través de un resistor puede medirse con un voltímetro conectado en paralelo con el resistor. Un voltímetro ideal tiene una resistencia infinita. La diferencia de potencial aplicada al resistor R2 se mide a conectar el voltímetro en paralelo con R2. De nuevo, es necesario tener cuidado con la polaridad del instrumento. La terminal positiva del voltímetro debe estar conectada a extremo del resistor que tenga el potencial más alto, y la terminal negativa al extremo del resistor con menor potencial. Un voltímetro ideal tiene una resistencia infinita, así que no existe corriente en él. (Serway & Jewett, 2008, pág. 795) 1.4.El multímetro El multímetro digital es un instrumento electrónico de medición que generalmente calcula voltaje, resistencia y corriente, aunque dependiendo del modelo de multímetro puede medir otras magnitudes como capacitancia y temperatura. Gracias al multímetro podemos comprobar el correcto funcionamiento de los componentes y circuitos electrónicos..

(37) 30 1.5.El termómetro infrarrojo digital Un termómetro de infrarrojos, pirómetro de infrarrojos o termómetro sin contacto (término que ilustra su capacidad para medir la temperatura a distancia), es un medidor de temperatura de una porción de superficie de un objeto a partir de la emisión de luz del tipo cuerpo negro que produce..

(38) 31 Capítulo IV Ensayos de control de calidad y diseño de mezcla. Características del cemento El cemento usado es el Cemento Portland Puzolánico Tipo IP, en presentación de bolsas de 42.5 Kg, de la fábrica de Cementos Yura. Cumple con la NTP 334.009 y ASTM C-150. Las características físicas del cemento usado se presentan a continuación: Tabla 10 Características físicas del cemento Yura tipo IP Requisito. Características Físicas. Tipo IP - Yura. Peso específico (gr/cm3). 2.85. -. Expansión Autoclave (%). 0. 0.80 máx.. 170. 45 mín.. Fraguado final Vicat (minutos). 270. 420 máx.. f´c a 1 día (kg/cm2). 104. -. f´c a 3 días (kg/cm2). 199. 133 mín.. f´c a 7 días (kg/cm2). 247. 204 mín.. f´c a 28 días (kg/cm2). 342. 255 mín.. f´c a 60 días (kg/cm2). 397. -. Fraguado inicial Vicat (minutos). ASTM C-595 NTP 334.090. Fuente: Información proporcionada por el fabricante. Ensayos para el agregado fino y grueso Peso unitario de los agregados Tabla 11 Peso unitario del agregado grueso Datos de Muestra Unidades Peso del recipiente. 5.575. Kg. Volumen del recipiente. 0.00356. m3. Peso del material + tara sin compactar. 11.0333. Kg.

(39) 32 Datos de Muestra Unidades Peso del material + tara compactado. 11.4217. Kg. Peso del material suelto. 5.4583. Kg. Peso del material compactado. 5.8467. Kg. Peso unitario Suelto. 1533.8. Kg/m3. Peso unitario Compactado. 1642.9. Kg/m3. Fuente: Elaboración propia. Tabla 12 Peso unitario del agregado fino Datos de Muestra Unidades Peso del recipiente. 4.295. Kg. Volumen del recipiente. 0.00312. m3. Peso del material + tara sin compactar. 9.0166. Kg. Peso del material + tara compactado. 9.6050. Kg. Peso del material suelto. 4.7216. Kg. Peso del material compactado. 5.3100. Kg. Peso unitario Suelto. 1510.7. Kg/m3. Peso unitario Compactado. 1698.9. Kg/m3. Fuente: Elaboración propia. Granulometría de los agregados Tabla 13 Granulometría del agregado grueso Peso retenido. Peso retenido. Retenido acumulado. Acumulado Pasante. (gr.). (%). (%). (%). 3/4”. 0.0. 0.00. 0.00. 100.00. 1/2”. 52.1. 2.15. 2.15. 97.85. 3/8”. 345.9. 14.28. 16.43. 83.57. N° 4. 1482.7. 61.21. 77.63. 22.37. N° 8. 487.9. 20.14. 97.78. 2.22. Fondo. 53.9. 2.22. 100.00. 0.00. Total. 2422.5. TMN. 3/8”. Malla. Fuente: Elaboración propia.

