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COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE UNA MEZCLA PARA CONCRETO
USANDO NEUMÁTICOS TRITURADOS COMO REEMPLAZO DEL 15%,
25% Y 35% DEL VOLUMEN DEL AGREGADO FINO PARA UN
CONCRETO CON FINES DE USO ESTRUCTURAL.
HUGO ALEJANDRO HERNÁNDEZ MURCIA
CÓDIGO: 503590
HERNAN DAVID SÁNCHEZ RAMÍREZ
CÓDIGO: 502908
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL MODALIDAD DE INVESTIGACIÓN
BOGOTÁ 2015
2
COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE UNA MEZCLA PARA CONCRETO
USANDO NEUMÁTICOS TRITURADOS COMO REEMPLAZO DEL 15%,
25% Y 35% DEL VOLUMEN DEL AGREGADO FINO PARA UN
CONCRETO CON FINES DE USO ESTRUCTURAL.
HUGO ALEJANDRO HERNÁNDEZ MURCIA
CÓDIGO: 503590
HERNAN DAVID SÁNCHEZ RAMÍREZ
CÓDIGO: 502908
Trabajo de Grado presentado como requisito para optar por el título de
Ingeniero Civil
Director de proyectos
RICHARD MORENO BARRETO
Ingeniero
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL MODALIDAD DE INVESTIGACIÓN
BOGOTÁ 2015
3
4
Nota de aceptación: ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________
__________________________________
Firma del presidente del jurado
__________________________________ Firma del jurado
__________________________________ Firma del jurado
Bogotá D.C., 2015
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Dedicatoria
A mi padres Gloria Murcia Neira y Hugo Antonio Hernández Cubillos, personas honestas, trabajadoras y de muchos sacrificios que día tras día me motivaron a ser una persona con mentalidad positiva y de mucho empuje, siendo ellos quienes me fomentaron y apoyaron para sacar adelante esta hermosa carrera, para ellos esta dedicatoria. Hugo Alejandro Hernández Murcia
6
A mi esposa Luz Stella
Zúñiga, mi madre Ana
Ramírez y mis hijos Juan
David y Julieta, personas que
con su apoyo, palabras de
fortalecimiento, honestidad,
me motivaron para seguir
adelante en esta bella
profesión que hoy he
adquirido, para ellos esta
humilde dedicatoria.
Hernán David Sánchez
Ramírez
7
AGRADECIMIENTOS Primeramente a Dios porque sin él no sería posible llevar acabo el esfuerzo puesto en este camino para mi crecimiento personal y el de mi educación, gracias a él y a su amor por tan grande logro obtenido. A mis padres Gloria Murcia Neira y Hugo Antonio Hernández Cubillos, por su inagotable paciencia, compresión y amor, gracias a ese optimismo y esa energía fue posible llevar a cabo mi segunda carrera doy gracias a Dios por tenerlos. A mis hermanos que cada uno de ellos aporto un granito de arena y con sus conocimientos fueron de gran ayuda para fortalecer mi aprendizaje en este largo camino. A Ingrid Viviana Hernández Vélez por su intensa compañía y por esas palabras allegadas a Dios que me llenaron de mucha energía y apoyo en esos momentos difíciles donde sentía que todo era difícil, le doy gracias por ese amor que me brinda día tras día para alcanzar todos los proyectos que nos hemos pactado.
Hugo Alejandro Hernández Murcia
8
AGRADECIMIENTOS
A Dios por ser quien me guio con su sabiduría y amor, me dio fortalezas
cuando más las necesite y me ilumino para escoger esta carrera y tener un
crecimiento personal.
A mi esposa Luz Stella Zúñiga y mi madre Ana Ramírez, personas que
siempre estuvieron presentes a lo largo de mi época de estudios
brindándome las palabras de fortalecimiento y los medios por los cuales hoy
estoy culminando esta etapa de mi vida.
A mis Hijos Juan David y Julieta por ser uno de los motivos para seguir
adelante con el fin de brindarles un mejor futuro, a mis familiares, amigos,
compañeros de estudio y en general a todas las personas que de una u otra
forma colaboraron con mi formación como profesional integral.
Hernán David Sánchez Ramírez
9
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN……….………………………………………………………19
1. GENERALIDADES….………………………………………………………20
1.1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN….……..………………………..20
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.………………………………….20
1.2.1 Descripción del problema…………………………………………….20
1.2.2 Formulación del problema……..……………………………….…….20
1.3 OBJETIVOS………………………………………………………….…….20
1.3.1 Objetivo general………….…………………………………….….……20
1.3.2 Objetivos específicos………….………..………………………....….20
1.4 JUSTIFICACIÓN…..…………………………………………….………..22
1.5 DELIMITACIÓN…………………………………………………………...22
1.5.1 Espacio……………………………………………………………….….22
1.5.2 Recursos...………………………………………….……………….…..22
1.5.3 Tiempo………………………………………………………….………..23
1.6 ALCANCE…..………………………………………………….………….23
1.6.1Contenido…………………………………….………………….…….…23
2. MARCO REFERENCIAL…………………..……………………….……...24
2.1 MARCO HISTÓRICO……………………………………………………..24
2.2. MARCO CONCEPTUAL.………………………………………….…….24
1.2.1 El Concreto……..……………………………………………..……….24
2.2.1.1 Concreto estructural…………………………………………..……24
2.2.1.2 Concreto simple………...……………………………………….…..25
2.2.1.3 Concreto reforzado………………………………………………….25
10
2.2.2 Clasificación del concreto……………………………………………25
2.2.2.1 Clasificación según su peso unitario……………..…….………..25
2.2.3 Propiedades del concreto fresco……………………………..…….26
2.2.3.1 Trabajabilidad………………………………………………………...26
2.2.4 El Fraguado…….……………………………………………………….27
2.2.4.1 Fraguado inicial………………………………………………………27
2.2.4.2 Fraguado final……………….……………………………….……….27
2.2.5 El Curado. …………….…………………………………….………..27
2.2.6 Propiedades del concreto endurecido……………………………..28
2.2.7 Edad del concreto……………..……………………………………….29
2.2.8 El cemento……………………………………………………………….29
2.2.9 Agregados pétreos……………………………………………………..29
2.2.9.1 Agregados de origen natural………..……………………………..29
2.2.9.2 Agregados de origen artificial……..……………………………....29
2.2.9.3 Agregado grueso………………………………………………….....29
2.2.9.4 Agregado fino…………………………...……………………………29
2.2.10 Grano de Caucho Reciclado (GCR)………………………..……...30
2.2.10.1 Proceso de obtención del caucho reciclado………………….30
2.2.11 Ensayo a compresión………..……………………………………...31
2.2.12 Resistencia de diseño a la compresión del concreto (f´c)……31
3. METODOLOGÍA…..……………………………………………….………..32
3.1 DISEÑO METODOLÓGICO…….……………………………………….32
3.2 ETAPAS DE LA INVESTIGACIÓN…………………………………….33
3.2.1 Recopilación de la información………….…………………………..34
11
3.2.2 Selección de materiales convencionales…………………………..34
3.2.3 Compra del material reciclado……….…………………………….…34
3.2.4 Diseño de mezcla. ………………….…………………………….…...34
3.2.5 Elaboración de cilindros, ensayos y análisis de resultados....…34
4. MATERIALES….…………………………………………………………….35
4.1 AGUA………………………………………………………………………..35
4.1.1 Calidad y condiciones mínimas del agua de mezclado..………..35
4.2 CEMENTO….………………………………………………………………35
4.2.1 Cuidado y condiciones mínimas del cemento empleado……....36
4.2.2 Selección del cemento empleado…………………..………………..36
4.3 SELECCIÓN Y MUESTREO DE LOS AGREGADOS PETREOS……37
4.4 REQUERIMIENTOS GRANULOMÉTRICOS DEL AGREGADO
FINO……………………………………………………………………………….37
4.5 REQUERIMIENTOS GRANULOMETRICOS DEL AGREGADO
GRUESO…………………………………………………………………………38
4.6 GRANO DE CAUCHO RECICLADO……………………………………..38
5. DISEÑO DE LA MEZCLA…………………….……………………………..39
5.1 SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO…………………………………….40
5.2 SELECCIÓN DEL TAMAÑO MÁXIMO DE AGREGADO……………..41
5.3 ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AIRE……………………………..42
5.4 ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AGUA DE MEZCLADO…..…..43
5.5 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DE DISEÑO……………...44
5.6 RELACIÓN AGUA- CEMENTO….……………………………………...45
5.6.1 Cálculo de contenido de cemento…………..………..……………..45
5.7 VOLUMEN DE LOS AGREGADOS……..……………………………….45
12
5.8 DOSIFICACIÓN DE LA MEZCLA Y ELABORACIÓN DE
MUESTRAS……………………………………………………………………..46
5.8.1 Especificaciones de diseño…..………………………………………47
5.8.2 Dosificación de la mezcla para concreto convencional…...……48
5.8.3 Sustitución de GCR en el agregado fino………………….………..48
5.8.4 Dosificación de la mezcla con cambio del 15% de arena………..49
5.8.5 Dosificación de la mezcla con cambio del 25% y 35% de
arena……………………………………………………………………………..49
5.9 HOMOGENIZACIÓN DE LA MEZCLA…………………………………..49
6. ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESION……………………..50
6.1.1 Encofrado de los cilindros…………………………………………......50
6.1.2 Compactación del concreto en los moldes cilíndricos………..…51
6.1.3 Vibrado de los especímenes de concreto…………………………..51
6.1.4 Acabado de las muestras de concreto………………………..…….51
6.1.5 Almacenamiento de los cilindros…………………………………….52
6.1.6 Desencofrado de las muestras de concreto…………………….…52
6.1.7 Curado de los cilindros de concreto………………………………..52
6.2RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LAS MUESTRAS DE
CONCRETO…………………………………………………………………….53
7. RESULTADOS…..…………………………………………………………..55
7.1 REGISTRO DE DATOS DE LOS CILINDROS………………………....55
7.2 COMPORTAMIENTO DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESION DE
LAS MUESTRAS…………………………………………….………………..…56
7.2.1 Curva de resistencia a la compresión de la mezcla
convencional…………….………………………………………………………56
13
7.2.2 Curva de resistencia a la compresión de la mezcla con relevo del
15% del volumen del agregado fino……….………………………………..57
7.2.3 Curva de resistencia a la compresión de la mezcla con relevo del
25% del volumen del agregado fino………………………………………..58
7.2.4 Curva de resistencia a la compresión de la mezcla con relevo del
35% del volumen del agregado fino……….………………………………..59
7.2.5 Variación de la resistencia con respecto a la mezcla
convencional…………………………………………………………………...60
7.2.6 Comparación resultados de resistencia a la compresión……….62
7.2.7 Posibles causas de la variación de los resultados………………..63
7.3 PESO UNITARIO DE LAS MUESTRAS DE CONCRETO…………….63
7.4 ANALISIS DEL MODULO DE ELASTICIDAD DE LAS MUESTRAS DE
CONCRETO……………………………………………………………………...63
7.5 MÉTODO GRAFICO…….………………………………………………….65
7.5.1 Tendencia de Ec para la mezcla convencional……………………65
7.5.2 Tendencia de Ec para la mezcla con relevo del 15% de GCR…..66
7.5.3 Tendencia de Ec para la mezcla con relevo del 25% de GCR…..66
7.5.4 Tendencia de Ec para la mezcla con relevo del 35% de GCR…..67
8. CONCLUSIONES…….....…………………………………………………..68
9. RECOMENDACIONES……...……………………………………………..69
BIBLIOGRAFIA….……………………………………………………………..70
14
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Clasificación del concreto según su resistencia a la
compresión……25
Tabla 2. Clasificación del concreto según su peso unitario….26
Tabla 3. Composición porcentual típica de llantas…..30
Tabla 4. Asentamientos recomendados según la clase de construcción
y sistemas de colocación…..41
Tabla 5. Tamaños máximos de agregado según tipo de
construcción…..42
Tabla 6. Cantidad de aire aproximada según tipo de agregado y niveles
de aire……43
Tabla 7. Estimación del agua de mezclado según el tamaño nominal del
agregado forma y textura……44
Tabla 8. Valores de f’cr cuando no hay datos para establecer la
desviación estándar…..44
Tabla 9. Volumen de agregado grueso por volumen unitario del
concreto….46
Tabla 10. Datos generales de la mezcla…..48
Tabla 11. Volumen de relevo con GCR respecto al fino para las mezclas
experimentales….48
15
