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Diseño de mezclas de micro concreto con aditivos

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Academic year: 2020

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(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Construcciones Departamento de Ingeniería Civil. TRABAJO DE DIPLOMA Título: Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González Tutor: Mr. Ing. Camilo A. González Díaz.. Santa Clara 2010.

(3) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Pensamiento.. 3.

(4) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. “Muéstrame un obrero con grandes sueños y en él encontrarás un hombre que puede cambiar la historia. Muéstrame un hombre sin sueños, y en él hallarás a un simple obrero.” James Cash Penny. 4.

(5) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Dedicatoria.. 5.

(6) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Dedicatoria: A mis padres, quienes han iluminado mi camino con mucho esfuerzo y dedicación para poder ver este sueño hecho realidad. A mi hermano, mi cuñada y mis sobrinas, por ser siempre un pilar fuerte cuando más les he necesitado. A mi novio que nunca me ha permitido rendirme y siempre ha estado a mi lado completando cada paso con amor y buen ánimo. Por ustedes, quienes en los momentos más difíciles vinieron a mi mente y me dieron un motivo por el cual luchar…quienes me demostraron que nada es imposible de lograr.. 6.

(7) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Agradecimientos. 7.

(8) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Agradecimientos: La realización de este trabajo ha sido posible gracias al apoyo y la ayuda de varias personas e instituciones. Quisiera por ello agradecer: A mis padres, quienes han trabajado arduamente los últimos 22 años para lograr darme todo lo que necesito para ser un buen profesional. A mi tutor Camilo A. González, quien todo el tiempo ha estado pendiente de cada detalle, y con mucha paciencia me ha enseñado más de lo que esperaba en los últimos 6 meses. Al Arquitecto Chávez, quien ha estado ahí para ayudarme incondicionalmente, cada vez que le he necesitado. Al Dr. Ing. Ernesto Chagoyén, por atender todas mis dudas y saciarlas de forma sabia. Al Dr. Ing. Alexis Negrín, por estar dispuesto a ayudarme cuando le he necesitado. A mi profesor y oponente Raúl González, por estar pendiente de proporcionarme conocimientos que no tenía y que me fueron altamente útiles para la confección de este trabajo. A mi novio Richard, mi amor, porque no permitiste que tuviera necesidades que me imposibilitaran la realización de este trabajo, y además siempre me proporcionaste todo el apoyo y amor que pudiste dar. A mi hermano, que todas las veces que acudí a él estuvo a mi lado por encima de cualquier adversidad. A los trabajadores de la Empresa de Pre-fabricado de Villa Clara, por facilitarnos el uso de sus instalaciones. A los trabajadores del laboratorio de materiales del Cayo Santa María, y de la Sede Universitaria, por acogernos todo el tiempo que necesitamos. A los trabajadores del CIDEM, por enseñarme el camino a seguir cuando se trata de una buena investigación. A todos los profesores en general de la Facultad de Construcciones de la UCLV, por todos los conocimientos que me brindaron en los últimos 5 años, y porque de una forma u otra me han convertido en el profesional que seré mañana. Por esto y mucho más…. Gracias a todos. 8.

(9) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Resumen. 9.

(10) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Resumen: En el presente trabajo se realizó una revisión del estado del arte en Cuba y en el mundo respecto al desarrollo y evolución que ha ido teniendo el microconcreto como mortero estructural, desarrollándose una búsqueda bibliográfica internacional donde se hace referencia al hormigón como antecesor del Microconcreto, y a las distintas aplicaciones que tiene el mismo. Se analizó además, el trabajo de diploma ―Modelación y caracterización de mezclas de microconcreto‖, que se desarrolló el año anterior, donde se diseñaron mezclas, escogiendo dentro de varias proporciones de áridos, una más adecuada, pero estas se comprobaron solo a nivel de laboratorio. En la presente tesis se hizo una puesta en producción de la mezcla diseñada a través de la teja. Además, también se encuentra un procedimiento por pasos, para diseñar estos elementos a partir de la proposición de una fluidez y una resistencia esperada. Se realizó también un estudio de las propiedades del aditivo súper-plastificante BIOBEN, del cual se pudo conocer, entre otras muchas cosas, su comportamiento en la mezcla en cuanto a la fluidez, esto permitió que se pudiera llegar a conclusiones al respecto la cuales se pueden observar más adelante. El ensayo utilizado fue el del cono de Marsh.. 10.

(11) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Índice. 11.

(12) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Tabla de contenidos. Pensamiento…………………………………………………………………….. 4 Dedicatoria……………………………………………………………………..... 6 Agradecimientos……………………………………………………………….. 8 Resumen………………………………………………………………………….10 Introducción……………………………………………………………………...16 CAPÍTULO#1: Estado del arte de la utilidad de las mezclas de microconcreto y los aditivos químicos…………………………………………………………20 1.1-El hormigón como antecesor del microconcreto……………………..20 1.2- Aditivos………………………………………………………………………24 1.2.1-Aditivos que influyen sobre el fraguado de la mezcla…………24 1.2.2-Otros que podemos encontrar son ………………………………..24 1.2.3-Aditivos según la norma europea EN 934………………………...25 1.2.4-Plastificantes ligeros………………………………………………….26 1.2.5-Superplastificantes……………………………………………………26 1.3- El BIOBEN como una alternativa para la teja tevi de microconcreto.27 1.4-El ferrocemento como aplicación del microconcreto………………….29 1.4.1-Aplicaciones del ferrocemento………………………………………31 1.5-La TMC como aplicación del microconcreto…………………………….32 1.5.1-Características tecnológicas……………………………………........32. 12.

(13) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. CAPITULO 2. 2.1- Caracterización de los materiales utilizados…………………………..35 2.1.1 Áridos……………………………………………………………………..35 2.1.2 Cemento…………………………………………………………………..36 2.1.3-Agua…………………………………………………………………….36 2.1.4-Aditivo Súper-plastificante Micro-ben (BIOBEN)………………37 2.2-Estudio del efecto del Micro-ben en la fluidez de las pastas por el cono de Marsh…………………………………………………………………………37 2.2.1-Modelación de la influencia del aditivo en la fluidez de la pasta de cemento………………………………………………………………………….40 2.3- Análisis de los resultados alcanzados en las briquetas anteriormente ensayadas……………………………………………………………………….41 2.3.1- Modelación del objeto 2…………………………………………….43 2.3.1.1- Modelo de la fluidez de la mezcla de Microconcreto…..43 2.3.2- Modelo de la resistencia a la flexión de la mezcla utilizando los áridos de la Cantera El Purio…………………………………………………45 CAPITULO 3. 3.1- Empleo de la Ley de Navier como solución a la extrapolación….49 3.1.1-Ley de Navier………………………………………………………….49 3.2-Cálculo del momento flector, según las propiedades de soporte de la teja de Eco-Sur………………………………………………………………………..51 3.2.1-Cálculo de la cantidad de agua necesaria para que la teja cumpla con los parámetros exigidos……………………………………………………….51 3.2.2-Cálculo de la resistencia a flexión según la Ley de Navier…..52 3.3-Ensayo de fluidez para las mezclas de microconcreto con el aditivo BIOBEN…………………………………………………………………………..52 13.

(14) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. 3.4-Proceso de producción de las tejas de prueba………………………53 3.4.1-Relación que existe entre la concentración de cemento y de relación a/c……………………………………………………………………………………….53 3.5-Procedimiento para dosificar mezclas de micro-concreto para TMC…58 3.6-Ejemplo resuelto…………………………………………………………………60 Conclusiones generales…………………………………………………………….63 Recomendaciones…………………………………………………………………..65 Bibliografía…………………………………………………………………………...67 Anexos………………………………………………………………………………..73. 14.

