efecto del uso de aguas lluvias en la resistencia a compresiÓn de concreto...

EFECTO DEL USO DE AGUAS LLUVIAS EN LA RESISTENCIA A

COMPRESIÓN DE CONCRETO SIMPLE.

LEIDY VIVIANA GUTIERREZ GALINDO

JEIMY JULIETH SANCHEZ SUAREZ

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN CONSTRUCCIONES CIVILES POR CICLOS

PROPEDÉUTICOS

BOGOTÁ 2018

2

EFECTO DEL USO DE AGUAS LLUVIAS EN LA RESISTENCIA A

COMPRESIÓN DE CONCRETO SIMPLE.

LEIDY VIVIANA GUTIERREZ GALINDO

JEIMY JULIETH SANCHEZ SUAREZ

Proyecto de grado en la modalidad de monografía, para optar por el título de

Tecnóloga en construcciones civiles

Tutor

Ing. Milton Mena Serna

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN CONSTRUCCIONES CIVILES POR CICLOS

PROPEDÉUTICOS

BOGOTÁ 2018

3

Nota de aceptación

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_____________________________

_____________________________

_____________________________

_____________________________

Presidente del jurado

_____________________________

Jurado

4

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 8

2. RESUMEN ........................................................................................................................... 9

3. OBJETIVOS....................................................................................................................... 10

3.1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................................. 10

3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS..................................................................................... 10

4. ALCANCE ......................................................................................................................... 10

5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................................................... 11

6. JUSTIFICACIÓN .............................................................................................................. 11

7. ESTADO DEL ARTE ........................................................................................................ 12

8. MARCO CONCEPTUAL .................................................................................................. 13

9. METODOLOGÍA .............................................................................................................. 19

10. DESARROLLO DEL PROYECTO .............................................................................. 20

10.1. ACTIVIDADES DEL PROYECTO ....................................................................... 20

10.2. DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES ............................................................ 20

10.2.1. RECOLECCIÓN DE MATERIAL ........................................................................ 20

10.2.2. CARACTERIZACIÓN DE AGUAS ...................................................................... 22

10.2.3. CARACTERIZACIÓN DE MATERIAL CEMENTANTE .................................. 39

10.2.4. CARACTERIZACIÓN DE AGREGADOS ........................................................... 40

10.2.5. DISEÑO DE MEZCLA .......................................................................................... 55

10.2.6. ELABORACIÓN Y CURADO DE CILINDROS DE PRUEBA (NTC 550) ......... 61

10.2.7. FALLA DE CILINDROS A COMPRESIÓN (NTC 673) ...................................... 63

10.2.8. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS RESULTADOS (NTC 2275) ...................... 68

11. RECOMENDACIONES ................................................................................................ 81

12. CONCLUSIONES .......................................................................................................... 83

13. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................ 86

TABLA DE TABLAS

Tabla 1. Requisitos químicos de aceptación de agua de mezclado (NTC 3459) .............................. 13

Tabla 2. Tolerancias de concentraciones de impurezas en el agua de mezcla, (Tecnología del

concreto y del mortero – Diego Sánchez). .................................................................................... 14

Tabla 3: Metodología del proyecto ............................................................................................... 19

Tabla 4 resultado turbidez ........................................................................................................... 23

5

Tabla 5 resultados conductividad eléctrica ................................................................................... 25

Tabla 6 resultados sólidos totales disueltos .................................................................................. 26

Tabla 7 resultados PH................................................................................................................... 28

Tabla 8 resultados dureza total .................................................................................................... 32

Tabla 9 Dureza total de las muestras de agua como mg/l de CaCO3 .............................................. 32

Tabla 10 resultados Dureza Cálcica .............................................................................................. 33

Tabla 11 Concentración de calcio en las muestras de agua como mg/L de Ca ............................... 33

Tabla 12 Concentración de magnesio en las muestras de agua como mg/L de Mg ........................ 33

Tabla 13 Resultado cloruros ......................................................................................................... 35

Tabla 14 Contenido de ion cloruro en las muestras de agua como mg/L ....................................... 35

Tabla 15 Datos de absorbancias vs. Concentración. ...................................................................... 37

Tabla 16 resultados de absorbancias para sulfatos ....................................................................... 38

Tabla 17 Contenido de sulfatos en las muestras ........................................................................... 38

Tabla 18 Resumen de los resultados de ensayos a las muestras de agua. ..................................... 39

Tabla 19: Granulometría de los agregados gruesos....................................................................... 41

Tabla 20: Granulometría de los agregados finos ........................................................................... 41

Tabla 21: Optimización de la granulometría ................................................................................. 42

Tabla 22: Peso recomendado de muestra para determinar contenido de humedad ..................... 43

Tabla 23: Contenido de humedad de la arena .............................................................................. 43

Tabla 24: Contenido de humedad de la grava ............................................................................... 43

Tabla 25: Peso unitario suelto y apisonado de la grava ................................................................. 44

Tabla 26: Índices de aplanamiento y alargamiento ....................................................................... 46

Tabla 27: Porcentaje de caras fracturadas .................................................................................... 47

Tabla 28: Densidad y absorción del agregado grueso ................................................................... 49

Tabla 29: Densidad y absorción del agregado fino. ....................................................................... 52

Tabla 30: Resistencia al desgaste de los agregados ....................................................................... 54

Tabla 31: Datos previos al diseño de mezcla ................................................................................. 56

Tabla 32: Estimación del contenido de cemento .......................................................................... 58

Tabla 33: Recordar optimización de granulometría, según método de Fuller y Thompson. ........... 58

Tabla 34: Gráfica Fuller y Thompson. fuente: elaboración propia ................................................. 58

Tabla 35: Cantidad de materiales antes del ajuste por humedad. ................................................. 59

Tabla 36: Peso húmedo de los agregados ..................................................................................... 59

Tabla 37. Exceso o defecto de agua .............................................................................................. 59

Tabla 38. Ajuste por humedad ..................................................................................................... 60

Tabla 39. Dosificación teórica de la mezcla ................................................................................... 60

Tabla 40. Cantidad de materiales para la mezcla con agua potable............................................... 60

Tabla 41. Cantidad de materiales para la mezcla con agua lluvia .................................................. 60

Tabla 42. Edad de ensayo de los especímenes .............................................................................. 64

Tabla 43. Resultados ensayo de resistencia a la compresión de cilindros elaborados con agua lluvia.

.................................................................................................................................................... 67

Tabla 44. Resultados ensayo de resistencia a la compresión de cilindros elaborados con agua

potable. ....................................................................................................................................... 68

6

Tabla 45 Resultados del ensayo a compresión de las probetas hechas con agua potable .............. 74

Tabla 46. Estadística descriptiva aplicada a los resultados de ensayo de resistencia a la compresión

de cilindros elaborados con agua potable .................................................................................... 74

Tabla 47 Medidas de dispersión de resultados de resistencia obtenidos con agua potable. .......... 75

Tabla 48 Resultados del ensayo a compresión de las probetas hechas con agua lluvia .................. 77

Tabla 49. Estadística descriptiva aplicada a los resultados de ensayo de resistencia a la compresión

de cilindros elaborados con agua lluvia. ....................................................................................... 78

Tabla 50. Medidas de dispersión resultados de resistencia obtenidos con agua lluvia. ................. 78

TABLA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1: Secuencia para dosificar mezclas de concreto. Fuente:

https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxhc2lnbmF0dXJhY

29uY3JldG98Z3g6NDc5OTdhMWUxMzFiNWU0MQ...................................................................... 18

Ilustración 2. Área de captación, sistema de recolección de aguas lluvias. Fuente: propia. ........... 20

Ilustración 3. Conductos y depósito, sistema de recolección de aguas lluvias. Fuente: Propia. ...... 21

Ilustración 4. Almacenamiento de aguas lluvias para preparación de concreto. Fuente: Propia. ... 22

Ilustración 5. Ensayo Turbidez, Fuente: propia. ............................................................................ 23

Ilustración 6. Ensayo de conductividad eléctrica, Fuente: propia. ................................................. 25

Ilustración 7. Ensayo de sólidos totales disueltos, Fuente: propia. ................................................ 26

Ilustración 8. Ensayo de PH. Fuente: Propia. ................................................................................. 28

Ilustración 9. Ensayo dureza total. Fuente: propia. ....................................................................... 30

Ilustración 10. Ensayo dureza cálcica. Fuente: propia. .................................................................. 31

Ilustración 11: Cálculos para determinar el contenido de calcio y magnesio en aguas. Fuente: Libro

Calidad de aguas para estudiantes de ciencias ambientales. ........................................................ 32

Ilustración 12 Ensayo para determinar el contenido de cloruros en muestras de agua. Fuente:

Propia. ......................................................................................................................................... 34

Ilustración 13 Cálculos para determinar el contenido de Cloruros en aguas .................................. 35

Ilustración 14 Ensayo para determinar contenido de sulfatos en las muestras de agua. Fuente:

propia .......................................................................................................................................... 37

Ilustración 15. Curva de absorbancia vs. Concentración ............................................................... 38

Ilustración 16. Características de material cementante. Fuente: ficha técnica cemento Argos tipo

UG. .............................................................................................................................................. 39

Ilustración 17: Requisitos de gradación según NTC 174.

Fuente:https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxhc2lnbmF

0dXJhY29uY3JldG98Z3g6NDc5OTdhMWUxMzFiNWU0M ............................................................. 41

Ilustración 18. curva granulométrica ............................................................................................ 42

Ilustración 19: Fórmula para calcular densidad aparente del agregado grueso, fuente: Norma NTC

176. ............................................................................................................................................. 48

Ilustración 20: Fórmula para calcular densidad SSS del agregado grueso. Fuente: Norma INV-E-223.

.................................................................................................................................................... 48

7

Ilustración 21: Fórmula para calcular densidad nominal del agregado grueso. Fuente: Norma NTC

176. ............................................................................................................................................. 48

Ilustración 22: Fórmula para calcular porcentaje de absorción del agregado grueso. Fuente: Norma

INV-E-223. ................................................................................................................................... 49

Ilustración 23: Fórmula para determinar densidad aparente del agregado fino. Fuente: NTC 237 . 51

Ilustración 24: Fórmula para determinar densidad SSS del agregado fino. Fuente: NTC 237 ......... 51

Ilustración 25: Fórmula para determinar densidad nominal del agregado fino. Fuente: NTC 237 .. 51

Ilustración 26: Fórmula para determinar porcentaje de absorción del agregado fino. Fuente: NTC

237 .............................................................................................................................................. 51

Ilustración 27 Ensayo para determinar contenido de materia orgánica del agregado fino. Fuente:

Propia. ......................................................................................................................................... 53

Ilustración 28: Fórmula para calcular porcentaje de pérdida de material por abrasión. Fuente:

Norma INV E 218.......................................................................................................................... 54

Ilustración 29: Gráfica para estimar cantidad de agua. Fuente: Tecnología y propiedades del

concreto, Asocreto. ...................................................................................................................... 56

Ilustración 30: Resistencia de diseño según resistencia especificada. Fuente: NSR-10. ................. 57

Ilustración 31:Gráfica de Relación a/c vs Resistencia a la compresión. Fuente: tecnología y

propiedades del concreto, Asocreto. ............................................................................................ 57

Ilustración 32. Método de compactación de muestras. Fuente: Tabla 3, NTC 550 ......................... 62

Ilustración 33. Requisitos de compactación de las muestras, Fuente: Tabla 2, NTC 550. ............... 62

Ilustración 34. Requisitos de la varilla compactadora y número de golpes. Fuente: tabla 1, NTC 550

.................................................................................................................................................... 62

Ilustración 35 Elaboración y curado de cilindros de prueba. Fuente: propia. ................................. 63

Ilustración 37. Cálculo de resultados de falla de cilindros a compresión. Fuente:

http://www.imcyc.com/ct2008/nov08/PROBLEMAS.pdf .............................................................. 65

Ilustración 37 Ensayo para determinar la resistencia a compresión de los cilindros de prueba.