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Verificación del slump del concreto mediante el cono de
Abrams…..27
Figura 2. Curado de especímenes de concreto……28
Figura. 3 Procedimiento del proyecto…….33
Figura. 4 Cemento seleccionado……36
Figura. 5 Cuarteo…..37
Figura 6 Requisito granulométrico para agregado fino NTC 174-94….38
Figura 7 Requisito granulométrico para agregado grueso NTC 174-
94…..38
Figura 8. Grano de caucho reciclado……39
Figura 9. Dosificación de la mezcla según diseño….47
Figura 10. Homogenización de la mezcla…..49
Figura 11.Encofrado de cilindros…..50
Figura 12.Acabado de muestras de concreto…..51
Figura 13.Almacenamiento de muestras de concreto…52
Figura 14.Desencofrado muestras de concreto….53
Figura 15.Curado de cilindros de concreto…..53
Figura 16. Ensayo de resistencia a la compresión….54
Figura 17. Registro de la masa de los cilindros….55
Figura 18. Determinación del volumen de los cilindros….55
Figura 19. Resistencia a la compresión mezcla convencional…57
Figura 20. Resistencia a la compresión mezcla con relevo del 15% del
volumen del agregado fino……..58
Figura 21. Resistencia a la compresión mezcla con relevo del 25% del
volumen del agregado fino…..59
16
Figura 22. Resistencia a la compresión mezcla con relevo del 25% del
volumen del agregado fino…….60
Figura 23. Variación en % de la resistenca a la compresión respecto a
la mezcla convencional a los 7 días……..61
Figura 24. Variación en % de la resistenca a la compresión respecto a
la mezcla convencional a los 14 días….61
Figura 25. Variación en % de la resistenca a la compresión respecto a
la mezcla convencional a los 28 días…..62
Figura 26. Comparacion de f´c de mezclas ensayadas….62
Figura 27. Comparación de densidades de mezclas….63
Figura 28. Comparación de módulo Ec a diferentes edades de
ensayo….64
Figura 29. Módulo Ec en Mpa para mezcla convencional método
grafico….65
Figura 30. Módulo Ec en Mpa para mezcla de 15% método
grafico……66
Figura 31. Módulo Ec en Mpa para mezcla de 25% método grafico….67
Figura 32. Módulo Ec en Mpa para mezcla de 35% método grafico…..67
17
LISTA DE ANEXOS
ANEXO A. DISEÑO DE LAS MEZCLAS……………………………………..71
ANEXO B. PESO UNITARIO DEL CONCRETO…………………...……….74
ANEXO C. RESISTENCIA DE LOS CILINDROS DE CONCRETO………76
ANEXO D. MODULO Ec DE LAS MEZCLAS ENSAYADAS…………...…78
18
RESUMEN
En este proyecto investigativo buscamos determinar si es posible usar
material reciclado (triturado de caucho de llanta) como agregado de
reemplazo en porcentajes del 15%, 25% y 35% con respecto al volumen de
arena en una mezcla para concreto con fines de uso estructural, el material
reciclado proviene de llantas de todo tipo de carros, que ya cumplen con su
tiempo de uso y son desechadas sin tener un objetivo final, y se vuelve en
un problema que afecta al medio ambiente ya que no hay un control de
estos residuos; la manera que se ha implementado para aprovechar estas
llantas es moliéndolas y triturándolas convirtiéndolas en granulado de
caucho reciclado conocido como GCR, el cual es separado de los demás
elementos que componen la estructura de una llanta.
En la actualidad estos desechos se aprovechan en diferentes aspectos de
la ingeniería como son las mezclas bituminosas modificadas con polvo de
neumático, vías de utilización del granulado en la construcción de césped
artificial, mejoras en la seguridad derivadas de la utilización de mezclas
abiertas o drenante, mezclas asfálticas, parques infantiles, canchas
sintéticas, entre otras, todas estas aprovechando las cualidades del caucho
para obtener mayor durabilidad, sin embargo el concreto estructural es de
otro tipo de cualidades; como se sabe la resistencia del concreto sometido a
grandes esfuerzos de compresión requiere de una composición de
agregados de alta calidad, en esta investigación se remplaza un porcentaje
de ese agregado fino para realizar las pruebas de resistencia a la
compresión y determinar la comparación directa con una mezcla
convencional elaborada bajos las mismas condiciones, y así mismo
establecer si es viable usar el material reciclado y proponer si es necesario
la profundización en la investigación con nuevos porcentajes. Las mezclas
se diseñaron para adquirir una resistencia de 21 MPa y encontrar que tipo
de mezcla satisfice y cumple con la resistencia para las que fueron
diseñadas y visualizar los cambios frente a la mezcla convencional.
PALABRAS CLAVES: Concreto, GCR, Mezclas, Resistencia a la
compresión, Medio ambiente
19
INTRODUCCIÓN
Debido a él gran problema ambiental que se presenta en la actualidad con
el deposito final de los neumáticos usados, algunas de las propuestas
planteadas por la industria para mitigar el impacto que estos productos
tienen con el medio ambiente son la elaboración de alfombras, fabricación
de parques infantiles, pistas de atletismo entre otros y por la Ingeniería civil
como tal es la reutilización de este caucho como materia prima en la
elaboración de concretos y asfaltos sustituyendo en sus volúmenes un
porcentaje de agregado fino.
Además de disminuir el impacto ambiental generado por la fabricación de
neumáticos también se pretende con el uso de materiales reciclados dentro
del diseño de una mezcla de concreto es minimizar el consumo de
materiales pétreos tales como gravas, arenas y materias primas para la
elaboración de cemento.
Este proyecto pretende determinar si los porcentajes a utilizar de material
reciclado (triturado de caucho granulado) dentro de la mezcla de concreto,
no afectan las cualidades mecánicas de resistencia del concreto para
establecer finalmente si el uso de este material como agregado alterno,
resulta óptimo para el diseño de una mezcla destinada para uso estructural.
En este proyecto para sustentar los resultados obtenidos se tendrá en
cuenta los parámetros mecánicos de resistencia contemplados dentro de la
norma NSR-10 y se elaboraran los ensayos de laboratorio que se requieran
y que se establezcan por la normatividad.
20
1. GENERALIDADES
1.1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN.
Día tras día se estudian técnicas en el diseño de mezclas asfálticas y de
concreto con la incorporación de algunos desechos como son fibras de
acero, fibras de vidrio, caucho triturado entre otros, estas mezclas por sus
características tienen como fin lograr un cambio en los agregados
convencionales ( materiales granulares) y una solución ecológica.
Dicha técnica de acuerdo a resultados de estudios elaborados
anteriormente ofrecen excelentes cualidades para ser usado como
modificante para el concreto asfaltico y el concreto utilizado en estructuras
convencionales, la reutilización de este residuo (llantas desechadas) logra
ser muy propicia ya que año tras año el incremento es muy alto.
La finalidad de este proyecto es analizar mediante ensayos de compresión a
muestras de concreto de dosificación normal y compararlo con los
resultados obtenidos de muestras modificadas con caucho reciclado en un
15%, 25% y 35% del volumen del agregado fino comparándolos entre si y
determinar si estas sirven para uso como concreto estructural de 21 MPa
cumpliendo con los valores exigidos en la norma NSR-10.
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
En Colombia de acuerdo a la Unidad Administrativa de Servicios Públicos
indican que 3 de cada 10 llantas que cumplen su ciclo de vida por año,
termina en andenes, separadores, humedales y ríos, cada día más de 2050
llantas terminan invadiendo el espacio público generando contaminación al
medio ambiente y ocasionando problemas a la hora de eliminarlos.
Según la Secretaria de Ambiente solo en Bogotá se generan 2.5 millones de
llantas usadas al año, de las cuales 750,000 son botadas por sus dueños,
pero los efectos de la disposición final o reutilización de estas no van solo a
la estética de la ciudad sino también a los graves problemas de salud
pública que podrían generar debido a que estas pueden ser fuente de
incubación de enfermedades.
21
También coincide en afirmar que en países desarrollados se están
implementando programas para la trituración masiva de llantas, los usos
son muy variados, por ejemplo hacer parques infantiles o convertirlas en
materia prima para hacer carreteras.
En años recientes se han venido aprovechando las cualidades del caucho
para el diseño de mezclas asfálticas y de concreto dándole un uso
adecuado y eficaz.
1.2.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cumplirá con las especificaciones de resistencia a la compresión
requeridas por la NSR-10, el uso de caucho reciclado como agregado fino
de sustitución en el diseño de una mezcla para un concreto con fines
estructurales?
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 OBJETIVO GENERAL
Observar el comportamiento del uso de grano de caucho reciclado (GCR)
como un agregado fino dentro de una mezcla para concreto, con sustitución
del 15%, 25% y el 35% del volumen de arena y determinar si compensa o
no, los parámetros de resistencia establecidos por la normatividad, para
proponer su uso como agregado de reemplazo en el diseño de mezclas
para concreto estructural.
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Elaborar una mezcla experimental donde se remplace el 15% del
volumen del agregado fino de arena que requiere un concreto de 21 MPa
con grano de caucho reciclado GCR.
Elaborar una mezcla experimental donde se remplace el 25% del
volumen del agregado fino de arena que requiere un concreto de 21 MPa
con grano de caucho reciclado GCR.
Elaborar una mezcla experimental donde se remplace el 35% del
volumen del agregado fino de arena que requiere un concreto de 21 MPa
con grano de caucho reciclado GCR.
22
Realizar los ensayos de laboratorio de resistencia a la compresión a
los tipos de mezcla escogidos a las edades de 7, 14 y 28 días y analizar sus
cambios en la resistencia en comparación con un concreto de diseño de
mezcla convencional.
Determinar las posibles causas y variables de cambios de resistencia
a la compresión al utilizar un agregado de origen artificial en el diseño de la
mezcla.
1.4 JUSTIFICACIÓN
El trabajo está basado en el desarrollo y estudio de mezclas con material
reciclado variando el porcentaje de este el cual permitirá desarrollar nuevos
avances en este campo para mejorar la reutilización de estos productos, la
cual está en gran auge debido a las políticas de desarrollo sostenible y
cuidado del medio ambiente. Debido al alto consumo de neumáticos en
Colombia y a su vez la lenta biodegradación que estos materiales sufren, el
ser humano se ve en la necesidad de desarrollar nuevas tecnologías para la
reutilización de estos desechos en las diferentes áreas de aplicación que
estos podrían llegar a tener, por esto la gran importancia de este trabajo el
cual está basado en el análisis del comportamiento del grano de caucho
reciclado en una mezcla el cual reemplazará un porcentaje en volumen del
agregado fino en el diseño de una mezcla de concreto de resistencia de 21
Mpa y se concluirá si este cumple o no con los requisitos para usar en un
diseño estructural.