(15) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Introducción. 15.

(16) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. I.. INTRODUCCIÓN. Antecedentes o fundamentación del trabajo.. El mortero estructural desde sus inicios ha representado un importante recurso. Por los años 80 se introduce en Cuba una nueva tecnología aplicada a la teja, que ya desde hacia un tiempo venía revolucionando la industria de los materiales en la construcción, este material conocido como Microconcreto se había estado explotando en la elaboración de modelos a escala reducida para el estudio y análisis del comportamiento de las estructuras, también en la industria del ferrocemento para la construcción de barcos, piscinas y hasta entrepisos. En la fabricación de tejas para viviendas, como se mencionaba anteriormente, ha representado un importante paso de avance, en este último utilizándose el nivel de dosificación de mezclas de forma empírica hasta el momento actual. Estudios que hemos consultado han planteado que el Microconcreto ha logrado dejar su huella en 25 países hasta el momento, principalmente en la fabricación de TMC, no obstante, si algo ha quedado claro para los productores e ingenieros es que si se cumplieran con las exigencias técnicas requeridas se podría lograr un producto de mejor calidad, en función de ello se han manifestado varias investigaciones en la actualidad. La caracterización y modelación del Microconcreto fue el objeto de estudio del trabajo de diploma del actual Ing. Civil Henry León, en el caso particular de los materiales que son posibles proporcionar por las canteras de nuestra provincia de Villa Clara. La aplicación a la producción de lo que ya hemos investigado es algo que todavía no hemos logrado establecer, ni se ha analizado aún el comportamiento del material bajo la influencia de aditivos, específicamente el aditivo ecológico súperplastificante BIOBEN, atendiendo a ello nuestro trabajo pretende dar solución a esta problemática.. 16.

(17) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Problema de la investigación. Cómo aplicar los estudios de microconcreto en briquetas a la producción de elementos. Preguntas de investigación A partir de la modelación matemática de las mezclas de MC se podrá desarrollar un método de diseño para las TMC La utilización del aditivo orgánico BIOBEM puede ser aplicado a la fabricación de TMC. Objetivo general: Desarrollar una metodología de diseño para la TMC a partir de la modelación matemática de las mezclas de MC que incluya el uso de Bioben.. 1. 2. 3. 4. 5. 6.. Objetivos específicos: Adquisición de conocimientos referentes al tema a partir del estado del arte. Caracterización de los materiales utilizados. A partir de Navier buscar una relación entre la resistencia a flexión de la briqueta y de las teja. Fabricación de tejas que validen esta relación. Desarrollar una metodología de diseño para la TMC a partir de la modelación matemática de las mezclas de microconcreto. Aplicar el uso del Bioben a la producción de TMC y establecer la forma de uso. Hipótesis: Teniendo en cuenta las características geométricas de los elementos puede encontrarse una relación empírica entre la resistencia de las muestras y la de los elementos que permita aplicar los estudios de laboratorio respecto a la producción. Es posible el empleo del BIOBEN en la producción de la teja de microconcreto.. 17.

(18) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Aportes metodológicos: Se crea una metodología para el diseño de TMC. Aporte práctico: Se logra llevar el trabajo: ―Modelación matemática de tejas de microconcreto‖, de resultados a nivel de laboratorio a resultados a nivel de producción. Aporte científico técnico: Se aportan resultados del comportamiento del Bioben en la TMC. Novedad del trabajo: Método analítico para la dosificación de TMC. Conocimiento del comportamiento del Bioben en la producción de tejas.. 18.

(19) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Capítulo#1. 19.

(20) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. II.. DESARROLLO.. CAPÍTULO 1: Estado del arte de la utilización de las mezclas de microconcreto y los aditivos químicos. 1.1-EL HORMIGON COMO ANTECESOR DEL MICROCONCRETO: El surgimiento del cemento Portland se le atribuye a Joseph Aspdin y James Parker quienes lo patentaron en 1824, este nombrado así, por su color gris verdoso oscuro, muy parecido a la piedra de la isla de Portland. Este fue logrado a partir de la calcinación a altas temperaturas de caliza arcillosa y carbón. (6)En 1845 Isaac Johnson logra por primera vez la industrialización de lo que sería el prototipo del cemento moderno, introduciendo hornos rotatorios como una nueva tecnología para su uso en una gran variedad de aplicaciones. (19) El hormigón por su parte había surgido de una forma más primitiva desde hacía varios años ya, su descubrimiento se remonta a la edad de piedra hace 7500 años, (según la página española: Todo propiedades), hoy el hormigón que empleamos es este conformado por cemento, agua, árido fino y árido grueso, generalmente fabricado con el anteriormente mencionado cemento Portland, quien es un factor influyente en la obtención de los altos grados de resistencia que se logran. (18) El hormigón gracias a sus características pétreas soporta grandes esfuerzos a compresión, pero suele fisurarse cuando se somete a otros tipos de solicitaciones como es el caso de la flexión, la tracción, la torsión y el cortante, así que para el año 1854 el constructor William Wilkinson solicita la patente para lo que sería un nuevo sistema que incluía armaduras de hierro, producto de que el hombre comienza a percatarse del logro que se obtenía si se reforzaba el hormigón con acero, el cual era peculiarmente bueno aguantando todos estos esfuerzos a los que el hormigón puro era sensible. (28) Este nuevo material llamado hormigón armado no fue muy convincente hasta el año 1892 cuando Francois Hennebique patenta un nuevo sistema más similar a lo que conocemos hoy en día y lo emplea en la construcción de una fábrica de hilados en Tourcoing, Lille, en 1895. (28). 20.

(21) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Para la década de 1960 surgen los hormigones de altas prestaciones, aparecen hormigones reforzados con fibras que se incorporaban en el momento del amasado, esto y la inclusión de los aditivos quienes llegan sobre la década del 1970 permitían la obtención de hormigones que alcanzaban resistencias de 120 MPa a más de 200 MPa. (28) En la actualidad existen varios tipos de hormigones, dentro de ellos podemos citar, al hormigón ordinario, hormigón en masa, hormigón armado, hormigón pretensado, Mortero, hormigón ciclópeo, hormigón sin finos, hormigón aireado o celular y hormigones de alta densidad, en calidad de mortero, entonces aparece nuestro objeto de estudio: el microconcreto. (28) El microconcreto de manera general es un mortero estructural que esta conformado por cemento Portland ordinario, agua y arena la cual se subdivide en varias fracciones que están sujetas a especificaciones, este a diferencia de otros morteros ordinarios brinda alta resistencia a la compresión y a la flexión, según el Dr. Fernando Martirena. (29) La distribución de las fracciones para muchos autores es la siguiente: Tabla #1: Distribución de fracciones. (17) Fracción. Limite superior. Limite inferior. Componentes 35-55% mayores de 2mm. 30-50%. Componentes 10-50% de 0.5-2mm. 10-55%. Componentes 15-40% menores de 0.5mm. 15-40%. 21.

(22) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Para otros como la ingeniera como Sofía Utsi se admite que la partícula de arena de mayor tamaño sea de 10mm como plantea en su tesis doctoral y aún así se considerará el material, microconcreto,(30) según criterios del autor para que sea más ideal consideraremos este tamaño máximo de 5mm. El microconcreto de manera general, se ha abierto un amplio campo de aplicaciones en la industria de la construcción actual, se ha demostrado cuan útil puede llegar a ser para el desarrollo de las nuevas tecnologías que encontraremos a continuación: Ferrocemento. Tejas tevi. (TMC). Modelos a escala reducida. También provee ciertas ventajas por encima de cualquier otro mortero que deben ser mencionadas: (31) • Se puede emplear una gran variedad de fibras naturales localmente disponibles (incluso subproductos agrícolas) y baratas. • Si son fabricados y aplicados correctamente, los productos FC/MC puede ser los materiales durables más barato producido localmente. • La tecnología se adapta a cualquier escala de producción, desde unidades de producción con un solo hombre, como en el caso de la producción de tejas en pequeña escala. • El comportamiento acústico y térmico del tejado FC/MC es superior al de láminas de gci. • La alcalinidad de la matriz de concreto evita que las fibras sean atacadas por hongos y bacterias. En el caso de los modelos a escala reducida (trabajo de doctorado del ms Ing. Castillo y trabajo de diploma de Jessica Nathaly y Gastón Muñoz Universidad de Salle, Bogotá), ha sido de mucha ayuda para aquellos proyectos que han. 22.

