Revista arbitrada venezolanadel Ncleo LUZ-Costa Oriental del LagoISSN: 1836-5042 ~ Depsito legal pp 200602ZU2811Vol. 7 N 2, 2012, pp. 276 - 288

Comportamiento mecnico de concretoselaborados con sustitucin del agregado

grueso por poliestireno expandido

Margarita Villasmil e Igor RodrguezCoordinacin de Postgrado e Investigacin, Ncleo LUZ-COL

marvillascub@gmail.com

ResumenLa mezcla de concreto convencional es una masa plstica moldeable; que al cabo de al-

gunas horas comienza a endurecer y a adquirir el aspecto, comportamiento y propiedades deun cuerpo slido, para convertirse finalmente en el material mecnicamente resistente que esel concreto endurecido. En este tipo de mezcla, el agregado (grueso y fino) constituyen cercadel 70% del volumen total del concreto; es importante por tanto estudiar sus propiedades, yseleccionar el agregado de mejor calidad de esta manera obtener un concreto resistente y eco-nmico, de acuerdo a los ensayos recomendados por la Comisin Venezolana de Normas In-dustriales (COVENIN). El objetivo principal de esta investigacin fue determinar el comporta-miento mecnico de concretos, en cuya mezcla se sustituye el agregado grueso por poliestire-no expandido, bajo relaciones agua-cemento (a/c) de 0.50, 0.55 y 0.60; y densidades de 1600 y1800 kg/cm3 buscando obtener una trabajabilidad ptima y la resistencia a la compresin a laedad de 7 y 28 das. Los ensayos se realizan de acuerdo a los procedimientos descritos por en-tes contralores como el Comit Conjunto de Concreto Armado (CCCA) y COVENIN. Las resis-tencias mecnicas obtenidas para la densidad de 1600 Kg/cm3presentan en promedio 154Kg/cm2 a los 28 das, considerado viable para su utilizacin en elementos solicitados por car-gas estticas menores. Para densidad 1800 Kg/cm3, se encontr en promedio 250 Kg/cm2,aceptable tericamente, pero en anlisis prctico, el material tiene comportamiento viscoels-tico con uso no aceptable en elementos estructurales ni tampoco se recomienda en elementossometidos a cargas estticas menores.

Palabras clave: comportamiento mecnico, sustitucin, agregado grueso, poliestireno ex-pandido, resistencia mecnica.

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RECIBIDO: 20/07/2012 ACEPTADO: 18/10/2012

Mechanical Behavior of Concrete ElaboratedSubstituting Expanded Polystyrene for Large Aggregate

AbstractThe conventional concrete mixture is a moldable, plastic mass that begins to harden af-

ter some hours and acquires the aspect, behavior and properties of a solid body, to finally be-come the mechanically resistant material that is hardened concrete. In this type of mixture, ag-gregate (large and fine) is about 70% of the total concrete volume; therefore, it is important tostudy its properties and select the best quality aggregate to obtain resistant and economicalconcrete that passes the tests recommended by the Venezuelan Commission for IndustrialStandards (COVENIN). The main aim of this research was to determine the mechanical behav-ior of concrete in which the large aggregate is replaced with expanded polystyrene, underwater-cement relationships (w/c) of 0.50, 0.55 and 0.60, and densities of 1600 and 1800kg/cm3, seeking to obtain optimal workability and resistance to compression at 7 and 28 days.Tests were made following the procedures described by controllers such as the Joint Commit-tee for Reinforced Concrete (CCCA) and COVENIN. The mechanical resistances obtained for thedensity of 1600 Kg/cm3 present an average of 154 Kg/cm2 at 28 days, considered viable for usein elements bearing minor static loads. For the density of 1800 Kg/cm3, an average of 250Kg/cm3 was found, theoretically acceptable, but in practical analysis, the material evidencesviscoelastic behavior, unacceptable for use in structural elements, nor is it recommended forelements submitted to minor static loads.

Key words: mechanical behavior, substitution, large aggregate, expanded polystyrene,mechanical strength.

Introduccin

El concreto es un material durable, resistente y dado que se trabaja en su esta-do plstico, puede moldeado para adquirir cualquier forma, esta caracterstica esuna de las razones por la que es un material de construccin ampliamente utilizado.El concreto de uso comn o convencional, se produce mediante la mezcla de trescomponentes esenciales: cemento, agua y agregados, a los cuales eventualmente seincorpora un cuarto componente que genricamente se designa como aditivo. Almezclar estos componentes y producir lo que se conoce como una mezcla de con-creto, se introduce de manera simultnea un quinto participante: el aire.

La mezcla de estos componentes produce una masa plstica que puede sermoldeada y compactada con relativa facilidad, que gradualmente pierde esta ca-racterstica hasta que al cabo de algunas horas se torna rgida y comienza a adqui-rir el aspecto, comportamiento y propiedades de un cuerpo slido, para convertir-se finalmente en un material mecnicamente resistente que es el concreto endure-cido (Porrero, 1996).