1.5 DELIMITACIÓN
1.5.1 Espacio.
La ejecución de las muestras de las mezclas experimentales cilíndricas de
concreto y los ensayos de resistencia a la compresión se realizaron en el
laboratorio de la Universidad Católica de Colombia.
1.5.2 Recursos.
La obtención de los diferentes materiales involucrados en una mezcla de
concreto en especial el grano triturado de caucho ya que en la ciudad de
Bogotá no hay empresas que vendan este tipo de material.
23
1.5.3 Tiempo.
Desde el semestre pasado se tenía como tema de proyecto “Aguas
subterráneas en Colombia” el cual fue cancelado por motivos de falta de
director de proyecto, motivo por el cual nos vimos obligados a cambiar
nuestro tema de proyecto de grado el cual fue asignado por el Ing. Richard
Moreno el día 11 de Agosto de 2015, por el poco tiempo de investigación se
han generado limitaciones.
1.6 ALCANCE
Este proyecto concluirá si mediante el uso de grano de caucho reciclado
existe la posibilidad de usarlo en el diseño de una mezcla para concreto con
sustituciones del 15%, 25% y 35% del volumen del agregado fino; esto con
el fin de que se elaboren nuevos estudios con diferentes porcentajes
puedan mejorar el comportamiento de la mezcla.
1.6.1CONTENIDO.
La investigación de este trabajo comprenderá el siguiente listado y
desarrollo de actividades:
Diseño de las diferentes mezclas experimentales y sus respectivos
ensayos de laboratorio.
Muestreo de datos y resultados.
Elaboración de informe, conclusiones y recomendaciones.
24
2. MARCO REFERENCIAL
2.1 MARCO HISTÓRICO
Ingenieros de vías alrededor del mundo han experimentado incorporando
GCR en pavimentos asfálticos desde la década de los cincuenta. Algunos
de estos primeros experimentos involucraron la adición de caucho natural
con el objetivo de aprovechar su flexibilidad en una superficie de pavimento
eficiente y duradera1.; para el uso del reciclaje en el concreto estructural se
debe tener en cuenta que se requiere una resistencia a la compresión
mayor que para los pavimentos, sabemos que el concreto es una Mezcla de
cemento portland o cualquier otro cemento hidráulico, agregado fino,
agregado grueso y agua con o sin aditivos2 cada agregado tiene su función
específica y obviamente al ser remplazado debe proporcionar unas
condiciones similares para un resultado óptimo y determinar si cumple con
el comportamiento que requiere un concreto estructural.
2.2. MARCO CONCEPTUAL
2.2.1 El Concreto.
El concreto es una mezcla de diversos elementos utilizada en la
construcción. La adecuada dosificación es indispensable para poder
preparar un concreto con las normas de calidad requeridas; es la unión
de cemento, agua, aditivos, grava y arena lo que nos da una mezcla
llamada concreto. El cemento representa sólo el 15% en la mezcla del
concreto por lo que es el que ocupa menor cantidad en volumen; sin
embargo su presencia en la mezcla es esencial.
Al concreto se le agrega un aditivo el cual tiene diferentes funciones tales
como reducir el agua, acelerar la resistencia, incrementar su trabajabilidad,
etc.
2.2.1.1 CONCRETO ESTRUCTURAL: Es aquel tipo de concreto que es utilizado
con fines estructurales los cuales pueden ser concretos simples o
reforzados.
1http://www.idu.gov.co/documents/20181/362981/mejoras_mecanicas_mezclas_asfalticas_desech
os_llantas_segunda.pdf/4fceb51b-6243-472f-8797-ff56af269924
2 Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10 Titulo C
25
2.2.1.2 CONCRETO SIMPLE: Es aquel concreto que en su mezcla es hecho
con cemento, agregados pétreos y agua para uso estructural pero en los
elementos estructurales donde es colocado no hay acero de refuerzo.
2.2.1.3 CONCRETO REFORZADO: Es aquel concreto que en los elementos
estructurales donde es colocado hay acero de refuerzo con el fin de resistir
los esfuerzos de tensión.
2.2.2 CLASIFICACIÓN DEL CONCRETO. El concreto es clasificado de 2 formas,
la primera es según su resistencia a la comprensión a los 28 días (véase
Tabla 1 Clasificación del concreto según su resistencia a la compresión) y la
segunda es según su peso unitario, los cuales son los factores
determinantes cuando se hace la elaboración de un diseño de mezcla de
concreto.
Tabla 1. Clasificación del concreto según su resistencia a la
compresión
Fuente3
2.2.2.1 CLASIFICACIÓN SEGÚN SU PESO UNITARIO. Debido al desarrollo de
diferentes tecnologías para fabricar concretos, los concretos se clasifican
según su peso unitario en 3 grandes grupos (véase Tabla 2 Clasificación del
concreto según su peso unitario), debido a esto se toma como promedio de
peso unitario para concreto el valor de 2300 Kg7m3.
3 MONTEJO FONSECA, Alfonso. MONTEJO PIRATOVA, Francy y MONTEJO PIRATOVA, Alejandro.
Tecnología y patología del concreto armado. Bogotá D.C.: Universidad Católica de Colombia
ediciones, 2013.p. 30
26
Tabla 2. Clasificación del concreto según su peso unitario
Fuente4
2.2.3 PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO. Estas propiedades de este
material dependen de la relacion agua-cemento escogida en el diseño de la
mezcla, tambien dependen de el control que se le haga al cemento fresco
ya que este es el que absorve el agua de amasado.
2.2.3.1 TRABAJABILIDAD. Esta propiedad es definida como la mayor o
menor dificultad de mezclado, transporte, colocación y compactación del
concreto, dicha propiedad se ve fuertemente influenciada por la pasta de
cemento, la relación agua-cemento escogida en el diseño de la mezcla, el
equilibrio entre los agregados gruesos y finos. El método usado para
determinarla es el ensayo de asentamiento o slump el cual se mide por el
cono de Abrams.
4 MONTEJO FONSECA, Alfonso. MONTEJO PIRATOVA, Francy y MONTEJO PIRATOVA, Alejandro.
Tecnología y patología del concreto armado. Bogotá D.C.: Universidad Católica de Colombia
ediciones, 2013.p. 30
27
Figura 1. Verificación del slump del concreto mediante el cono de
Abrams
Fuente: El autor
2.2.4 EL FRAGUADO. El fraguado del concreto es un proceso en el que se
pierde manejo y donde se experimenta un proceso exotérmico en el que el
concreto pasa del estado plástico a sólido, además de un proceso de
pérdida de manejabilidad, con el fin de adquirir una resistencia a través del
tiempo.
2.2.4.1 FRAGUADO INICIAL. Es el tiempo que transcurre desde el momento
que se agrega el agua, hasta que la pasta pierde su viscosidad y eleva su
temperatura, este proceso indica que la pasta esta semidura y parcialmente
hidratada.
2.2.4.2 FRAGUADO FINAL. Es el tiempo transcurrido desde que se agrega el
agua a la mezcla hasta que se vuelve rígida, llega al mínimo de temperatura
y deja de ser susceptible a deformaciones por cargas mínimas.
2.2.5 EL CURADO. El curado consiste en el mantenimiento de contenidos de
humedad y de temperaturas satisfactorios en el concreto durante un periodo
definido inmediatamente después de la colocación y acabado, con el
propósito que se desarrollen las propiedades deseadas. Nunca se
28
exagerara al enfatizar la necesidad de un curado adecuado.
Figura 2. Curado de especímenes de concreto
Fuente: El autor
2.2.6 PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO. El concreto en estado
endurecido tiene como sus propiedades más importantes la resistencia y la
durabilidad; por lo general se determina por la resistencia final del ensayo
de cilindros a compresión. Como el concreto suele aumentar su resistencia
con el paso del tiempo, la resistencia a la compresión a los 28 días es el
tiempo más común de esta propiedad y así se obtiene la resistencia real de
esta propiedad de dicho diseño de mezcla.
La durabilidad en cambio es la capacidad del concreto a resistir los ataques
de los diferentes agentes en la intemperie, productos químicos que será
sometido durante su periodo de vida.
29
Una vez el concreto se encuentra en estado endurecido después de
terminado su fraguado empieza a adquirir sus propiedades por esto es
necesario hacer sus pruebas después de los 28 días de elaborado.
2.2.7 EDAD DEL CONCRETO. Dependiendo del diseño de la mezcla la edad
comúnmente usada es la de 28 días de fraguado ya que de esta dependen
sus propiedades físicas mecánicas, por esta razón la mayor resistencia
deberá ser alcanzada en este tiempo.
2.2.8 EL CEMENTO. El Cemento es el producto resultante de la cocción de
caliza y arcilla, los cuales son triturados y calcinados en un horno de alta
temperatura, luego se enfrían y se muelen para formar el polvo gris, es el
conglomerante más usado en fabricación de morteros y concretos para
diferentes usos en la industria de la construcción y para estas actividades se
emplea el cemento tipo Portland que debe su nombre a una piedra de color
semejante a las canteras inglesas de la cuidad de Portland, debido a sus
propiedades físico químicas este material debe cumplir estándares de
calidad que para nuestro medio es la norma NTC 30, 31, 121 y 321.
2.2.9 AGREGADOS PÉTREOS. Los agregados pétreos son materiales
inorgánicos compuestos de arenas y gravas los cuales influyen
notablemente en las características del concreto debido a que gran parte de
un volumen de concreto está hecho de estos. Según su origen se pueden
clasificar en naturales y artificiales y según su tamaño se pueden clasificar
en agregados finos y gruesos y sus características están definidas en la
NTC 174.
2.2.9.1 AGREGADOS DE ORIGEN. Estos materiales son aquellos
encontrados tal cual en sus fuentes de origen los cuales pueden ser
clasificados como material de cantera o material de rio, dichos materiales
para ser utilizados en la fabricación de concreto pueden sufrir pequeñas
transformaciones en su tamaño.
2.2.9.2 AGREGADOS DE ORIGEN ARTIFICIAL. Son aquellos materiales
producto de procesos industriales hechos por el hombre, en la actualidad y
mediante estudios hechos estos materiales se usan por lo general en la
fabricación de concretos ligeros ya que suelen tener una alta porosidad.
2.2.9.3 AGREGADO GRUESO. Los agregados gruesos son aquellos que
quedan retenidos hasta el tamiz No 4, en el proceso de elaboración de
concreto se usa por lo general material que va desde el tamiz 1” hasta el No
4, se pueden usar materiales de diferente origen los cuales deben
garantizar la resistencia mecánica de este.
2.2.9.4 AGREGADO FINO. Son aquellos materiales retenidos desde el tamiz
30
No 4 hasta el tamiz No 200, el material más común dentro de esta
gradación son las arenas que son el producto de la desintegración de los
agregados gruesos, estas deben pasar antes por ciertas pruebas estándar
tales como consistencia, impurezas orgánicas, etc., para poder ser
utilizadas en la fabricación de concreto.
2.2.10 GRANO DE CAUCHO RECICLADO (GCR). Proviene básicamente de
las llantas que desechan y se puede obtener de diferentes tamaños, en
nuestro país se está aplicando desde hace unos años para la elaboración
de canchas sintéticas, mezclas asfálticas y en diferentes suministros donde
las cualidades son básicamente el caucho.
2.2.10.1 PROCESO DE OBTENCIÓN DEL CAUCHO RECICLADO. Básicamente el
material de caucho reciclado tiene 2 proceso básicos en su obtención:
Acopio y clasificación de neumáticos. Las llantas están
compuestas de una gran cantidad de materiales también dependen
del uso al cual se destinan, sus características especiales como
resistencia a la carga, posibilidad de manejar alta presión,
características de adherencia, entre otros. La Tabla No 3 presenta la
composición porcentual típica de las llantas discriminando
automóviles y camiones (Secretaria de Medio Ambiente De Bogotá,
2006).