Fuente: propia. ............................................................................................................................ 66

Ilustración 38. Principales causas de variaciones de la resistencia. Fuente: NTC 2275. .................. 69

Ilustración 39. Curva de distribución normal de frecuencia de resultados de resistencia. Fuente

NTC 2275. .................................................................................................................................... 70

Ilustración 40. Normas para el control del concreto. Fuente: NTC 2275 ........................................ 73

Ilustración 41 Curva de distribución de frecuencia de resultados de ensayo a la compresión de las

probetas hechas con agua potable. Fuente: propia. ..................................................................... 75

Ilustración 42 distribución de frecuencia de los resultados de resistencia y la correspondiente

distribución normal de los especímenes elaborados con agua potable. ........................................ 76

Ilustración 43 Curva de distribución de frecuencia de resultados de resistencia de cilindros

elaborados con agua lluvia. Fuente: Propia. ................................................................................. 78

Ilustración 44 distribución de frecuencia de resultados de resistencia y la correspondiente

distribución normal de los especímenes elaborados con agua lluvia. ............................................ 79

8

1. INTRODUCCIÓN

La ingeniería civil es un campo que brinda solución a diferentes problemáticas y necesidades de una

sociedad, desde el punto de vista de contribuir en el crecimiento, desarrollo y mejora de su

infraestructura. Por esta razón, es necesario estar a la vanguardia de los diferentes avances y

estudios respecto al principal material de las construcciones, que es el concreto, el cual está

constituido por diferentes componentes debidamente dosificados y mezclados que, al interactuar

entre sí, forman elementos resistentes y durables.

El agua es uno de los recursos más importantes en la elaboración de concreto debido a su

desempeño en estado fresco y endurecido, este insumo se puede encontrar en diferentes fuentes

cuyas características tienen un efecto relevante en la calidad del concreto, por ende, requiere del

cumplimiento de parámetros fisicoquímicos especificados en la NTC 3459. Por ejemplo, el agua

lluvia es una fuente de agua de fácil acceso desde cualquier parte del país y puede satisfacer la

demanda para la fabricación de mezclas de concreto, pero carece de estudio para su utilización. De

ahí el enfoque de este proyecto, en el cual se desarrolla el tema del estudio de las aguas lluvias para

preparar concreto y el efecto de sus características sobre la resistencia a la compresión. La

metodología para ello es poner a prueba las características de las aguas lluvias recolectadas en

Soacha Compartir y verificado el cumplimiento técnico del material hidratante proceder con la

elaboración de cilindros de concreto para posteriormente evaluar el efecto de su uso en la

fabricación de concreto simple, bajo el parámetro de la resistencia a la compresión, el cual es el

principal criterio de calidad del concreto.

El estudio que abarca este proyecto y el análisis de sus resultados permite establecer un referente

que, sin eludir las exigencias técnicas de la construcción en Colombia, puede brindar la posibilidad

de utilizar un recurso como las aguas lluvias bajo ciertas recomendaciones. Por otra parte, es

necesario aclarar que este proyecto se limita a analizar las características de las aguas lluvias

recolectadas en Soacha Compartir y evaluar el efecto de su uso en la preparación de concreto simple

de resistencia normal, por lo tanto, siempre que se requiera utilizar agua lluvia para elaborar

concreto, se debe verificar el cumplimiento de la NTC 3459 y se deben elaborar cilindros de prueba

para verificar el cumplimiento de la resistencia deseada.

9

2. RESUMEN

Este proyecto tiene como objeto medir el efecto del uso de aguas lluvias recolectadas en Soacha

Compartir, sobre la resistencia a compresión del concreto simple. Para tal fin, se elaboran cilindros

de prueba con aguas lluvias y cilindros de prueba con agua potable tomada del acueducto de Bogotá,

la cual es un agua patrón ya que su calidad está verificada y aprobada para ser utilizada en la

elaboración de concreto. Todos los cilindros de prueba se ensayan en el laboratorio bajo el

parámetro de la resistencia a la compresión, para generar un análisis estadístico comparativo de los

resultados obtenidos con los cilindros elaborados con agua lluvia y los obtenidos con los cilindros

patrón elaborados con agua potable.

Inicialmente se recolectan los materiales necesarios para la elaboración de los cilindros de prueba,

durante este desarrollo se realiza la documentación pertinente, respecto a las aguas lluvias, los

agregados pétreos y el cemento, que son los principales materiales utilizados para la elaboración de

concreto en obra. Los materiales se ensayan en el laboratorio para poner a prueba sus

características y verificar su cumplimiento según las normas técnicas Colombianas NTC, se elaboran

los cilindros de prueba con estos materiales, 45 con agua lluvia y 18 con agua potable, siendo la

fuente de obtención del agua la única variable entre unos y otros. Todos los cilindros se fallan a

compresión para analizar e interpretar los resultados aplicando los principios básicos y conceptos

aprendidos durante la carrera y la investigación realizada para este proyecto. Finalmente se plasma

en un documento todo el aprendizaje que brinda la investigación, observación e interpretación de

los resultados.

ABSTRACT

The purpose of this project is to measure the effect of the use of rainwater collected in Soacha

Compartir, on the compressive strength of simple concrete. For this purpose, are elaborated

test cylinders with rainwater and test cylinders prepared with potable water taken from the

Bogotá aqueduct, which is a standard water since its quality is verified and approved to be

used in the manufacture of concrete. All the test cylinders are tested in the laboratory under

the parameter of compressive strength, to generate a statistical comparative analysis of the

results obtained with the cylinders made with rainwater and those obtained with the standard

cylinders made with potable water.

Initially are collected the materials required for the elaboration of the test cylinders, during

this development is made the pertinent documentation, regarding the rainwater, the stone

aggregates and the cement, which are the main materials used for the manufacture of

concrete on site. The materials are tested in the laboratory to test their characteristics and

verify compliance with the Colombian technical norms NTC, the test cylinders are made with

these materials, 45 with rainwater and 18 with potable water, being the obtaining source of

water the only variable between one and the other. All the cylinders are failed to compression

to analyze and interpret the results applying the basic principles and concepts learned during

the career and the research made for this project. Finally, all the learning provided by the

research, observation and interpretation of the results is reflected in a document.

10

3. OBJETIVOS

3.1. OBJETIVO GENERAL

Medir el efecto del uso de aguas lluvias recolectadas en la Zona Industrial de Soacha Compartir en

la elaboración de concreto simple de peso normal, bajo el parámetro de la resistencia a compresión,

para verificar si las aguas lluvias pueden ser utilizadas en la fabricación de concreto sin afectar

negativamente sus propiedades.

3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

3.2.1. Generar una comparación de la resistencia a compresión de concreto simple entre los

cilindros patrón (18 muestras elaboradas con agua potable, tomada del acueducto de Bogotá en la

localidad Ciudad Bolívar) y los cilindros hechos con aguas lluvias (45 muestras).

3.2.2. Recomendar un buen uso de las aguas lluvias para preparar concreto de peso normal,

estableciendo un paso a paso a partir de la recolección de las aguas lluvias utilizadas para elaborar

las muestras de prueba.

4. ALCANCE

Con la realización de este proyecto se busca estudiar y analizar si al utilizar aguas lluvias para

elaborar concreto simple de peso normal, la resistencia a compresión no presenta variaciones

negativas, comparado con la utilización de agua potable. Es decir, que al igual que con el agua

potable, utilizando aguas lluvias sea posible alcanzar la resistencia a compresión deseada, en este

caso 21 MPa.

Esto se logrará siguiendo las recomendaciones para la recolección, almacenamiento y uso de las

aguas lluvias, obtenidas de la investigación previa, y realizando los ensayos pertinentes para la

verificación y aprobación de la calidad de los materiales (el agua, los agregados y el cemento).

Finalmente se tomarán las lecturas de la resistencia a la compresión de cilindros de concreto

elaborados con agua lluvia y con agua potable, 45 y 18 respectivamente, a partir de estas lecturas

se realizará un análisis estadístico que mostrará los resultados de este proyecto.

11

5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Por lo general, el agua utilizada para la elaboración de concreto es el agua potable. Sin embargo, el

agua potable no es totalmente apropiada para preparar concreto, teniendo en cuenta que dentro

del agua potable se pueden encontrar disueltas altas concentraciones de sales, cítricos o azúcares

que pueden ser perjudiciales para el concreto, además su uso es costoso y poco amigable con el

medio ambiente.

No obstante, si no se desea utilizar agua potable o no se cuenta con el acceso a ella, se corre el

riesgo de utilizar aguas de calidad desconocida las cuales no son estudiadas para su empleo en la

elaboración de concreto, de ahí la necesidad de conocer las características propias de las aguas

lluvias y su influencia sobre el concreto simple, ya que el concreto se elabora con diversos grados

de manejabilidad, velocidad de fraguado, durabilidad, masa unitaria, estabilidad de volumen,

apariencia y resistencia, y todas sus propiedades se deben garantizar cuidando la calidad de los

componentes del concreto. Al manipular estos componentes, en este caso reemplazar el agua

potable por aguas lluvias se plantea la hipótesis de que las propiedades del concreto, principalmente

la resistencia a la compresión no presenta variaciones negativas.

6. JUSTIFICACIÓN

El agua lluvia es un material que ha sido ampliamente descontaminado durante el desarrollo normal

del ciclo del agua, por lo que al caer en forma de lluvia sus principales contaminantes serán los

presentes en la atmósfera y otros agentes de su entorno, esto indica que hay baja probabilidad de

encontrar impurezas que afecten las propiedades del concreto. Por otra parte, el agua lluvia se

obtiene a partir de una fuente natural, lo que garantiza que su uso en la elaboración de concreto

sea económico y de fácil acceso, por ejemplo, el costo de 1 m3 de agua potable en Bogotá esta

sectorizado por estratos moviéndose en un rango de $ 733,37 - $ 4.333,55 pesos m/cte., mientras

que 1m3 de agua lluvia no tiene costo, y su única inversión corresponde a su recolección,

almacenamiento, y transporte. Y al utilizar agua lluvia para preparar concreto en lugar de agua

potable, se disminuye el consumo de este líquido que está tratado, medido y pensado para el

consumo humano.

Durante el desarrollo de este proyecto se analiza la calidad de las aguas lluvias mediante ensayos

de laboratorio según recomendaciones de la norma técnica colombiana NTC 3459, la cual contiene

los criterios de aceptación o rechazo de aguas para elaborar concreto. También se elabora una

cantidad representativa de muestras, realizando 45 cilindros de prueba con agua lluvia y 18 cilindros

de prueba con agua potable, para tomar la lectura de su resistencia a la compresión, así se obtendrá

una base de datos confiable y mayor sustentabilidad de los resultados.

12

7. ESTADO DEL ARTE

Realizando la respetiva documentación del tema relacionado con aguas lluvias usadas para la

elaboración de concreto, se encontró el siguiente aporte:

EL CONCRETO ELABORADO CON AGUAS LLUVIAS COMO APORTE AMBIENTAL DESDE LA

CONSTRUCCIÓN.

Carlos Mauricio Bedoya Montoya. Universidad Nacional de Colombia (Medellín-Antioquia,

Colombia).

Carlos Andrés Medina Restrepo. Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquia (Medellín-

Antioquia, Colombia).

Se aborda la confección del concreto con aguas lluvias y se compara su desempeño con respecto a

los elaborados con agua potabilizada, empleada convencionalmente. Las muestras confeccionadas

se estudiaron en cuanto a la resistencia al esfuerzo a compresión a edades de 1, 3, 7, 14, 28, 56 y 90

días, analizando también su microestructura por medio de microscopía de barrido electrónico (SEM)

y caracterizando el agua involucrada mediante laboratorio certificado. Luego de analizar los

resultados, se ve factible que la confección del concreto puede hacerse de modo más racional en

cuanto a la utilización del recurso hídrico, sin sacrificar sus cualidades mecánicas, estéticas y de

estabilidad. A su vez, se contempla la posibilidad de establecer una práctica que pueda ser replicable

en el contexto colombiano.

13

8. MARCO CONCEPTUAL

8.1. EL AGUA PARA ELABORAR CONCRETO

Es un ingrediente fundamental para la elaboración de concreto debido a que desempeña una

función importante en estado fresco y endurecido. Generalmente se hace referencia a su papel en

cuanto a la cantidad para proveer una relación agua/cemento acorde con las necesidades de

trabajabilidad y resistencia.1

TÉRMINOS RELATIVOS AL AGUA:

Se encuentra en la norma ASTM D-1129. A continuación, se describe una parte de la definición de

términos más frecuente:

• ACIDEZ: capacidad de los medios acuosos de reaccionar con los iones OH (capacidad para

neutralizar sustancias básicas).

• ALCALINIDAD: Capacidad de los medios acuosos de reaccionar con los iones H (capacidad

para neutralizar sustancias ácidas).

• DUREZA: concentración de cationes de cloro presentes en el agua a cualquier tiempo

especificado.

• PARTES POR MILLÓN (ppm): unidad química equivalente a la cantidad en masa del soluto

que hay en un millón de unidades de masa de la solución.

• PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN: materia no liquida dispersa heterogéneamente del agua.

• PH: logaritmo negativo de la actividad del ion hidrogeno en soluciones acuosas.

• TURBIDEZ: reducción de trasparencia de una muestra de debida a la presencia de material

particular.

