Estudio del hormigón celular

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL. ESTUDIO DEL HORMIGÓN CELULAR. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERÍA CIVIL. MARÍA CRISTINA RENGIFO CUENCA marycris_03@hotmail.com RUTH VERÓNICA YUPANGUI CUSHICONDOR abozz21@hotmail.com. DIRECTOR: ING. CESAR MONROY BERMEO camonroyb@hotmail.com. Quito, Octubre 2013.

(2) II. DECLARACIÓN. Nosotras, María Cristina Rengifo Cuenca, Ruth verónica Yupangui Cushicondor declaramos que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. La. Escuela. Politécnica. Nacional,. puede. hacer. uso. de. los. derechos. correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. _________________________. _____________________________. CRISTINA RENGIFO CUENCA. RUTH YUPANGUI CUSHICONDOR.

(3) III. CERTIFICACIÓN. Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por María Cristina Rengifo Cuenca y Ruth Verónica Yupangui Cushicondor, bajo mi supervisión.. _________________________ ING. CÉSAR MONROY DIRECTOR DEL PROYECTO.

(4) IV. AGRADECIMIENTO. “Son muchas las manos y los corazones que contribuyen al éxito de una persona” Deseo expresar mis más sinceros agradecimientos a todo el personal docente, administrativo y servicios de la Escuela Politécnica Nacional y en especial a la Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental, a todos los Ingenieros que contribuyeron con su conocimiento y experiencia a lo largo de todo esta etapa de formación profesional. De manera especial al Ing. César Monroy por su ayuda desinteresada y guía proporcionada para el desarrollo de la investigación y oportunas correcciones, al Ing. Jorge Vintimilla e Ing. Félix Vaca por el apoyo brindado en el periodo de correcciones, al Ing. Germán Estrella por su asesoramiento y por brindarnos el material y equipo necesario durante toda la fase de estudio. A todo el personal del Laboratorio de Hormigones de la Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental, que con su granito de arena hacían posible el alcance de esta meta. Al Ing. Gustavo Barahona, Sra. Sonia Almeida, Sra. Cecilia Dután, Sra. Ligia Narváez y el Sr. Luis Tipas por la confianza y amistad brindada. A los compañeros y amigos, por compartir todos estos años de carrera y darnos siempre una mano para seguir adelante. A mi familia en especial mi prima Mirian Tipán y mi tía Piedad Rengifo. A todas las personas que de una u otra forma creyeron en mí.. María Cristina.

(5) V. AGRADECIMIENTO. Agradezco a Dios por haberme dado una maravillosa familia que han sido mi pilar y ejemplo de vida por lo que les doy mis más sinceros agradecimientos a mis padres, hermanas, abuelita porque han estado en los momentos más difíciles de mi vida, y cuando ya quería rendirme las palabras que me animaba eran, “no es una carrera de tiempo si no de resistencia” y que de esas dificultades me fortalezcan que jamás me rinda a más de un sincero agradecimiento al Ingeniero César Monroy que gracias a su apoyo se pudo realizar la tesis a mi primo Mario, mi novio Euclides, mi vecino Flavio y mi amigo Jorge que me ayudaron a fundir y desocupar el laboratorio. También agradezco a mis amigas Cati, Pamela, Cris V, Anita María, Jorge, Cris R y Cris C, a mis compañeros que fui consiguiendo en toda mi carrera y en los momentos de tristeza y desanimo me ayudaron moralmente y me aconsejaron. Por toda su ayuda gracias a todos que me ayudaron a culminar la tesis.. Ruth Yupangui.

(6) VI. DEDICATORIA. A Dios y la Virgen María que me dieron salud, sabiduría y la fortaleza necesaria en todos los días de mi vida, por no dejarme desfallecer en mi camino y permitirme culminar una meta más en mi vida. A Teresita, mi madre querida, por su apoyo incondicional y hacer realidad este sueño tan anhelado para las dos, por enseñarme que todo se logra en la vida con esfuerzo y dedicación, mil gracias por tus consejos y apoyo moral, por todo tu amor, este triunfo es para ti. A Miguelito, mi padre y hermanos Carlos, Rodrigo, Jenny y Ángel por estar a mi lado en todo momento, llenándome de alegrías y brindándome palabras de confianza y seguridad. A dos personitas que llegan a ser el mástil de mi vida, Galo y nuestro bebe, por enseñarme que con paciencia y amor todo se logra.. María Cristina.

(7) VII. DEDICATORIA. Quiero dedicar esta tesis a mis Padres: Rodrigo y Manuela por su paciencia, a mis hermanas: Cristina y Ligia por su palabras de aliento, a mi Abuelita: Adelaida por sus bendiciones y a mi querido tío que siempre estaba orgulloso de mi y de mis hermanas sé que desde el cielo él nos ayuda.. Ruth Yupangui.

(8) VIII. CONTENIDO DECLARACIÓN ..................................................................................................... II CERTIFICACIÓN .................................................................................................. III AGRADECIMIENTO .............................................................................................. IV AGRADECIMIENTO ............................................................................................... V DEDICATORIA ...................................................................................................... VI DEDICATORIA ..................................................................................................... VII CONTENIDO ....................................................................................................... VIII ÍNDICE DE TABLAS ........................................................................................... XIII INDICE DE GRÁFICOS ...................................................................................... XIV ÍNDICE DE FOTOS .............................................................................................. XV NORMA INEN ..................................................................................................... XVI NORMA ASTM ................................................................................................... XVII RESUMEN .......................................................................................................... XIX ABSTRACT ......................................................................................................... XXI PRESENTACIÓN .............................................................................................. XXIII CAPÍTULO 1 .......................................................................................................... 1 GENERALIDADES ................................................................................................. 1 1.1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 1 1.2. ANTECEDENTES ........................................................................................ 2 1.3. OBJETIVOS ................................................................................................. 3 1.3.1.. OBJETIVO GENERAL ........................................................................ 3. 1.3.2.. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................. 3. 1.4. ALCANCE .................................................................................................... 4 CAPÍTULO 2 .......................................................................................................... 5 FUNDAMENTO TEÓRICO ..................................................................................... 5 2.1. HORMIGÓN ................................................................................................. 5 2.2. HORMIGÓN LIVIANO .................................................................................. 5 CLASIFICACIÓN................................................................................................. 6 2.3. HORMIGÓN CELULAR ............................................................................... 6 2.3.1.. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DEL HORMIGÓN CELULAR ..... 7.

(9) IX. 2.3.2.. PROCESO DE PRODUCCIÓN ........................................................ 13. 2.3.3.. APLICACIONES ............................................................................... 14. 2.3.4.. VENTAJAS DEL HORMIGÓN CELULAR......................................... 15. 2.3.5.. DESVENTAJAS DEL HORMIGÓN CELULAR ................................. 18. CAPÍTULO 3 ........................................................................................................ 20 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS MATERIALES Y EQUIPO ..................... 20 3.1. AGREGADOS ............................................................................................ 20 3.1.1.. DETERMINACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA EN LA ARENA ... 22. 3.1.2.. GRANULOMETRÍA DE AGREGADO FINO ..................................... 23. 3.1.3.. DENSIDAD APARENTE DEL AGREGADO FINO ............................ 26. 3.1.4. PESO ESPECÍFICO (SSS) Y PORCENTAJE DE ABSORCIÓN DEL AGREGADO FINO ........................................................................................ 27 3.2. CEMENTO ................................................................................................. 28 3.2.1.. DENSIDADES APARENTES DEL CEMENTO ................................. 29. 3.2.2.. DENSIDAD REAL DEL CEMENTO .................................................. 30. 3.2.3. CONSISTENCIA NORMAL Y TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO ..................................................................................................... 31 3.3. ADITIVOS .................................................................................................. 32 3.4. FIBRAS ...................................................................................................... 34 3.5. AGENTE ESPUMANTE ............................................................................. 36 3.6. MÁQUINA PARA LA PRODUCCIÓN DE ESPUMA PARA EL EMPLEO EN EL HORMIGÓN CELULAR ............................................................................... 38 CAPÍTULO 4 ........................................................................................................ 40 DOSIFICACIÓN ................................................................................................... 40 4.1. DATOS PRELIMINARES ........................................................................... 41 4.2. DISEÑO DE LA MEZCLA .......................................................................... 42 4.3. PROCESO DE ELABORACIÓN ................................................................ 45 4.4. RESULTADOS DE LA DOSIFICACIÓN – ARENA MITAD DEL MUNDO .. 46 CAPÍTULO 5 ........................................................................................................ 50 PRUEBAS DEL HORMIGÓN CELULAR CON O SIN ADITIVOS, SEGÚN NORMAS Y ESPECIFICACIONES ESTABLECIDAS .......................................... 50 5.1. ENSAYO A COMPRESIÓN ....................................................................... 52 5.2. ENSAYO A FLEXIÓN ................................................................................ 54 5.3. ENSAYO DE VELOCIDAD SÓNICA .......................................................... 56.