Tabla 3. Composición porcentual típica de llantas.
Fuente 5
Proceso de trituración de los neumáticos para su reciclaje. El
proceso de trituración consiste que a través de máquinas trituradoras
se separe el caucho de elementos como el acero y los textiles, este
grano de caucho triturado se puede emplear para la elaboración de
nuevos productos. Actualmente se encuentran dos métodos de
trituración que son la trituración mecánica y la trituración criogénica.
5http://www.ambientebogota.gov.co/c/document_library/get_file?uuid=ab80a611-f997-4864-
bd6e-7aa0d8680067&groupId=10157
31
Trituración mecánica. La trituración mecánica emplea cuchillas para
desmenuzar las llantas; por lo general este tipo de trituración se
realiza en cascada, es decir, se trituran paulatinamente las llantas
hasta alcanzar el tamaño mínimo requerido (ver figura 1) y luego se
emplean clasificadores neumáticos y magnéticos para separar el
textil y el acero presentes.
Trituración criogénica. Este método necesita unas instalaciones
muy complejas lo que hace que tampoco sean
rentables económicamente y el mantenimiento de la maquinaria y
del proceso es difícil. La baja calidad de los productos obtenidos y la
dificultad material y económica para purificar y separar el caucho y el
metal entre si y de los materiales textiles que forman el neumático
provoca que este sistema sea poco recomendable.
2.2.11 ENSAYO A COMPRESIÓN. Este tipo de ensayo realizado al concreto
sirve para verificar mediante el uso de cargas axiales aplicadas a cilindros
fabricados de este material la resistencia máxima a la compresión, en
Colombia dicho ensayo se debe realizar cumpliendo la norma NTC 673.
2.2.12 RESISTENCIA DE DISEÑO A LA COMPRESIÓN DEL CONCRETO (F´C). La
resistencia a la compresión a la cual se diseña por lo general un concreto es
a la edad de 28 días ya que es la edad en la cual un concreto de
características normales llega a una resistencia del 99%.
“Resistencia a la compresión del concreto empleada en el diseño…,
expresada en mega páscales (MPa). Cuando la cantidad f’c esté bajo un
signo radical, se quiere indicar solo la raíz cuadrada del valor numérico, por
lo que el resultado está en mega páscales (MPa)”6
6 REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE. Concreto estructural –NSR-
10-Titulo C. Bogotá DC.: 2010.p. C-38
32
3. METODOLOGÍA
Esta investigación se inicia pensando en atender la necesidad de utilizar un
material reciclado en este caso el triturado de caucho de llanta para la
elaboración de una mezcla de concreto modificada, la cual se evaluara
mediante ensayos y se determinara si dicho desecho reciclado es aceptable
a las cualidades requeridas y si cumple la resistencia apta para un concreto
con fines estructurales.
La metodología a usar es la siguiente:
Elaboración y curado de especímenes de concreto para ensayos de
laboratorio. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1994. 17 p. (NTC 1377).
Ensayo de resistencia a la compresión de cilindros normales de
concreto. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1994. 17 p. (NTC 673).
Análisis, conclusiones y recomendaciones.
Por otra parte también se piensa en el medio ambiente ya que como se
sabe el problema de llantas desechadas crece día a día en nuestro país,
creando una gran contaminación.
3.1 DISEÑO METODOLÓGICO.
El proyecto tiene un diseño metodológico tipo cualitativo “La investigación
cualitativa, en sus diversas modalidades: investigación participativa,
investigación de campo, participación etnográfica, estudio de casos,
etc., “tienen como característica común referirse a sucesos complejos que
tratan de ser descritos en su totalidad, en su medio natural. No hay
consecuentemente, una abstracción de propiedades o variables para
analizarlas mediante técnicas estadísticas apropiadas para su descripción y
la determinación de correlaciones.”7 Se trabajó siguiendo cada una de las
7https://metodologiaecs.wordpress.com/2013/12/06/investigacion-cualitativa-metodologia-de-la-
investigacion/
33
etapas para un excelente desarrollo, permitiendo el cumplimiento de los
objetivos
Figura. 3 Procedimiento del proyecto.
Fuente: Autor
3.2 ETAPAS DE LA INVESTIGACIÓN.
El tutor el Ingeniero Richard Moreno mostro diferentes temáticas, se
Conforme con las diferentes temáticas propuestas por el director de grado,
se eligió por la investigación de diseñar una mezcla con agregados de
34
origen artificial con el fin de determinar su viabilidad en el concreto
estructural, el agregado escogido es el triturado de llantas recicladas con
porcentajes de reemplazo al 15%, 25% y 35% respecto al agregado fino
(arena) los cuales fueron sugeridos por el Ingeniero Richard Moreno (tutor).
3.2.1 RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN. Se basó en diferentes Fuentes de
apoyo para la investigación del proyecto algunas fueron textos científicos,
libros, tesis, páginas web y algunas normas las cuales fueron de gran aporte
para dar inicio al proyecto.
3.2.2 SELECCIÓN DE MATERIALES CONVENCIONALES. Los materiales
convencionales fueron adquiridos con diferentes proveedores confiables, se
puntualiza que dichos materiales no son objeto de investigación en el
presente trabajo.
3.2.3 COMPRA DEL MATERIAL RECICLADO. El grano de caucho reciclado
(GCR), a diferencia del material convencional no fue de fácil consecución,
este fue adquirido por una empresa especializada en el proceso de la
recolección y tratamiento en la trituración del caucho de llantas.
3.2.4 DISEÑO DE MEZCLA. Tal como lo indica el Ingeniero Richard Moreno
(Tutor) el diseño de mezcla se realizara para un concreto normal cuya
resistencia es de 21MPa y siguiendo sus indicaciones se usara la
metodología del libro de “Diego Sánchez de Guzmán Tecnología del
concreto y del mortero”.
3.2.5 ELABORACIÓN DE CILINDROS, ENSAYOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS. Tanto los ensayos toma de datos y análisis de resultados se realizaron
siguiendo los procedimientos indicados por el Instituto colombiano de
normas técnicas y certificación NTC-1377 y NTC-673.
35
4. MATERIALES.
4.1 AGUA
Elemento importante para la confección y curado del hormigón, se puede
utilizar en su forma natural o tratada, es de total importancia que en el
momento de uso en las mezclas este limpia y fresca hasta donde sea
posible y no deberá contener residuos de aceites, ácidos, sulfatos de
magnesio, sales, limo, materias orgánicas u otras sustancias dañinas,
arcilla, lodo y algas.
4.1.1 CALIDAD Y CONDICIONES MÍNIMAS DEL AGUA DE MEZCLADO. El agua
empleada en el mezclado del concreto debe cumplir con las disposiciones
de la norma NTC 3459 (BS3148) o de la norma ASTM C1602M cuando
sean menos exigentes que los de la norma NTC 3459.
“Casi cualquier agua natural que se pueda beber (potable) y que no tiene un
sabor u olor marcado, puede utilizarse como agua de mezclado en la
elaboración del concreto. Las impurezas excesivas en el agua de mezclado,
pueden afectar no solo el tiempo de fraguado, la manejabilidad, la
resistencia del concreto y la estabilidad volumétrica, sino que también
pueden provocar eflorescencia o corrosión en el refuerzo. Siempre que sea
posible debe evitarse el agua con altas concentraciones de solidos
disueltos”
La norma ASTM C1602M permite el uso de agua potable sin practicarle
ensayos e incluye métodos para calificar las fuentes de agua impotable,
considerando los efectos en el tiempo de fraguado y la resistencia8
4.2 CEMENTO.
El más comercial es el cemento Portland, es un cemento hidráulico
compuesto principalmente de silicatos de calcio hidráulicos, fraguan y
endurecen al reaccionar químicamente con el agua en un tiempo mínimo de
45 min., las especificaciones del cemento Portland deben cumplir con los
valores de la norma Colombiana NTC 121, adicionalmente, en la
elaboración de concretos se recomienda la versión y aplicación de la NTC
8 REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE. Concreto estructural. –NSR-
10-Titulo C. Bogotá DC.: 2010. C-43
36
3318 y NSR-10; requisitos de producción, calidad y durabilidad
4.2.1 CUIDADO Y CONDICIONES MÍNIMAS DEL CEMENTO EMPLEADO. El cemento
es de fácil almacenamiento y básicamente hay que tener cuidado con la
humedad, debido a que el cemento reacciona con el agua, la humedad
contenida en un ambiente puede dañar el concreto y crear grumos, lo cual
es un fenómeno que nos indica que el cemento fue afectado por la
humedad, también es total importancia conseguirlo en su empaque original,
ya que en la mayoría de ferreterías se vende por kilogramos y se es difícil
tener conocimiento de la fecha de caducidad, se aconseja comprarlo el
mismo día que será usado, por otro lado es importante la marca del
cemento, cada industria cementera está regida por las normas de control de
calidad, cemento fabricado bajo las normas NTC 121y NTC 321 y también
se permite el uso de cementos fabricados bajo la norma ASTM C150.
4.2.2 SELECCIÓN DEL CEMENTO EMPLEADO. El cemento seleccionado para el
ensayo es de marca Cemex; Las especificaciones del Cemento Gris de Uso
Estructural producido por Cementos Cemex S.A. cumple con los valores de
la norma colombiana NTC 121 y 321 y de la norma americana ASTM C-
1157
Figura. 4 Cemento seleccionado.
Fuente: El autor.
37
4.3 SELECCIÓN Y MUESTREO DE LOS AGREGADOS PETREOS.
Los agregados pétreos convencionales para la mezcla experimental fueron
seleccionados y adquiridos con un proveedor calificado, el cual da garantía
de las propiedades como, peso específico, humedad natural y absorción,
cualidades físicas que dependen del origen mineralógico del agregado,
cabe aclarar que no se realizaron pruebas a este material por la limitación
de tiempo y espacio esto nos obligó a conseguir la materia prima con un
proveedor que de acuerdo a sus políticas realiza dichas pruebas en este
caso particular con la cadena de almacenes Constructor. Se realizaron las
correspondientes pruebas de los agregados finos y gruesos de la mezcla,
para verificar su granulometría y establecer si cumplían con los
requerimientos establecidos por la normatividad.
Figura. 5 Cuarteo
Fuente: El autor
4.4 REQUERIMIENTOS GRANULOMÉTRICOS DEL AGREGADO
FINO.
A continuación se muestra las curvas de los ensayos de granulometría que
verifican la uniformad de los tamaños y garantizan los lineamientos de la
norma.
38
Figura 6 Requisito granulométrico para agregado fino NTC 174-94.
Fuente: El autor
4.5 REQUERIMIENTOS GRANULOMETRICOS DEL AGREGADO
GRUESO.
A continuación se observa la curva para el agregado grueso que garantiza
los lineamientos de la norma. “el agregado grueso puede ser grava triturada,
roca triturada, escoria de alto horno enfriada al aire), concreto triturado
(fabricado con cemento hidráulico) o una combinación de ellos”9
Figura 7 Requisito granulométrico para agregado grueso NTC 174-94.
Fuente: El autor
4.6 GRANO DE CAUCHO RECICLADO.
Para la mezcla experimental se utilizó triturado de caucho de llanta de
9 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS Y CERTIFICACIÓN. Ingeniería civil y arquitectura:
especificaciones de los agregados para concreto. NTC 174. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1994.p. 7.