(40) 33. GRANULOMETRIA DEL AGREGADO GRUESO 100 90. Acumulado que pasa (%). 80 70 60 50 40 30 20 10 0 100. 10. 1. 0.1. Tamiz (mm) Curva Granulométrica. Límite Inferior. Límite Superior. Figura 15. Curva granulométrica del agregado grueso. Fuente: Elaboración propia. Tabla 14 Granulometría del agregado fino Peso retenido. Peso retenido. Retenido acumulado. Acumulado Pasante. (gr.). (%). (%). (%). 3/8’’. 0.0. 0.00. 0.00. 100.00. N° 4. 1.4. 0.11. 0.11. 99.89. N° 8. 132.2. 10.16. 10.27. 89.73. N° 16. 263.0. 20.22. 30.49. 69.51. N° 30. 311.0. 23.91. 54.40. 45.60. N° 50. 254.4. 19.56. 73.96. 26.04. N° 100. 177.0. 13.61. 87.57. 12.43. N° 200. 102.8. 7.90. 95.47. 4.53. Fondo. 58.9. 4.53. 100.00. 0.00. Total. 1300.7. Malla. MF. 2.57. Fuente: Elaboración propia.

(41) 34. GRANULOMETRIA DEL AGREGADO FINO 100. Acumulado que pasa (%). 90 80 70 60 50. 40 30 20 10 0 100.00. 10.00. 1.00. 0.10. 0.01. Tamiz (mm) Curva Granulométrica. Límite Inferior. Límite Superior. Figura 16. Curva granulométrica del agregado fino. Fuente: Elaboración propia. Peso específico y absorción de los agregados Tabla 15 Peso específico y absorción del agregado grueso Datos de muestra. Unidades. Peso de la muestra SSS. 2349.7. gr. Peso de la muestra Sumergida. 1483.1. gr. Peso de la muestra Seca. 2320.2. gr. Peso específico (PE). 2.677. Peso específico Saturado superficialmente Seco (PESSS). 2.711. Peso específico aparente (PEa). 2.772. Absorción (Abs). 1.27. Fuente: Elaboración propia. %.

(42) 35. Tabla 16 Peso específico y absorción del agregado fino Datos de muestra. Unidades. Peso de la muestra SSS. 500.0. gr. Peso de la fiola. 168.0. gr. Peso SSS + fiola + agua. 975.3. gr. Peso del agua. 307.3. gr. Peso de la muestra Seca. 493.3. gr. Peso específico (PE). 2.560. Peso específico Saturado superficialmente Seco. 2.595. (PESSS) Peso específico aparente (PEa). 2.652. Absorción (Abs). 1.36. Fuente: Elaboración propia. Contenido de humedad de los agregados Tabla 17 Contenido de humedad del agregado grueso Datos de muestra Unidades Peso del material. 2428.0. gr. Peso del material seco. 2420.0. gr. 0.33. %. Contenido de humedad Fuente: Elaboración propia. Tabla 18 Contenido de humedad del agregado fino Datos de muestra Unidades Peso del material. 683.0. gr. Peso del material seco. 681.2. gr. Contenido de humedad. 0.26. %. Fuente: Elaboración propia. Ensayos para el agua El agua usada es agua potable la cual cumple con lo requerido en la NTP 339.088.. %.

(43) 36 Diseño de Mezclas por el método ACI Tabla 19 Características iniciales del concreto a diseñar y materiales a usar Características Concreto Resistencia de diseño (kg/cm2). 210. Asentamiento (pulg). 3-4. Cemento Marca y tipo. Cemento Yura IP. Peso específico (gr/cm3). 2.85. Agregados. Agregado Fino. Agregado Grueso. La Poderosa. La Poderosa. Peso unitario suelto (kg/m3). 1510.7. 1533.8. Peso unitario compactado (kg/m3). 1698.9. 1642.9. Peso específico seco. 2.56. 2.68. Módulo de fineza. 2.57. -. N° 16. 3/8”. Porcentaje de absorción (%). 1.36. 1.27. Contenido de humedad (%). 0.26. 0.33. Cantera. Tamaño máximo nominal. Fuente: Elaboración propia. Tabla 20 Proporción de los materiales según el ACI para el concreto requerido Agregado. Condición. Cemento. Agregado fino. Seco. 408.3 kg. 773.7 kg. 793.8 kg. 228 litros. Natural. 408.3 kg. 775.7 kg. 796.5 kg. 212.1 litros. Natural corregido. 408.3 kg. 775.7 kg. 796.5 kg. 232.1 litros. Volumen. 1. 1.90. 1.95. 232.1 litros. Fuente: Elaboración propia. grueso. Agua.