(10) X. 5.4. ENSAYO ESCLEROMÉTRICO.................................................................. 58 5.5. CONSTANTES ELASTICAS ...................................................................... 61 DESCRIPCIÓN DE LA CURVA ESFUERZO - DEFORMACIÓN ...................... 61 5.5.1.. MÓDULO DE ELASTICIDAD............................................................ 62. 5.5.2.. RELACIÓN DE POISSON ................................................................ 63. ¿QUÉ ES UN STRAIN GAUGE? ................................................................... 64 5.6. PESO ESPECÍFICO Y ABSORCIÓN......................................................... 65 CAPÍTULO 6 ........................................................................................................ 66 ANÁLISIS DE RESULTADOS .............................................................................. 66 6.1. ELECCIÓN DEL TIPO DE ARENA ............................................................ 66 6.2. ELECCIÓN DEL ADITIVO ......................................................................... 69 6.3. RESULTADOS EN ESPECÍMENES CILÍNDRICOS .................................. 71 6.4. RESULTADOS EN ESPECÍMENES PRISMÁTICOS ................................ 79 CAPÍTULO 7 ........................................................................................................ 81 ANÁLISIS TÉCNICO ECONÓMICO ..................................................................... 81 7.1. COSTOS DE LA ELABORACIÓN DE CILINDROS DE HORMIGÓN CONVENCIONAL VS HORMIGÓN CELULAR ................................................. 81 7.2. COSTOS DE LA ELABORACIÓN DE BLOQUES DE HORMIGÓN CONVENCIONAL VS HORMIGÓN CELULAR ................................................. 83 7.3. ANÁLISIS TÉCNICO DE UNA VIVIENDA CON ALIVIANAMIENTOS DE HORMIGÓN CELULAR VS HORMIGÓN CONVENCIONAL ............................ 84 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES GENERALES ................................. 89 CONCLUSIONES................................................................................................. 89 RECOMENDACIONES ........................................................................................ 92 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 93 ANEXOS .............................................................................................................. 96 ANEXO Nº 1 ......................................................................................................... 97 DENSIDAD SUELTA Y COMPACTADA DEL CEMENTO.................................... 97 ANEXO Nº 2 ......................................................................................................... 99 DENSIDAD REAL DEL CEMENTO...................................................................... 99 ANEXO Nº 3 ....................................................................................................... 101 CONTENIDO ORGÁNICO DEL AGREGADO FINO .......................................... 101 ANEXO Nº 4 ....................................................................................................... 103.

(11) XI. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO AGREGADO FINO ......................................... 103 ANEXO Nº 5 ....................................................................................................... 110 DENSIDAD SUELTA Y COMPACTADA AGREGADO FINO ............................. 110 ANEXO Nº 6 ....................................................................................................... 112 PESO ESPECÍFICO – ABSORCIÓN AGREGADO FINO .................................. 112 ANEXO Nº 7 ....................................................................................................... 114 ENSAYOS DE COMPRESIÓN DEL HORMIGÓN CELULAR DENSIDAD APARENTE 1200 [kg/cm3] ................................................................................. 114 ANEXO Nº 8 ....................................................................................................... 120 ENSAYOS DE COMPRESIÓN DEL HORMIGÓN CELULAR DENSIDAD APARENTE 1700 [kg/cm3] ................................................................................. 120 ANEXO Nº 9 ....................................................................................................... 126 ENSAYOS DE COMPRESIÓN DEL HORMIGÓN CELULAR DENSIDAD APARENTE 1500 [kg/cm3] ................................................................................. 126 ANEXO Nº 10 ..................................................................................................... 129 ENSAYOS DE COMPRESIÓN DEL HORMIGÓN CELULAR CON FIBRAS Y ADITIVO – DENSIDAD APARENTE 1200 [kg/cm3] ........................................... 129 ANEXO Nº 11 ..................................................................................................... 132 ENSAYOS DE COMPRESIÓN DEL HORMIGÓN CELULAR CON FIBRAS Y ADITIVO – DENSIDAD APARENTE 1500 [kg/cm3] ........................................... 132 ANEXO Nº 12 ..................................................................................................... 135 ENSAYOS DE COMPRESIÓN DEL HORMIGÓN CELULAR CON FIBRAS Y ADITIVO – DENSIDAD APARENTE 1700 [kg/cm3] ........................................... 135 ANEXO Nº 13 ..................................................................................................... 138 ENSAYOS DE VELOCIDAD SÓNICA DEL HORMIGÓN CELULAR ................. 138 ANEXO Nº 14 ..................................................................................................... 142 ENSAYO ESCLEROMÉTRICO DEL HORMIGÓN CELULAR ........................... 142 ANEXO Nº 15 ..................................................................................................... 146 ENSAYO MÓDULO DE ELASTICIDAD Y RELACIÓN DE POISSON – DOSIFICACIÓN NORMAL ................................................................................ 146 ANEXO Nº 16 ..................................................................................................... 159 ENSAYO MÓDULO DE ELASTICIDAD Y RELACIÓN DE POISSON – DOSIFICACIÓN TESPECON ............................................................................ 159 ANEXO Nº 17 ..................................................................................................... 172.

(12) XII. ENSAYO MÓDULO DE ELASTICIDAD Y RELACIÓN DE POISSON – DOSIFICACIÓN BASF ...................................................................................... 172 ANEXO Nº 18 ..................................................................................................... 185 ENSAYO A FLEXIÓN......................................................................................... 185 ANEXO Nº 19 ..................................................................................................... 189 DOSIFICACIÓN DEL HORMIGÓN CONVENCIONAL ....................................... 189 DOSIFICACIÓN DEL HORMIGÓN CONVENCIONAL ....................................... 190 ANEXO Nº 20 ..................................................................................................... 192 MODELACIÓN DE UNA VIVIENDA DE TRES PISOS ....................................... 192 ANEXO Nº 21 ..................................................................................................... 198 DOSIFICACION DE LAS CINCO ARENAS........................................................ 198.