39
origen artificial y como se constata en este trabajo va a sustituir el agregado
fino en porcentajes del 15%, 25% y 35%, con cada porcentaje de cambio se
realizara una mezcla distinta (Ver diseño de mezcla), dentro de lo que
investigamos no se encontró información específica de este agregado en
mezclas para concreto, pero su análisis para la dosificación fue manera
independiente de los demás agregados teniendo en cuenta el peso
específico aproximado de 0,9 gr/cm3 brindado por el proveedor del material.
Figura 8. Grano de caucho reciclado.
Fuente: El autor
5. DISEÑO DE LA MEZCLA
Es importante saber que se han realizado una gran cantidad de trabajos
relacionados con los aspectos teóricos del diseño de mezclas de concreto,
en buena parte se entiende que el diseño de mezcla es un procedimiento
empírico, y aunque hay muchas propiedades importantes del concreto, la
mayor parte de procedimientos de diseño están basados principalmente en
lograr una resistencia a compresión para una edad determinada así como la
manejabilidad apropiada para un tiempo determinado. Una mezcla se debe
diseñar tanto para estado fresco como para estado endurecido. Las
principales exigencias que se deben cumplir para lograr una dosificación
apropiada en estado fresco son las de manejabilidad, resistencia,
durabilidad y economía, además se debe diseñar para unas propiedades
que el concreto debe cumplir cuando una estructura se coloca en servicio.
Una mezcla se debe diseñar tanto para estado fresco como para estado
40
endurecido. Las principales exigencias que se deben cumplir para lograr
una dosificación apropiada en estado fresco son las de manejabilidad,
resistencia, durabilidad y economía10
Para nuestro caso investigativo se diseñara una mezcla convencional con
condiciones normales a su uso, las cuales serán descritas en cada uno del
pasos del diseño, al no haber una especificación o norma donde indique
puntualmente el diseño de una mezcla con el material (caucho granulado)
usado para sustitución siempre habrá preguntas referentes a su aplicación y
dosificación, material que es de origen artificial, y el cual es la base del
ensayo que se describe en esta investigación en donde se evalúan los
resultados de resistencia adquiridos por el concreto, con porcentajes de
cambio del 15%, 25% y 35% respecto al agregado fino.
5.1 SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO
Para una primera perspectiva se realiza la verificación del asentamiento con
cono de Abrams en el momento de la colocación (véase figura 1) , por otro
lado el aspecto del que depende el asentamiento, es el método de
compactación, (véase tabla 4) asentamientos recomendados según la clase
de construcción y sistemas de colocación) de no revisarse estos aspectos
inmediatamente podemos sacar conclusiones a la hora del mezclado, es
importantes la realización de esta verificación ya que hay secciones de
difícil acceso y podemos encontrar irregularidades y lo más importante es
definir la consistencia del cemento ya que el concreto debe ser diseñado
para tener una adecuada manejabilidad.
10 http://blog.360gradosenconcreto.com/diseno-de-mezclas-de-concreto-conceptos-basicos/
41
Tabla 4. Asentamientos recomendados según la clase de construcción
y sistemas de colocación.
Fuente11.
5.2 SELECCIÓN DEL TAMAÑO MÁXIMO DE AGREGADO
Los agregados bien graduados de tamaño máximo tienen menos vacíos que
los de tamaños menores. De aquí que los concretos con agregado mayor
11 SÁNCHEZ DE GUZMAN, Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 2 ed. Bogotá: Bhandar
Editores LTDA., 2001. P. 228.
42
tamaño requieren menos mortero por unidad de volumen de concreto.
Generalmente, el tamaño máximo de agregado debe ser el mayor que se
encuentre disponible económicamente y el que resulte compatible con las
dimensiones de la estructura. En algunas ocasiones estas limitaciones se
descartan si la trabajabilidad y los métodos de compactación son tales que
el concreto puede ser colocado sin que se formen cavidades o vacíos. Para
lograr mejores resultados cuando se desea obtener un concreto de alta
resistencia, deben reducirse los tamaños máximos de los agregados, ya que
estos producen mayores resistencias con una relación agua/cemento
dada12.
Tabla 5. Tamaños máximos de agregado según tipo de construcción.
Fuente13
5.3 ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AIRE
Es importante anotar que cuando se prevea que la estructura no estará
expuesta a ambientes severos, la incorporación de aire incluido es
notoriamente menor. El aire incluido beneficia la manejabilidad y la cohesión
de la mezcla, con la mitad de los valores de contenido de aire que se
recomienda para concretos con aire incluido14. (Véase tabla 6 Cantidad de
aire aproximada según tipo de agregado y niveles de aire incluido para
diferentes tamaños de agregado).
12 : http://www.arqhys.com/contenidos/agregados-tamano.html
13 SÁNCHEZ DE GUZMAN, Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 2 ed. Bogotá: Bhandar
Editores LTDA., 2001. p. 230.
14 : http://www.arqhys.com/construccion/estimacion-contenido-concreto.html
43
Tabla 6. Cantidad de aire aproximada según tipo de agregado y niveles
de aire incluido para diferente tamaño de agregado.
Fuente: Adaptado del A.C.I.-211 y del A.C.I.-318 (11.2, 11.4)
5.4 ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AGUA DE MEZCLADO
Se puede anotar que la cantidad de agua por volumen unitario de concreto
que se requiere para producir un asentamiento dado depende del tamaño
máximo del agregado, la forma y textura de las partículas así como de la
gradación de los agregados, de la cantidad de aire incluido y de los aditivos
reductores de agua cuando son utilizados15. (Véase tabla 7 Estimación del
agua de mezclado según el tamaño nominal del agregado forma y textura).
En particular y para este trabajo, se escogió un tamaño máximo de
agregado de 3⁄4" cuyas partículas eran de forma angular y textura rugosa,
también se seleccionó un asentamiento estimado de 3” para una
consistencia de mezcla media
15 http://www.arqhys.com/construccion/estimacion-contenido-concreto.html
44
Tabla 7. Estimación del agua de mezclado según el tamaño nominal del
agregado forma y textura.
Fuente16
5.5 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DE DISEÑO
Se determina la resistencia de diseño teniendo presente cada disposición
de la Norma NSR-10, el concreto no debe tener una resistencia a la
compresión menor a 17 Mpa, para establecer dicha conclusión se debe
realizar por lo menos 30 pruebas, los cuales aseguran que se está
siguiendo cada parámetro que exige la NCR-10. En caso de no tener
registros de más pruebas en donde se evalué la resistencia promedio (f’cr)
se utilizaran los siguientes valores.
Tabla 8. Valores de f’cr cuando no hay datos para establecer la
desviación estándar.
Fuente17
16 SÁNCHEZ DE GUZMAN, Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 2 ed. Bogotá: Bhandar
Editores LTDA., 2001. P. 233.
17 adaptado de REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE –NSR-10-Titulo
C. Bogotá DC.: 2010. C-72
45
5.6 RELACIÓN AGUA- CEMENTO.
La relación agua/cemento conocida como a/c, es la proporción utilizada
para obtener las diferentes mezclas tanto para la obtención de morteros
como de hormigones. El agua-cemento se trata de la relación peso del agua
al peso del cemento utilizado en una mezcla de hormigón. Tiene una
influencia importante en la calidad del hormigón producido. La menor
proporción de agua-cemento conduce a la mayor resistencia y durabilidad,
pero puede hacer la mezcla más difícil de manejar y verter. Las dificultades
de colocación se pueden resolver mediante el uso de plastificante. La
relación agua-cemento es independiente del contenido total de cemento (y
en el total contenido de agua) de una mezcla18.
Para el desarrollo del trabajo se siguió con la metodología propuesta para la
ejecución de cálculos y dosificaciones.
5.6.1 CÁLCULO DE CONTENIDO DE CEMENTO. El contenido cemento se calcula
una vez especificados los valores de agua de mezclado y la relación agua
cemento, en donde para su cálculo se tiene la siguiente expresión:
𝐶 = 𝐴𝐴 ⁄𝐶
Dónde:
C= Contenido de cemento, en Kg/m3.
A= Requerimiento de agua de mezclado, en Kg/m3.
𝐴⁄𝐶 =Relación agua cemento.
5.7 VOLUMEN DE LOS AGREGADOS
Siguiendo con la metodología el tamaño máximo seleccionado para el
diseño es de 3⁄4”, con este tamaño y en relación al módulo de finura de la
arena (2.40) se escogen los porcentajes de agregado grueso (véase tabla 9
Volumen de agregado grueso por volumen unitario del concreto); “los
volúmenes están basados en agregados secos compactados con varilla,
como se describe en la norma A.S.T.M C-29”22 19
18 http://masconstruccion.com/relacion-agua-cemento.html
19 SÁNCHEZ DE GUZMAN, Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 2 ed. Bogotá: Bhandar
Editores LTDA., 2001. P. 241.
46
Tabla 9. Volumen de agregado grueso por volumen unitario del
concreto.
Fuente20
Inicialmente se calcula el volumen de los agregados que se requiere para
una mezcla de 1m3, para luego obtener los valores de dosificación para los
distintos tipos de mezcla.
Dónde:
V agregados= 1m3- Vaire- Vagua- Vcemento (1)
V.aire = Volumen del aire.
V.agua = Volumen del aire.
V.cemento= Volumen del cemento.
5.8 DOSIFICACIÓN DE LA MEZCLA Y ELABORACIÓN DE
MUESTRAS
Siguiendo la metodología del volumen absoluto, se prosigue con la
dosificación y posterior mezclado para la elaboración de los cilindros, con la
dosificación se busca básicamente tener las proporciones óptimas de todos
los elementos de la mezcla “La mejor dosificación del concreto es aquella
que admite pequeñas variaciones en la dosificación de los constituyentes
20 SÁNCHEZ DE GUZMAN, Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 2 ed. Bogotá: Bhandar
Editores LTDA., 2001. P. 241
47
sin modificación notable de las características, tanto del concreto fresco
como del concreto endurecido”21 como también, establecer el
comportamiento según las características de cada composición.
Figura 9. Dosificación de la mezcla según diseño.
Fuente: El autor
5.8.1 ESPECIFICACIONES DE DISEÑO. Partiendo de que el diseño para la
mezcla de concreto es un diseño convencional y siguiendo con la
metodología escogida para el diseño de las mezclas, se relaciona el
21 MONTEJO FONSECA, Alfonso. MONTEJO PIRATIVA, Francy y MONTEJO PIRATOVA, Alejandro.
Tecnología y patología del concreto armado. Bogotá D.C.: Universidad Católica de Colombia
ediciones, 2013.p. 29
48
siguiente resumen de los datos generales requeridos para las
dosificaciones.
Tabla 10. Datos generales de la mezcla.
TAMAÑO MAXIMO AGREGADO 3/4"
ASENTAMIENTO 4"
RELACION AGUA-CEMENTO 0.56
AGUA 183 Lt
CEMENTO 326.786 KG
TOTAL AGREGADOS 1787.172 KG
AGREGADO GRUESO 1070.604 59.90% KG
AGREGADO FINO 716.568 40.10% KG
CAUCHO RECICLADO 950 KG
Fuente: El autor
5.8.2 DOSIFICACIÓN DE LA MEZCLA PARA CONCRETO CONVENCIONAL. Se
diseña la mezcla para 1m3 de concreto convencional, no se realiza ningún
cambio y sin aditivos y se calcula el total de las proporciones de agregados
agua y cemento requeridas.
5.8.3 SUSTITUCIÓN DE GCR EN EL AGREGADO FINO. Partiendo de la
dosificación de agregado fino requerido para una mezcla normal, se
prosigue haciendo el cálculo del valor del volumen del cambio de arena
correspondiente al 15%, 25% y 35% para las respectivas mezclas.
Tabla 11. Volumen de relevo con GCR respecto al fino para las mezclas
experimentales.