• SOLIDOS DISUELTOS: materia dispersa en agua formando una sola fase homogénea

CARACTERÍSTICAS RECOMENDADAS PARA AGUA EMPLEADA EN LA ELABORACIÓN DE CONCRETO:

La norma NTC 3459 indica que la aceptación del agua se basa en los siguientes requisitos químicos:

REQUISITOS QUÍMICOS DE ACEPTACIÓN DE AGUA DE MEZCLADO (NTC 3459)

PARÁMETRO REQUISITO UND

Impurezas Orgánicas

Las aguas que tengan un color oscuro, un olor pronunciado, o aquellas donde sean visibles lamas de algas en formación de color verde o café, deben ser miradas con desconfianza y

ensayarse de acuerdo con esta norma.

Cloruros 500 mg/L

Sulfatos 1000 mg/L

Sólidos totales disueltos 50 mg/L

Óxidos de Sodio y potasio 600 mg/L Tabla 1. Requisitos químicos de aceptación de agua de mezclado (NTC 3459)

1 Instituto de concreto ASOCRETO. Tecnología y propiedades (colección básica del concreto) página 58

14

Por otra parte, es importante conocer las tolerancias establecidas para el agua de mezclado de

concreto, recopiladas en el libro “Tecnología del concreto y del mortero – Diego Sánchez”, las

cuales son las siguientes:

Tolerancias de concentraciones de impurezas en el agua de mezclas

Impureza Máxima concentración tolerada

Carbonato de sodio y Potasio 1.000 ppm

Cloruro de Sodio 20.000 ppm

Cloruro, como Cl (concreto preesforzado) 500 ppm

Cloruro, como Cl (concreto húmedo o con elementos de aluminio, metales similares o galvanizados)

1.000 ppm

Sulfato de Sodio 10.000 ppm

Sulfato, como SO4 3.000 ppm

Carbonato de Calcio y Magnesio, como ion bicarbonato 400 ppm

Cloruro de magnesio 40.000 ppm

Sulfato de Magnesio 25.000 ppm

Cloruro de Calcio (por peso de cemento en el concreto) 2%

Sales de Hierro 40.000 ppm

Yodato, Fosfato, Arsenito y Borato de Sodio 500 ppm

Sulfito de Sodio 100 ppm

Ácido Sulfúrico y ácido Clorhídrico 10.000 ppm

pH 6,0 a 8,0

Hidróxido de Sodio (por peso de cemento en el concreto) 0,5%

Hidróxido de Potasio (por peso de cemento en el concreto) 1,2%

Azúcar 500 ppm

Partículas en Suspensión 2.000 ppm

Aceite mineral (por peso de cemento en el concreto) 2%

Agua con algas 0

Materia orgánica 20 ppm

Agua de mar (concentración total de sales para concreto no reforzado) 35.000 ppm

Agua de mar para concreto reforzado o preesforzado No recomendable Tabla 2. Tolerancias de concentraciones de impurezas en el agua de mezcla, (Tecnología del concreto y del mortero – Diego Sánchez).

Sólidos disueltos

Puesto que no es deseable introducir grandes cantidades de sedimentos en el concreto, se ha

comprobado que las aguas que tengan menos de 2.000 ppm de sólidos disueltos, generalmente son

satisfactorias para hacer concreto. Aguas que contengan más de 2.000 ppm de sólidos disueltos

deben ser ensayadas para determinar sus efectos sobre la resistencia y fraguado del concreto.2

2 Sánchez de Guzmán, Diego. Publicado (2001). Tecnología del concreto y el mortero (5 ed). Santa fé de Bogotá D.C., Colombia. BHANDAR EDITORES LTDA., pág. 60.

15

Carbonatos y bicarbonatos alcalinos

Los carbonatos y bicarbonatos de sodio y potasio tienen diferentes efectos sobre los tiempos de

fraguado de los distintos cementos. El carbonato de Sodio puede causar muy rápidos fraguados, los

bicarbonatos pueden también acelerar o retardar el fraguado y en altas concentraciones pueden

reducir la resistencia del concreto. Cuando la suma de estas sales disueltas exceda de 1.000ppm se

deben realizar ensayos de resistencia a 28 días de edad y tiempo de fraguado.3

Cloruros y sulfatos

Un alto contenido de cloruros en el agua de mezclado puede generar corrosión en el acero de un

concreto. Como los cloruros se pueden introducir al concreto dentro de cada uno de sus

componentes por separado o por exposición a algunas sales o agua de mar, los límites de aceptación

de cloruros dependen de la permeabilidad y nivel de exposición del concreto y del nivel de

contribución del agua de mezclado en el contenido total de cloruros. 4

Un alto contenido de sólidos disueltos dentro del agua generalmente presenta altos contenidos de

cloruro de sodio o sulfato de sodio.

Otras sales comunes

Los carbonatos de calcio y magnesio no son muy solubles en agua y estos rara vez se encuentran en

concentraciones tales que puedan afectar la resistencia del concreto. Sin embargo, concentraciones

superiores a 400 ppm del ion bicarbonato en cualquiera de estas formas es considerado dañino.

Los sulfatos de magnesio y los cloruros de magnesio pueden estar presentes en altas

concentraciones sin causar efectos dañinos en la resistencia. Las concentraciones de sulfatos de

magnesio deben ser menores de 25.000 ppm. El cloruro de calcio es algunas veces utilizado en

concreto que no es preesforzado en cantidades hasta del 2% del peso de cemento para acelerar el

endurecimiento y la resistencia temprana del concreto.5

Partículas en suspensión

Cerca de 2.000 ppm de partículas de arcilla o limos suspendidos en el agua de mezclado se pueden

tolerar. Cantidades más altas pueden no afectar la resistencia, pero si influir en otras propiedades

de algunas mezclas de concreto6

3 Sánchez de Guzmán, Diego. Publicado (2001). Tecnología del concreto y el mortero (5 ed). Santa fé de Bogotá D.C., Colombia. BHANDAR EDITORES LTDA., pág. 60. 4 Sánchez de Guzmán, Diego. Publicado (2001). Tecnología del concreto y el mortero (5 ed). Santa fé de Bogotá D.C., Colombia. BHANDAR EDITORES LTDA., pág. 60. 5Sánchez de Guzmán, Diego. Publicado (2001). Tecnología del concreto y el mortero (5 ed). Santa fé de Bogotá D.C., Colombia. BHANDAR EDITORES LTDA., pág. 61. 6 Sánchez de Guzmán, Diego. Publicado (2001). Tecnología del concreto y el mortero (5 ed). Santa fé de Bogotá D.C., Colombia. BHANDAR EDITORES LTDA., pág. 62.

16

Aguas ácidas

La aceptación del agua de mezclado ácida debe ser basada en la concentración de ácidos en el agua.

Ocasionalmente su aceptación es basada en el PH, el cual es una medida de la concentración del ion

hidrógeno. Algunas normas como la del cuerpo de ingenieros de los EE.UU. estipula un valor de PH

entre 6.0 y 8.0. Las aguas ácidas con valores de PH por debajo de 3.0 pueden crear problemas de

manejo y deben ser evitadas en lo posible.7

Aguas alcalinas

Aguas con concentraciones del 0.5% por peso del cemento (6.000 a 10.000 ppm) no afectan la

resistencia o los fraguados, Sin embargo, más altas concentraciones pueden reducir la resistencia.

El hidróxido de potasio en concentraciones por encima del 1.2% por peso de cemento (18.000 a

24.000 ppm) tiene pequeños efectos sobre el desarrollo de la resistencia de algunos cementos, y en

otros la puede reducir sustancialmente.8

8.1.2. EL CICLO DEL AGUA

Describe la presencia y el movimiento del agua en la Tierra y sobre ella. La cantidad de agua

existente en la Tierra siempre es la misma, está en movimiento debido a la acción de la energía solar

y a la fuerza de la gravedad y cambia constantemente de estado, desde líquido, a vapor, a hielo, y

viceversa.9

ETAPAS DEL CICLO DEL AGUA:

• EVAPORACIÓN: El sol, que dirige el ciclo del agua, calienta el agua de los océanos, la cual se

evapora hacia el aire como vapor de agua, en esta etapa se eliminan casi todas las sustancias

disueltas ya que estas se separan del vapor de agua de manera natural.

• CONDENSACIÓN: Las corrientes ascendentes de aire llevan el vapor a las capas superiores

de la atmósfera, donde la menor temperatura causa que el vapor de agua se condense y

forme las nubes

• PRECIPITACIÓN: La precipitación, es agua liberada desde las nubes en forma de lluvia,

aguanieve, nieve o granizo. Es el principal proceso por el cual el agua retorna a la Tierra. La

mayor parte de la precipitación cae como lluvia.

8.1.3. PROPIEDADES DE LOS AGREGADOS

Las propiedades de los agregados dependen en gran parte de la roca madre de la cual proceden,

por lo que, para su evaluación, el examen petrográfico es de gran utilidad. Sin embargo, debido a

que son utilizados para la elaboración de concreto y afectan las características de este, es

7 Sánchez de Guzmán, Diego. Publicado (2001). Tecnología del concreto y el mortero (5 ed). Santa fé de Bogotá D.C., Colombia. BHANDAR EDITORES LTDA., pág. 61. 8 Sánchez de Guzmán, Diego. Publicado (2001). Tecnología del concreto y el mortero (5 ed). Santa fé de Bogotá D.C., Colombia. BHANDAR EDITORES LTDA., pág. 62. 9 http://froac.manizales.unal.edu.co/roapRAIM/scorm/185/index.html

17

importante seleccionarlos cuidadosamente, teniendo en cuenta los siguientes puntos, los cuales se

especifican en la norma NTC 174:10

• Carácter de trabajo (contenido de agua)

• Condiciones climáticas

• Factores que afectan la durabilidad

• Economía

8.1.4. DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO DE PESO NORMAL

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

maleabilidad y economía, y para concreto endurecido son las de resistencia, durabilidad, acabado y

en algunos casos peso volumétrico. 11

• Datos previos: antes de dosificar una mezcla de concreto además de conocer los datos de

la obra o estructura que se va a construir de las condiciones de trasporte y colocación

también se deben conocer las propiedades de los materiales con los que se va a preparar la

mezcla

• Datos de la obra: los datos que se deben conocer de la obra son:

➢ Máxima relación agua/cemento

➢ Tamaño máximo nominal del agregado

➢ Asentamiento (consistencia) recomendado

➢ Mínimo contenido de cemento

➢ Dimensión mínima del elemento a construir

➢ Espaciamiento del acero de refuerzo

➢ Condiciones a que estará expuesta la estructura

➢ Resistencia a la compresión mínima

• Datos de los materiales:

➢ Granulometría

➢ Módulo de finura de la arena

➢ Tamaño máximo de la grava

➢ Densidad aparente de la grava ya de la arena

➢ Absorción de la grava y de la arena

➢ Masa unitaria compacta de la grava

➢ Humedad de los agregados inmediatamente antes de hacer las mezclas

➢ Densidad del cemento

10 Instituto de concreto ASOCRETO. Tecnología y propiedades (colección básica del concreto) página 71 11 Instituto de concreto ASOCRETO. Tecnología y propiedades (colección básica del concreto) página 188

18

Ilustración 1: Secuencia para dosificar mezclas de concreto. Fuente: https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxhc2lnbmF0dXJhY29uY3JldG98Z3g6NDc5

OTdhMWUxMzFiNWU0MQ

https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxhc2lnbmF0dXJhY29uY3JldG98Z3g6NDc5OTdhMWUxMzFiNWU0MQ

https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxhc2lnbmF0dXJhY29uY3JldG98Z3g6NDc5OTdhMWUxMzFiNWU0MQ

19

9. METODOLOGÍA

OBJETIVOS ¿QUÉ HACER? RESULTADOS ESPERADOS

Generar una comparación de la resistencia a compresión de concreto simple entre los cilindros patrón (18 muestras elaboradas con agua potable, tomada del acueducto de Bogotá en la localidad Ciudad Bolívar) y los cilindros hechos con aguas lluvias (45 muestras).

• Recolectar y seleccionar los materiales

• Verificar el cumplimiento del agua según la NTC 3459

• Verificar el cumplimiento de los agregados según la NTC 174

• Elaborar y curar los cilindros de prueba según NTC 550

• Medir la resistencia a la compresión de las muestras según NTC 673

• Realizar análisis estadístico y comparar los resultados de cilindros con agua potable vs cilindros con aguas lluvias.

• Contar con los materiales necesarios para elaborar los cilindros.

• Garantizar que los agregados pétreos y el agua tengan la calidad óptima para realizar el diseño de mezcla.

• Que las muestras realizadas, cumplan con la relación de esbeltez y que la inspección visual sea óptima.

• Que la resistencia de las muestras sea igual o mayor a 21 MPa.