(13) XIII. ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2.1 Componentes de la mezcla .................................................................. 8 Tabla 2.2 Esfuerzos a la compresión – contenido de cemento (Mezcla A) .......... 9 Tabla 2.3 Esfuerzos a la compresión – contenido de cemento (Mezcla B) ........ 10 Tabla 2.4 Módulos de elasticidad (Mezcla B) ..................................................... 10 Tabla 3.1 Localización de las Arenas ................................................................. 21 Tabla 3.2 Resultados del contenido orgánico .................................................... 23 Tabla 3.3 Serie de tamices ................................................................................. 24 Tabla 3.4 Límites de finura ................................................................................. 24 Tabla 3.5 Resultados de las densidades aparentes ........................................... 27 Tabla 3.6 Resultados de los pesos específicos y absorción .............................. 28 Tabla 3.7 Resultados de la densidad aparente y densidad real ......................... 31 Tabla 4.1 Resultados de las características de los materiales ........................... 41 Tabla 4.2 Resistencia a la compresión del hormigón basada en la relación agua – cemento (a/c) .................................................................................................... 42 Tabla 4.3 Relación arena – cemento según su aplicación ................................. 42 Tabla 4.4 Dosificación del hormigón celular por m3 ........................................... 47 Tabla 4.5 Dosificación del hormigón celular por m3 ........................................... 48 Tabla 4.6 Dosificación del hormigón celular por m3 ........................................... 49 Tabla 4.7 Aditivos utilizados en el hormigón celular ........................................... 49 Tabla 6.1 Promedio de los esfuerzos a la compresión de las diferentes dosificaciones ....................................................................................................... 71 Tabla 6.2 Resultados de velocidad sónica en el hormigón celular ..................... 74 Tabla 6.3 Módulo de Elasticidad y Relación de Poisson para densidades aparentes de 1200 [kg/cm3].................................................................................. 76 Tabla 6.4 Módulo de Elasticidad y Relación de Poisson para densidades aparentes de 1500 [kg/cm3].................................................................................. 77 Tabla 6.5 Módulo de Elasticidad y Relación de Poisson para densidades aparentes de 1700 [kg/cm3].................................................................................. 78 Tabla 6.6 Resultados vigas a flexión – Dosificación normal ............................... 79 Tabla 6.7 Resultados vigas a flexión – Dosificación fibra A ............................... 80 Tabla 6.8 Resultados vigas a flexión – Dosificación fibra B ............................... 80 Tabla 7.1 Costo de cilindros elaborados con hormigón convencional vs hormigón celular ................................................................................................................... 82 Tabla 7.2 Costo de bloques elaborados con hormigón convencional vs hormigón celular ................................................................................................................... 83 Tabla 7.3 Resumen de las cargas muertas ........................................................ 86 Tabla 7.4 Cargas vivas asumidas ...................................................................... 86 Tabla 7.5 Cargas de sismo................................................................................. 86 Tabla 7.6 Resumen comparativo de secciones .................................................. 87 Tabla 7.7 Cargas axiales – Pórtico 3 .................................................................. 88.

(14) XIV. Tabla 7.8 Resumen comparativo de cargas ....................................................... 88. INDICE DE GRÁFICOS Gráfico 1.1 Panteón de Agripa – Año 126 d.C. .................................................... 2 Gráfico 2.1 Resultados de los ensayos de compresión a los 28 días .................. 8 Gráfico 2.2 Ensayos de compresión – Cantidad de cemento (28 días)................ 9 Gráfico 2.3 Ensayos de compresión – Cantidad de cemento (28 días).............. 10 Gráfico 2.4 Resistencia 28 días vs Densidad ..................................................... 11 Gráfico 2.5 Resistencia vs peso volumétrico ...................................................... 12 Gráfico 2.6 Proceso de producción .................................................................... 13 Gráfico 2.7 Aislamiento térmico.......................................................................... 16 Gráfico 2.8 Aislamiento acústico ........................................................................ 17 Gráfico 2.9 Resistencia al fuego......................................................................... 17 Gráfico 3.1 Resultados de las curvas granulométricas ...................................... 25 Gráfico 3.2 Clasificación de los aditivos ............................................................. 33 Gráfico 3.3 Variación en el aprovechamiento de las ventajas del empleo del aditivo plastificante ............................................................................................... 34 Gráfico 4.1 Curva de Reajuste de espuma en función de la densidad aparente 44 Gráfico 4.2 Dosificación Propuesta vs Dosificación Final ................................... 47 Gráfico 4.3 Dosificación Propuesta vs Dosificación Final ................................... 48 Gráfico 4.4 Dosificación Propuesta vs Dosificación Final ................................... 49 Gráfico 5.1 Desarrollo de la resistencia en el tiempo de un hormigón con cemento portland normal ...................................................................................... 54 Gráfico 5.2 Esquema del aparato para la prueba a la flexión con carga a los tercios del claro .................................................................................................... 55 Gráfico 5.3 Funcionamiento del Martillo Schmidt con diferente superficie ......... 59 Gráfico 5.4 Tramo elástico e inelástico de la curva esfuerzo - deformación ...... 61 Gráfico 5.5 Deformación total de un cuerpo ....................................................... 63 Gráfico 6.1 Influencia de la Granulometría en el Esfuerzo a la Compresión ...... 68 Gráfico 6.2 Esfuerzo a la Compresión (Pesos Específicos de 1200 kg/ cm3) .... 68 Gráfico 6.3 Esfuerzo a la Compresión (Pesos Específicos de 1700 kg/ cm3) .... 69 Gráfico 6.4 Esfuerzo a la compresión para las diferentes dosificaciones según su peso específico .................................................................................................... 72 Gráfico 6.5 Tendencia del esfuerzo a la compresión respecto al peso específico ............................................................................................................................. 73 Gráfico 6.6 Esfuerzo a la compresión para la dosificación normal ..................... 74.

(15) XV. Gráfico 6.7 Esfuerzo a la compresión para la dosificación fibra A...................... 75 Gráfico 6.8 Esfuerzo a la compresión para la dosificación fibra B...................... 75 Gráfico 6.9 Curva esfuerzo – deformación unitaria, para densidades aparentes 1200 [kg/cm2] ....................................................................................................... 76 Gráfico 6.10 Curva esfuerzo – deformación, para densidades aparentes 1500 [kg/cm2] ................................................................................................................ 77 Gráfico 6.11 Curva esfuerzo – deformación, para densidades aparentes 1700 [kg/cm2] ................................................................................................................ 78 Gráfico 6.12 Esfuerzo a la flexión de las tres dosificaciones finales .................. 79 Gráfico 7.1 Esquema del edificio ........................................................................ 85. ÍNDICE DE FOTOS Foto 2.1 Hormigón celular ..................................................................................... 7 Foto 2.2 Bloque curado de hormigón celular ....................................................... 12 Foto 3.1 Canteras en el sector de San Antonio de Pichincha ............................. 20 Foto 3.2 Arenas utilizadas en la fabricación del hormigón .................................. 22 Foto 3.3 Escala de Gardner ................................................................................ 23 Foto 3.4 Frasco de Le Chatelier .......................................................................... 30 Foto 3.5 Aparato de Vicat modificado ................................................................. 32 Foto 3.6 Aditivos.................................................................................................. 33 Foto 3.7 Fibras de polipropileno virgen ............................................................... 36 Foto 3.8 Hormigón Celular (HC) dependiendo de la densidad ............................ 37 Foto 3.9 Agente espumante ................................................................................ 38 Foto 3.10 Máquina generadora de espuma ........................................................ 38 Foto 3.11 Descargador de espuma ..................................................................... 39 Foto 4.1 Proceso de elaboración......................................................................... 46 Foto 5.1 Dispositivo para ensayo de compresión ................................................ 53 Foto 5.2 Ensayo de vigas a flexión...................................................................... 56 Foto 5.3 Esquema del principio del ensayo del método ultrasónico .................... 57 Foto 5.4 Representación del ensayo con el Martillo de Rebote .......................... 59 Foto 5.5 Módulo de elasticidad en el hormigón ................................................... 62 Foto 5.6 Strain gage ............................................................................................ 64 Foto 6.1 Comportamiento del Hormigón de peso específico 1100 kg/cm3 .......... 67 Foto 6.2 Forma de falla del cilindro de ϒ = 1100 [kg/cm3].................................... 67 Foto 6.3 Comportamiento del hormigón con los Aditivos tipo A .......................... 70 Foto 6.4 Comportamiento del hormigón con los Aditivos tipo B .......................... 70.

(16) XVI. NORMA INEN INEN 152:2010 Cemento Portland. Requisitos INEN 156:2009 Cemento hidráulico. Determinación de la Densidad INEN 157:2009 Segunda revisión cemento hidráulico. Determinación de la consistencia normal. Método de Vicat. INEN 490 Cementos hidráulicos compuestos requisitos INEN 855 Áridos para hormigón. Determinación del contenido orgánico en los agregados finos. INEN. 1. 573:2010. Primera. revisión. hormigón. de. cemento. hidráulico.. Determinación de la resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos de hormigón de cemento hidráulico. INEN 2528:2010 cámaras de curado, gabinetes húmedos, tanques para almacenamiento en agua y cuartos para elaborar mezclas, utilizados en ensayos de cemento hidráulico y hormigón. Requisitos. INEN 2 554 Hormigón de cemento hidráulico. Determinación de la resistencia a la flexión del hormigón, utilizando una viga simple con carga en los tercios. INEN 856:2010 Áridos. Determinación de la densidad, densidad relativa (gravedad específica) y absorción del árido fino..