(44) 37 Capítulo V Aplicación del tratamiento. Fenómeno de propagación del campo eléctrico en las muestras de concreto fresco Efecto de un campo eléctrico en el concreto El efecto de propagación del campo eléctrico sobre las moléculas de agua las cuales están dispuestas alrededor de los grupos funcionales del aglutinante y que al rotar producen un efecto equivalente a micro vibraciones, dando como resultado un material más compacto, con menos poros y mejorando las propiedades mecánicas respecto al fraguado natural. (Moreno, 2010, pág. 3) Las moléculas de agua presentan una elevada constante dieléctrica y son altamente polares, dicho de otra manera, presentan una polarización permanente como resultado de su geometría no lineal. En la molécula del agua, el átomo de oxigeno esta enlazado a los átomos de hidrogeno con un Angulo de 105° formado entre los enlaces. Cuando un campo eléctrico incide sobre esta molécula, generará un rápido movimiento que alineará las moléculas de acuerdo a la orientación del campo eléctrico incidente. (Moreno, 2010, pág. 8) Las moléculas al rotar de manera uniforme, producen un campo eléctrico a la misma frecuencia del campo que provocó dicha vibración o rotación, el cual se propagará a las moléculas de aguas vecinas; si bien es cierto que el campo eléctrico E producido o generado por las moléculas es de menor intensidad que la intensidad que las hizo vibrar, también es cierto que la fuente de excitación es constante, esto hará que el campo eléctrico se propague por todo el volumen y por lo tanto, las moléculas del agua se polaricen en la misma dirección. (Moreno, 2010, pág. 49).

(45) 38 Idealización de la muestra de concreto como una resistencia El agua del concreto fresco es buen conductor del flujo eléctrico. La resistencia eléctrica del concreto fresco se sitúa en torno a 100 Ohm. Con esta resistencia contra el flujo eléctrico se genera calor. Este proceso es similar al que tiene lugar en una bombilla, en la que la resistencia del filamento al flujo eléctrico es tan grande que el filamento se pone incandescente. Aquí el concreto fresco se debe exponer al flujo eléctrico al término de la fase de retraso del asentamiento para que tenga la suficiente resistencia para resistir las tensiones del aumento de temperatura. Este método del flujo eléctrico origina una distribución uniforme del calor en la sección de la pieza, de manera que se evitan las diferencias de temperatura y la formación de micro fisuras que ello conlleva. (Instituto Mexicano del cemento y del concreto, 2009, pág. 20) 2.1.Generación de campo eléctrico y diseño del tratamiento Según lo mencionado en el capítulo 3, cuando se aplica una diferencia de potencial a un conductor (por ejemplo, mediante una batería o una fuente de voltaje), se establece un campo eléctrico en dicho conductor; este campo ejerce una fuerza eléctrica sobre los electrones, lo que produce una corriente. 2.1.1. Esquema del tratamiento En el anexo 1 se adjunta plano de detalle del tratamiento.. Figura 17: Esquema del tratamiento de campo eléctrico.

(46) 39 2.1.2. Características del tratamiento, muestras y ensayos a realizar INFLUENCIA DE LA PROPAGACION DEL CAMPO ELECTRICO EN LAS PROPIEDADES MECANICAS DEL CONCRETO. Diseño del tratamiento. • Condiciones: • Corriente continua DC • Circuito en paralelo • Concreto fresco emulado como resistencias • Tipos de tratamiento: • Se realizaron 12 tipos de tratamiento variando la tensión emitida y el tiempo de duración de la misma. • Tensión: • 10 voltios • 16 voltios • 24 voltios • 32 voltios • Duración • 1 hora • 2 horas • 3 horas. Diseño de las muestras. • Material: • Diseño de resistencia a la compresión: 210 kg/cm2 • Asentamiento de diseño: 3 - 4 pulgadas • Cemento:Yura Tipo IP • Agregados: Cantera La Poderosa • Agua potable de la red pública • Dimensiones: • 0.10 x 0.10 x 0.20 m • Cantidad: • Muestra patrón: • 10 unidades • Muestras tratadas: • 10 unidades por cada tratamiento. Ensayos. • Estado Fresco: • Asentamiento del concreto de cemento portland • Resistividad • Temperatura superficial • Estado Endurecido: • Resistencia a la compresión • Absorción y vacios del concreto endurecido. Figura 18. Características del tratamiento, muestras y ensayos a realizar. Fuente: Elaboración propia.