• Demostrar que los cilindros elaborados con aguas lluvias tengan igual o mayor resistencia a la compresión que los cilindros patrón.

Definir un buen uso de las aguas lluvias para preparar concreto de peso normal, estableciendo un paso a paso a partir de la recolección de las aguas lluvias utilizadas para elaborar 45 muestras de prueba.

• Seguir las recomendaciones para la recolección, almacenamiento y uso de las aguas lluvias, obtenidas de la investigación previa.

• Desde la perspectiva como estudiantes y a manera de recomendación, brindar la información necesaria para recolectar, almacenar y usar las aguas lluvias en la preparación de concreto simple de peso normal.

Tabla 3: Metodología del proyecto

20

10. DESARROLLO DEL PROYECTO

10.1. ACTIVIDADES DEL PROYECTO

• Recolección de material

• Caracterización de aguas

• Caracterización de material cementante

• Caracterización de agregados

• Diseño de mezcla

• Elaboración y curado de cilindros de prueba

• Falla de cilindros a compresión

• Análisis estadístico de resultados

10.2. DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES

10.2.1. RECOLECCIÓN DE MATERIAL

AGUAS LLUVIAS

Las aguas lluvias utilizadas para este proyecto fueron captadas mediante un sistema de recolección

de aguas lluvias, el cual consta de área de captación, conductos y depósito. En este caso el área de

captación fue el tejado, los conductos fueron bajantes de aguas lluvias y el depósito fue un tanque

plástico de almacenamiento.

Ilustración 2. Área de captación, sistema de recolección de aguas lluvias. Fuente: propia.

21

Ilustración 3. Conductos y depósito, sistema de recolección de aguas lluvias. Fuente: Propia.

Al recolectar las aguas lluvias para este proyecto se tuvieron algunas precauciones para evitar altos

niveles de contaminación por agentes presentes en el entorno, el procedimiento fue el siguiente:

1. Antes de iniciar la recolección, se realizó un breve lavado del tejado con aguas lluvias.

También se realizó lavado del tanque de recolección y purga con aguas lluvias, para el lavado

de tejado y tanque no se utilizaron detergentes ni sustancias químicas, ya que cualquier

sustancia podría alterar el agua de mezclado.

2. Al inicio de cada periodo de lluvia se permitió que las aguas lluvias limpiaran el tejado por

un momento, este primer material no se recolectó.

3. Antes y después de cada periodo de lluvia se cubrió el tanque de almacenamiento con

plástico para evitar que agentes externos se incorporaran en la recolección. De la misma

manera cuando se completó la recolección se cubrió el tanque hasta el momento de su

transporte.

4. Para transportar el material desde el lugar de recolección “Cra 4 (Auto sur) No. 9d 02 sur,

Soacha – compartir” hasta el lugar de utilización “Universidad Distrital Francisco José de

Caldas – Facultad tecnológica”, fue necesario envasar en canecas previamente lavadas y

purgadas, estas se cubrieron con plástico y se sellaron con tiras de caucho para evitar que

agentes externos se incorporaran al agua.

5. El material se mantuvo tapado y sellado hasta el momento de su utilización.

22

Ilustración 4. Almacenamiento de aguas lluvias para preparación de concreto. Fuente: Propia.

AGREGADOS

Los agregados finos y gruesos utilizados en este proyecto fueron comprados en un depósito de

materiales cercano a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, allí indicaron que la fuente de

obtención del material fue en una cantera ubicada en la Sabana de Bogotá. Este material fue

almacenado en la universidad durante el periodo de ensayos y hasta el momento de su utilización.

MATERIAL CEMENTANTE

Se utilizó cemento Argos de tipo UG – uso general, este material se compró al momento de su

utilización, en un depósito de materiales cercano a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

10.2.2. CARACTERIZACIÓN DE AGUAS

Para verificar si las aguas lluvias recolectadas en Soacha – Compartir, cumplen con los requisitos

mínimos necesarios para su uso en la elaboración de concreto, es necesario conocer sus

características y compararlas con las especificaciones de la norma NTC 3459, y verificar las

tolerancias en las concentraciones de impurezas presentes en agua de mezclado. Por otra parte, se

realiza una comparación con las características del agua potable tomada del acueducto de Bogotá

en la zona de Ciudad Bolívar, la cual está ensayada y aprobada para su uso en la elaboración de

concretos.

Para análisis de agua de mezclado, se realizaron los siguientes ensayos:

TURBIDEZ

Aspectos teóricos:

La turbidez de una muestra de agua es la reducción de su transparencia ocasionada por el material

particulado en suspensión. Este material puede consistir en arcillas, limos, plancton o material

23

orgánico finamente dividido, que se mantiene en suspensión por su naturaleza coloidal o por la

turbulencia que genera el movimiento. 12

Instrumentos:

• Fotómetro para leer a 420 nm o turbidímetro con rango de lecturas entre 0 UT a 20 UT y 0

UT a 200 UT.

• Celdas fotométricas, son de cristal incoloro o trasparentes. Estas celdas se deben mantener

escrupulosamente limpias por dentro y por fuera, descartando aquellas que se encuentren

rayadas o manchadas

Materiales:

• Vasos de precipitados

• Balones aforados de 100 ml

• Agua desmineralizada

• Toallas suaves de papel

Procedimiento:

• Se calibro el turbidímetro con las muestras patrón 10, 15, 100, 750 NTU.

• Se purgaron las celdas fotométricas

• Se tomó la lectura de cinco muestras de aguas lluvias y cinco muestras de agua potable, con

el equipo con la opción AVG (promedio) para tomar un promedio de 20 datos.

Ilustración 5. Ensayo Turbidez, Fuente: propia.

Resultados:

MUESTRA RESULTADO A.LL. RESULTADO A.POT.

1 1.35 NTU 0.51 NTU

2 1.29 NTU 0.44 NTU

3 1.30 NTU 0.54 NTU

4 1.32 NTU 0.42 NTU

5 1.38 NTU 0.48 NTU Tabla 4 resultado turbidez

12 Cárdenas León, Jorge Alonso. Publicado (2005). Calidad de aguas para estudiantes de ciencias ambientales. Bogotá D.C., Colombia. Fondo de publicaciones, Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

24

Teniendo en cuenta que, a mayor turbidez de la muestra de agua, mayor es su contenido de material

particulado. Se concluye a partir de los resultados que la muestra de agua lluvia contiene en

promedio 2.77 veces mayor cantidad de partículas de material en suspensión que la muestra de

agua potable.

Es de anotar que, la norma NTC 3459 no define un valor máximo de aceptación para la turbidez de

una muestra de agua, por lo tanto, este ensayo se realiza de manera informativa.

CONDUCTIVIDAD ELECTRICA:

Aspectos teóricos:

La conductividad eléctrica de una muestra de agua es la expresión numérica de su capacidad para

transportar una corriente eléctrica, esta capacidad depende de la presencia de iones en el agua, de

su concentración total, de su movilidad, de su carga o valencia y de las concentraciones relativas,

así como de la temperatura a la cual se realiza la medición.

En la mayoría de las soluciones acuosas, cuanto mayor es la concentración de sales disueltas, mayor

es su conductividad eléctrica. También, puesto que a mayor temperatura menor viscosidad y a

menor viscosidad mayor libertad de movimiento, la temperatura también tiene una marcada

influencia sobre la conductividad eléctrica de un sistema acuoso. 13

Instrumentos:

• Equipo para la medición de la conductividad eléctrica o conductímetro que se mide en micro

Siemens por centímetro μS/cm.

Materiales:

• Vasos de precipitado

• Frasco lavador

Procedimiento:

• Calibrar el equipo. Es decir, en ceros

• Purgar los vasos de precipitado

• Tomar la lectura de 5 muestras de agua lluvia y 5 muestras de agua potable, sumergiendo

el sensor esperando que se establezca el equipo y muestre la lectura.


25

Ilustración 6. Ensayo de conductividad eléctrica, Fuente: propia.

Resultados:


1 77.25 μS/cm. 88.99 μS/cm.

2 73.65 μS/cm. 90.47 μS/cm.

3 71.72 μS/cm. 91.60 μS/cm.

4 75.64 μS/cm. 91.33 μS/cm.

5 75.65 μS/cm. 88.60 μS/cm. Tabla 5 resultados conductividad eléctrica

Este ensayo se realiza en aras de obtener un indicador para la presencia de sales en las muestras de

agua lluvia y agua potable. A partir de los resultados se observa que la conductividad eléctrica en la

muestra de agua potable es en promedio 1.2 veces mayor que en la muestra de agua lluvia, por

tanto, existe mayor presencia de sales disueltas en la muestra de agua potable que en la muestra

de agua lluvia.

La norma NTC 3459 no define un valor de aceptación o rechazo para la conductividad eléctrica de

una muestra de agua, por tanto, este ensayo de realiza de manera informativa.

SOLIDOS TOTALES DISUELTOS:

Aspectos teóricos:

Los sólidos disueltos en una muestra de agua, representados por la sigla TDS, están constituidos por

las sales minerales que el agua disuelve cuando contacta los minerales de la corteza terrestre.

Debido a que estos solidos disueltos incrementan la capacidad del agua para conducir una corriente

eléctrica y el hecho de que esta propiedad pueda medirse con mayor facilidad que los TDS,

26

frecuentemente se toma la conductividad eléctrica como una medida indirecta de su contenido en

solidos disueltos. 14

Instrumentos:

• Equipo para la medición de TDS se da en ppm

Materiales:


• Frasco lavador

Procedimiento:

• Calibrar el equipo. Es decir, en ceros

• Purgar los vasos de precipitado

• Tomar la lectura de 5 muestras de agua lluvia y 5 muestras de agua potable, sumergiendo

el sensor esperando que se establece el equipo y muestre la lectura.

Ilustración 7. Ensayo de sólidos totales disueltos, Fuente: propia.

Resultados:


1 34.56 ppm 45.27 ppm

2 36.39 ppm 43.51 ppm

3 36.59 ppm 43.68 ppm

4 37.33 ppm 44.60 ppm

5 37.05 ppm 43.75 ppm Tabla 6 resultados sólidos totales disueltos


27

El ensayo para conocer la cantidad de sólidos totales disueltos presentes en una muestra de agua

se realiza con el conductímetro, el mismo equipo con el cual se realiza el ensayo de conductividad

eléctrica, debido a que estos dos ensayos guardan una relación donde en una muestra de agua, la

conductividad eléctrica en μS/cm, es aproximadamente el doble de la cantidad de sólidos totales

disueltos en ppm. A partir de los resultados se calcula que la cantidad de TDS en la muestra de agua

potable es en promedio 1.2 veces mayor que la cantidad de TDS en la muestra de agua lluvia, y

siendo los TDS una constitución de sales minerales, se reitera la conclusión anterior de que existe

mayor presencia de sales disueltas en la muestra de agua potable que en la muestra de agua lluvia.

La norma NTC 3459 define 50 mg/L (equivalentes a 50 ppm) como valor máximo permitido para la

cantidad de TDS presentes en una muestra de agua para elaborar concreto, de acuerdo a los

resultados, ambas muestras de agua cumplen el requerimiento. Sin embargo, la muestra de agua

potable está más cercana al límite máximo permitido, por esta razón se concluye que el agua lluvia

presenta menor cantidad de sales disueltas, las cuales son perjudiciales para el concreto, y por tanto

mejor condición en cuánto a TDS para su implementación como agua de lavado, mezclado y curado.

EL PH:

Aspectos teóricos:

El pH es una medida de la intensidad acida o alcalina de una muestra de agua, que difiere de los

términos acidez y/o alcalinidad, en la medida en que estos últimos expresan esencialmente la

capacidad amortiguadora de la muestra más que su carácter acido o básico propiamente dicho. 15

Instrumentos:

• PH-metro consta de un sensor o electrodo para el ion hidrogeno y de un sistema

electrónico que captura la señal de concentración y la traduce en una escala de valores

numéricos.

Materiales:


• Frasco lavador

Procedimiento:

• Calibración del equipo utilizando las muestras patrón en este caso pH (4-7)

• Limpiar muy bien el electrodo para que no esté contaminado y no interfiera en la

medición.

• Tomar las muestras de aguas lluvias

• Introducir el electrodo en la muestra, y esperar que la lectura se estabilice.


28

Ilustración 8. Ensayo de PH. Fuente: Propia.

Resultados:


1 6.70 7.05

2 6.72 7.03

3 6.66 7.01

4 6.70 6.89

5 6.72 7.03 Tabla 7 resultados PH

Este ensayo se realiza para obtener un indicador de la acidez o alcalinidad de una muestra de agua.