(17) XVII. NORMA ASTM ASTM C-29 Método Estándar para determinar la Densidad Aparente (Peso Unitario) de los agregados. ASTM C-31/C-31M-03a Práctica Normalizada para la preparación y curado en obra de las probetas para ensayo del hormigón (Cilindros y Vigas). ASTM C-33 Especificación estándar para elaboración del hormigón ASTM C-39 Método estándar de prueba de resistencia a la compresión de probetas cilíndricas de concreto. ASTM C-40 Método de prueba estándar para las impurezas orgánicas en los agregados finos para hormigón. ASTM C-138 Método de Prueba Estándar para Densidad (Peso Unitario), Rendimiento y Contenido de Aire (Gravimétrico) del hormigón. ASTM C-192 Práctica estándar para preparación y curado de especímenes de Ensayo de hormigón en el Laboratorio. ASTM C-219-07a Estándar terminología relacionada con cemento hidráulico ASTM C-469 Método de prueba estándar para módulo estático de elasticidad y coeficiente de Poisson del hormigón en Compresión. ASTM C-511:98 Especificación estándar para Gabinetes húmedas, Habitaciones húmedas, y Tanques de Almacenamiento de Agua, Se utiliza en el ensayo de cementos hidráulicos y Concretes1. ASTM C-617 Práctica estándar, limitación de especímenes de cilíndrico de hormigón. ASTM C-642 Método de prueba estándar para Densidad, Absorción y Vacíos en endurecido Concrete1..

(18) XVIII. ASTM C-805-97 Método de prueba estándar para el número de rebote del hormigón endurecido. ASTM D2845-05 Método de prueba estándar para la determinación Laboratorio de velocidades de impulsos ultrasónicos y constantes elásticas de la roca..

(19) XIX. RESUMEN El propósito de la investigación fue obtener resultados experimentales del hormigón celular y encontrar. diferentes aplicaciones dependiendo de su. resistencia; el hormigón celular no es más que la unión de mortero y aditivo espumante. En la actualidad se quiere introducir este sistema de construcción para todo tipo de proyecto teniendo como ventaja principal la baja densidad, permitiendo así disminuir la carga muerta de las diferentes construcciones. Al no haber normas estandarizadas en el país, para la elaboración del hormigón celular se utilizó la relación 1:2 (1 porción de cemento : 2 porciones de agregado fino) y usar como referencia las normas INEN y ASTM, especialmente para las características físicas del cemento y el agregado fino ya que no contiene agregado grueso. Este material por ser un mortero se analiza la opción de incluir fibras poliméricas y/o aditivos plastificantes para mejorar la resistencia. Se analizó el proceso de elaboración del hormigón celular, ya que los valores obtenidos en la dosificación teórica son diferentes a los valores experimentales, por lo que es necesario presentar una curva de ajuste respecto al aditivo espumante. Para el siguiente estudio se eligió cinco tipos de arenas extraídas de lugares aledaños a la ciudad de Quito tales como: Cantera Toachi, Río Toachi, Cantera Mitad del Mundo, Cantera Pifo y Cantera Pita; con la finalidad de obtener una arena óptima en base a la que proporcione mayor esfuerzo a la compresión con una dosificación de mortero más aditivo espumante. Una vez escogida la arena óptima se procedió a la elaboración de cilindros de hormigón celular adicionando fibras y aditivos los cuales fueron sometidos a ensayos de comprensión,. vigas a flexión, esclerométrico, velocidad sónica,. constantes elásticas y peso específico, y así evaluar el comportamiento mecánico del hormigón final. Con la finalidad de saber qué tan viable es este producto en la construcción, se elaboró alivianamientos de hormigón celular con un peso específico aproximado.

(20) XX. de 1200 kg/cm3, teniendo así una comparación en costo y peso respecto a alivianamientos del mercado nacional. Finalmente se dio posibles aplicaciones a este tipo de hormigón dependiendo de sus características finales encontradas en este estudio..

(21) XXI. ABSTRACT The purpose of the research was to obtain experimental results of foam concrete and different applications depending on yours strength; the cellular concrete is simply the union of mortar and foaming additive. At present this construction system is to be introduced for all type projects having as main advantage the low density, allowing reducing the dead load of the different constructs. In the absence of standardized regulations in the country, for the production of foam concrete was used the relation 1:2 (1 part cement: 2 parts fine aggregate) and used as reference the INEN and ASTM standards, especially for the physical characteristics of cement and fine aggregate because it doesn’t contain coarse aggregate. This material is a morter, for this reason in the analyzed has includes polymeric fibers and/or plasticizer additives to improve the strength. Is analyzed the elaboration process of foam concrete, since the values obtained in the theorical dosage are different to the experimental values, so it is necessary to make an adjustment curve with respect to foaming additive. For the next study chose five type of sand taken from places near to Quito city such as: Cantera Toachi, Río Toachi, Cantera Mitad del Mundo, Cantera Pifo and Cantera Pita; with the purpose of obtain optimal sand depending on the to provide greater compressive strength with the dosage of mortar plus foaming additive. After selecting the optimal sand proceeded to the making cylinders of cellular concrete adding fibers and additives which were subjected to tests of comprehension, flexural beams, rebound hammer, sonic velocity, elastic constants and specific weight, and thus evaluate the mechanical behavior the final concrete. With the purpose of know, how feasible this product in the construction is?, was made foam concrete blocks with a specific gravity about 1200 kg/m3, thus having a comparison in cost and weight compared to existing blocks in the domestic market..

(22) XXII. Finally turned possible applications for this type of concrete, depending on its final characteristics found in this study..

(23) XXIII. PRESENTACIÓN Los sistemas constructivos siempre están en constante evolución y buscan sistemas innovadores con el objetivo de disminuir la carga muerta de las estructuras de hormigón, para salvaguardar la vida de las personas. El presente proyecto de titulación estudia al hormigón celular que incluye un agente espumógeno en vez del agregado grueso, para analizar y estudiar sus propiedades se realizó los ensayos correspondientes en el Laboratorio de Mecánica de Suelos y Ensayo de Materiales, de la Escuela Politécnica Nacional. Este estudio está compuesto de siete capítulos y anexos en los que se especifica los ensayos necesarios. Capítulo 1: Generalidades.- Se presenta la introducción, antecedentes, objetivos y alcance de la investigación. Capítulo 2: Fundamento teórico.- Se presenta una breve explicación del hormigón y el hormigón celular. Capítulo 3: Características físicas de los materiales y equipo.- Indica la ubicación y descripción de los materiales, y equipos. Capítulo 4: Dosificación.- Las dosificaciones obtenidas son aproximadas ya que se tomó como guía algunas normas y especificaciones del hormigón convencional. Capítulo 5: Pruebas de hormigón celular con o sin aditivos según normas y especificaciones establecidas.- Se describe seis ensayos para determinar las características mecánicas del hormigón celular. Capítulo 6: Análisis de resultados.- Presenta los resultados de los cilindros y vigas sometidos a diferentes ensayos ya mencionados. Capítulo 7: Análisis Técnico Económico.- Se analiza la diferencia de costos entre alivianamientos de hormigón celular y alivianamientos convencional, a más de obtener. la. diferencia. de. pesos. en. porcentaje..