(47) 40 2.1.3. Ensayos realizados durante y post tratamiento ENSAYOS REALIZADOS SEGUN EL ESTADO DE LA MUESTRA. Estado Fresco. Estado Endurecido. • Asentamiento del concreto del cemento portland • Equipo: • Cono de Abrams • Se realizo a todas las mezclas de concreto preparadas • Resistividad • Instrumento: • Multimetro digital Prasec Premium PR-58C • Duración: • Medición realizada durante todo el proceso del tratamiento con intervalos de 10 min cada lectura. • Datos obtenidos: • Tensión o voltaje • Corriente equivalente • Resistencia y resistividad • Temperatura Superficial • Instrumento: • Termómetro infrarojo digital TM-301 marca Tenmars • Duración: • Medición realizada durante todo el proceso del tratamiento tanto a las muestras tratadas y patrón en intervalos de 10 min cada lectura. • Datos obtenidos: • Temperatura Superficial en °C. • Resistencia a la compresión: • Instrumentos: • Prensa • Vernier • Edades: Se ensayaron dos muestras o probetas por cada edad tanto para la muestra patrón como para las muestras tratadas en las siguientes edades: 7, 14 y 28 días • Ensayo estandar para absorción y vacios en el concreto endurecido • Instrumentos • Balanza de 0.1 g de precisión • Muestras: Se seleccionó aleatoriamente dos probetas de cada tratamiento y de la muestra patrón. • Edad: A los 49 días. Figura 19. Ensayos realizados durante y post tratamiento. Fuente: Elaboración propia.

(48) 41 2.1.4. Codificación para cada tratamiento En la tabla 21 muestra la codificación de cada tratamiento, debido a la tensión usada, el tiempo empleado y adicionalmente la potencia empleada. Tabla 21 Codificación de las muestras para cada tratamiento Muestra. Tensión. Duración. Potencia. (Codificación). (V). (Hr). (Wh). V10T1. 10. 1. 1.16. V10T2. 10. 2. 2.15. V10T3. 10. 3. 2.90. V16T1. 16. 1. 2.72. V16T2. 16. 2. 5.10. V16T3. 16. 3. 7.76. V24T1. 24. 1. 6.35. V24T2. 24. 2. 12.31. V24T3. 24. 3. 18.69. V32T1. 32. 1. 11.17. V32T2. 32. 2. 22.26. V32T3. 32. 3. 31.65. 1C-24T3. 24. 3. 18.69. 2C-32T1. 32. 1. 11.17. 3C-32T3. 32. 3. 31.65. Fuente: Elaboración propia.

(49) 42 Capítulo VI Ensayos del concreto en estado fresco y endurecido. Concreto en estado fresco Concreto fresco como material óhmico Tabla 22 Verificación del concreto fresco como material óhmico Tensión aplicada. Corriente. (V). (Amp). 0.00. 0.00. 10.05. 0.10. 16.04. 0.16. 24.02. 0.25. 32.02. 0.33. Fuente: Elaboración propia. Concreto fresco como material Óhmico 0.350 0.300. Corriente (Amp). 0.250 y = 0.0103x - 0.002 R² = 0.9987. 0.200 0.150 0.100 0.050 0.000 0.0. 5.0. 10.0. 15.0. 20.0. 25.0. 30.0. 35.0. Tensión (V) TENSION VS CORRIENTE. Lineal (TENSION VS CORRIENTE). Figura 20. Verificación del concreto fresco como material óhmico. Fuente: Elaboración propia.