(23) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. necesitado de este tipo de reproducción, para poder llegar a mejores resultados en el análisis de cargas y otras solicitaciones de carácter estructural. (3) Las posibles aplicaciones del microconcreto no solo se reducen a las anteriormente mencionadas, también se han logrado bloques de microconcreto al igual que tejas, ambos de crucial importancia en el desarrollo y popularidad de este material. Los resultados alcanzados totalmente provistos de grandes logros son objeto de gran interés para muchos ingenieros especialistas en materiales, del mundo. En el caso de los bloques, el microconcreto debe tener una resistencia a la compresión superior a la del mismo bloque (área neta), pero no superior a un 20 %. En este caso se recomienda una resistencia a los 28 días igual a 140 Kg/cm2. El asentamiento del microconcreto deberá estar comprendido entre los 20 a 25 cm, ya que el aparente exceso de agua será absorbido por las paredes del bloque reduciendo la relación agua/cemento. La mampostería armada de bloques de hormigón es otras de las aplicaciones que podemos ver que se le da al microconcreto, este es ya un sistema establecido y probado, capaz de resistir aun mas las severas solicitaciones a las que se somete una estructura, tales estas como el viento y el sismo. Consiste en la ubicación de bloques canaletas que luego son llenadas con microconcreto. Este sistema se ve materializado en la construcción de edificios de departamento en alturas, depósitos, edificios comerciales de baja altura, edificios institucionales, hoteles y piletas de natación como también en barreras sónicas en autopistas. Comenzó hace 160 años en Europa, específicamente en Inglaterra y a partir de la década del 70 ya se atrevían a usarlos en edificaciones de hasta 25 plantas especialmente en los Estados Unidos donde recientemente se han construido hasta de 60 pisos.. 23.

(24) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. 1.2- ADITIVOS: Uno de los logros que pretenderemos alcanzar con este trabajo, será el empleo de aditivos químicos en la muestra de estudio, persiguiendo un mejor comportamiento de la mezcla de microconcreto, para esto nos basaremos en las características peculiares que conocemos gracias a investigaciones realizadas, que puede otorgar el empleo de ciertos aditivos en especial. Los aditivos químicos son grandes responsables de muchos logros en la industria de la construcción, producto de las magnificas propiedades que le asigna al hormigón convirtiéndolo en muchas ocasiones en un material más funcional de lo que suele ser. (2) Los aditivos se incorporan al hormigón hasta en un 5% del peso del cemento, los que específicamente influyen sobre la consistencia de la mezcla son los que se muestran a continuación: (2) Plastificantes (fluidificantes o reductores de agua). Súper plastificantes (súper fluidificantes o reductores de agua de alto rango). 1.2.1-Los que influyen sobre el fraguado de la mezcla: (2) Aceleradores del fraguado. Retardadores del fraguado. 1.2.2-Otros que podemos encontrar son: (2) Incorporadores de aire (oclusores de aire). Impermeabilizantes en masa. Inhibidores de la corrosión. Cohesionantes. Expansivos. Espumantes.. 24.

(25) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Así que de forma general tenemos las siguientes clasificaciones según la norma norteamericana (ASTM C 494). A Plastificante. B Retardador del fraguado. C Acelerador del fraguado. D Plastificante - Retardador del fraguado. E Plastificante - Acelerador del fraguado. F Súper plastificante. G Súper plastificante - Retardador del fraguado. 1.2.3-Según la norma europea EN 934: Aditivo reductor de agua/plastificante. Aditivo reductor de agua de alto rango/súper plastificante. Aditivo retenedor de agua. Aditivo incorporador de aire. Aditivo acelerador del fraguado. Aditivo acelerador del endurecimiento. Aditivo retardador del fraguado. Aditivo resistente al agua. Aditivo multifuncional. Los aditivos comerciales actuales generalmente combinan dos o más efectos, los mismos tienen que ser probados satisfactoriamente a escala de laboratorio y a escala industrial antes de ser empleados en la producción. (2) Unos de los grupos de aditivos con mayor mercado en el mundo debido a los beneficios que ofrece para el hormigón son los aditivos plastificantes. (2). 25.

(26) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. 1.2.4-Plastificantes ligeros: Pueden reducir hasta el 10-15% del agua de amasado, manteniendo la consistencia constante. Adición normalmente entre 0,2 y 0,5% en peso del cemento. (2) 1.2.5-Superplastificantes: Pueden reducir normalmente desde un 15% hasta un 40% del agua de amasado, manteniendo la consistencia constante. Adición normalmente entre 0,5 y 2% en peso del cemento. (2) La principal función de un aditivo plastificante es mejorar las propiedades del hormigón. Por ejemplo a mayor laborabilidad, mayores resistencias a edades tempranas y finales, ó mayor rendimiento del cemento. (2) Se puede utilizar para reducir el consumo de cemento en la mezcla, sin afectar sus resistencias mecánicas y manteniendo la consistencia en un valor razonablemente útil, pero esta reducción depende mucho del contenido total de finos en la mezcla (finos aportados por los áridos), esta sería una de las propiedades que tendríamos en cuenta m s adelante para el uso de este tipo de aditivos en las investigaciones realizadas al micro concreto. (2) Los aditivos súper plastificantes por otro lado constituyen el desarrollo más importante de la industria química en el campo del hormigón. (2) Los últimos diseños de aditivos súper plastificantes, además de lograr reducciones del agua de amasado de hasta un 40% logran mantenimientos muy prolongados de la consistencia de la mezcla, ideal para el hormigón premezclado. (2). 26.

(27) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. 1.3- El BIOBEN como una alternativa para la teja tevi de microconcreto. El Bioben también conocido como Micro-ben es básicamente un EM (―Efficient Microorganisms‖), este fue desarrollado hace unos 20 años por el Dr. Teruo Higa, profesor de la Facultad de Agronomía de la Universidad de Ryukyus en Japón. A partir de ese momento se ha promovido activamente en todo el mundo. Existe incluso una asociación de investigadores de EM (EMRO: EM Research Organization) que se dedica a estudiar de manera científica la evolución del micro-ben a nivel internacional. El Micro-Ben entró a Cuba hace algunos años ya, fue traído por MAOCO (Movimiento de Agricultura Orgánica Costarricense), a través de los buenos oficios de Organix y desde entonces se ha estado estudiando con fines de enriquecerlo y trabajarlo para lograr mejores resultados en diferentes campos y organismos. Hay muchos tipos de EM en el mundo que se emplean con diversos fines, ejemplo de ello es en la agricultura, también para la alimentación de reces y tratamiento porcino, además se usan en la hotelería para la eliminación de olores desagradables, como limpiador y para el tratamiento de fosas sépticas, como para cuidados de la salud y se puede mencionar también que está catalogado como un abono altamente potencial. (27) Otros de los grandes usos dentro de sus múltiples aplicaciones son en el campo de la construcción donde en la actualidad se encuentra enfocado a satisfacer los siguientes objetivos: (28) • • • •. Reducir la formación de micro túbulos. Aumentar la solubilidad del agua. Disminuir el tiempo de fraguado. Producto a las características antioxidante de sus componentes aumenta además la longevidad de las estructuras. • Uso como aditivo súper-plastificante en morteros.. 27.