A partir de los resultados se puede deducir que el PH de ambas muestras es similar. Sin embargo, la

muestra de agua potable posee mayor concentración del ion hidrógeno que la muestra de agua

lluvia, esto significa que el agua potable tiene mayor capacidad para neutralizar sustancias ácidas

que afecten negativamente el endurecimiento y la resistencia del concreto.

La norma NTC 3459 no establece una medida de aceptación o rechazo en cuanto al PH de las

muestras, por otra parte, para este requerimiento se adopta la norma del cuerpo de ingenieros de

EE.UU., la cual estipula un valor entre 6.0 y 8.0. Dado este valor, se concluye que ambas muestras

de agua son aptas para su uso en la elaboración de concreto.

DUREZA:

Aspectos teóricos:

La dureza es una propiedad que refleja la presencia de metales alcalinotérreos en el agua. De estos

elementos el calcio y el magnesio constituyen los principales alcalinotérreos en aguas continentales,

29

mientras que el Bario y el Estroncio se presentan adicionalmente, en aguas con algún tipo de

asociación marina. 16

Instrumentos:

• Bureta automática

• Planchas de calentamiento

Materiales:

• Pipetas volumétricas

• Erlenmeyer


Reactivos

• Solución Buffer PH.

• Negro de eriocromo

• Solución Titulante estándar EDTA

• Solución estándar patrón de calcio

• Solución de trietanolamina 30%

• Hidróxido de Sodio 1N

• Indicador murexida

Procedimiento:

1. Dureza total:

• Seleccionar 50 ml de cada una de las muestras (cinco muestras agua lluvia, y cinco

muestras agua potable)

• Adicionar 3 gotas de trietanolamina para evitar la interferencia de otros metales

• Adicionar 1 ml de solución buffer para ajustar el PH a 10

• Añadir 50 mg de indicador negro de eriocromo

• Titular gota a gota con EDTA hasta lograr el cambio de color de púrpura a azul

• Registrar el volumen consumido como dureza total (determinación de calcio +

magnesio)


30

Ilustración 9. Ensayo dureza total. Fuente: propia.

2. Dureza cálcica:



• Adicionar 1 ml de NaOH4N para ajustar el PH entre 12 y 13

• Adicionar 3 gotas de trietanolamina para evitar la interferencia de otros metales

• Añadir 50 mg de indicador murexida

• Titular gota a gota con EDTA (0.05M) hasta lograr el cambio de color de rosa a

púrpura

• Registrar el volumen consumido de EDTA como dureza cálcica (determinación de

calcio)

31

Ilustración 10. Ensayo dureza cálcica. Fuente: propia.

32

Cálculos:

Ilustración 11: Cálculos para determinar el contenido de calcio y magnesio en aguas. Fuente: Libro Calidad de aguas para estudiantes de ciencias ambientales.

Resultados:


1 1.51 ml de EDTA 1.38 ml de EDTA




5 1.49 ml de EDTA 1.39 ml de EDTA Tabla 8 resultados dureza total

CONCENTRACIÓN DE CALCIO + MAGNESIO EN LAS MUESTRAS (mg/L de CaCO3)

MUESTRA RESULTADO A. LL. RESULTADO A.POT.

1 151.00 138.00

2 155.00 127.00

3 158.00 132.00

4 140.00 140.00

5 149.00 139.00 Tabla 9 Dureza total de las muestras de agua como mg/l de CaCO3

33






5 0.96 ml de EDTA 0.93 ml de EDTA Tabla 10 resultados Dureza Cálcica

CONCENTRACIÓN DE CALCIO EN LAS MUESTRAS (mg/L de Ca)


1 39.20 36.80

2 38.00 36.40

3 38.80 37.60

4 39.20 37.20

5 38.40 37.20 Tabla 11 Concentración de calcio en las muestras de agua como mg/L de Ca

CONCENTRACIÓN DE MAGNESIO EN LAS MUESTRAS (mg/L de Mg)


PROMEDIO 13.08 10.36 Tabla 12 Concentración de magnesio en las muestras de agua como mg/L de Mg

Dado que los metales alcalinotérreos como el calcio y el magnesio no son muy solubles en agua, y

que las muestras tomadas para este ensayo no provienen de aguas continentales ni con asociación

marina, es pertinente esperar que tanto el agua potable y el agua lluvia utilizadas para este ensayo

no seas aguas muy duras. Tal y como se observa a partir de los resultados, la muestra de agua lluvia

posee en promedio un contenido de calcio + magnesio de 150.6 ppm como dureza total, y la muestra

de agua potable posee en promedio un contenido de calcio + magnesio de 135.2 ppm. Aunque la

muestra de agua lluvia es un poco más dura que el agua potable, ambas se catalogan como aguas

de dureza media.

La norma NTC 3459 no define un criterio de aceptación o rechazo basado en el contenido de calcio

y magnesio. Sin embargo, a partir de las tolerancias descritas en el libro “Tecnología del concreto y

del mortero”, no es recomendable utilizar aguas de mezclado con un contenido de calcio + magnesio

superior a 400 ppm. Por ende, ambas muestras de agua son aptas para su uso en la preparación de

concreto.

CLORUROS:

Aspectos teóricos:

El ion cloruro se encuentra con frecuencia en las aguas naturales y residuales, en concentraciones

que varían desde unas pocas ppm hasta varios gramos por litro. Este ion ingresa de forma natural al

34

agua mediante el lavado que las aguas lluvias realizan sobre el suelo; sin embargo, la concentración

de cloruros en el agua puede ser mayor cuando esta haya sido afectada por eventos antrópicos. 17

Instrumentos:

• Bureta automática

Materiales:


• Pipetas aforadas

• Erlenmeyer

Reactivos:

• Solución indicadora de cromato de potasio, 𝐾2𝐶𝑟𝑂4.

• Solución patrón de AgNO3, 0,10M (0,10N)

• Solución titulante de AgNO3, 0,05M (0,05N)

• Solución patrón de cloruro de sodio 0,10M (0,10N)

Procedimiento:



• Cerciorarse que el PH de la muestra está entre 6 y 8

• Adicionar 1 ml de solución indicadora de cromato de potasio al 5%

• Titular con AgNO3 hasta observar cambio de color de amarillo claro a ladrillo

• Registrar el volumen consumido

Ilustración 12 Ensayo para determinar el contenido de cloruros en muestras de agua. Fuente: Propia.

17 Cárdenas León, Jorge Alonso. Publicado (2005). Calidad de aguas para estudiantes de ciencias ambientales. Bogotá D.C., Colombia. Fondo de publicaciones, Universidad Distrital Francinj-o0¿sco José de Caldas.

35

Cálculos

Ilustración 13 Cálculos para determinar el contenido de Cloruros en aguas

Resultados:


1 0.27 ml de AgNO3 0.47 ml de AgNO3




5 0.28 ml de AgNO3 0.48 ml de AgNO3 Tabla 13 Resultado cloruros

CONTENIDO DE IÓN CLORURO EN LAS MUESTRAS (mg/L)


1 19.14 33.32

2 20.56 32.61

3 17.73 31.20

4 21.27 31.91

5 19.85 34.03 Tabla 14 Contenido de ion cloruro en las muestras de agua como mg/L

Es importante determinar el contenido del ion cloruro en las muestras de agua de mezclado, ya que

una alta cantidad de cloruros puede retardar el fraguado, producir manchas, provocar corrosión del

refuerzo y provocar reacción álcali agregado. Por este motivo la norma NTC 3459 establece un límite

máximo de aceptación para el contenido del ion cloruro en una muestra de agua de mezclado, el

cual no puede superar las 500 ppm.

Se observa a partir de los resultados que la muestra de agua potable contiene en promedio 1.65

veces más cloruros que la muestra de agua lluvia, esto se debe a que el agua potable ha sido tratada

con esta sustancia durante su proceso de potabilización. Sin embargo, ambas muestras de agua

cumplen con lo descrito en la norma NTC 3459, por lo cual, ambas muestras de agua son aptas para

su uso en la elaboración de concreto.

36

SULFATOS:

Aspectos teóricos:

El sulfato (S04) se distribuye ampliamente en la naturaleza y puede presentarse en aguas naturales

en concentraciones que van de unos pocos a varios miles de mg/L. El ion sulfato tiene la

particularidad de precipitar a partir de soluciones de ácido acético que contengan ion Bario, BaCl2,

formando cristales de sulfato de Bario de tamaño y aspecto uniforme. La mayoría de los metales no

precipitan bajo estas circunstancias. El método turbidimétrico aprovecha justamente esta

propiedad para determinar la concentración del ion sulfato mediante la medición de la turbidez

causada por la precipitación del sulfato de Bario y su comparación frente a patrones de

concentración conocida. 18

Instrumentos:

• Fotómetro ajustado a 420 nm

Materiales:

• Celdas para medida de turbidez

• Agitador magnético

• Balanza de precisión

• Espátula


• Pipetas aforadas

• Frasco lavador

• Toallas suaves de papel

Reactivos:

• Agua desmineralizada

• Solución acondicionadora (glicerol mezclado con una solución que contiene 30 ml de HCl

concentrado, 300 ml de agua destilada, 100 ml de alcohol isopropílico o etílico al 95% y 75

g de NaCl)

• Cloruro de Bario

• Solución estándar de sulfato

Procedimiento:



• Adicionar 5 ml de solución acondicionadora en cada muestra

• Adicionar 50 mg de sulfato de Bario en cada muestra


37

• Medir las absorbancias respetivas a 420 nm, utilizando antes de cada medición un blanco

de la muestra a la cual no se le ha aplicado sulfato de bario.

Ilustración 14 Ensayo para determinar contenido de sulfatos en las muestras de agua. Fuente: propia

Cálculos:

Generar una curva patrón de absorbancias vs. Concentración, e interpolar los valores obtenidos de

las absorbancias para cada una de las muestras.

CURVA PATRON

MUESTRA mg/L ABS

1 0 0

2 0,05 0,106

3 0,1 0,205

4 0,15 0,302

5 0,2 0,407

6 0,25 0,508

7 0,3 0,605

8 0,35 0,703

9 0,4 0,8 Tabla 15 Datos de absorbancias vs. Concentración.

38

Ilustración 15. Curva de absorbancia vs. Concentración

Resultados:


1 0.71 0.53

2 0.74 0.52

3 0.73 0.50

4 0.72 0.51

5 0.70 0.52 Tabla 16 resultados de absorbancias para sulfatos

CONTENIDO DE SULFATOS EN LAS MUESTRAS (mg/L)

MUESTRA A.LL. A.POT.

1 0.3531 0.2630

2 0.3681 0.2580

3 0.3631 0.2480

4 0.3581 0.2530

5 0.3481 0.2580 Tabla 17 Contenido de sulfatos en las muestras

Resumen de los ensayos para agua de mezclado

Realizados los ensayos pertinentes a las muestras de agua lluvia y agua potable, y completo el

análisis bajo los parámetros de aceptación o rechazo establecidos por la norma NTC 3459, se verifico

que las muestras de agua lluvia y agua potable cumplen con los requisitos necesarios para su uso en

y = 1,999x + 0,0042

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45

AB

S

Concentración mg/L

Curva absorbancia vs concentración (mg/L)

39

la elaboración de concretos. A continuación, se presenta una tabla, en la cual se consignan los

resultados de cada ensayo y es posible comparar las características de cada una de las muestras.

CRITERIOS DE ACEPTACIÓN O RECHAZO

PARÁMETRO REQUISITO (NTC 3459)

RESULTADO PROMEDIO A. LL.

RESULTADO PROMEDIO A. P.

Turbidez N.A. 1.328 NTU 0.478 NTU

Conductividad eléctrica N.A. 74.782 mS/cm 90.198 mS/cm

PH 6.0 - 8.0 6.7 7.02

Cloruros 500 ppm 19.71 ppm 32.61 ppm

Sulfatos 1000 ppm 0.3581 ppm 0.2560 ppm

Sólidos totales disueltos 50 ppm 36.384 ppm 44.162 ppm

Carbonatos de calcio y magnesio como ion bicarbonato

400 ppm 150.6 ppm 135.2 ppm

Tabla 18 Resumen de los resultados de ensayos a las muestras de agua.

10.2.3. CARACTERIZACIÓN DE MATERIAL CEMENTANTE

Ilustración 16. Características de material cementante. Fuente: ficha técnica cemento Argos tipo UG.

40

10.2.4. CARACTERIZACIÓN DE AGREGADOS

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE AGREGADOS (NTC 77)

Aspectos teóricos:

El análisis granulométrico de una muestra de agregados es la determinación de la cantidad de la

muestra que pasa cada tamiz, es decir, la clasificación de la muestra de agregados según su tamaño.

En el diseño de mezcla, los resultados se utilizan para determinar el cumplimiento de la muestra de

agregados según las especificaciones de la norma NTC 174 en relación con la distribución de

partículas y para suministrar los datos necesarios para control de producción de los agregados.