(50) 43 Resistividad Se tomaron lecturas de tensión y corriente en las muestras tratadas cada 10 minutos durante el proceso del tratamiento, con la finalidad de ver la evolución de la resistividad conforme va fraguando el concreto. En la tabla 23 mostramos las resistividades obtenidas para cada tratamiento y en la tabla 24 la resistividad promedio para la muestra patrón y para cada tensión aplicada. Tabla 23 Resistividad de las muestras sometidas al tratamiento V10. Duración (min). T1. T2. V16 T3. T1. T2. V24 T3. T1. T2. V32 T3. T1. T2. T3. 0. 4.32 4.67 5.00 5.11 5.33 4.60 4.58 4.63 4.40 5.35 5.00. 4.71. 10. 4.27 4.59 5.05 4.71 4.91 4.57 4.43 4.53 4.17 4.68 4.57 4.17. 20. 4.31 4.55 5.05 4.65 4.82 4.52 4.53 4.43 4.20 4.47 4.20 4.23. 30. 4.47 4.68 5.15 4.69 4.85 4.55 4.51 4.46 4.21 4.40 4.22 4.20. 40. 4.39 4.55 5.21 4.65 4.79 4.55 4.44 4.56 4.17 4.45 4.37 4.36. 50. 4.43 4.58 5.10 4.62 4.79 4.50 4.58 4.51 4.20 4.46 4.35 4.36. 60. 4.43 4.59 5.10 4.68 4.97 4.60 4.72 4.58 4.27 4.49 4.49 4.46. 70. -. 4.63 5.15. -. 5.03 4.65. -. 4.56 4.35. -. 4.52 4.61. 80. -. 4.67 5.10. -. 5.03 4.71. -. 4.60 4.43. -. 4.60 4.72. 90. -. 4.72 5.15. -. 5.06 4.79. -. 4.88 4.48. -. 4.71 4.80. 100. -. 4.72 5.15. -. 5.23 5.09. -. 4.96 4.56. -. 4.79 5.00. 110. -. 4.67 5.21. -. 5.23 5.19. -. 5.04 4.72. -. 4.95 5.06. 120. -. 4.85 5.32. -. 5.48 5.23. -. 5.36 5.02. -. 5.23 5.19. 130. -. 5.26. -. -. 5.48. -. -. 5.08. -. -. 5.33. 140. -. -. 5.26. -. -. 5.56. -. -. 5.13. -. -. 5.35. 150. -. -. 5.32. -. -. 5.67. -. -. 5.22. -. -. 5.57. 160. -. -. 5.49. -. -. 5.71. -. -. 5.31. -. -. 5.63. 170. -. -. 5.61. -. -. 5.80. -. -. 5.43. -. -. 5.84. 180. -. -. 5.74. -. -. 5.88. -. -. 5.53. -. -. 5.93. Fuente: Elaboración propia.

(51) 44 Tabla 24 Resistividad promedio de la muestra patrón y sometidas al tratamiento Resistividad Promedio (Ohm.m) Duración. Patrón. V10. V16. V24. V32. 0. 5.05. 4.66. 5.01. 4.54. 5.02. 10. 5.10. 4.64. 4.73. 4.38. 4.47. 20. 5.10. 4.64. 4.66. 4.38. 4.30. 30. 5.00. 4.77. 4.70. 4.39. 4.27. 40. 5.05. 4.71. 4.66. 4.39. 4.39. 50. 5.00. 4.71. 4.64. 4.43. 4.39. 60. 5.05. 4.71. 4.75. 4.53. 4.48. 70. 5.00. 4.89. 4.84. 4.46. 4.57. 80. 5.05. 4.89. 4.87. 4.51. 4.66. 90. 5.05. 4.94. 4.93. 4.68. 4.75. 100. 5.05. 4.94. 5.16. 4.76. 4.90. 110. 5.00. 4.94. 5.21. 4.88. 5.01. 120. 5.05. 5.08. 5.35. 5.19. 5.21. 130. 5.05. 5.26. 5.48. 5.08. 5.33. 140. 5.10. 5.26. 5.56. 5.13. 5.35. 150. 5.26. 5.32. 5.67. 5.22. 5.57. 160. 5.32. 5.49. 5.71. 5.31. 5.63. 170. 5.26. 5.61. 5.80. 5.43. 5.84. 180. 5.32. 5.74. 5.88. 5.53. 5.93. (min). Fuente: Elaboración propia. En el anexo 4, se muestra los datos de tensión, corriente, resistencia y resistividad obtenidos durante la aplicación del tratamiento..

(52) 45. Resistividad del cocreto en estado fresco 6.00 5.90 5.80 5.70 5.60 5.50 5.40 5.30. Resistividad (Ohm.m). 5.20 5.10 5.00 4.90 4.80 4.70 4.60 4.50 4.40 4.30 4.20 4.10 4.00 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 90. 100 110 120 130 140 150 160 170 180. Duración (minutos) Resistividad Promedio (Ohm.m) Patrón. Resistividad Promedio (Ohm.m) V10. Resistividad Promedio (Ohm.m) V16. Resistividad Promedio (Ohm.m) V24. Resistividad Promedio (Ohm.m) V32. Figura 21: Resistividad promedio de las muestras tratadas. Fuente: Elaboración propia.