(24) CAPÍTULO 1 GENERALIDADES 1.1. INTRODUCCIÓN El hormigón es uno de los materiales más utilizados en la construcción, sin embargo el peso normal del hormigón convencional resulta una desventaja en el análisis estructural, siendo la carga muerta un factor importante, para minimizar este inconveniente se ha creado las alternativas de hormigones livianos. Se considera hormigones livianos1 a aquellos que producen una densidad menor que 1800 kg/m3, reduciendo el peso de la estructura y por ende el tamaño de columnas, cimentaciones y otros elementos de carga. Dentro de los hormigones livianos se encuentra el hormigón celular; los elementos que constituye este tipo de hormigón son: aglomerante, agregado fino, agua, aditivo espumante y eventualmente fibras y aditivos. La composición química del aditivo espumante se basa en tensoactivos y proteínas estabilizadoras, que ayudan a encapsular el aire a través de la espuma que se forma, obteniendo después del fragüe un material de baja densidad por el gran número de cavidades en su interior. La dosificación del aditivo espumante, va en función del peso específico del producto final. Uno de los factores que dificulta el diseño estructural es el no tener información o parámetros suficientes para realizar los respectivos cálculos, como son: módulo de elasticidad, peso específico, esfuerzo a la compresión, entre otros. Desde este enfoque, el estudio del hormigón celular se centra en proporcionar la mayoría de datos y posteriormente dar utilidad de acuerdo a los requisitos constructivos.. 1. ACI Comité 318. (2005). Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural y Comentarios. Análisis y diseño – Consideraciones generales. Módulo de elasticidad. USA..

(25) 2. 1.2. ANTECEDENTES Los romanos fueron los primeros en utilizar el concepto del hormigón alivianado, como se puede evidenciar en el Panteón de Agripa – Italia, el cual gradualmente disminuye el peso del hormigón a medida que se incrementa su altura hasta llegar a la cúpula que está compuesta de cemento y piedra pómez, al observar esta estructura fantástica que ya lleva en pie aproximadamente dos mil años se demuestra que una estructura no necesita ser pesada para ser sismo resistente. Gráfico 1.1 Panteón de Agripa – Año 126 d.C.. Fuente: Páez I. (2011). Panteón. http://ipaez2.blogspot.com/2011/11/panteon.html. El hormigón alivianado también es conocido como hormigón celular o poroso, fue desarrollado hace más de 60 años2, pero su impacto no fue de mayor transcendencia por la dificultad del proceso inicial y su costo.. 2. Estrella G. (2012). Hormigón celular o alivianado. Tecnología en construcción TEC247 S.A..

(26) 3. No ha sido sino hasta hace pocos años que el interés de proporcionar un hormigón más liviano ha tomado fuerza con el desarrollo de espumas estables y métodos de uso que garantizan densidades y resistencias aceptables, recomendado en particular para el mercado residencial y la construcción de edificios, este tipo de hormigón es utilizado con frecuencia a escala europea; esta nueva alternativa es más antigua de lo que se suele pensar fue inventado en 1924 y patentada por J. A. Eriksson3. A la fecha, en la Escuela Politécnica Nacional se han realizado investigaciones de hormigones livianos como son: Hormigones de baja densidad con uso de espumantes4, hormigones de baja densidad5 y hormigón celular6.. 1.3. OBJETIVOS 1.3.1. OBJETIVO GENERAL Investigar las características mecánicas del Hormigón Celular a través de ensayos de laboratorio como: comprensión, vigas a flexión, esclerométrico, velocidad sónica, constantes elásticas y pesos específicos; adicionando diferentes aditivos para mejorar el comportamiento del mismo y encontrar diferentes aplicaciones dependiendo de su resistencia. 1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Conocer las bases del hormigón celular Conocer la función de cada componente que interviene en la dosificación del hormigón celular (agregados, cemento, relación a/c, aditivos, agente espumógeno, fibras y aditivos).. 3. Arce P., C. Aldana, K. Mendoza, & W. Polanco. (2011). El hormigón celular. Chile. Viña del Mar. Universidad de las Américas. Facultad de Ciencias de la Ingeniería. Escuela de Construcción. 4 Avilés, W., & R. Naranjo. (1995). Hormigones de baja densidad con uso de espumantes. Ecuador. Quito. Escuela Politécnica Nacional. Facultad de Ingeniería Civil. 5 Guevara, W., & C. Morales. (1995). Hormigones de baja densidad. Ecuador. Quito. Escuela Politécnica Nacional. Facultad de Ingeniería Civil. 6 Zalamea Luis E. (1981). Hormigón celular. Ecuador. Quito. Escuela Politécnica Nacional. Facultad de Ingeniería Química..

(27) 4. Determinar las características físicas del material cementante así como de los diferentes agregados finos recolectados en distintas zonas aledañas a Quito. Tomar como referencia a las normas y especificaciones del hormigón convencional para iniciar la elaboración del hormigón celular. Investigar. y realizar el procedimiento de los ensayos a seguir en el. hormigón celular para obtener la mayor información experimental. Elaborar para las diferentes dosificaciones las curvas: resistencia vs densidad, esfuerzo vs deformación y obtener parámetros como: peso específico, módulo de elasticidad u otros de importancia durante la investigación. Análisis técnico económico en la elaboración del hormigón celular en el mercado ecuatoriano con referente a otros materiales y equipos utilizados en la construcción. Comparación de precios con otros hormigones existentes en la construcción nacional.. 1.4. ALCANCE La elaboración de las curvas características esfuerzo vs deformación, se enfoca en la determinación del módulo de elasticidad conocido también como el módulo de Young, a más de la obtención de otros parámetros necesarios para el diseño, estableciendo en primer lugar la dosificación pertinente para cada tipo de agregado fino y densidad aparente ya sean sin o con aditivos, mismos que mediante ensayos (compresión, flexión, esclerométrico, velocidad sónica, peso específico) nos darán a conocer las propiedades mecánicas del hormigón celular. Determinar la factibilidad técnica y económica del producto en el mercado constructivo..

(28) 5. CAPÍTULO 2 FUNDAMENTO TEÓRICO 2.1. HORMIGÓN El hormigón es una piedra artificial compuesto de conglomerante y materiales inertes, obteniendo mayor resistencia de trabajo con el pasar del tiempo. El conglomerante es la mezcla de cemento y agua. Los materiales inertes se agregan a la mezcla por cuestión de economía, ya que poseen resistencias similares a la piedra artificial, estos deben ser de diferente tamaño para que el volumen de la pasta a utilizar sea mínima; generalmente en el hormigón se añade algún aditivo y/o adiciones con el propósito de mejorar ciertas propiedades que por sí mismo no lo posee. Para la dosificación se toma en cuenta factores de: trabajabilidad, consistencia, resistencia y durabilidad; esto es con el objetivo de obtener una material económico. Mismo que dependerá de la relación agua – cemento, características de los áridos, asentamiento, entre otras. La resistencia para hormigones normales está en el rango de 180 a 500 [kg/cm2] con densidades alrededor de 2400 [kg/cm3], mientras que para los hormigones especiales alcanzan resistencias hasta 2000 [kg/cm2] con densidad de más de 3200 [kg/cm3].. 2.2. HORMIGÓN LIVIANO Se considera hormigones livianos a aquellos que tengan un peso específico menor que el hormigón convencional (2400 kg/cm3). Este tipo de material permite optimizar el diseño estructural, reduciendo la carga muerta por ende la reducción de las secciones de: columnas, zapatas y otros elementos de carga, y en particular las cimentaciones. En términos generales los hormigones livianos pueden ser considerados como, el resultado de obtener un material de.

(29) 6. construcción con características similares del hormigón tradicional, que reúna “cualidades apreciables de liviandad, capacidad aislante y economía”7.. CLASIFICACIÓN La variedad de tipos existentes en el mercado constructivo dificulta la clasificación de los hormigones livianos, ya que los métodos de elaboración son distintos. Una clasificación y explicación breve que se puede adoptar es: a. Hormigón de agregado ligero: Uso de agregados livianos porosos de baja gravedad específica aparente. b. Hormigón sin finos: Se omite el agregado de finos, por lo que gran número de vacíos intersticiales están presentes, los agregados gruesos son de peso específico normal. c. Hormigón aireado, celular, espumoso o gaseoso: Se introducen vacíos dentro del hormigón que se distinguen de los huecos producidos por el arrastre de aire. Esto se da por la incorporación de aire o gas en la masa del hormigón fresco. En el transcurso de los años se ha ido innovando y mejorando el hormigón, principalmente en obtener un hormigón liviano con resistencias que estén dentro de las normas dependiendo de las diferentes aplicaciones. La presente investigación se centra en considerar el literal c - Hormigón Celular (Célula = hueco), ya que se utiliza un agente espumante en la elaboración; la incorporación de espuma a la mezcla produce celdas de aire en su interior de ahí dicha denominación, el cual se explica ampliamente a continuación.. 2.3. HORMIGÓN CELULAR El hormigón celular fue creado con el objetivo de encontrar un material de construcción que presentara las características positivas de la madera 7. Instituto del Cemento Portland Argentino. http://www.icpa.org.ar/publico/files/hormliv2.pdf. Hormigones. livianos.. Disponible:.