CANTIDADES DE MATERIAL POR CILINDRO
MATERIAL MEZCLA
CONVENCIONAL MEZCLA 15%
RELEVO MEZCLA 25%
RELEVO MEZCLA 35%
RELEVO
AGUA (Lt) 0.970 0.970 0.970 0.970
CEMENTO (Kg) 1.732 1.732 1.732 1.732
AGREGADO GRUESO (Kg) 5.676 5.676 5.676 5.676
AGREGADO FINO (Kg) 3.799 3.229 2.849 2.469
GRANO CAUCHO RECICLADO (Kg) 0.235 0.392 0.549
Fuente: El autor
49
5.8.4 DOSIFICACIÓN DE LA MEZCLA CON CAMBIO DEL 15% DE ARENA.
Después de haber obtenido el dato del volumen de arena requerido para
cada tipo de mezcla y los valores para las proporciones de cambio con GCR
respecto al agregado fino, se continuó con la dosificación para este tipo de
mezcla donde se busca la sustitución del 15%. (Véase ANEXO A).
5.8.5 DOSIFICACIÓN DE LA MEZCLA CON CAMBIO DEL 25% Y 35% DE ARENA.
Para estos cálculos se sigue el mismo procedimiento del numeral anterior,
teniendo en cuenta los datos de arena total requerida y cambio con GCR
para este tipo de mezcla, (véase ANEXO A).
5.9 HOMOGENIZACIÓN DE LA MEZCLA.
Primero se debe hacer un mezclado en seco para tener uniformidad y
queden bien repartidos para la aplicación del agua, al incluir el grano de
caucho reciclado se puede notar la mezcla de un color más oscuro (Véase
la Figura 10), se espera que con esta adición haya inconvenientes en la
adherencia de la pasta cementante, ya que no es un material de origen
pétreo.
Figura 10. Homogenización de la mezcla.
Fuente: El autor.
50
6. ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESION
Una vez se tiene la tabla de diseño de la mezcla de concreto con sus
respectivos valores para cada tipo de material se procede a elaborar y curar
las muestras de cilindros con los cuales se mide la resistencia a la
compresión siguiendo los lineamientos de la norma22 NTC 550, todos los
procesos descritos a continuación para la elaboración de las muestras de
concreto fueron realizados en los laboratorios de la facultad de Ingeniería de
la Universidad Católica de Colombia.
6.1.1 ENCOFRADO DE LOS CILINDROS. Según la norma NTC 550 los
especímenes cilíndricos en concreto deben tener un diámetro de 150 mm
por 300 mm de altura, en caso de usar moldes más pequeños se debe
garantizar como mínimo que el molde tenga 3 veces el tamaño máximo
nominal del agregado grueso, para esta tesis se usaron moldes metálicos
de 150 mm de diámetro por 300 mm de altura y se fabricaron 2 probetas
para cada edad a ensayar de cada tipo de mezcla, estos fueron limpiados y
lubricados para evitar cambios en los resultados.
Figura 11.Encofrado de cilindros
Fuente: El autor
22 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Ingeniería civil y arquitectura:
elaboración y curado de especímenes de concreto en obra. NTC-550. Bogotá D.C.: ICONTEC, 2000.
p. 3-11
51
6.1.2 COMPACTACIÓN DEL CONCRETO EN LOS MOLDES CILÍNDRICOS. Para la
compactación de las muestras se utilizó una varilla compactadora en acero
lisa de diámetro 16 mm con cabeza redondeada y de altura 600 mm,
compactando dicha mezcla en 3 capas, cada capa se debe compactar de
acuerdo al asentamiento escogido en el diseño de la mezcla, para esta
investigación se realizaron 25 golpes por cada capa sin profundizar en la
capa anterior.
6.1.3 VIBRADO DE LOS ESPECÍMENES DE CONCRETO. Con el fin de que no
queden vacíos en los especímenes de concreto y liberar las posibles
burbujas que puedan quedar atrapadas en él, las cuales pueden afectar la
resistencia a la compresión, se deben golpear los moldes en la parte
exterior con un martillo de cabeza de goma, para este procedimiento se
hicieron de 10 a 15 golpes por capa de acuerdo a la manejabilidad y
trabajabilidad de cada muestra de concreto.
6.1.4 ACABADO DE LAS MUESTRAS DE CONCRETO. Una vez terminada la
actividad de compactación se debe proceder a allanar la superficie de cada
cilindro de concreto ya sea con una espátula o llana de madera, se puede
utilizar un poco de cemento tipo Portland para facilitar y mejorar el acabado
de la superficie y así garantizar que no haya excesos de mezcla en las
muestras.
Figura 12.Acabado de muestras de concreto
Fuente: El autor
52
6.1.5 ALMACENAMIENTO DE LOS CILINDROS. Las muestras de concreto
deben ser almacenadas en un lugar donde se garantice el proceso de
fraguado en estas, libres de posibles humedades, filtraciones, etc., las
cuales pueden afectar los resultados del ensayo.
Figura 13.Almacenamiento de muestras de concreto
Fuente: El autor
6.1.6 DESENCOFRADO DE LAS MUESTRAS DE CONCRETO. Pasadas como
mínimo 20 horas después de fundidas las muestras, se deben remover de
los cilindros metálicos, para esta actividad se debe tener especial cuidado
de no ir a dañar las muestras esto con el fin de garantizar la uniformidad en
la geometría de cada cilindro.
Figura 14.Desencofrado muestras de concreto
Fuente: El autor
6.1.7 CURADO DE LOS CILINDROS DE CONCRETO. Para este proceso básico
en la obtención de la resistencia a la compresión de cada muestra, se
deben poner los cilindros en un tanque con agua y cal a una temperatura de
53
23 °C ± 2°C y dicha agua debe fluir libremente por encima de la superficie
de cada muestra.
Figura 15.Curado de cilindros de concreto
Fuente: El autor
6.2 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LAS MUESTRAS DE CONCRETO.
Para determinar la resistencia a la compresión de las muestras de concreto
se han realizado 2 cilindros para ensayar a los 7, 14 y 28 días y así
determinar el promedio de resistencia (véase figura 11), con una velocidad
de carga ya predeterminada en la maquina hasta que cada cilindro falle, la
carga máxima en cada cilindro se determina dividiendo la fuerza aplicada en
el área transversal de cada cilindro, estos ensayos se hicieron siguiendo los
parámetros de las normas NTC 1377 y NTC 673- Ensayo de resistencia a la
compresión de cilindros de concreto.
Donde:
f=Fuerza aplicada al cilindro en N, Kg o lbf.
A= Área transversal del cilindro en cm2, in2 o m2.
= Resistencia del cilindro a la compresión en Kg/cm2, PSI o Mpa.
54
Figura 16. Ensayo de resistencia a la compresión
Fuente: El autor
55
7. RESULTADOS
7.1 REGISTRO DE DATOS DE LOS CILINDROS
Para la realización del ensayo se tomaron los datos de la masa y volumen
de los cilindros en concreto (véase ANEXO B) con el fin de hallar su
densidad y volumen individual y promedio a cada edad ensayada.
Obteniendo la densidad promedio de todas las muestras se clasifico como
un concreto de densidad normal (véase tabla 1 Clasificación del concreto
según su peso unitario).
Figura 17. Registro de la masa de los cilindros
Fuente: El autor
Figura 18. Determinación del volumen de los cilindros.
Fuente: El autor
56
Para hallar la densidad de los cilindros se tomaron 3 alturas y 3 diámetros y
se promediaron, luego para hallar la densidad de la muestra se usó la
siguiente ecuación:
Donde:
W=Masa de cada cilindro en Kg
V= Volumen del cilindro en m3
7.2 COMPORTAMIENTO DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESION
DE LAS MUESTRAS
Teniendo en cuenta que el concreto es la mezcla de varios materiales y que
para esto el pasa primero por un estado plástico cuyas cualidades
principales son la manejabilidad y moldeabilidad, después de este el
concreto debido a las múltiples reacciones físico químicas de sus materiales
pasa a un estado sólido donde es capaz de resistir grandes esfuerzos a la
compresión. Con los resultados obtenidos en los ensayos de laboratorio de
cada muestra y tipo de mezcla se determinara si las mezclas con un cambio
de reemplazo del volumen del agregado fino por GCR en un 15%, 25% y
35% respectivamente cumplen con los requisitos para ser usadas como
concreto estructural y se compararan todos estos resultados con una
mezcla de concreto convencional.
7.2.1 CURVA DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LA MEZCLA
CONVENCIONAL.
La evolución de la curva de la resistencia de la mezcla convencional mostro
la siguiente tendencia (véase figura 19. Resistencia a la compresión mezcla
convencional) donde se evidencio que sin realizar ningún cambio en los
volúmenes de agregado fino se obtuvo un valor máximo de f´c de 21,03
Mpa a los 28 días, donde alcanzo una resistencia de 100,16% con respecto
a la resistencia de diseño, cumpliendo con los valores estimados de
resistencia .
57
Figura 19. Resistencia a la compresión mezcla convencional
Fuente: El autor
7.2.2 CURVA DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LA MEZCLA CON
RELEVO DEL 15% DEL VOLUMEN DEL AGREGADO FINO
La evolución de la curva de la resistencia de la mezcla convencional mostro
la siguiente tendencia (véase figura 20. Resistencia a la compresión mezcla
con relevo del 15% del volumen del agregado fino) donde se evidencio que
realizando el cambio en los volúmenes de agregado fino del 15% por GCR
se obtuvo un valor máximo de f´c de 9,58 Mpa a los 28 días, donde alcanzo
una resistencia de 45,61% con respecto a la resistencia de diseño, valores
que no cumplen con la resistencia de diseño.
58
Figura 20. Resistencia a la compresión mezcla con relevo del 15% del
volumen del agregado fino
Fuente: El autor
7.2.3 CURVA DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LA MEZCLA CON
RELEVO DEL 25% DEL VOLUMEN DEL AGREGADO FINO
La evolución de la curva de la resistencia de la mezcla convencional mostro
la siguiente tendencia (véase figura 21. Resistencia a la compresión mezcla
con relevo del 25% del volumen del agregado fino) donde se evidencio que
realizando el cambio en los volúmenes de agregado fino del 25% por GCR
se obtuvo un valor máximo de f´c de 5,86 Mpa a los 28 días, donde alcanzo
una resistencia de 27,92% con respecto a la resistencia de diseño, valores
que no cumplen con la resistencia de diseño.
59
Figura 21. Resistencia a la compresión mezcla con relevo del 25% del
volumen del agregado fino
Fuente: El autor
7.2.4 CURVA DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LA MEZCLA CON
RELEVO DEL 35% DEL VOLUMEN DEL AGREGADO FINO
La evolución de la curva de la resistencia de la mezcla convencional mostro
la siguiente tendencia (véase figura 22. Resistencia a la compresión mezcla
con relevo del 35% del volumen del agregado fino) donde se evidencio que
realizando el cambio en los volúmenes de agregado fino del 35% por GCR
se obtuvo un valor máximo de f´c de 5,29 Mpa a los 28 días, donde alcanzo
una resistencia de 25,20% con respecto a la resistencia de diseño, valores
que no cumplen con la resistencia de diseño.
60
Figura 22. Resistencia a la compresión mezcla con relevo del 25% del
volumen del agregado fino
Fuente: El autor
7.2.5 VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA CON RESPECTO A LA MEZCLA
CONVENCIONAL. El diseño de la mezcla convencional fue elaborada con las
mismas proporciones para poder establecer el punto de comparación con
las mezclas modificadas. Los resultados de estas graficas( vease Figura
23. Variación en % de la resistencia a la compresión respecto a la mezcla
convencional a los 7 días, Figura 24. Variación en % de la resistencia a la
compresión respecto a la mezcla convencional a los 14 días, Figura 25.