(53) 46 Temperatura Superficial Una de las consecuencias del paso de corriente sobre las muestras es el incremento de la temperatura, se procedió a tomar lecturas cada 10 minutos de la muestra patrón y las muestras sometidas al tratamiento. Estas lecturas fueron tomadas en la superficie expuesta de las muestras. Tabla 25 Temperatura superficial de las muestras sometidas al tratamiento Temperatura Superficial (°C) Duración. V10. V16 T1. T2. T3. T1. T2. V32. (min). T1. T2. 0. 18.4. 19.0 18.8 19.6 19.6 19.6 18.6 18.0 18.4 20.0 18.4 19.0. 10. 18.6. 19.4 19.0 19.4 19.2 19.4 19.8 18.6 19.0 20.4 19.0 20.0. 20. 18.8. 19.6 18.8 19.4 19.0 19.4 20.2 19.2 19.8 22.6 19.8 21.2. 30. 19.0. 19.8 19.0 19.6 19.8 19.8 20.8 19.6 20.6 23.6 21.0 22.8. 40. 19.2. 20.0 19.0 19.8 20.0 20.0 21.4 20.4 21.4 23.4 21.6 23.0. 50. 19.4. 20.6 19.0 20.0 20.2 20.6 21.6 21.0 22.0 24.6 22.8 23.4. 60. 19.6. 20.6 19.0 20.2 20.4 21.0 22.8 21.6 22.6 24.8 24.8 23.8. 70. -. 20.8 19.4. -. 20.8 21.2. -. 22.2 23.6. -. 25.6 24.4. 80. -. 20.6 19.2. -. 21.0 21.6. -. 22.2 24.6. -. 25.4 24.8. 90. -. 20.6 19.6. -. 20.8 21.8. -. 23.0 25.4. -. 25.8 24.8. 100. -. 21.0 19.6. -. 21.0 21.8. -. 23.6 24.6. -. 26.8 25.2. 110. -. 21.0 19.6. -. 20.8 22.0. -. 24.0 24.8. -. 27.6 25.4. 120. -. 21.2 19.4. -. 20.8 21.8. -. 24.4 25.0. -. 27.4 26.2. 130. -. -. 20.0. -. -. 21.6. -. -. 24.6. -. -. 27.2. 140. -. -. 20.4. -. -. 21.6. -. -. 25.4. -. -. 27.6. 150. -. -. 20.4. -. -. 21.6. -. -. 26.0. -. -. 28.0. 160. -. -. 20.4. -. -. 21.8. -. -. 26.8. -. -. 28.6. 170. -. -. 20.6. -. -. 22.6. -. -. 27.4. -. -. 29.0. 180. -. -. 20.6. -. -. 22.6. -. -. 28.0. -. -. 29.2. Fuente: Elaboración propia. T3. V24 T3. T1. T2. T3.

(54) 47 Tabla 26 Temperatura superficial de las muestras patrón. Dur. (min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 Fuente: Elaboración propia. T1 18.4 18.4 18.6 18.2 17.4 17.6 17.6 -. V10 T2 19.0 19.0 19.0 19.0 18.8 18.8 18.6 18.8 18.4 18.8 18.8 18.8 18.8 -. T3 18.8 18.8 18.6 18.6 18.6 18.8 18.6 18.6 18.6 18.8 18.8 18.8 18.8 18.6 18.6 18.6 18.6 18.4 18.4. Temperatura Superficial (°C) V16 T1 T2 T3 T1 19.0 19.6 19.6 18.6 18.0 19.2 19.4 18.8 17.6 18.0 18.2 18.8 17.6 17.6 17.8 18.2 17.4 17.6 18.0 18.0 17.4 17.6 18.0 17.8 17.4 17.6 17.8 17.8 17.8 17.8 17.4 17.8 17.0 17.8 17.2 17.8 17.0 17.8 16.8 17.4 17.0 17.0 16.8 17.0 17.2 17.2 -. V24 T2 18.0 18.0 17.8 17.8 17.6 17.6 17.4 17.6 17.2 17.2 17.4 17.2 17.0 -. T3 18.4 18.4 18.4 18.0 18.0 18.0 17.4 17.6 17.6 17.8 17.8 17.4 17.4 17.4 17.6 17.6 17.6 18.0 18.0. T1 20.0 19.4 19.4 19.6 18.4 18.4 18.2 -. V32 T2 18.4 18.4 17.4 17.4 17.4 17.0 17.2 17.6 17.4 17.0 17.4 17.4 17.4 -. T3 19.0 18.6 18.8 18.4 18.2 18.4 18.0 18.0 18.4 18.0 18.0 17.8 17.6 17.8 17.8 18.0 17.4 17.6 17.6. Prom. 18.9 18.7 18.4 18.2 18.0 18.0 17.8 18.0 17.9 17.8 17.9 17.8 17.7 17.7 17.8 17.8 17.7 17.8 17.8.

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