(30) 7. (aislamiento, solidez y trabajabilidad) y dejara de lado sus desventajas (combustión, fragilidad y necesidad de mantenimiento)8. Este tipo de hormigón se consigue de la mezcla la de cemento, arena, agua, agente espumante y aditivos específicos para mejorar las las propiedades finales, el cual una vez endurecido resulta un hormigón liviano que contiene millones de pequeñas burbujas o celdas de aire de tamaño consistente y distribuidas en toda la masa. La densidad del hormigón celular resulta inferior a la del hormigón convencional y esta cualidad está determinada por la cantidad de espuma que se adhiere a la mezcla. Se entiende que regulando convenientemente las proporciones del de mortero y del aditivo espumante, espumante se puede lograr en el producto final distintos valores de densidades, pueden prepararse hormigones desde 250 [kg/m3] a 2200 [kg/m3]. El volumen de aire atrapado en la masa del hormigón n define la densidad de la misma y como consecuencia su resistencia. resistencia Foto 2.1 Hormigón celular. Fuente: HESS AAC SYSTEMS. SYSTEMS Hormigón celular. Alemania. Alemania. 2.3.1. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DEL HORMIGÓN CELULAR De estudios afines al tema propuesto en esta tesis, se puede nombrar la investigación realizada en Ecuador en la ciudad de Quito por la Escuela Politécnica Nacional, Facultad de Ingeniería Química; Química la cual hace referencia al. 8. Arce P., C. Aldana, K. Mendoza, & W. Polanco. (2011). El hormigón celular. Chile. Viña del Mar. Universidad de las Américas. Facultad de Ciencias de la Ingeniería. Escuela de Construcción..

(31) 8. diseño de hormigones de baja densidad con uso de espumantes, mismos que incorporan espuma en diferentes porcentajes a un hormigón normal. normal La mezclas se diseñaron ron de acuerdo a la norma ASTM C192. para una. resistencia a la compresión de 210 kg/cm3, tamaño máximo de agregado grueso ½”, asentamiento de [7.5 – 10] cm y aditivo acelerante. La mezcla A y B contiene 1000 cm3 y 1500 cm3 por cada saco cemento de aditivo respectivamente9. Tabla 2.1 Componentes de la mezcla Material Agua Cemento Arena Ripio. Patrón 1.4 1.95 4.34 4.51. Mezcla A 1.4 1.95 4.34 4.51. Mezcla B 1.4 1.95 4.34 4.51. Unid. Unid lt kg kg kg. Aditivo 1000 1500 cm3 Volumen de hormigón para un molde cilíndrico de 15cm x 30cm Elaborado por: Cristina Rengifo y Ruth Yupangui. Gráfico 2.1 Resultados de los ensayos de compresión a los 28 días Esfuerzo compresión [kg/cm2]. Esfuerzo de compresión - Mezcla A 90 80 70 60 50 40 30 70. 80. 90. 100. Espuma [cm3] Aditivo = 1000 [cm3/saco] Aditivo = 1500 [cm3/saco]. 9. Avilés W., & Naranjo R. (1995). Hormigones de baja densidad con uso de espumantes. Ecuador. Quito. Escuela Politécnica Nacional. Facultad de Ingeniería Química..

(32) 9. Esfuerzo compresión [kg/cm2]. Esfuerzo de compresión - Mezcla B 110 100 90 80 70 60 50 210. 240. 270. 300. Espuma [cm3] Aditivo = 1000 [cm3/saco] Aditivo = 1500 [cm3/saco]. Elaborado por: Cristina Rengifo y Ruth Yupangui. Tabla 2.2 Esfuerzos a la compresión – contenido de cemento (Mezcla A) 3. 0.00 DensidadPROM. Saco. gr/cm. 7.0. 2.33. 231.27. 1.82. 87.90. 7.3. 2.32. 250.13. 1.83. 103.03. 7.6. 2.32. 281.63. 1.84. 127.27. cm Esfuerzo compresión. 3. kg/cm. 2. 70.00 DensidadPROM. 3. Espuma Cemento. gr/cm. cm Esfuerzo compresión. 3. kg/cm. 2. Elaborado por: Cristina Rengifo y Ruth Yupangui. Esfuerzo compresión [kg/cm2]. Gráfico 2.2 Ensayos nsayos de compresión – Cantidad de cemento (28 ( días) 300 250 200 150 100 50 0 6,9. 7,0. 7,1. 7,2. 7,3. 7,4. 7,5. 7,6. Cant. Cemento [Sacos] 0 cm3 Espuma. 70 cm3 Espuma. Elaborado por: Cristina Rengifo y Ruth Yupangui. 7,7.

(33) 10. Tabla 2.3 Esfuerzos a la compresión – contenido de cemento (Mezcla B) 3. 0.00 DensidadPROM. Saco. gr/cm. 7.0. 2.31. 240.60. 1.86. 109.03. 7.3. 2.31. 257.63. 1.86. 138.30. 7.6. 2.32. 287.63. 1.86. 182.53. cm Esfuerzo compresión. 3. kg/cm. 2. 70.00 DensidadPROM. 3. Espuma Cemento. gr/cm. cm Esfuerzo compresión. 3. kg/cm. 2. Elaborado por: Cristina Rengifo y Ruth Yupangui. Esfuerzo compresión [kg/cm2]. Gráfico 2.3 Ensayos de compresión – Cantidad de cemento (28 días) 350 300 250 200 150 100 50 0 6,9. 7,0. 7,1. 7,2. 7,3. 7,4. 7,5. 7,6. 7,7. Cant. Cemento [Sacos] 0 cm3 Espuma. 210 cm3 Espuma. Elaborado por: Cristina Rengifo y Ruth Yupangui. Tabla 2.4 Módulos de elasticidad (Mezcla B) Espuma cm. 3. Densidad g/cm. 3. Carga. Esfuerzo compresión. kg. kg/cm. Módulo elasticidad. 2. kg/cm. 2. 0. 2.30. 51929. 288.31. 2.62E+05. 210. 1.85. 34714. 184.53. 1.51E+05. Elaborado por: Cristina Rengifo y Ruth Yupangui. En la gráfica 2.4 se observa los resultados de las investigaciones de hormigón celular realizadas por el Ing. Germán Estrella10 en la ciudad de Quito – Ecuador la cual se observa la tendencia del esfuerzo a la compresión respecto a la densidad. 10. Estrella Germán. (2012). Hormigón celular o alivianado. Ecuador. Quito. Tecnología en construcción TEC247 S.A..

(34) 11. Gráfico 2.4 Resistencia 28 días vs Densidad. Fuente: Estrella Germán. (2012). Hormigón celular o alivianado. Ecuador. Quito.. Tecnología en construcción TEC247 S.A. Por otra parte los resultados del gráfico 2.5 corresponden a los estudios del hormigón celular con la utilización de materiales locales, realizados por la Escuela Politécnica del Litoral, Guayaquil – Ecuador; la dosificación se basan en: agua, arena, cemento, espuma y ceniza de cascarilla de arroz u otros, dando como consecuencia un hormigón de baja resistencia y siendo empleado para la elaboración de alivianamientos como se observa en la foto 2.1..