(28) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. De todos los tipos de BIOBEN que existen actualmente como mencionábamos anteriormente, en la construcción específicamente el que empleamos es el EM-aH este es un producto básico, ya activado para su uso inmediato. (29) Su composición microbilógica es fundamental en su elaboración ya que una adecuada medición de los niveles de bacterias a emplear puede tender un límite considerable en lo que pudiera ser un compuesto u otro, a continuación podemos observar para un embase de 5 u 8 galones cual sería el análisis microbiológico de nuestro aditivo: (30) Recuento total Aerobio Recuento de hongos Recuento Levaduras. 1,5 x 106 UFC/ml 1,1x 102 UFC/ml 1,4x103 UFC/ml. De forma general el resto de los compuestos para llegar a la fórmula de microben también los podemos observar a continuación: (30) Tierra de bosque o suelo de bosque: 15 kilos. Semolina o polvo de arroz: 1 saco de 30 kg. Miel de purga o melaza: 1 galón disuelto en 4 galones de agua limpia. (sin cloro) Suero de leche: 1 galón. Puede también usarse leche sin pausterizar o leche agria. Estas cantidades respetando que sea para un recipiente hermético de 20 galones, el mismo además debe ser preferiblemente plástico. Como fuente de lacto bacillos lo más recomendado es el suero de leche, ya que de esta forma se estaría utilizando un sub-producto de la industria del queso. Esto no descarta que pueda ser utilizado yogurt o leche sin pasteurizar. (31) Ya para la fuente de azucares se recomienda fundamentalmente la miel de caña obtenida en los ingenios azucareros, aunque se han realizado algunos ensayos con guarapo principalmente en las fermentación líquida. (31). 28.

(29) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. 1.4-El ferrocemento como aplicación del microconcreto: El ferrocemento es una nueva tecnología la cual remonta sus primeros usos a mediados del siglo XІX cuando en 1852 Joseph Luis Lambot construyó maseteros, asientos, un bote a remos y otros elementos que patentó. (11) Como definición según el arquitecto italiano Nervi, posee un acero muy disperso en la sección que contiene de 400-500 kg de acero por m3 de mortero, este acero está compuesto por telas de mallas de alambre de 0.5 – 1.5 mm. (32) Según el BIGGS-FAO el ferrocemento es una delgada lámina de mortero altamente reforzado con el acero distribuido uniformemente en la masa de mortero comportándose como material homogéneo. (32) Para BEZUKLADON contiene una superficie específica de 2 y 3 cm (32) Según el grupo de Sao Carlos es un mortero armado de una superficie específica 0.35 cm y de 200-300 kg de acero por m3 mortero. (32) Para el Comité 549 del ACI es una lámina delgada comúnmente construida con mortero de cemento hidráulico y reforzada con capas de telas de mallas poco separadas entre sí y formada por alambres continuos de pequeños diámetros. (32) Los materiales que lo componen son: (32) Malla galvanizada. Ø 0.6 – 3.0 mm @ 10 – 50 mm. Barras. Ø 3 – 10 mm. Arena. Bien graduada, grano redondeado, tamaño máximo 5.0 mm. Cemento. Portland. Agua. Normal. 29.

(30) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Telas de mallas de acero usualmente, galvanizadas, tejidas, trenzadas o soldadas. Los tipos de mallas usadas para su producción son la hexagonal, la cuadrada, la expandida y la conocida como Watson. (1)El diámetro del alambre oscila de 0.5 a 1.5 mm aunque en Cuba el más usado es de 3 a 10 mm, y el espaciamiento entre alambres va de 10 a 25 mm aunque puede ser mayor hasta los 50 mm. (32). Figura #1: Tipos de mallas de ferrocemento. Algunas de las características principales del ferrocemento, las encontraremos a continuación: (32) Buena resistencia al agrietamiento debido a la gran dispersión del refuerzo. • Admite gran deformación antes del fallo flecha 1/40 luz. • Buena resistencia al impacto. Su gran flexibilidad le permite resistir bien el impacto. • Buen comportamiento acústico y a la vibración. Su relativa alta masa le posibilita absorber el sonido y la vibración mejor que otros materiales de la construcción. • Buen aislamiento térmico. La conductividad térmica del ferrocemento es muy baja, siendo 1/6 en relación al acero. • Buena resistencia a la abrasión. 30.

(31) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. • Fácil de construir y reparar no necesita de personal con alta calificación. • Generalmente no necesita encofrado y puede prefabricarse. Lo que permite su industrialización. • No necesita prácticamente mantenimiento. • Bajo costo respaldado por bajo costo de los materiales, utilizar personal de baja calificación, empleo mínimo de equipos, reducción considerable de materiales y por consiguiente del peso en los elementos, rapidez de la ejecución. 1.4.1-Aplicaciones (33) • Tejas y láminas corrugadas para techos. • Baldosas planas para pisos y pavimentos. • Paneles ligeros para pared y elementos para enchapados. • Enlucidos para mampostería de concreto o muros de concreto. • Jambas de ventanas y puertas, antepechos de ventana, parasoles, tuberías. • Muchos otros usos no estructurales. Canaletas como parte del armado de la losa. También en la fabricación de viviendas como las que encontramos continuación y barcos: Fotos cortesía de la página CecatWeb.. Figura #2: Vivienda construida con ferrocemento. Figura #3: Construcción de un barco pesquero. 31.

(32) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. 1.5-LA TMC COMO APLICACIÓN DEL MICROCONCRETO: A la teja Pantile, modelo usado por la tevi de microconcreto, le dio vida la compañía ―JPM Parry & Associates‖, antes de que la compañía alemana SKAT la asumiera para su mejora y mayor producción. (34). Figura #4: tejas de microconcreto.. Figura #5: tejas de forma romana de MC.. Esta teja de microconcreto es un elemento de cubierta realizado en forma semiartesanal. Según Kurt Rhyner y Marcelo Noboa los materiales que conforman el microconcreto para el caso particular de la teja deben ser los siguientes: (35) Cementos con un elevado contenido de silicato tricálcico. Áridos con un volumen de vacío y una superficie específica tal que requiera la menor cantidad de pasta de cemento. Los áridos de forma laminar no se deben usar en la mezcla. La arena no debe de pasar lo 5mm. La relación a/c debe estar entre 0.5 y 0.6. Esta tecnología ha alcanzado gran popularidad actualmente en el mundo y ya podemos mencionar que indistintamente esta siendo utilizada en 25 países de América, Asia y África, ya que este tipo de cubiertas posibilita un ambiente más fresco en el interior de la vivienda gracias a su elevada reflectividad. Esta tecnología esta apta para la autoproducción y la autoconstrucción, puede ser colocada sobre estructuras de madera o metálicas. (36) La teja se fabrica de diferentes formas, dentro de las más comunes se encuentran de tipo romana y árabe y pueden encontrase en variedades de colores. (17). 32.