Variación en % de la resistencia a la compresión respecto a la mezcla
convencional a los 28 días ) indican que la variación de la resistencia a la
compresión de las mezclas modificadas con GCR son demasiado altas, por
tal motivo no cumplen con la resistencia de diseño.
61
Figura 23. Variación en % de la resistencIa a la compresión respecto a
la mezcla convencional a los 7 días
Fuente: El autor
Figura 24. Variación en % de la resistenca a la compresión respecto a
la mezcla convencional a los 14 días
Fuente: El autor
62
Figura 25. Variación en % de la resistenca a la compresión respecto a
la mezcla convencional a los 28 días
Fuente: El autor
7.2.6 COMPARACIÓN RESULTADOS DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN. De
acuerdo a lo anteriormente mencionado en puntos anteriores reiteramos
que las mezclas que tienen % de relevo de GCR siguen la misma
metodología que la mezcla convencional, a continuación comparamos los
resultados en las diferentes edades de ensayo.
Figura 26. Comparacion de f´c de mezclas ensayadas
Fuente: El autor
63
7.2.7 POSIBLES CAUSAS DE LA VARIACIÓN DE LOS RESULTADOS. Existen
múltiples causas que pueden afectar la resistencia del concreto, desde la
selección del tamaño del agregado, la elaboración en sitio de las muestras y
el curado del concreto hasta el transporte de las muestras.
Una de las posibles causas en la reducción de la resistencia a la
compresión del concreto las cuales no son objeto de este trabajo, pero que
a opinión de nosotros puede ser que debido a la naturaleza del origen de los
agregados ya que estos son materiales pétreos y el GCR es un material
derivado del petróleo, esto puede ocasionar que no sean compatibles y así
generar aislamientos entre las diferentes moléculas del material.
7.3 PESO UNITARIO DE LAS MUESTRAS DE CONCRETO
Según los resultados obtenidos de las distintas muestras de mezclas y las
pruebas realizadas a las diferentes edades de ensayo (véase ANEXO B),
podemos concluir que dichas muestras cumplen con los valores de
concretos de densidades normales.
Figura 27. Comparación de densidades de mezclas
Fuente: El autor
7.4 ANALISIS DEL MODULO DE ELASTICIDAD DE LAS
MUESTRAS DE CONCRETO
Para hallar los valores de los módulos de elasticidad Ec para los diferentes
tipos de mezclas y edades de ensayo, teniendo solamente el resultado de la
64
resistencia máxima a la compresión se utilizó la formula encontrada en la
Norma Sismo resistente del 2010 NSR-10, “para concretos de densidad
normal Ec puede tomarse como”23.
Donde:
f¨c= Resistencia especificada a la compresión del concreto en Mpa
Ec= Modulo de elasticidad del concreto en Mpa
Se hallaron los diferentes módulos de elasticidad de los diferentes tipos de
mezclas obteniendo como resultado que solo la mezcla convencional
cumple con las especificaciones.
Figura 28. Comparación de módulo Ec a diferentes edades de ensayo
Fuente: El autor
23 REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCION SISMORRESISTENTE. Concreto estructural. NSR-
10- Titulo C. Bogotá D.C.: 2010. P. C-112
65
7.5 MÉTODO GRAFICO
Para la obtención de los valores de la deformación en cada muestra
ensayada se utilizó la ecuación de Thomas Young, teniendo los datos
completos se determinara la pendiente de la gráfica de la curva esfuerzo vs
deformación (véase ANEXO D).
A partir de la ecuación se tiene:
Donde:
E= Modulo de elasticidad del concreto en Mpa
δ= Presión ejercida en el área transversal en Mpa
e=Deformación unitaria
7.5.1 TENDENCIA DE EC PARA LA MEZCLA CONVENCIONAL
La tendencia de esta gráfica que relaciona el esfuerzo y la deformación y
que por definición se tiene que el valor de la pendiente es igual al módulo de
elasticidad del concreto a los 28 días cuyo valor para la mezcla
convencional es de 20514 Mpa, muy cercano al valor calculado que fue de
21555 Mpa como se muestra en la figura 29.
Figura 29. Módulo Ec en Mpa para mezcla convencional método grafico
Fuente: El autor
66
7.5.2 TENDENCIA DE EC PARA LA MEZCLA CON RELEVO DEL 15% DE GCR
La tendencia de esta gráfica que relaciona el esfuerzo y la deformación y
que por definición se tiene que el valor de la pendiente es igual al módulo de
elasticidad del concreto a los 28 días cuyo valor para la mezcla con relevo
del 15% de GCR es de 13583 Mpa, muy por debajo del valor esperado para
concreto de f´c de 21 Mpa como se muestra en la figura 32.
Figura 30. Módulo Ec en Mpa para mezcla de 15% método grafico
Fuente: El autor
7.5.3 TENDENCIA DE EC PARA LA MEZCLA CON RELEVO DEL 25% DE GCR
La tendencia de esta gráfica que relaciona el esfuerzo y la deformación y
que por definición se tiene que el valor de la pendiente es igual al módulo de
elasticidad del concreto a los 28 días cuyo valor para la mezcla con relevo
del 25% de GCR es de 10656 Mpa, muy por debajo del valor esperado para
concreto de f´c de 21 Mpa como se muestra en la figura 33.
67
Figura 31. Módulo Ec en Mpa para mezcla de 25% método grafico
Fuente: El autor
7.5.4 TENDENCIA DE EC PARA LA MEZCLA CON RELEVO DEL 35% DE GCR
La tendencia de esta gráfica que relaciona el esfuerzo y la deformación y
que por definición se tiene que el valor de la pendiente es igual al módulo de
elasticidad del concreto a los 28 días cuyo valor para la mezcla con relevo
del 35% de GCR es de 10083 Mpa, muy por debajo del valor esperado para
concreto de f´c de 21 Mpa como se muestra en la figura 34.
Figura 32. Módulo Ec en Mpa para mezcla de 35% método grafico
Fuente: El autor
68
8. CONCLUSIONES.
En base al desarrollo de este trabajo, se concluye; que las mezclas de
concreto donde se busca la sustitución del 15%, 25% Y 35% de agregado
fino con GCR, no logran alcanzar la resistencia a la compresión de diseño
en ninguna edad, de acuerdo con los resultados encontrados las diferencias
con el concreto convencional en cuanto a resistencia están por debajo del
28,31% para la edad de 7 días, 28,75% para la edad de 14 días y 32,86%
para la edad de 28 días; en cuanto a la resistencia a la compresión
requerida se concluye que el agregado de reemplazo no cumple con las
características para emplearse en la mezcla de concreto.
Para las mezclas que buscan el cambio del 25% y 35% de agregado fino
por GCR, estuvo muy por debajo de la resistencia a la compresión requerida
de acuerdo a la norma; para una edad de 28 días el concreto obtuvo una
diferencia cercana al 74,84%, siendo las mezclas con el menor
comportamiento de resistencia a la compresión. Por lo tanto no se
recomiendan este volumen de sustitución para el diseño de mezclas de
concreto.
Se realizaron los ensayos de compresión para los especímenes cilíndricos
de concreto elaborados para cada una de las diferentes mezclas con
valores de sustitución del 35%, 25%, 15% y 0% donde se fallaron a las
edades de 7, 14 y 28 días respectivamente, siguiendo las distintas
normatividades para este fin.
Una vez conocidas los resultados donde se observaba las diferencias de las
resistencias a la compresión se puede conjeturar algunas causas por las
cuales pudieron generar la disminución de la resistencia en las mezclas:
Densidad del reciclado de caucho
Incompatibilidad con los demás materiales
El reciclado de caucho no cumple con las características mecánicas
para tal fin.
Los porcentajes utilizados como remplazo para la investigación son
bastantes altos.
69
9. RECOMENDACIONES
De acuerdo a los resultados de la investigación NO se recomienda como
remplazo el reciclado de caucho del volumen del agregado fino para un
concreto en los porcentajes del 15%, 25% y 35%, ya que se evidencia su
baja resistencia a la compresión en cualquier edad.
Se recomienda hacer investigaciones con porcentajes de remplazo menores
al 15% ya que observando los resultados, entre menos cantidad de GCR la
resistencia a la compresión aumenta.
Para la mezclas con sustituciones de GCR mayores al 10% y menores al
35% se recomienda la adición de otro residuo que pueda ser utilizado de
manera homóloga y en conjunto con el GCR, e indagar en los resultados
para determinar si se obtiene o no, una mayor resistencia con el fin de
poder aprovechar más de estos residuos sin afectar las cualidades
mecánicas del concreto y llegar a mejorarlas.
Se recomienda continuar el estudio con una investigación que permita
evaluar la resistencia a la flexión y a la tracción de las mezclas con las
mismas sustituciones de fino con GCR, elaboradas en este trabajo; un
estudio de compatibilidad química como también evaluar resultados con
mismos valores de relevo respecto a la arena pero con diferentes
granulometrías del grano de caucho.
Dado el trabajo y esfuerzo que se llevó acabo para determinar los
resultados y por lo que pudimos investigar se recomienda para un próximo
estudio, disminuir los relevos por debajo al 5% en la sustitución del
agregado fino con GCR, constatando que la resistencia mínima de acuerdo
a la NSR-10 es de 17 MPa.
70
9. BIBLIOGRAFIA
COLOMBIA. MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y
DESARROLLO TERRITORIAL. Reglamento colombiano de
construcción sismo resistente NSR-10. Bogotá D.C.: El ministerio,
2010. 1625 p.
INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y
CERTIFICACIÓN. Cemento portland: Clasificación y nomenclatura.
Bogotá D.C.: ICONTEC, 1966. 2 p. (NTC 30).
_____._____: Especificaciones físicas y mecánicas del cemento.
Bogotá D.C.: ICONTEC, 1982. 6 p. (NTC 121).
_______. Ingeniería Civil y arquitectura: Agua para la elaboración de
concreto Bogotá D.C.: ICONTEC, 1982. 6 p. (NTC 3459).
_____._____: Especificaciones de los agregados para concreto.
Bogotá D.C.: ICONTEC, 1994. 17 p. (NTC 673), 1994. 21 p. (NTC
174).
_____._____: Método de ensayo para determinar el asentamiento del
concreto. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1994. 17 p. (NTC 673), 1994. 21 p.
(NTC 396)
_____._____: Elaboración y curado de especímenes de concreto
para ensayos de laboratorio. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1994. 17 p.
(NTC 1377).
_____._____: Ensayo de resistencia a la compresión de cilindros
normales de concreto. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1994. 17 p. (NTC
673).
Tesis “VALORACIÓN DE PROPIEDADES MECÁNICAS Y DE
DURABILIDAD DE CONCRETO ADICIONADO CON RESIDUOS DE
LLANTAS DE CAUCHO” Escuela Colombiana de Ingeniería Julio
Garavito.
_____._____: Tamizado de materiales granulados, Análisis
granulométrico. NTC – Norma Técnica Colombiana: NTC 77, 1995.
71
ANEXOS
ANEXO A. DISEÑO DE LAS MEZCLAS
Tabla A1. Volumen de cilindros en m3 y litros.
ALTURA (m) 0.30
DIAMETRO (m) 0.15
VOLUMEN CILINDRO EN LITROS 5.301
VOLUMEN CILINDRO EN m3 0.0053
Fuente: El autor
Tabla A2. Datos generales de la mezcla.