Instrumentos:

• Balanzas de precisión

• Serie de tamices

• Horno

Materiales:

• 1.000,30 g de muestra de agregados gruesos y finos.

Procedimiento:

• Secar la muestra a 110 + 5° C, hasta obtener masa constante

• Seleccionar grupo de tamices. En este caso 3/4”, 1/2”, 3/8”, N4, N8, N16, N30, N50, N100.

N200.

• Tamizar la muestra de agregados y tomar las lecturas de masa del material que queda

retenido en cada tamiz.

• Verificar el cumplimiento de la granulometría del material según las especificaciones de la

NTC 174, expresadas en la siguiente tabla:

41

Ilustración 17: Requisitos de gradación según NTC 174. Fuente:https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxhc2lnbmF0dXJhY29uY3JldG98Z3

g6NDc5OTdhMWUxMzFiNWU0M

Resultados:

GRANULOMETRÍA DE LOS AGREGADOS GRUESOS (muestra 500.153 g)

CUMPLIMIENTO NTC 174

Mm pulg o N W ret (g) % ret % pasa Límite inf. Límite sup. CUMPLE

19 3/4 0 0.00% 100% 90% 100% CUMPLE

12.5 1/2 180.054 36.00% 64% 0% 100% CUMPLE

9.5 3/8 110.033 22.00% 42% 20% 55% CUMPLE

4.75 N4 210.063 42.00% 0% 0% 5% CUMPLE Tabla 19: Granulometría de los agregados gruesos

GRANULOMETRÍA DE LOS AGREGADOS FINOS (muestra 500.147 g)

CUMPLIMIENTO NTC 174

mm pulg o N W ret (g) % ret % pasa Límite inf. Límite sup. CUMPLE

4.75 N4 0 0.00% 100% 95% 100% CUMPLE

2.36 N 8 150.045 30.00% 70% 80% 100% NO CUMPLE

1.18 N16 100.03 20.00% 50% 50% 85% CUMPLE

0.6 N30 70.021 14.00% 36% 25% 60% CUMPLE

0.34 N50 50.015 10.00% 26% 10% 30% CUMPLE

0.15 N100 40.012 8.00% 18% 2% 10% NO CUMPLE Tabla 20: Granulometría de los agregados finos

42

Dado que la gradación existente no presenta cumplimiento para todos los porcentajes que pasan

por la abertura de cada tamiz, según lo requiere la norma NTC 174, se hace necesario realizar una

optimización de la granulometría, la cual se presenta a continuación:

GRANULOMETRÍA DE LOS AGREGADOS GRUESOS Y FINOS (muestra 1000.3 g)

mm pulg o N W ret (g) % ret % pasa W pasa (g)

19 ¾ 0 0.00% 100% 1000.30

12.5 ½ 180.054 18.00% 82% 820.25

9.5 3/8 110.033 11.00% 71% 710.21

4.75 N4 210.063 21.00% 50% 500.15

2.36 N 8 150.045 15.00% 35% 350.11

1.18 N16 100.03 10.00% 25% 250.08

0.6 N30 70.021 7.00% 18% 180.05

0.34 N50 50.015 5.00% 13% 130.04

0.15 N100 40.012 4.00% 9% 90.03

Fondo 90.027 Tabla 21: Optimización de la granulometría

Ilustración 18. curva granulométrica

HUMEDAD DE AGREGADOS POR SECADO (NTC 1776)

Aspectos teóricos:

La aplicación práctica de la determinación del contenido de agua en un material, es poder conocer

el peso del agua removida al secar dicho material cuando está húmedo (espécimen de prueba) hasta

peso constante, en un horno controlado a 110 ± 5°C (230 ±9°F); y usar este valor como el peso del

100%

82%

71%

50%

35%

25%18%

13%9%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,1110

CURVA GRANULOMÉTRICA

CURVAGRANULOMÉTRICALímite inf. NT 174

Límite sup. NTC 174

PO

RC

ENTA

JE Q

UE

PA

SA (

%)

DIÁMETRO DE TAMIZ (mm)19.0

0.1

5

43

agua en el espécimen de prueba. El peso del material remanente después de secado en el horno,

corresponde al peso de las partículas sólidas.19

Instrumentos:

• Horno: Controlado termostáticamente, preferiblemente de tiro forzado y que mantenga

una temperatura uniforme de 110° ± 5°C (230° ± 9°F) en toda la cámara de secado

• Balanzas: – que tengan una precisión de ± 0.01 g para muestras que tengan una masa de

200 g o menos; y ± 0.1 g para muestras que tengan una masa por encima de 200g.

• Recipientes: Vasijas apropiadas hechas de un material resistente a la corrosión y a cambios

en su masa al ser sometidas a repetidos calentamientos y enfriamientos y a operaciones de

limpieza.

Materiales:

Tamiz que retiene del 10% de la muestra Peso recomendado de la muestra húmeda

2.00 mm (No. 10) 4.75 mm (No. 4)

19.00 mm (¾) 37.50 mm (1 ½) 75.00 mm (3)

100 a 200 300 a 500

500 a 1000 1500 a 3000

5000 a 10000

Tabla 22: Peso recomendado de muestra para determinar contenido de humedad

Procedimiento:

• Determinar masa del recipiente

• Escoger muestra

• Determinar Peso del recipiente + masa de material

• Llevar la muestra al horno a 110 + 5°

• Tomar la lectura del peso (recipiente + material) después del horno

Resultados:

Contenido de humedad de la Arena

Muestra húmeda (gr) Peso del recipiente (gr) Muestra seca (gr) Contenido de W (%)

100,1 609,4 706,4 3,1958

100 449,8 546,7 3.1991

Promedio 3,1974 Tabla 23: Contenido de humedad de la arena

Contenido de humedad de la Grava

Muestra húmeda (gr) Peso del recipiente (gr) Muestra seca (gr) Contenido de Humedad (%)

500 611,6 1075,8 7,7121

500,7 607,7 1077,5 6,5545

500,3 611,3 1082,2 6,2433

Promedio 6,8366 Tabla 24: Contenido de humedad de la grava

19 Norma I.N.V.E. 122-07. Sección 200- agregados pétreos, Colombia, 2007

44

DENSIDAD BULK (PESO UNITARIO) Y PORCENTAJE DE VACÍOS DE LOS AGREGADO EN ESTADO

SUELTO Y COMPACTO (NTC 92)

Aspectos teóricos:

La densidad bulk es el término con el cual se conoce al peso unitario, o masa por unidad de volumen

de un cuerpo. La aplicación de este método en el diseño de mezcla es determinar la relación

masa/volumen de los agregados para establecer los valores de proporciones en la mezcla de

concreto.

Instrumentos:

• Balanza: se debe tener una exactitud mínima de 0.1 % de la masa en el ensayo, en cualquier

punto dentro del intervalo de utilización, y graduándose de 50 g (0.1 lb) como mínimo.

• Varilla compactadora: de acero, cilíndrica, de 16 mm de diámetro.

• Recipiente de medida: metálico, cilíndrico, preferiblemente provisto de agarraderas, a

prueba de agua, con el fondo y el borde superior rectos y a nivel, y suficientemente rígido

para no deformarse.

Materiales:

• El tamaño de la muestra debe ser de aproximadamente, 125 a 200 % la cantidad requerida

para llenar el recipiente de medida y se debe manejar evitando la segregación.

Procedimiento:

• Colocar el material en el recipiente en tres capas diferentes, apisonando cada capa con 25

golpes

• Evitar que varilla golpee las paredes del recipiente

• Una vez colocada la última capa enrasar y arreglar el agregado con la mano de tal forma

que se ocupen todos los espacios del recipiente.

• Tomar la lectura de los pesos correspondientes

Resultados:

Volumen recipiente 9191,7943 cm3

Muestra Sin apisonar Apisonada Peso Unitario (Kg/m3)

Recipiente + material (gr)

Recipiente (gr)

Recipiente + material (gr)

Recipiente (gr)

Sin apisonar (Kg/m3)

Apisonado (Kg/m3)

1 16040 4041,7 17226,5 4041,7 1.305,3 1.434,4

2 16250,8 4041,7 17326,3 4041,7 1.328,2 1.445,2

3 16032,3 4041,7 17205,2 4041,7 1.304,4 1.432,0

Promedio 1.310,9 1.440,5 Tabla 25: Peso unitario suelto y apisonado de la grava

45

ÍNDICE DE ALARGAMIENTO Y APLANAMIENTO DEL AGREGADO: (INV-E 230-13):

Aspectos teóricos:

La forma de las partículas de los agregados es importante porque las partículas defectuosas suelen

generar inconvenientes. Las partículas planas y alargadas tienden a producir mezclas de concreto

poco trabajables, lo que puede afectar su durabilidad a largo plazo. En las capas granulares, esas

partículas son propensas a la rotura y desintegración durante el proceso de compactación,

modificando la granulometría del agregado y afectando adversamente su comportamiento.20

Instrumentos:

• calibradores metálicos: dos calibradores metálicos, uno de ranuras (calibrador de

espesores), y otro de barras (calibrador de longitudes)

• tamices de barras: tamiz ¼”; tamiz 3/8”; tamiz 1/2”; tamiz ¾”; tamiz 1”; tamiz 1 1/2”; tamiz

2” y tamiz 2 1/2”

Preparación de la muestra:

• Se toma una muestra representativa del material por cuarteo, en la cual se tamiza y se

rechazan los sobre tamaños; para aplanamiento los retenidos en el tamiz de 2 ½” y para

alargamiento el material retenido en el tamiz de 2” y los materiales que pasen el tamiz ¼”.

• Se lava el material y se seca en el horno a una temperatura de 110 ± 5 °C por 24 horas.

• Se determina una granulometría según la norma INVIAS – E 213.

• Se pesa cada una de las fracciones retenidas entre los tamices y se colocan en bandejas

separadas.

• Se calcula el porcentaje retenido de la masa retenido entre los tamices (Ri) y se coloca en

bandejas separadas.

Procedimiento:

Aplanamiento:

• Se toman las muestras tamizadas de ¾” a ½” y se tratan de pasar por la abertura de 20 mm

a 12.5 mm, se separan las que pasan de las que no y se toman sus masas.

• Se toman las muestras tamizadas de 1/2” a 3/8” y se tratan de pasar por la abertura de 12.5

mm a 10 mm, se separan las que pasan de las que no y se toman sus masas.

• Se toman las muestras tamizadas de 3/8” a 1/4” y se tratan de pasar por la abertura de 10

mm a 126.3mm, se separan las que pasan de las que no y se toman sus masas.

• Se determina el índice de aplanamiento tomando la masa de las partículas que pasan la

abertura del tamiz y dividiendo entre la masa total de la muestra.

20 Norma I.N.V.E. 122-07. Índices de aplanamiento y alargamiento de los agregados. Sección 200- agregados pétreos, Colombia, 2013

46

Alargamiento:

• Se toman las muestras tamizadas de ¾” a ½” y se tratan de pasar por su lado más largo por

la abertura de 28.4 mm, se separan las que pasan de las que no y se toman sus masas.

• Se toman las muestras tamizadas de 1/2” a 3/8” y se tratan de pasar por su lado más largo

por la abertura de 19.8 mm, se separan las que pasan de las que no y se toman sus masas.

• Se toman las muestras tamizadas de 3/8” a 1/4” y se tratan de pasar por su lado más largo

por la abertura de 14.2 mm, se separan las que pasan de las que no y se toman sus masas.

• Se determina el índice de alargamiento tomando la masa de las partículas que quedan

retenidas en el tamiz y dividiendo entre la masa total de la muestra.

Resultados:

TAMIZ Muestra

(g) ALARGAMIENTO APLANAMIENTO RESULTADOS

W ret. W pasa W ret. W pasa I. AL. I. AP.

3/4" - 1/2" 852.2 72 780.2 526 326.2 8.45% 38.28%

1/2" - 3/8" 500 48.3 451.7 368.5 131.5 9.66% 26.30%

3/8" - 1/4" 100 28.1 71.9 71.3 28.7 28.10% 28.70%

TOTAL 1452.2 148.4 1303.8 965.8 486.4 10.22% 33.49% Tabla 26: Índices de aplanamiento y alargamiento

PORCENTAJE DE PARTÍCULAS FRACTURADAS EN UN AGREGADO GRUESO (INV E 227)

Aspectos teóricos:

La textura de las partículas de agregado grueso tiene influencia en el diseño de mezclas de concreto,

teniendo en cuenta que se relaciona directamente con la adherencia del agregado y la pasta del

cemento. También influye en la cantidad de agua requerida para preparar la mezcla y en las

propiedades del concreto endurecido como la densidad y la resistencia a la compresión y a la flexión.