(33) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. 1.5.1-Las características tecnológicas de la misma se encuentran a continuación (37): Dimensiones nominales 50 x 25 cm Dimensiones efectivas 40 x 20 cm Traslape longitudinal 10 cm Traslape transversal 5 cm Espesor de teja 8 mm Espesor de capote 10 mm Cantidad de teja 12,5 Unidad por metro cuadrado Cantidad de capote 2,5 Unidad por metro lineal Pendientes recomendadas 30 %. Las tejas TEVI permiten la fabricación de techos económicos, durables y bonitos que pueden ser usados en la vivienda de interés social o no, además generan fuentes de trabajo con una baja inversión. (37) Con 10 sacos de cemento Portland y un m3 de arena se pueden fabricar 850 tejas con lo que se pueden techar 68 m2. (37) Para el 9 de noviembre del 2008 la red de Eco-Sur dio a conocer las dosificaciones para la fabricación de tejas, según ellos se debe utilizar cemento Portland ordinario tipos P250 o P350, con una proporción de cemento de 2.5 a 3.0 de arena. Según ellos en cuanto a la arena deberá existir una buena distribución de granos aproximadamente entre los 0.6 y 4mm. Esta aplicación del microconcreto es una de las que le ha proporcionado mayor popularidad en el mundo hoy en día, muchas investigaciones giran alrededor de este material por parte de grandes ingenieros en materiales, de carácter mundial, en vísperas a mejorar y optimizar su uso y generalizar más su campo de aplicación. Respondiendo a esto hemos enfocado nuestro trabajo.. 33.

(34) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Capítulo#2. 34.

(35) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. CAPITULO 2. 2.1- Caracterización de los materiales utilizados. 2.1.1 Áridos Arena del Purio. Procedente de la cantera Mariano Pérez Balí en la provincia Villa Clara de origen calizo y producto de la trituración de las rocas sus características físicas mecánicas se muestran a continuación: Tabla Nº2 Características físico – mecánicas de los áridos finos (El Purio). Características Peso específico corriente Peso específico saturado humedad superficial. Valor 2,60 Kg/m3 sin 2,64 Kg/m3. Peso específico aparente. 2,71. Absorción. 1,6%. Masa volumétrica suelta. 1390 Kg/m3. Masa volumétrica compactada. 1568 Kg/m3. Vacíos. 39,69%. Impurezas orgánicas. Placa 0. Partículas de arcilla. 0%. Material más fino que el tamiz # 200 3,6% Granulometría: Tamiz. %pasado. 9,52 mm. 100. 4,76 mm. 95. 2, 38 mm. 68. 1,19 mm. 42. 0,59 mm. 24. 0,295 mm. 11. 0,149 mm. 5 35.

(36) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. 2.1.2 Cemento. El cemento utilizado procede de la fábrica Carlos Marx ubicada en la provincia de Cienfuegos y de acuerdo a la NC 54 205:80 se clasifica como un cemento Portland P-350, sus características físicas - mecánicas se relacionan a continuación:. Tabla Nº3 Características físico-mecánicas del cemento. Características. Valor. Masa volumétrica. 1103 Kg/m3. Peso específico real. 3,15. Consistencia normal. 26%. Tiempo inicial de fraguado. 135 minutos. Tiempo final de fraguado. 3 horas y 45 minutos. Resistencia a la compresión a los 7 días. 24.3 MPa. Resistencia a la compresión a los 28 días 39,6 MPa Resistencia a la flexión a los 7 días. 4.3 MPa. Resistencia a la flexión a los 28 días. 6,9 MPa. 2.1.3-Agua. Según la NC 175-2002 en la fabricación de morteros de albañilería se puede utilizar un agua que no contenga sustancias nocivas las cuales puedan llegar a producir un efecto desfavorable sobre el mismo, esto siempre que se pueda demostrar que el agua le proporciona al mortero las propiedades descritas en esta norma. Sin embargo según criterios del autor también para la fabricación de morteros puede aceptarse agua que cumpla con lo establecido en la NC 54-01. Además de que cualquier agua evaluada por la práctica como adecuada para la producción de micro-hormigón también es adecuada, dentro de esta clasificación entonces pudiéramos considerar el agua potable si cumple con los requisitos planteados. 36.

(37) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. 2.1.4-Aditivo Súper-plastificante Micro-ben (BIOBEN): El EM (―Efficient Microorganisms‖) utilizado proviene de la Estación experimental Indio Hatuey en la provincia de Matanzas, a este producto biológico lo podemos clasificar como un líquido que está elaborado por una combinación de varios microorganismos beneficiosos de origen natural a base de bacterias fototrópicas, lacto bacilos, distintos tipos de levaduras y hongos de fermentación. De forma general se puede catalogar como un líquido concentrado de olor agridulce con un PH que oscila entre 3.2 y 3.8 que puede usarse puro o diluido sin peligro alguno. Fuente de lacto bacillos: Se empleó suero de leche. Fuente de azucares: miel de caña obtenida en los ingenios azucareros. Evaluación microbiológica del sustrato sólido: Mesófilos aéreos, coli fecales, salmonellas, hongos y levaduras.. 2.2-Estudio del efecto del Micro-ben en la fluidez de las pastas por el cono de Marsh. El ensayo del Cono de Marsh es un ensayo de laborabilidad utilizado para determinar la fluidez de las pastas de cemento. Es por esto que se ha empleado para evaluar la relación súper plastificante/cemento. Habiendo fijado una relación a/c constante, se determina el máximo porcentaje de súper plastificante a utilizar, que está en función de su punto de saturación para el sistema agua/cemento/aditivo y se le evalúa en el ensayo de fluidez por el Cono de Marsh. Al dosificar por encima del punto de saturación pueden ocasionarse problemas como retraso de fraguado, segregación ó aumento de la viscosidad de la mezcla, sin modificar significativamente la fluidez y con el consecuente aumento del costo.. 37.

(38) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Centro de estudio: El estudio experimental se realiza en los laboratorios de la empresa de prefabricado de la provincia de Villa Clara. Materiales utilizados: Cemento: Cemento P-350 y procede de la EPP # 4 Planta IMS.(ver anexo, plantilla de los materiales). Aditivo biológico: Aditivo: MicroBen procedente de la estación experimental Indio Hatuey. Clasificación: Producto biológico compuesto por un pool de microorganismos. PH: 3,2-3,8. Temperatura durante los Ensayos: 25 ± 1 ºC Metodología de evaluación: Se consideró la medición del tiempo que transcurre en llenarse un litro de pasta al pasar por el Cono como fluidez. Además se evaluaron los tiempos de fluidez teniendo en cuenta la variación de los % de aditivo biológico (2%-10%) y se realizaron tres réplicas por punto experimental. Tiempos de fluidez definidos del promedio de 3 lecturas por pasta. La cantidad de agua considera el aporte de agua del súper plastificante.. El proceso se llevó a cabo teniendo en cuenta las tablas de números aleatorios del libro de Estadística elemental de Paul G. Hoel para lograr la dispersión del error. La tabla número tres muestra los resultados por orden aleatorio de cada réplica.. 38.

(39) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Tabla No4: Valores por orden aleatorio. Réplica 1 1 6% 2 2% 3 8% 4 10% 5 4%. Orden Aleatorio.. Réplica 2 1 8% 2 2% 3 6% 4 4% 5 10%. Réplica 3 1 10% 2 8% 3 2% 4 6% 5 4%. Los resultados de los experimentos realizados se muestran a continuación en la tabla #4. Esta de manera resumida refleja los % de aditivos que se fueron utilizando para la observación del comportamiento de la pasta, además la cantidad de agua que se estableció como parámetro, pero que varió en dependencia de la cantidad de aditivo que llevara la muestra ya que se le restaba ese por ciento al agua, además la relación a/c y el tiempo que demora cada litro en llenarse por réplica. Al final se establece un promedio entre los tres puntos de prueba y ese valor de tiempo es el que se le asigna a cada por ciento de BIOBEN.. Tabla No5: Resultado de los ensayos de fluidez para distintos %de BIOBEN.. % de Aditivo Cantidad Cantidad empleado. Agua(Kg.) Cemento(Kg.). a/c. Tiempo de fluidez Número de réplicas. 1. 2. 3. Promedio. 2. 0.8. 2.0. 0.4. 249. 254. 255. 4.15. 4. 0.8. 2.0. 0.4. 150. 154. ---. 2.34. 6. 0.8. 2.0. 0.4. 127. 130. 122. 2.02. 8. 0.8. 2.0. 0.4. 174. 174. 170. 2.50. 10. 0.8. 2.0. 0.4. 275. 276. 276. 4.36. 39.