TAMAÑO MAXIMO AGREGADO 3/4"
ASENTAMIENTO 4"
RELACION AGUA-CEMENTO 0.56
AGUA 183 Lt
CEMENTO 326.786 KG
TOTAL AGREGADOS 1787.172 KG
AGREGADO GRUESO 1070.604 59.90% KG
AGREGADO FINO 716.568 40.10% KG
Fuente: El autor
Tabla A3. Diseño de la mezcla convencional.
MATERIAL
PESO ESPECIFICO (gr/cm3)
PESO SECO (Kg/m3)
VOLUMEN ABSOLUTO (Lt) PARA 1 m3 DE MEZCLA
VOLUMEN ABSOLUTO (Lt) POR CILINDRO
PESO MATERIAL (Kg) POR CILINDRO
Cemento 3.00 326.786 108.93 0.58 1.73
Agua 1.00 183 183 0.97 0.97
Agregado Fino 2.30 716.568 311.55 1.65 3.80
Agregado Grueso 2.70 1070.604 396.52 2.10 5.68
TOTAL 2296.96 1000.00 5.30 12.18
Fuente: El autor
72
Tabla A4. Volumen de relevo del GCR respecto al agregado fino para
las mezclas a ensayar.
% DE RELEVO RELEVO GCR (Kg por m3) ARENA TOTAL (Kg por m3)
0 0 716.568
15 44.396 609.083
25 73.993 537.426
35 103.591 465.769
Fuente: El autor
Tabla A5. Diseño de la mezcla con relevo del 15% del volumen del
agregado fino con GCR.
MATERIAL
PESO
ESPECIFICO
(gr/cm3)
PESO SECO
(Kg/m3)
VOLUMEN
ABSOLUTO (Lt)
PARA 1 m3 DE
MEZCLA
VOLUMEN
ABSOLUTO (Lt)
POR CILINDRO
PESO
MATERIAL
(Kg) POR
CILINDRO
Cemento 3.00 326.786 108.93 0.58 1.73
Agua 1.00 183 183 0.97 0.97
Agregado Fino 2.30 609.08 264.82 1.40 3.23
Agregado Grueso 2.70 1070.60 396.52 2.10 5.68
GCR 15% 0.95 44.40 46.73 0.25 0.24
TOTAL 2233.87 1000.00 5.30 11.84
Fuente: El autor
Tabla A6. Diseño de la mezcla con relevo del 25% del volumen del
agregado fino con GCR.
MATERIAL
PESO
ESPECIFICO
(gr/cm3)
PESO SECO
(Kg/m3)
VOLUMEN
ABSOLUTO (Lt)
PARA 1 m3 DE
MEZCLA
VOLUMEN
ABSOLUTO (Lt)
POR CILINDRO
PESO
MATERIAL
(Kg) POR
CILINDRO
Cemento 3.00 326.786 108.93 0.58 1.73
Agua 1.00 183 183 0.97 0.97
Agregado Fino 2.30 537.43 233.66 1.24 2.85
Agregado Grueso 2.70 1070.60 396.52 2.10 5.68
GCR 25% 0.95 73.99 77.89 0.41 0.39
TOTAL 2191.81 1000.00 5.30 11.62
Fuente: El autor
73
Tabla A7. Diseño de la mezcla con relevo del 35% del volumen del
agregado fino con GCR.
MATERIAL
PESO
ESPECIFICO
(gr/cm3)
PESO SECO
(Kg/m3)
VOLUMEN
ABSOLUTO (Lt)
PARA 1 m3 DE
MEZCLA
VOLUMEN
ABSOLUTO (Lt)
POR CILINDRO
PESO
MATERIAL
(Kg) POR
CILINDRO
Cemento 3.00 326.786 108.93 0.58 1.73
Agua 1.00 183 183 0.97 0.97
Agregado Fino 2.30 465.77 202.51 1.07 2.47
Agregado Grueso 2.70 1070.60 396.52 2.10 5.68
GCR 35% 0.95 103.59 109.04 0.58 0.55
TOTAL 2149.75 1000.00 5.30 11.40
Fuente: El autor
74
ANEXO B. PESO UNITARIO DEL CONCRETO
Tabla B1. Densidad de la mezcla convencional.
GCR DIAS
AREAS
PROMEDIO
(m2)
ALTURA
PROMEDIO
(m)
VOLUMEN
CILINDROS
(m3)
PESO
CILINDROS
(Kg)
DENSIDAD
(Kg/m3)
7 0.01779 0.3005 0.00534585 12.113 2265.999
14 0.01767 0.3000 0.00530144 12.008 2265.046
28 0.01795 0.3007 0.00539617 12.250 2270.129
PROMEDIO 2267.058
0% RELEVO
Fuente: El autor
Tabla B2. Densidad de la mezcla con relevo del 15% del volumen del
agregado fino con GCR.
GCR DIAS
AREAS
PROMEDIO
(m2)
ALTURA
PROMEDIO
(m)
VOLUMEN
CILINDROS
(m3)
PESO
CILINDROS
(Kg)
DENSIDAD
(Kg/m3)
7 0.01819 0.3022 0.0054951 11.928 2170.685
14 0.01771 0.3005 0.00532207 11.805 2218.123
28 0.01775 0.3015 0.00535164 12.093 2259.695
PROMEDIO 2216.168
15% RELEVO
Fuente: El autor
Tabla B3. Densidad de la mezcla con relevo del 25% del volumen del
agregado fino con GCR.
GCR DIAS
AREAS
PROMEDIO
(m2)
ALTURA
PROMEDIO
(m)
VOLUMEN
CILINDROS
(m3)
PESO
CILINDROS
(Kg)
DENSIDAD
(Kg/m3)
7 0.01815 0.3035 0.00550725 11.749 2133.362
14 0.01783 0.3022 0.00538731 11.809 2192.013
28 0.01791 0.3015 0.00539922 11.971 2217.130
PROMEDIO 2180.835
25% RELEVO
Fuente: El autor
75
Tabla B4. Densidad de la mezcla con relevo del 35% del volumen del
agregado fino con GCR.
GCR DIAS
AREAS
PROMEDIO
(m2)
ALTURA
PROMEDIO
(m)
VOLUMEN
CILINDROS
(m3)
PESO
CILINDROS
(Kg)
DENSIDAD
(Kg/m3)
7 0.01791 0.3000 0.00537246 11.310 2105.409
14 0.01799 0.3000 0.00539613 11.275 2089.410
28 0.01795 0.3000 0.00538423 11.245 2088.522
PROMEDIO 2094.447
35% RELEVO
Fuente: El autor
76
ANEXO C. RESISTENCIA DE LOS CILINDROS DE CONCRETO
Tabla C1. Resultados de resistencia mezcla convencional.
DIAS No CILINDRO
AREA (cm2)
CARGA APLICADA (Kg)
RESISTENCIA (Kg/cm2)
RESISTENCIA (Mpa)
RESISTENCIA PROMEDIO (Mpa)
7
1 179.08 26000 145.19 14.52
14.47 2 176.71 25500 144.30 14.43
14
3 176.71 33500 189.57 18.96
18.87 4 176.71 33200 187.87 18.79
28
5 179.08 37500 209.41 20.94
21.03 6 179.87 38000 211.26 21.13
Fuente: El autor
Tabla C2. Resultados de resistencia mezcla de la mezcla con relevo
del 15% del volumen del agregado fino con GCR.
DIAS No CILINDRO
AREA (cm2)
CARGA APLICADA (Kg)
RESISTENCIA (Kg/cm2)
RESISTENCIA (Mpa)
RESISTENCIA PROMEDIO (Mpa)
7
1 182.26 9000 49.38 4.94
5.09 2 181.46 9500 52.35 5.24
14
3 176.71 13000 73.56 7.36
7.34 4 177.50 13000 73.24 7.32
28
5 178.29 17000 95.35 9.54
9.58 6 176.71 17000 96.20 9.62
Fuente: El autor
Tabla C3. Resultados de resistencia mezcla de la mezcla con relevo
del 25% del volumen del agregado fino con GCR.
DIAS No CILINDRO
AREA (cm2)
CARGA APLICADA (Kg)
RESISTENCIA (Kg/cm2)
RESISTENCIA (Mpa)
RESISTENCIA PROMEDIO (Mpa)
7
1 180.66 7000 38.75 3.87
3.86 2 182.26 7000 38.41 3.84
14
3 179.08 8500 47.47 4.75
4.77 4 177.50 8500 47.89 4.79
28
5 179.08 10000 55.84 5.58
5.86 6 179.08 11000 61.43 6.14
Fuente: El autor
77
Tabla C4. Resultados de resistencia mezcla de la mezcla con relevo
del 35% del volumen del agregado fino con GCR.
DIAS No CILINDRO AREA (cm2)
CARGA APLICADA (Kg)
RESISTENCIA (Kg/cm2)
RESISTENCIA (Mpa)
RESISTENCIA PROMEDIO (Mpa)
7
1 177.50 6000 33.80 3.38
3.35 2 180.66 6000 33.21 3.32
14
3 180.66 7000 38.75 3.87
4.17 4 179.08 8000 44.67 4.47
28
5 179.87 10000 55.60 5.56
5.29 6 179.08 9000 50.26 5.03
Fuente: El autor
Tabla C5. Variación de la resistencia en % respecto a una mezcla
convencional.
DIAS GCR 15% GCR 25% GCR 35%
7 64.86 73.35 76.85
14 61.11 74.74 69.89
28 54.47 72.12 74.84
Fuente: El autor
78
ANEXO D. MODULO EC DE LAS MEZCLAS ENSAYADAS
Tabla D1. Módulo Ec para mezcla convencional.
GCR% DIAS
f´c CONVENCIONAL
Mpa Ec (Mpa) GCR 0% e
0%
0 0 0 0
7 14.47 17881.264 0.00080947
14 18.87 20417.8297 0.0009243
28 21.03 21555.2458 0.00097579
Fuente: El autor
Tabla D2. Módulo Ec para mezcla con relevo del 15% del volumen del
agregado fino con GCR.
GCR% DIAS
f´c CONVENCIONAL Mpa
Ec (Mpa) GCR 0% e
15%
0 0 0 0
7 5.09 10600.2936 0.00047987
14 7.34 12733.6191 0.00057644
28 9.58 14545.3874 0.00065846
Fuente: El autor
Tabla D3. Módulo Ec para mezcla con relevo del 25% del volumen del
agregado fino con GCR.
GCR% DIAS
f´c CONVENCIONAL Mpa
Ec (Mpa) GCR 0% e
25%
0 0 0 0
7 3.86 9231.27061 0.00041789
14 4.77 10262.387 0.00046457
28 5.86 11380.7431 0.0005152
Fuente: El autor
79
Tabla D4. Módulo Ec para mezcla con relevo del 35% del volumen del
agregado fino con GCR.
GCR% DIAS
f´c CONVENCIONAL Mpa
Ec (Mpa) GCR 0% e
35%
0 0 0 0
7 3.35 8603.28467 0.00038947
14 4.17 9598.77639 0.00043453
28 5.29 10812.703 0.00048948
Fuente: El autor
Tabla D5. Diferencia Ec mezcla respecto a la mezcla convencional.
Ec en Mpa mezcla
convencional
Ec en Mpa relevo 15%
GCR
Ec en Mpa relevo 25%
GCR
Ec en Mpa relevo 35%
GCR
DIFERENCIA EN % RESPECTO AL DE LA MEZCLA CONVENCIONAL
15% GCR 25% GCR 35% GCR
17881.26 10600.29 9231.27 8603.28 -40.72 -48.37 -51.89
20417.83 12733.62 10262.39 9598.78 -37.63 -49.74 -52.99
21555.25 14545.39 11380.74 10812.70 -32.52 -47.20 -49.84
Fuente: El autor