Instrumentos:

• Balanza: Se utilizó una balanza de capacidad mayor a 1 Kg y con una sensibilidad de 0.1 gr.

• Tamices

• Cuarteador

• Espátula

Preparación de la muestra:

• Se lava y se seca la muestra a una temperatura constante de 110 ± 5 °C por 24 horas.

• Se tamiza en el tamiz N° 4.

Procedimiento:

• Tomar la lectura de la masa total de la muestra.

47

• Colocar la muestra sobre una superficie plana e identificar las partículas con caras

fracturadas.

• Separar en dos grupos, uno de partículas con caras fracturadas, con base en el hecho de

que la partícula tiene el número requerido de caras fracturadas y otro grupo con partículas

no fracturadas.

• Tomar el peso de las partículas con caras fracturadas y determinar su porcentaje.

Resultados:

No. DE CARAS FRACTURADAS

MASA DE MATERIAL

% DE CARAS FRACTURADAS

1 285.4 22.83%

2 213.5 17.08%

3 371.9 29.75%

4 376.6 30.12%

TOTAL 1250.2 100% Tabla 27: Porcentaje de caras fracturadas

DENSIDAD Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO GRUESO (NTC 176)

Aspectos teóricos:

La densidad y la masa por unidad de volumen de los agregados, son características principales que deben conocerse para realizar un diseño de mezcla de concreto. Teniendo en cuenta que las partículas tienen porosidades las cuales pueden ser saturables y no saturables; estas influyen directamente en el diseño de la mezcla por el potencial de absorción del agua en la mezcla, bajo la premisa de que el estado de humedad cambia la masa del agregado. Instrumentos:

• Balanza: se utilizó una balanza de capacidad mayor a 1 kg y con una sensibilidad de 0.1 gr. • Recipiente de muestra: una canastilla de alambre con aberturas de 3.35 mm. • Tanque de agua: un recipiente que pueda contener la suficiente agua para poder cubrir toda

la canastilla. • Tamiz 4.75 mm

Materiales:

• 3000 g de muestra de agregado grueso. Procedimiento:

• Tamizar la muestra en la canastilla, lo requerido es ± 3000 gr.

• Lavar y tamizar el material en la canastilla para obtener una masa de 2000 a 2500 gr.

• Dejar el material en inmersión por 24 horas.

48

• Pasadas las 24 horas sacar el material y secarlo superficialmente con un paño absorbente, pesar en estado sss.

• Colocar la muestra en la canastilla y tomar su masa en inmersión en el tanque con agua incluida la canastilla.

• Colocar la muestra dentro de un recipiente en el horno a una temperatura de ± 110 °C por 24 horas.

• Tomar la lectura de la masa del material seco.

• Calcular densidad aparente, densidad SSS, densidad nominal, y % de absorción según las siguientes fórmulas.

Ilustración 19: Fórmula para calcular densidad aparente del agregado grueso, fuente: Norma NTC 176.

Ilustración 20: Fórmula para calcular densidad SSS del agregado grueso. Fuente: Norma INV-E-223.

Ilustración 21: Fórmula para calcular densidad nominal del agregado grueso. Fuente: Norma NTC 176.

49

Ilustración 22: Fórmula para calcular porcentaje de absorción del agregado grueso. Fuente: Norma INV-E-223.

Resultados:

DENSIDAD Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO GRUESO

DATOS RESULTADOS

Masa en el aire de la muestra secada al horno (g)

2975.4 Densidad aparente (g/cm3)

2.3192

Masa en el aire de la muestra del ensayo saturada y superficialmente seca

3041.9 Densidad

aparente SSS (g/cm3)

2.3710

Masa en el agua de la muestra de ensayo saturada

1762.2 Densidad nominal (g/cm3)

2.4463

Densidad del agua a 23°C 0.9975 % Absorción 2.23% Tabla 28: Densidad y absorción del agregado grueso

DENSIDAD Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO FINO (NTC 237)

Aspectos teóricos:

La densidad y la masa por unidad de volumen de los agregados, son características principales que deben conocerse para realizar un diseño de mezcla de concreto. Teniendo en cuenta que las partículas tienen porosidades las cuales pueden ser saturables y no saturables; estas influyen directamente en el diseño de la mezcla por el potencial de absorción del agua en la mezcla, bajo la premisa de que el estado de humedad cambia la masa del agregado.

Instrumentos:

• Balanza: se utilizó una balanza de capacidad mayor a 1 kg y con una sensibilidad de 0.1 g.

• Picnómetro: se utilizó un picnómetro de capacidad estándar.

• Molde: se utilizó un molde de forma cónica.

• Pisón: se utilizó un pisón metálico de masa 340 g ± 15 gr. con una superficie de 25mm ± 3 mm.

• Secador de pelo:

50

Materiales:

• 3000 g de muestra de agregado grueso.

Preparación de la muestra y procedimiento:

• Se pesa como muestra de agregado lo requerido por la norma es ± 1000gr. • Se llevó al horno a una temperatura de 110 °c para secar la muestra • Se tamiza la muestra sobre el tamiz N4 para retirar agregados gruesos • Se dejó enfriar hasta que fue manipulable, se colocó en un recipiente plástico para

sumergirlo en agua por 24 horas. • Se extendió la muestra en una superficie plana, donde se revuelve y se seca hasta obtener

una condición saturada superficialmente seca. • Para secar rápidamente se expone la muestra una corriente de aire

• Se sostiene el cono con el diámetro superior hacia abajo, se colocó una porción de fino dejándolo caer libremente, posteriormente se apisonó dejándolo caer 25 veces de una altura de ± 5 mm. Si la humedad superficial está presente el material toma la forma del molde. Si el material alcanzó la condición superficialmente seca, el material se asienta levemente.

• Se toma la lectura de la masa del picnómetro. • Se llena el picnómetro con agua hasta la línea de aforo y se toma la lectura del picnómetro

más agua. • Se vacía el picnómetro y se introducen 500 g de agregado fino. • Se llena el picnómetro de agua hasta la línea de aforro junto con el material. • Se realiza la agitación mecánica del picnómetro + agua + material, logrando remover el aire

atrapado. • Se introduce el picnómetro + agua + material en un baño maría durante 5 minutos, para

generar una temperatura estable según la norma. • Se toma la lectura de la masa del picnómetro + agua + material. • Se desecha el agua manualmente, sin dejar perder material. • Se coloca el material en un molde, se toma la lectura del molde + material y se lleva al horno

durante 24 horas. • Se procede a tomar la lectura del material seco. • Calcular densidad aparente, densidad SSS, densidad nominal, y % de absorción según las

siguientes fórmulas.

51

Ilustración 23: Fórmula para determinar densidad aparente del agregado fino. Fuente: NTC 237

Ilustración 24: Fórmula para determinar densidad SSS del agregado fino. Fuente: NTC 237

Ilustración 25: Fórmula para determinar densidad nominal del agregado fino. Fuente: NTC 237

Ilustración 26: Fórmula para determinar porcentaje de absorción del agregado fino. Fuente: NTC 237

52

Resultados:

DENSIDAD Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO FINO

DATOS RESULTADOS

Masa en el aire de la muestra secada al horno (g)

482.62 Densidad aparente

(g/cm3) 2.5579

Masa del picnómetro lleno con agua (g)

1277.9 Densidad aparente

SSS (g/cm3) 2.6633

Masa de la muestra saturada y superficialmente seca (g)

502.5 Densidad nominal

(g/cm3) 2.8601

Masa del picnómetro con la muestra y el agua (g)

1592.2 % Absorción 4.1191

Tabla 29: Densidad y absorción del agregado fino.

PRESENCIA DE IMPUREZAS ORGÁNICAS EN ARENAS USADAS PARA LA PREPARACIÓN DE

CONCRETOS Y MORTEROS (NTC 127)

Aspectos teóricos:

La arena utilizada para la preparación de concreto puede contener impurezas orgánicas nocivas las

cuales pueden tener efectos negativos en la resistencia del concreto, por lo que es importante

determinar la aceptación o rechazo del material fino por el contenido de impurezas orgánicas.

Es recomendable proporcionar una advertencia sobre las cantidades perjudiciales de contenido de

materia orgánica por medio de la comparación de la tonalidad que da la muestra al someterla a la

inmersión en determinados reactivos que provocan cambios de tonalidad de acuerdo al contenido

de materia orgánica de la muestra, a mayor oscuridad en la solución es mayor el contenido de

materia orgánica.

Instrumentos:

• Recipiente: un recipiente transparente de capacidad 350 ml a 470 ml

• vidrio de color estándar: instrumento de comparación que tenga tonalidades diferentes.

Materiales:

• reactivo y solución de color estándar

• reactivo de solución de hidróxido de sodio (3%): se disuelve 3 partes por peso de hidróxido

de sodio en 97 partes de agua.

• muestra de ensayo: la muestra de ensayo debe tener una masa de aproximadamente 450

gr.

Procedimiento:

• Colocar el material en una botella hasta que tenga aparentemente el 40 % de su volumen

53

• Agregar la solución del hidróxido de sodio hasta que supere le material aproximadamente

2 cm.

• Agitar el conjunto y dejar en reposo por 24 horas.

• Luego de las 24 horas, revisar la tonalidad de la solución y compararla con el instrumento

vidrio de color estándar para verificar la aceptación o rechazo del material según la norma.

Resultados:

Ilustración 27 Ensayo para determinar contenido de materia orgánica del agregado fino. Fuente: Propia.

Luego de dejar el material fino en inmersión en agua con hidróxido de sodio se obtiene que la

solución toma un tono claro, el cual al ser comparado con el instrumento vidrio de color estándar y

revisado según la norma, se determina que la tonalidad resultante es aceptable y que el material

fino no contiene cantidades perjudiciales de materia orgánica.

RESISTENCIA A LA DEGRADACIÓN DE LOS AGREGADOS DE TAMAÑOS MENORES DE 37.5 mm (1

½”) POR MEDIO DE LA MÁQUINA DE LOS ÁNGELES (INV E 218 – 219)

Aspectos teóricos:

La resistencia al desgaste o degradación de los agregados se mide como un porcentaje de pérdida

del agregado luego de someterlo a acciones de abrasión, efecto y molienda. Esta es una propiedad

utilizada como indicador de la calidad relativa de los agregados pétreos.

Instrumentos:

• máquina de los ángeles: tambor cilíndrico de acero con un diámetro interior de 711 mm ±

5 mm, y una longitud interior de 508 mm ± 5 mm, este deber garantizar funcionar

continuamente con una velocidad constante.

• tamices

• balanza: se utilizó una balanza de capacidad mayor a 1 kg y con una sensibilidad de 0.1 gr. • Carga: 11 esferas de acero con un diámetro promedio de 46.8 mm y con una masa de 390

gr a 445 gr cada una.

54

Materiales:

• Se utiliza una muestra de material con la siguiente gradación:

6.1 g de material que PASA TAMIZ ¾” y es RETENIDO ½”

2.500 g de material que PASA TAMIZ ½” y es RETENIDO 3/8”

Procedimiento:

• Lavar las muestras y llevarlas al horno a 110 + 5°C por 24 horas.

• Sacar la muestra del horno, dejar enfriar y tomar la lectura de su peso.

• Colocar la muestra en la máquina de los ángeles junto con la carga abrasiva determinada,

iniciar la máquina y dejar en proceso durante 15 minutos donde se logran las 500 vueltas

necesarias.

• Sacar el material de la máquina y tamizar sobre el tamiz No. 12 (1.70 mm), lavar el

material retenido y dejar secar en el horno a 110 + 5°C por 24 horas.

• Sacar el material y tomar la lectura de su peso.

• Calcular el porcentaje de pérdida del material según la siguiente fórmula:

Ilustración 28: Fórmula para calcular porcentaje de pérdida de material por abrasión. Fuente: Norma INV E 218.