En la mezcla de concreto, el agregado grueso y fino constituyen del 70% al 80%del volumen total de la misma, por tanto es importante conocer sus propiedades y

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seleccionar de entre varios agregados el de mejor calidad, para obtener un concretoresistente y econmico, de acuerdo a los ensayos recomendados por la ComisinVenezolana de Normas Industriales (COVENIN).

En esta investigacin, se sustituye el agregado grueso por un producto indus-trial: poliestireno expandido conocido como poliexpam, este es obtenido del po-liestireno con incorporacin del pentano como agente expansivo. Son perlas esfri-cas y vtreas que se expanden por calentamiento con vapor, aire caliente o calor ra-diante, hasta su punto de ablandamiento (aproximadamente 100C), la liberacin yvaporizacin del pentano, produciendo la expansin de las perlas.

Este material posee caractersticas especiales, distintas a los agregados co-mnmente utilizados en la obtencin de mezclas de concretos, las cuales se puedenresumir as: peso unitario extremadamente bajo, excelente aislamiento trmico, es-tructura celular cerrada, ninguna absorcin de agua, forma esfrica estticamentemuy favorable, es auto-extinguible.

Actualmente, por su economa, ligereza, propiedades trmicas y alto rendi-miento, sus aplicaciones son han sido tales como en: aislamiento trmico de techos,aislamiento de equipo de proceso, prefabricacin de volmenes, construccin de vi-viendas, ajuste de pendientes en techumbre, construccin ligera en general.

El presente trabajo propone realizar un estudio del comportamiento mecnicode concretos elaborados con sustitucin del agregado grueso por poliestireno ex-pandido, cumpliendo con las normativas y empleando conocimientos estadsticos,con el fin de dar mayor confiabilidad a los resultados. Esta caracterizacin se enfocaprincipalmente en conocer el comportamiento de la mezcla de concreto propuesta adistintas relaciones agua-cemento (a/c), determinando su resistencia a la compre-sin (Rc), creando un conjunto de grficas y registros tabulados que junto a comen-tarios y conclusiones procedentes de la investigacin, representen cuantitativa ycualitativamente los resultados del estudio.

Procedimiento experimental

Determinacin del rango de relaciones agua-cemento (a/c)para cada densidad de concreto

Se realizaron muestras de prueba, ejecutando el ensayo de flujo, mediante elcual se determinaron los valores de la relacin a/c, siguiendo el procedimiento des-crito en la Norma COVENIN1610-80, obtenindose valores de 0,50, 0,55 y 0,60.

Determinacin del muestreo

Segn lo establecido en la Norma COVENIN 3549-99:30, para la evaluacin es-tadstica de cada relacin a/c y densidad de la mezcla de concreto, deben contarsecon no menos de 30 series de probetas, para obtener resultados confiables, bajo esta

Comportamiento mecnico de concretos elaborados con sustitucin del agregado...278 Villasmil y Rodrguez

premisa, se deben obtener como mnimo 360 probetas, para el estudio de 3 valoresde relaciones agua/cemento.

Tabla 1. Clculo de muestra

Densidad(kg/m3)

Resistencia a Nmero de probetasRelacin agua-cemento

Totalprobetas

0,50 0,55 0,60

1600

7 das 60 60 60 180

28 das 60 60 60 180

360

1800

7 das 60 60 60 180

28 das 60 60 60 180

360Fuente: Los autores.

Ensayos de los agregados

Ensayo para determinar el peso especfico y el porcentajede vacos del poliestireno expandido

El objetivo de este ensayo, es determinar el peso especfico y la relacin de va-co en el poliestireno expandido, con la finalidad de calcular la dosificacin en peso yvolumen de este agregado en la elaboracin de la mezcla de concreto.

En la realizacin de este ensayo, se utiliz un frasco de tapa hermtica, en lacual se hizo un orificio, que se cubri con una malla plstica; lo cual permite intro-ducir agua en el frasco, sin que las perlas de poliestireno escapen del envase y pue-dan as ser determinados los volmenes respectivos por desalojo de agua.

Entonces, el peso especfico del poliestireno y el porcentaje de vacos, se en-cuentra por las expresiones:

YP

Vpp

p

= (ec. 1)

%VV

Vrv= 100 (ec. 2)

donde:

Yp : peso especfico del poliestireno

pp : peso del poliestireno

Vp : volumen del poliestireno

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Vv : volumen de vaco

Vr : volumen del recipiente = 1000 cm.

De aqu, se encuentra:

Tabla 2. Caractersticas fsicas del poliestireno expandido

Ensayo Resultado obtenido

Peso especfico 1,86 g/cm3

% de vacos 40,9%Fuente: Los autores.

Ensay