(35) 12. Gráfico 2.5 Resistencia vs peso volumétrico 350. 300. Resistencia, kg/cm. 2. 250. 200. y = 3,6376e0,0022x 150. 100. 50. 0 700. 800. 900. 1000. 1100. 1200. 1300. 1400. 1500. 1600. 1700. 1800. 1900. 2000. Peso volumétrico, kg/m3. Fuente: PEÑAS, Cecilia y ZAMBRANO, Fultón. (2001). Hormigón celular con la utilización de materiales locales. Guayaquil, Ecuador: Escuela Politécnica del Litoral. Foto 2.2 Bloque curado de hormigón celular. Fuente: PEÑAS, Cecilia y ZAMBRANO, Fultón. (2001). Hormigón celular con la utilización de materiales locales. Guayaquil, Ecuador: Escuela Politécnica del Litoral. Las investigaciones acerca del hormigón celular son amplias a nivel mundial y sus resultados son diferentes en todos los casos ya que estos dependen de las características físicas de los materiales, la adición de aditivos químicos, la dosificación en el laboratorio, la metodología para efectuar la mezcla y el tipo de curado..

(36) 13. 2.3.2. PROCESO DE PRODUCCIÓN Antes de mencionar un proceso de fabricación del hormigón celular, ya sea por el método que fuese, es necesario tener en cuenta que adicionarle un sistema que permiten la disminución de la densidad al hormigón convencional, se torna delicado para su producción, por lo que es necesario tener en cuenta los procesos químicos que suceden al interior del hormigón al igual que los parámetros externos. Las propiedades obtenidas de la unión de sus componentes son aproximadas, mismas que trabajan dentro de rangos, esto se debe a que el. proceso de. producción (ver gráfico 2.6) varía dependiendo de: la granulometría y procedencia del agregado fino, tipo de cemento, cantidad de agua, densidad de la espuma, maquinaria empleada en la elaboración de la mezcla, forma de curado, tiempo de amasado, entre otros. Gráfico 2.6 Proceso de producción. Elaborado por: Cristina Rengifo y Ruth Yupangui.

(37) 14. 2.3.3. APLICACIONES De la bibliografía consultada11 se cita las aplicaciones del hormigón celular en función de la densidad: Hormigón celular con densidad entre 250 – 550 [kg/m3] Se usa para protección contra incendios y aislamiento térmico (A medida que aumenta el aislamiento térmico disminuye el peso específico y la resistencia mecánica). Hormigón celular con densidad entre 600 – 800 [kg/m3] Se usa en rellenos, en coberturas ambientales para prevención de derrumbes, cubiertas anti-erosión, impermeabilización,. en rellenos detrás de arcos, en. reacondicionamiento de sistemas de alcantarillado, y mampostería. Hormigón celular con densidad entre 800 – 900 [kg/m3] Se usa en la construcción de bloques y otros elementos no portantes, como particiones, perfiles de balcones, entre otros. Hormigón celular con densidad entre 1100 – 1400 [kg/m3] Se usa en paredes prefabricadas o fundidas en el sitio, ya sean portantes o no portantes, también se usa con éxito en nivelado de pisos. Hormigón celular con densidad entre 1600 – 1800 [kg/m3] Se usa en losas y en otros elementos portantes, en donde exige mayor resistencia.. 11. Estrella, G. (2011). Tecnología en construcción S.A. TEC 247. Ecuador. Disponible: gestrella@tecnologia247.com.

(38) 15. 2.3.4. VENTAJAS DEL HORMIGÓN CELULAR Densidad La baja densidad que presenta el hormigón celular permite optimizar el diseño estructural, reduciendo a su vez las cargas que transmiten a las vigas, columnas y finalmente a las cimentaciones. “Los esfuerzos laterales a los que se ven sometidos los edificios en caso de actividad sísmica son proporcionales al peso de la construcción. A menor peso de la estructura, menor será el esfuerzo horizontal que recibirá, por lo que las estructuras de hormigón celular permiten minimizar las cargas sísmicas”12. También permite cargar al máximo los camiones ya que el límite no marca volumen sino peso. Humedad El hormigón celular al disponer de una estructura de poros cerrados, solo absorbe agua a través de la materia sólida, que es menor a los sistemas tradicionales (bloque, ladrillo), esto hace que cuando el material entre en contacto con el agua el proceso de absorción y capilaridad sea lenta. Velocidad de construcción La ausencia de agregado grueso y el efecto de rodamiento producido por la espuma proporcionan una buena consistencia al hormigón celular. No es necesaria la vibración, pues se vacía, y el sistema de hormigón celular se distribuye uniformemente y llena todos los espacios por completo con la misma densidad de colado13.. 12. Noguerón. Construcciones técnicas. Hormigón https://cooperativa.ecoxarxes.cat/file/download/86285 13 Buenas tareas. (2010). Hormigón http://www.buenastareas.com/ensayos/Hormigon-Celular/481307.html. celular. celular.. Disponible: Disponible:.

(39) 16. Aislamiento térmico La acción del agente espumante en la mezcla crea gran números de alvéolos que contienen millones de micro células de aire, aire, regularmente repartidos, no comunicados entre sí, í, lográndose una vez producido el fragüe una material termoaislante diez veces mayor que el hormigón convencional, convencional proporcionando mayor confort térmico y teniendo un ahorro energético en la calefacción y aire acondicionado. Gráfico 2.7 Aislamiento térmico. Fuente: Construcciones Arrancadera. (2013). (2013 Viviendas de bajo consumo energético. energético España. Disponible: www.construccionesarrancadera.com. Aislamiento acústico La a porosidad del hormigón celular hace de éste un material con buena absorción de energía acústica aparte de ser aislante acústico. Hay que tener claro que no es lo mismo absorción sonora que aislante acústico, acústico los os materiales absorbentes sirven para limitar el efecto de resonancia del ruido mientras que el aislante acústico caracteriza la trasmisión del ruido de un espacio a otro. otro Esta propiedad aumenta conforme disminuye la densidad..

(40) 17. Gráfico 2.8 Aislamiento acústico. Fuente: Construcciones Arrancadera. (2013). Viviendas de bajo consumo energético. España. Disponible: www.construccionesarrancadera.com. Resistente al fuego El hormigón celular se adapta bien a las aplicaciones cortafuegos por ser un material incombustible y tener un bajo ajo coeficiente de conductividad térmica, es decir el flujo de calor a través del material es bajo. bajo “En caso de incendio no se fisura, no estalla y no genera ninguna emanación gaseosa”14. Gráfico 2.9 Resistencia al fuego. Fuente: Xella. (2013). Hormigón celular: eficiencia, sostenibilidad sosten bilidad y ecología. España. Disponible: www.xella.es. 14. Ecolocasas. (2011). Casas ecológicas. España. Disponible: www.ecolocasas.com.

(41) 18. Otras ventajas El hormigón celular se puede emplear en la fabricación de alivianamientos brindando el máximo aprovechamiento del material con baja producción de escombros, menor costo en materiales de terminación como estuco15, además es un material ecológico ya que una vez cumplido su ciclo de vida puede ser demolido, triturado y vuelto a reutilizado en la fabricación de los mismos. 2.3.5. DESVENTAJAS DEL HORMIGÓN CELULAR Económicamente es más costoso El encofrado necesita más cuidado para el momento en la colocación El hormigón celular por tener mayor porosidad es más vulnerable a los ataques químicos (agua freática, corrosiva, ambientes contaminados y escurrimiento de líquidos reactivos). La presencia de vacíos en el hormigón ocasiona la disminución de la resistencia determinando el rango de utilidad del producto, por lo que muchas veces la resistencia no siempre es la condición predominante para el hormigón ya que en otros casos es compensatorio. Se requiere que el curado del hormigón celular sea en cámaras herméticas muy resistentes y de elevado precio, especialmente si se trata de fabricar elementos de grandes dimensiones. Es necesario establecer un sistema de producción (dosificación, mezclado y curado) más regularizado, ya que cualquier factor influye en la propiedades físicas y mecánicas del producto final. Por ejemplo un mal amasado puede influir en la mezcla incompleta entre los elementos. 15. Buenas tareas. (2012). Ventajas y desventajas del hormigón celular. http://www.buenastareas.com/ensayos/Ventajas-y-Desventajas-Del-ConcretoCelular/5672650.html. Disponible:.