(40) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. 2.2.1-Modelación de la influencia del aditivo en la fluidez de la pasta de cemento. Gráfico#1: de fluidez: S = 2.73040807 r = 0.99923744. .00 280. Segundos. 250 220 190 160 130 100. .00 .00 .00 .00 .00 .00 0.0. 1.0. 2.0. 3.0. 4.0. 5.0. 6.0. 7.0. 8.0. 9.0. 10.0 11.0 12.0. % aditivo. Para la modelación del comportamiento de la fluidez cuando variamos el % de aditivo aplicamos un análisis de regresión por mínimos cuadrados y para ello nos auxiliamos del programa curvas. De acuerdo al gráfico podemos observar que a partir de 2 %, en la medida que el aditivo aumenta disminuye el tiempo de fluidez hasta un punto, esto indica que el punto más eficiente para el uso del Bioben es al que corresponde la mayor fluidez. El mejor ajuste resultó ser el polinomio de tercer orden del tipo: y=a+bx+cx2+dx3 a =438.76923 b =-115.52137. c =11.591346 d =-0.16693376. 40.

(41) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. El coeficiente de determinación es 0.992 y el error estándar de 2.7 seg. El % óptimo de aditivo es de 5.65 para un tiempo máximo de 125.99 segundos. 2.3- Análisis de los resultados alcanzados en las briquetas anteriormente ensayadas. Para llegar a los gráficos con los que dosificaremos más adelante se tuvo que realizar un estudio de optimización de áridos buscando la mejor combinación de fracciones en cuanto a resultados de fluidez. A partir de un detallado estudio del modelo trazado, logramos la simulación de la influencia de la composición granulométrica en la fluidez y a partir de esta se construyó un gráfico de superficie respuesta. Las variaciones de partículas que tuvimos en cuenta se encuentran a continuación: 0mm---0.5mm 0.5mm—2.5mm 2.5mm---5.0mm. Nuestra mayor partícula es de 5mm porque el espesor de la teja es de 8mm. Para logar la determinación de las proporciones óptimas entre las distintas fracciones de áridos en la mezcla de microconcreto, se organizó una matriz experimental en función de los resultados que se obtuvieron mediante la fórmula del modelo y de los ensayos que se hicieron en la mesa de fluidez. Una vez finalizada la matriz se pudo construir un gráfico espacial de superficie respuesta donde por el eje Y estaba la fluidez en cm, por el eje X1 esta la fracción 2.5 a 5 y por X2 la fracción 0 a 0.5 mm. La fracción 2.5 a 0.5 mm no se incluyó al gráfico por ser esta dependiente de las demás fracciones.. 41.

(42) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Se elige la Fluidez como variable respuesta y atendiendo a su mayor valor la proporcionalidad entre los áridos se puede ver reflejada en el gráfico espacial.. F l u id es d e la m e zcla a l cam b iar la g ran u lo m etria.. Por lo tanto la mayor fluidez en la superficie respuesta corresponde a la mezcla de áridos óptima.. Respuesta de la fuides de la mezcla de microconcretoal cambiar su composicion granulometrica 25 20. 20-25. 15. 15-20. 10. 10-15. -0,8 -0,2. 5 0. 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1. 5-10. 0-5. 0,4. Valores codificados. Gráfico No2. Muestra el comportamiento de la fluidez de la mezcla de microconcreto utilizando los áridos de la Cantera El Purio al cambiar la composición granulométrica.. La fracción óptima en la mezcla de microconcreto corresponde al punto de mayor correspondiendo en este caso a: 50% de árido de la fracción granulométricas de 5 – 2.5 mm. 25% de árido de la fracción granulométricas de 0.5 – 0 mm. 25% de árido de la fracción granulométricas de 2.5 – 0.5 mm.. 42.

(43) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. 2.3.1- Modelación del objeto 2. 2.3.1.1- Modelo de la fluidez de la mezcla de Microconcreto. En este modelo se relacionó la fluidez de la mezcla de áridos con el volumen de pasta y la concentración del cemento en la pasta para la arena del Purio que es la que estamos trabajando.  Declaración de las variables independientes. Se declararon variables independientes que en este caso son la concentración de cemento en la pasta (es decir la relación existente entre el volumen de cemento y el volumen de pasta) y el volumen de la pasta de cemento (Vp). Tabla No6 Declaración de las variables independientes. Niveles Factor. Bajo. Medio. Alto. Valores codificados. -1. 0. 1. Concentración de cemento ( ). 0.36. 0.40. 0.44. Volumen de pasta (Vp) litros. 400. 435. 470.  Declaración de la variable dependiente: La variable dependiente en este caso es la fluidez.. 43.

(44) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Tabla No7. Muestra las dosificaciones a utilizar en la mezcla de MC basándonos en la representación gráfica del diseño de experimento, se van a utilizar los áridos de la Arenera Purio.. Muestra. (x1). Vp(x2). Vc. V agua. V árido. Cemento Agua Árido. A/C. (l). (l). (l). (kg). (kg). (kg). (kg). 1. 0.36. 400. 144. 256. 600. 454. 256. 1572. 0.56. 2. 0.40. 400. 160. 240. 600. 504. 240. 1572. 0.48. 3. 0.44. 400. 176. 224. 600. 554. 224. 1572. 0.4. 4. 0.36. 435. 157. 278. 565. 493. 278. 1480. 0.56. 5. 0.4. 435. 174. 261. 565. 548. 261. 1480. 0.48. 6. 0.44. 435. 191. 244. 565. 603. 244. 1480. 0.4. 7. 0.36. 470. 169. 301. 530. 533. 301. 1389. 0.56. 8. 0.40. 470. 188. 282. 530. 592. 282. 1389. 0.48. 9. 0.44. 470. 207. 263. 530. 651. 263. 1389. 0.4. 10=5. 0.40. 435. 174. 261. 565. 548. 261. 1480. 0.48. 11=5. 0.40. 435. 174. 261. 565. 548. 261. 1480. 0.48. 12=5. 0.40. 435. 174. 261. 565. 548. 261. 1480. 0.48. 44.

(45) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Luego a partir de estas dosificaciones se realizaron ensayos donde se llegaron a conclusiones parciales respecto a la fluidez que podía proporcionar las mezclas de áridos de la cantera y auxiliándonos del modelo además se pudo obtener el primer gráfico que utilizaremos en el presente trabajo de diploma.. Comportamiento de la fluidez vs Volumen de pasta en la mezcla utilizando la cantera El purio. V o lu m e n d e p asta. 550 500 Fluides 12 cm. 450. Fluidez 14 cm. 400. Fluidez 16 cm. 350. Fluidez 18 cm. Fluidez 20 cm. 300 0,3. 0,35. 0,4. 0,45. Fluidez 22 cm. Concentracion de cemento. Gráfico No3. 2.3.2- Modelo de la resistencia a la flexión de la mezcla utilizando los áridos de la Cantera El Purio. Se modeló la flexión para la arena de la cantera EL Purio. En el siguiente gráfico se puede ver la simulación como aplicación del modelo, esta es una forma más simple de relacionar parámetros como la resistencia a la flexión por ejemplo, con el valor de para una fluidez dada y conocer qué Vp corresponderá a cada que se obtendrá en la simulación de este modelo. Sintetizando podemos decir, que se representa el comportamiento de la resistencia a la flexión en la mezcla de microconcreto.. 45.

(46) R e sisten cia a f lexió n. Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Comportamiento de la resistencia a la flexión utilizando la arena del Purio. 10 8 6 4 2 0 0,34. 0,36. 0,38. 0,4. 0,42. 0,44. Fluidez12 cm Fluidez14 cm Fluidez16 cm Fluidez18 cm Fluidez20 cm Fluidez22 cm. Concentraciónde cemento. Gráfico No4  Análisis del gráfico: En este gráfico se puede observar como las curvas de resistencia se interceptan, esto se debe a que entran en el modelo tanto como Vp, de manera tal que la resistencia es directamente proporcional a e inversamente proporcional al volumen de pasta (Vp). Luego de este análisis a partir de estudios realizados basándonos en la estrategia de la descomposición de un objeto complejo en varios objetos simples, pudimos alcanzar a través del cálculo de diferentes modelos los gráficos que nos son necesarios para realizar un método de dosificación de microconcreto de tres partículas. Ahora sólo necesitamos demostrar auxiliándonos del método de Navier, que la resistencia a flexión en la briqueta previamente estudiada puede estar en rango con la de la teja tevi de microconcreto, si consideramos el material isótropo y homogéneo además de buenas e iguales condiciones de ensayo en el laboratorio para ambas.. 46.

(47) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Luego de lograr hacer esta demostración tendríamos que auxiliarnos de las siguientes fórmulas para llegar a los resultados esperados. Vc= *V pasta Va=. donde: es concentración de cemento. –Vc. V áridos= 1000 – V pasta.. 47.

(48) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Capítulo#3. 48.

(49) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. CAPITULO 3. 3.1- Empleo de la Ley de Navier como solución a la extrapolación. La necesidad de lograr la representación de los cálculos de proporción de áridos en la producción real a través de la TMC, obligó a pensar en una vía que permitiera la extrapolación de los resultados alcanzados en las briquetas. Para lograr esto se tuvo en cuenta que la Ley de Navier podía ser un buen eslabón conector si se asumían las condiciones hipotéticas que exige se tengan en cuenta: 1- Material Isótropo y homogéneo. 2-Las mejores condiciones de ensayo. 3-Utilización de los mismos materiales en ambos ensayos. Al existir algunas condiciones de carácter prácticamente utópico, se hizo imprescindible la necesidad de asumir que existiría un margen de error entre uno y el otro que hasta obtener los resultados de los ensayos, no se podría saber con certeza absoluta. Para la eliminación de este margen se puede determinar un coeficiente de seguridad. 3.1.1-Ley de Navier: σ=N/A ± M/W W= I/ (h/2). donde: N/A será = 0 porque no hay una fuerza axial. donde: I será momento de inercia. h será el valor del centroide de la figura.. I= 1/12*b*h3 W= (1/12*b*h3) / (h/2)= 1/6*b*h2 Pero esta fórmula de W sólo es aplicable a las figuras con propiedades geométricas rectangulares, por no ser este el caso de la teja pantile ha sido preciso encontrar una alternativa.. 49.

(50) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. La alternativa ha sido mediante la modelación de la teja en 3D en Acaad (ver anexos), luego el programa Staad Pro me permite importar esta representación del elemento y con el auxilio de una de sus herramientas obtener un documento exportado en Word con todos los valores de propiedades geométricas que puedo necesitar (ver anexos), dentro de estos valores puedo encontrar el momento de inercia y el centroide de la figura. I= 52.08 cm4. h= 7.29 cm.. W= 52.08 cm4/ (7.29/2) cm W= 14.27cm3 Para poder determinar un valor de rotura para la teja, se somete a un ensayo de flexión con una máquina que ha sido diseñada según el esquema de cálculo de la figura #6. Este equipo está especialmente preparado para ensayar la resistencia de la TMC a cargas de impacto en condiciones de laboratorio o taller artesanal, según el Manual para el Control de Calidad, Ensayo L 4.7.20. La resistencia al impacto permite evaluar la calidad del concreto utilizado, así como el proceso de fabricación de la teja.. Figura#6. 50.

(51) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. En la figura #2 se puede observar el esquema de cálculo para la teja, cuando se le aplica la carga en el medio de ella. Además se ve las condiciones de apoyo y las distancias de eje a eje de cada apoyo.. Figura #7. 3.2-Cálculo del momento flector, según las propiedades de soporte de la teja de Eco-Sur. ∑M= (P*L)/4 ∑M= (60Kg *40cm)/4 ∑M= 600 kg*cm. 3.2.1-Cálculo de la cantidad de agua necesaria para que la teja cumpla con los parámetros exigidos. 17(60)=X (100) X= (17(60))/100 X=10.2Kg en el cubo de agua.. 51.

(52) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. 3.2.2-Cálculo de la resistencia a flexión según la Ley de Navier: σ= 600kg*cm/ 14.27cm3 σ= 42.05 kg/cm2------4.52Mpa 3.3-Ensayo de fluidez para las mezclas de microconcreto con el aditivo BIOBEN. Las mezclas de microconcreto empleadas en las tejas, se ensayaron a nivel de laboratorio según la NC 52-79-1993, para obtener resultados de fluidez cuando se les aplicó el aditivo BIOBEN; estos se pueden apreciar en la siguiente tabla: Tabla #8: Resultados de los ensayos de fluidez en mezclas de microconcreto. Nº 1. Adit. (g) 25.67. Agua (g) 169.3. Cem. (g) 447. Fino. (g) 305. Inter. Grueso (g) (g) 305 612 11.8. S.Aditivo (cm) 12.1 12 12.0. 2. 26.79. 169.21. 466. 300. 300. 601. 11.9. 12.2. 12. 12.03. 14. 14.2. 14.3. 14.2. 3. 28.75. 171.25. 500. 290. 290. 582. 12.1. 11.8. 12.1. 12. 14.3. 14.0. 14.4. 14.2. 4. 27.42. 180.58. 477. 307. 307. 614. 13.9. 14.2. 14. 14.03. 15.9. 16.3. 16.1. 16.1. 13.9. C.Aditivo. (cm) 14.2 14. Los valores obtenidos mostraron que el aditivo mejora la fluidez de la mezcla en un rango de 2 cm aproximadamente, convirtiéndolo de esta forma en una opción para la laborabilidad de la teja tevi en rangos que de otra manera serían inexplorados. El ensayo se hizo según la NC 52-79-1993, en los laboratorios de materiales de la facultad de construcciones, para ver más detalles se ha adjuntado la norma a los anexos del trabajo.. 52. 14.

(53) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. 3.4-Proceso de producción de las tejas de prueba. Para la producción de las tejas de micro-concreto que ensayaremos más adelante se llevó a cabo el siguiente proceso, respetando siempre nuestro sistema de dosificación de mezclas. El primer paso fue fijar una concentración de cemento a partir de la demostración de la relación existente entre a/c y , teniendo en cuenta que nuestro objetivo es mostrar que la resistencia que según el gráfico alcanzará la teja será bastante aproximada a la que tendrá en la vida real, atendiendo a los factores influyentes en su proceso de producción antes mencionados.. 3.4.1-Relación que existe entre la concentración de cemento y de relación a/c. = Vc / (Vc+ Va) ------- (Vc+ Va)= Vc ------- Vc+ Va= Vc -----((Vc – Vc)/ )Va= a ---- a= Vc (1 – )/ ----- (c/ Pe*(1- ))/ = a -------c (1- )/ (Pe* )= a ------- a/c = 1- / (Pe* ). Paso 1: = 0.4. Fluidez= 14 cm. a/c = 1- / (Pe* ) = 0.47≈0.5. Paso 2: Entro al gráfico y saco el Vp= 420. Luego auxiliándonos de las fórmulas de dosificación de mezclas mencionadas en el capítulo anterior se calculan el resto de los materiales para un total de 15 tejas.. Vc= 11.72kg. Va= 5.54kg. 53.