(42) 19. pétreos, cemento, agua y espuma, por otro lado un exceso de amasado influye en la segregación de los componentes del hormigón16. Se debe manejar un buen curado para evitar la retracción en el hormigón, se reduce este proceso a través de un curado a vapor de presión en autoclave. El curado en el hormigón celular varía según el uso que se le dé. Los hormigones livianos producen mayores deformaciones que el hormigón convenciones, esto se debe a que presentan módulos de elasticidad es bajos.. 16. Arce P., C. Aldana, K. Mendoza, & W. Polanco. (2011). El hormigón celular. Chile. Viña del Mar. Universidad de las Américas. Facultad de Ciencias de la Ingeniería. Escuela de Construcción..

(43) 20. CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS MATERIALES Y EQUIPO 3.1. AGREGADOS Los agregados generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos, los mismos que son extraídos de ríos, lagos, depósitos volcánicos, canteras o a su vez son procesados. Estas fuentes de materiales pétreos producen varios tipos de agregados que se usan en la construcción, entre estos se tiene: arena, chispa, ripio y piedra bola. Se denomina grava o agregado grueso a la fracción mayor de 4.76mm (Tamiz No. 4) y arena o agregado fino a la fracción menor de dicha medida. Foto 3.1 Canteras en el sector de San Antonio de Pichincha Cantera el Desierto paciencia. Fuente: Julio Estrella/ EL COMERCIO17. Los agregados constituyen aproximadamente del 60 al 75 % del volumen total del hormigón (depende de las propiedades mecánicas de las mismas), por lo que su selección es importante. Los agregados deben consistir en partículas con 17. Estrella J. (2012). Canteras en el sector de San Antonio de Pichincha. El Comercio, Viernes 24/08/12, foto 8 de 9 (citado el 16 de marzo del 2013). Disponible en internet: http://www.elcomercio.com/quito/Canteras-sector-San-Antonio-Pichincha_5_761373862.html.

(44) 21. resistencias adecuadas, así como resistencias a condiciones de exposición a la intemperie y no deben contener materiales que pudieran causar deterioro del hormigón. La función de los agregados en el hormigón es la de crear un esqueleto rígido y estable lo que se logra uniéndoles con la pasta cementante (mezcla de cemento y agua). El agregado fino que se va a utilizar en la elaboración del hormigón celular, proviene de cinco canteras aledañas a la ciudad de Quito (Tabla 3.1, Foto 3.2), estas representan las principales fuentes de abastecimiento de granulados para pequeñas y grandes construcciones de la zona, mismas que serán sometidas a respectivos ensayos según las normas. Tabla 3.1 Localización de las Arenas Procedencia. Nombre de la cantera. Pifo. Pifo. Mitad del Mundo. Arena para enlucido. Sangolquí. Pita. Santo Domingo. Banco Toachi. Santo Domingo. Río Toachi. Elaborado por: Cristina Rengifo y Ruth Yupangui.

(45) 22. Foto 3.2 Arenas utilizadas en la fabricación del hormigón. Fotos y elaborado por: por Cristina Rengifo y Ruth Yupangui. Para obtener un buen hormigón celular los los áridos finos deben cumplir con ciertas especificaciones, están varían varía de acuerdo rdo a las condiciones que están expuesta antes de llegar al laboratorio u obra. obra. Las características a determinar deben cumplir los requerimientos de d la norma INEN 872 ó ASTM C 33. 3.1.1. DETERMINACIÓN ACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA EN LA ARENA Los agregados finos contienen sustancias orgánicas perjudiciales, perjudiciales, pueden ser impurezas que impiden el proceso pro de hidratación del cemento, cemento afectando directamente a la resistencia y durabilidad; durabilidad el recubrimiento de estas no permitan tener una buena adherencia entre el árido. El contenido de impurezas orgánicas en los agregados se debe principalmente a la descomposición de materia vegetal y se manifiesta como humus o margas orgánicas. Existe más probabilidad de encontrar encontrar este tipo de material orgánico en la arena que en el granulado grueso. El contenido orgánico en la arena se lleva a.

(46) 23. cabo mediante la prueba de colorimetría con hidróxido de sodio, que detalla la Norma INEN 855 ó ASTM C 40. 4 Los resultados del contenido orgánico (tabla 3.2) se obtuvieron de la comparación compar de las muestras con la Escala de Gardner G como se observa en la foto 3.3. La placa orgánica de colores va de un amarillo claro a un marrón rojo. rojo Foto 3.3 Escala de Gardner. Foto: Cristina Rengifo y Ruth Yupangui. Tabla 3.2 Resultados del contenido orgánico Tipo de arena Banco Toachi Cantera Mitad del Mundo Río Toachi Cantera Pifo Cantera Pita. Escala de Gardner 0 2 1 2 1. Elaborado por: Cristina Rengifo y Ruth Yupangui. Según la norma ASTM C 40 se utilizar las arenas que tomen una coloración de 3 (estándar), como señala la placa orgánica de colores,, puesto que las de coloración más obscura requieren mayor tratamiento según la norma ASTM C 87. 3.1.2. GRANULOMETRÍA DE AGREGADO FINO FIN La granulometría, la forma y la textura de la partícula del agregado fino, fino pueden favorecer a una mejor cohesión y a la producción de un hormigón de alta resistencia..

(47) 24. Los tamices a utilizar. son los denominados serie módulo de finura de Duff. Abrams (Tabla 3.3), y los porcentajes retenidos en cada tamiz para los límites de grosor y finura según la norma ASTM C 33 se muestran en la Tabla 3.4. Tabla 3.3 Serie de tamices Tamiz N°4 N°8 N°16 N°30 N°50 N°100. Abertura [mm] 4,75 2,36 1,18 0,60 0,30 0,15. Fuente: Monroy, C., Luna, G., & López, V. (1985).Cementos y hormigones. Instructivo de Laboratorio. Quito – Ecuador. Tabla 3.4 Límites de finura Limites tamiz 3/8 4 8 16 30 50 100. % Que pasa grosor 100 95 80 50 25 5 0. % Que pasa finura 100 100 100 85 60 30 10. Fuente: Norma ASTM C 33 – 08. (2008). Standard Specification for Concrete Aggregates. Philadelphia. •. En base a la Norma ASTM C 136 se calcula el porcentaje de la muestra retenida en cada tamiz. R. P1. PT. 100. Donde: Porcentaje parcial de la muestra retenida en el tamiz n, [%] Peso parcial de la muestra retenida en el tamiz n, [gr] Peso total de la muestra, [gr]. (3-1).

(48) 25. •. En base a la Norma ASTM C 33 se calcula el Módulo de Finura (MF). MF . ∑. (3-2). 100. El módulo de finura es un índice para describir si una arena es gruesa o fina, si MF de una arena es de 2.3 se trata de una arena fina; y si MF se encuentra entre 2.3 a 3.1 se trata de una arena mediana; y si el MF es mayor de 3.1 se trata de una arena gruesa. La norma ASTM C 33 establece que las cantidades de agregado fino afectan la trabajabilidad, la textura superficial y el sangrado del hormigón. Para el presente estudio se adopta a nivel de las cinco arenas un MF de 2.52, ajustando todas las muestras a la curva granulométrica estándar, ver gráfico 3.1. Gráfico 3.1 Resultados de las curvas granulométricas 120. 100. 80 GRANULOMETRIA ESTÁNDAR 60. 100. % QUE PASA. % QUE PASA. 120. 40. 20. 80 60 40 20. GRANULOMETRÍA IDEAL. 0 100 50 30 16. 8. 4. 1. 3/8. 0 100. 50. 30. LÍMITE DE FINURA BANCO TOACHI RÍO TOACHI CANTERA PITA. 16. 8. 4. 1. 3/8. LÍMITE DE GROSOR CANTERA MITAD DEL MUNDO CANTERA PIFO. Elaborado por: Cristina Rengifo y Ruth Yupangui. Nro. TAMIZ.