(54) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Grueso= 16.72kg. Fino=8.36kg. Medio= 8.36kg. Figura #9: Árido fino (0-0.5mm). Figura #10: Árido grueso (0.25-0.50mm). Figura#11:Árido medio (0.5-.25mm) Figura #12: Proceso de pesado del agua.. Paso #4: Una vez que tengo los áridos separados en fracciones y he determinado qué dosificación voy a emplear para los parámetros que he fijado, comienzo a producción de la TMC, atendiendo a los cuidados y rigores exigidos por las normas de control de la calidad en lo posible.. 54.

(55) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Figura #13: Teja recién vibrada.. Figura #14: Teja puesta en el molde.. Paso #5: Luego de 14 días la mitad de las tejas producidas fueron ensayadas para observar los posibles resultados que a mitad de tiempo arrojarían. Ahora estamos en espera de los resultados finales a los 28 días que se podrán observar más adelante adjuntados como anexo. Datos saneados a través de la siguiente condición estadística: ± 3δ donde: δ es la desviación típica. Tabla#9: Resultados de los ensayos a flexión. No. Tiempo (días). Resistencia a flexión (Kg). 1 2 3. 14 14 14. 80 70 70. 4. 14. 90. Media 77.5Kg. W= 14.27cm3 ---- módulo de la teja.. 55.

(56) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. Paso #6: ∑M= (P*L)/4 ∑M= (77.5Kg *40cm)/4 ∑M= 775 kg*cm. Paso #7: Aplicando Navier: σ= 775kg*cm/ 14.27cm3 σ= 54.31 kg/cm2------ 5.31Mpa Paso #8: Se entra al gráfico #1, que se muestra a continuación y se rectifican la resistencia esperada la cual debía ser de 8 MPa aproximadamente a los 28 días. Nuestras tejas a los 14 días han alcanzado valores de 5.31 MPa, suponiendo que a los 28 días aumente en un 15% más su resistencia aún así la diferencia entre lo esperado y lo adquirido será de 1 MPa aproximadamente lo cual es posible debido a que:. 56.

(57) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. 1- Asumimos una muestra utópica isótropa y homogénea, para aplicar la Ley de Navier. 2- Se encontraron imperfecciones en el ensayo que falseaban los resultados.. Figura #15: teja que no apoya la base.. Figura #16: Calzo de madera no diseñado con las dimensiones reales de la teja, por tanto no distribuye esfuerzos de manera uniforme.. 3- Condiciones de ensayo no óptimas. 4- Limitaciones económicas (no había cemento para la producción de réplicas). Aún a pesar de posibles imperfecciones en los resultados, nuestras tejas soportan a los 14 días, lo normado por Eco-Sur a los 28 desahogadamente y para subsanar estas diferencias propondremos el cálculo de un coeficiente de seguridad.. 57.

(58) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González.. 3.5-Procedimiento para dosificar mezclas de micro-concreto para TMC:. R e sisten cia a f lexió n.  Especificación de una resistencia y una fluidez por parte del consumidor.  Aplicar a esta resistencia un factor de seguridad que logre minimizar posibles fallos en los resultados finales. (Nosotros aún no podemos ofrecer el dato del factor de seguridad, por falta de elementos para su determinación, así que lo haremos conceptualmente auxiliándonos de los % diferenciales que sacamos de los ensayos a flexión, aunque recomendamos no obviar que para que el método sea 100% óptimo necesita que sea especificado este valor).  Con este resultado de resistencia modificado expresado en Mpa. y con la fluidez en cm, entramos a la tabla siguiente:. Comportamiento de la resistencia a la flexión utilizando la arena del Purio. 10 8 6 4 2 0 0,34. 0,36. 0,38. 0,4. 0,42. 0,44. Fluidez12 cm Fluidez14 cm Fluidez16 cm Fluidez18 cm Fluidez20 cm Fluidez22 cm. Concentraciónde cemento. Gráfico #3. Una vez aquí vemos si es posible crear una teja resistente para los valores que desea el consumidor, de ser así se determina el valor de concentración de cemento necesario para este elemento.. 58.

(59) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González..  Luego con ese valor de concentración de cemento entramos a la tabla#2 para determinar el volumen de pasta a emplear en la dosificación. La tabla #2 se puede observar a continuación.. Comportamiento de la fluidez vs Volumen de pasta en la mezcla utilizando la cantera El purio. V o lu m e n d e p asta. 550. 500 Fluides 12 cm. 450. Fluidez 14 cm. 400. Fluidez 16 cm. 350. Fluidez 18 cm Fluidez 20 cm. 300 0,3. 0,35. 0,4. 0,45. Fluidez 22 cm. Concentracion de cemento. Gráfico #4.  Con el Volumen de pasta se puede calcular el volumen de cemento auxiliándonos de las siguientes fórmulas de dosificación de mezclas.  Vc= *V pasta donde: es concentración de cemento.  Ese Vc de cemento que da un resultado en volúmenes se multiplica por el peso específico del cemento que es 3.17 y da un resultado en Kg/m3 de la cantidad de cemento a emplear.  Luego se puede calcular el Volumen de agua de la siguiente manera: . Va=. –Vc.  Obtención de la cantidad total de áridos (las tres fracciones) auxiliándonos de la siguiente ecuación :  V áridos= 1000 – V pasta.. 59.

(60) Diseño de mezclas de micro-concreto con aditivos. Diplomante: Glenda González González..  Y ese valor de V áridos que obtengo se multiplica por 0.25 y me da el 25% de fino necesario y también el 25% de medio y por 0.5 para obtener finalmente el 50% de grueso a emplear, esto se puede hacer porque inicialmente se fijó una proporción de áridos para el desarrollo de la mezcla de micro-concreto.  Para finalizar se multiplican los volúmenes absolutos de áridos por sus respectivos pesos específicos, en nuestro caso particular tendremos un Pe único para todos los áridos, se obtienen las proporciones en unidades de peso (Kg) y ya se puede decir que se tiene una dosificación de la mezcla para la elaboración de la teja según las necesidades del cliente.  En último caso si el consumidor deseara una teja que tuviera una resistencia y una fluidez que no le permitiera ser elaborable porque no cayera dentro del rango que ofrece el gráfico, también tiene la opción del empleo del aditivo súper-plastificante BIOBEN que aumenta la fluidez en un rango de 2cm aproximadamente y con su ayuda puede permitir que una mezcla que parecía no laborable, sea posible de producir.. 3.6-Ejemplo resuelto: 1. Resistencia mínima: 60kg Fluidez deseada: 14cm 2. Asumir según las probabilidades que a los 28 días alcance un aumento en un 15% de la resistencia y entonces la diferencia de lo obtenido a lo esperado sea de un 20% aproximadamente. En este caso se efectuaría lo siguiente: R= 60kg*0.2. Rf= 60kg-12= 48 ---- 4.8Mpa. R= 12kg. 3. Cuando se entre en la tabla se podrá observar que no se puede elaborar la teja con estas características porque no cae dentro del rango, entonces debo cambiar o la fluidez la resistencia. Atendiendo a que para esa resistencia una fluidez de 12cm es ideal, se cambiará entonces la fluidez. Fluidez= 12cm. 60.

Figure

Tabla Nº2 Características físico – mecánicas de los áridos finos (El Purio).
Tabla Nº3 Características físico-mecánicas del cemento.
Tabla N o 5:  Resultado de los ensayos de fluidez para distintos %de BIOBEN.
Gráfico  N o 2.  Muestra  el  comportamiento  de  la  fluidez  de  la  mezcla  de  microconcreto  utilizando  los  áridos  de  la  Cantera  El  Purio  al  cambiar  la  composición granulométrica
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Referencias

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