Resultados:

RESISTENCIA AL DESGASTE DE LOS AGREGADOS

Masa de la muestra seca antes del ensayo (g)

Masa de la muestra seca después del ensayo, previo lavado sobre tamiz No. 12

% pérdida

5006.5 4301.7 14.08%

Tabla 30: Resistencia al desgaste de los agregados

55

10.2.5. DISEÑO DE MEZCLA

Datos previos al diseño:

DATOS DEL MATERIAL Y DE LA OBRA

CARACTERISTICAS DEL MATERIAL

GRAVA ARENA UNIDAD IMPORTANCIA

Curva Granulométrica

sí hay sí hay No aplica Para el diseño de mezcla

Tamaño máximo del agregado

19.05 No aplica mm

Para determinar separación del refuerzo (en este caso no requiere refuerzo)

Masa unitaria compacta (MUC)

1440.5 No aplica kg/m³ Para el diseño de mezcla

Masa unitaria suelta (MUS)

1310.9 No aplica kg/m³ Para la compra de material

Densidad aparente

2.3192 2.5579 g/cm³ Para el diseño de mezcla

Absorción del agregado

2.23 4.12 % Para corregir la humedad

Humedad natural 6.83 3.19 % Para corregir la humedad

Origen del material

Cantera en la Sabana de

Bogotá

Cantera en la Sabana de

Bogotá No aplica

Para especificar el dato en el diseño de mezcla

Forma Irregular No aplica No aplica Para control de calidad

Textura Rugosa No aplica No aplica Para control de calidad

Contenido de arcilla

No aplica Para control de calidad

Ensayo colorimétrico

No aplica Aceptable No aplica Para control de calidad

Porcentaje finos No aplica Para control de calidad

ORÍGEN DE LOS MATERIALES

MATERIAL ORÍGEN

Agua de ensayo Agua lluvia, recolectada en Soacha Compartir.

Agua patrón Agua del acueducto de Bogotá, localidad ciudad Bolívar

Cemento Cemento Argos Tipo I, densidad 2800 Kg/m³

Aditivos No se utilizan aditivos

56

DATOS DE LA OBRA A REALIZAR

Elemento estructural a construir

Cilindros de prueba de 7.5cm X 15 cm

Cantidad de refuerzo

No aplica

Condiciones extras Realizados con agua lluvia

Grados de exposición

No aplica

Contenido de aire 2%

Tipo de clima Bogotá D.C. – Moderado

Normativas que aplican

NSR 10 - NTC 3459 - NTC 174 - NTC 550 - NTC 77 NTC 1776 - INV E 217 - INV E 230 - INV E 227 - NTC 176 - NTC 237 - NTC 127 - INV E 218 - INV E 219 -

INV E 238 - INV E 220 - NTC 386 - NTC 673

Asentamiento recomendado

7 + 1cm

Tabla 31: Datos previos al diseño de mezcla

Estimación de la cantidad de agua: Según la siguiente gráfica se determina que para un asentamiento de 7 + 1cm utilizando un agregado de TMN 19mm, se requieren 205 Kg de agua por m3 de concreto.

Ilustración 29: Gráfica para estimar cantidad de agua. Fuente: Tecnología y propiedades del concreto, Asocreto.

Asentamiento, en cm.

Cantidad de agua, en kg/m3 de concreto.

57

Estimación de la relación a/c: Teniendo en cuenta que la relación a/c se determina a partir de la

resistencia a la compresión, es necesario verificar la resistencia de diseño según la resistencia

especificada utilizando la siguiente tabla:

Ilustración 30: Resistencia de diseño según resistencia especificada. Fuente: NSR-10.

A partir de la resistencia de diseño (29.3 MPa) se verifica que la relación a/c correspondiente según

la curva de resistencia a compresión vs relación a/c a emplear es de 0.47.

Ilustración 31:Gráfica de Relación a/c vs Resistencia a la compresión. Fuente: tecnología y propiedades del concreto, Asocreto.

Estimación de la cantidad de cemento: La cantidad de cemento por m3 de concreto se determina

a partir de la fórmula para la relación agua/cemento.

58

Contenido de cemento

cantidad de agua (kg/m³)

Relación agua/cemento

Contenido de cemento (kg/m³)

Volumen de cemento por m3 de concreto

205 Kg 0.47 436.17021 0.15578 Tabla 32: Estimación del contenido de cemento

Porcentaje de agregados: Se determina el porcentaje de agregado grueso y fino a partir del método

de Fuller y Thompson:

GRANULOMETRÍA DE LOS AGREGADOS GRUESOS Y FINOS (muestra 1000.3 g)

mm pulg o N W ret (g) % ret % pasa W pasa (g)

19 ¾ 0 0.00% 100% 1000.30

12.5 ½ 180.054 18.00% 82% 820.25

9.5 3/8 110.033 11.00% 71% 710.21

4.75 N4 210.063 21.00% 50% 500.15

2.36 N 8 150.045 15.00% 35% 350.11

1.18 N16 100.03 10.00% 25% 250.08

0.6 N30 70.021 7.00% 18% 180.05

0.34 N50 50.015 5.00% 13% 130.04

0.15 N100 40.012 4.00% 9% 90.03

Fondo 90.027 Tabla 33: Recordar optimización de granulometría, según método de Fuller y Thompson.

Tabla 34: Gráfica Fuller y Thompson. fuente: elaboración propia

59

Cantidad de materiales, antes del ajuste por humedad: Teniendo el contenido de agua, de cemento

y de aire para 1m3 de concreto, y conociendo los porcentajes a utilizar se define que la cantidad de

los materiales antes del ajuste por humedad es la siguiente:

MATERIAL PESO (Kg/m³) DENSIDAD (Kg/m³) VOLUMEN (m³/m³)

Aire 0.00 0.00 0.02

Agua 205.00 1000.00 0.21

Cemento 436.17 2800.00 0.16

Grava 631.90 2319.26 0.27

Arena 887.02 2557.99 0.35

Total 1.00

Relación a/c 0.47 Tabla 35: Cantidad de materiales antes del ajuste por humedad.

Peso de los agregados en estado húmedo: Teniendo en cuenta el porcentaje de contenido de

humedad de los agregados, se calcula el peso húmedo de los agregados mediante la siguiente

fórmula:

Peso Húmedo = Peso * (1 + Contenido de humedad)

PESO HÚMEDO AGREGADOS (Kg/m³)

GRAVA ARENA

675.06 915.32 Tabla 36: Peso húmedo de los agregados

Ajuste por humedad: A partir del contenido de humedad y del porcentaje de absorción de los

agregados se realiza el ajuste por humedad al diseño de mezcla. Si el contenido de humedad es

mayor que el porcentaje de absorción, significa que el agregado tiene exceso de humedad y es

necesario disminuir la cantidad de agua a utilizar en la mezcla. Si por el contrario, el porcentaje de

absorción es mayor que el contenido de humedad, significa que el material absorberá el agua de la

mezcla por lo tanto es necesario aumentar la cantidad de agua a utilizar.

EXCESO O DEFECTO DE AGUA (Kg/m³)

GRAVA ARENA TOTAL

4.60% 0.93%

29.07 8.25 -20.82

EXCESO DEFECTO EXCESO Tabla 37. Exceso o defecto de agua

60

MATERIAL PESO

(Kg/m³) DENSIDAD

(Kg/m³) VOLUMEN

(m³/m³) PESO AJUSTADO X HUMEDAD(Kg/m³)

VOLUMEN AJUSTADO X HUMEDAD (m³/m³)

Aire 0.00 0.00 0.02 0.00 0.02

Agua 205.00 1000.00 0.21 184.18 0.18

Cemento 436.17 2800.00 0.16 436.17 0.16

Grava 631.90 2319.26 0.27 675.06 0.29

Arena 887.02 2557.99 0.35 915.32 0.36

Total 1.00 1.00

Relación a/c 0.47 0.47 Tabla 38. Ajuste por humedad

Dosificación teórica de la mezcla: Se obtiene mediante el cálculo de la cantidad de material

requerida por unidad de cemento, es decir, teniendo en Kg las cantidades de cemento, arena y

grava, se divide cada una de estas cantidades entre la cantidad de cemento: Así se obtiene que la

arena es 2.1 veces la cantidad de Kg del cemento, y que la grava es 1.55 veces la cantidad de Kg del

cemento. Los datos obtenidos se aproximan al entero más cercano.

DOSIFICACIÓN TEÓRICA DE LA MEZCLA

CEMENTO ARENA GRAVA

1.00 2.10 1.55

1 2 2 Tabla 39. Dosificación teórica de la mezcla

Cantidad de materiales para las mezclas (18 cilindros con agua potable, 45 cilindros con agua

lluvia): Se calcula la cantidad de materiales necesarios para cada una de las mezclas, se utiliza un

factor de compactación de 1.5.

MEZCLA CON AGUA POTABLE (18 CILINDROS)

MATERIAL PESO (Kg) VOLUMEN (m³)

Aire 0.0000000 0.0003117

Agua 2.8706981 0.0028707

Cemento 6.7982478 0.0024279

Grava 10.5216878 0.0045367

Arena 14.2663756 0.0055772 Tabla 40. Cantidad de materiales para la mezcla con agua potable

MEZCLA CON AGUA LLUVIA (45 CILINDROS)

MATERIAL PESO (Kg) VOLUMEN (m³)

Aire 0.0000000 0.0007793

Agua 7.1767453 0.0071767

Cemento 16.9956194 0.0060699

Grava 26.3042195 0.0113416

Arena 35.6659390 0.0139430 Tabla 41. Cantidad de materiales para la mezcla con agua lluvia

61

10.2.6. ELABORACIÓN Y CURADO DE CILINDROS DE PRUEBA (NTC 550)

Aspectos teóricos:

La elaboración y curado de cilindros de prueba se realiza según las indicaciones y especificaciones

de la norma NTC 550, con los materiales ensayados y analizados para este proyecto, con el fin de

verificar el cumplimiento de la resistencia de diseño y la calidad de los materiales utilizados,

específicamente el agua de lavado, mezclado y curado.

Instrumentos:

• Moldes cilíndricos: De acuerdo con la norma NTC 550 se utilizan moldes de un material no

absorbente, en este caso PVC. Los moldes cumplen con el requerimiento de altura igual a

dos veces el diámetro, cuyas dimensiones son Φ = 3” = 0.0762 m, h = 6” = 0.1524 m.

• Varilla compactadora, de acero cilíndrica y lisa

• Martillo con cabeza de caucho

• Bandeja metálica para contener la mezcla

• Cono metálico

• Palas, palustres.

• Canecas plásticas

Materiales:

• Agregados finos y gruesos, según NTC 174

• Cemento Argos tipo UG

• Agua según NTC 2459

• Cal

Procedimiento:

• Se toman los pesos exactos de cada uno de los materiales a utilizar según diseño de mezcla

(cemento, agregados, agua).

• Se ubica el espacio a utilizar para la elaboración de la mezcla, se coloca la bandeja metálica

previamente lavada y seca sobre el suelo.

• Se prepara la mezcla de manera manual de la siguiente manera: primero se mezclan los

agregados gruesos y finos con el cemento hasta que se observe una mezcla uniforme, luego

se abre un hueco dentro de la mezcla y se comienza a adicionar agua, finalmente se mezcla

todo el conjunto para producir el concreto simple.

• Se mide el asentamiento de acuerdo con la norma NTC 396, se coloca el molde cónico sobre

una superficie plana con su base mayor hacia abajo, se vierte una muestra del concreto

preparado dentro del molde cónico en tres capas compactando con la varilla cada una de

las capas con 25 golpes, y se enrasa el concreto sobre el molde. Posteriormente se levanta

el molde de manera vertical permitiendo el asentamiento del concreto. Finalmente se mide

la diferencia entre la altura del molde (inicial) y la altura desplazada del concreto (final), esta

medida corresponde al asentamiento del concreto.

62

• Se verifica que la medida del asentamiento corresponda al valor propuesto en la etapa de

diseño, el cual es 7 + 1cm. En este caso se obtuvo el valor deseado.

• Se define el método de compactación a partir de la tabla 2 de la NTC 550

Ilustración 32. Método de compactación de muestras. Fuente: Tabla 3, NTC 550

Ilustración 33. Requisitos de compactación de las muestras, Fuente: Tabla 2, NTC 550.

Ilustración 34. Requisitos de la varilla compactadora y número de golpes. Fuente: tabla 1, NTC 550

63

• Se vierte el concreto preparado dentro de cada uno de los moldes utilizando un palustre,

esto se hace en 3 capas aproximadamente de 50mm, y tras la colocación de cada capa se

dan 25 golpes con la varilla para compactar el material, finalmente se debe llenar cada

molde con la cantidad de concreto necesaria y dejar a ras para quitar el exceso de material.

• Elaborados los cilindros de prueba, estos se cubren con una lámina metálica durante 24

horas para protegerlos de la evaporación y del contacto con agentes externos (curado

inicial).

• Pasadas las 24 horas, se desmoldan los cilindros de prueba y se trasladan al sitio de curado

final, un ambiente húmedo a una temperatura entre 16°C a 27°C como lo indica la norma.

En este caso, los cilindros se dejan inmersos en agua de la misma calidad del agua de

mezclado, es decir, agua potable y agua lluvia respectivamente, se agrega cal en una

dosificación del 1% al 3% del peso del agua para garantizar que los resultados de la

resistencia sean confiables, se protegen las canecas con plásticos para evitar el contacto de

las probetas con agentes externos. Los cilindros de prueba se dejan allí durante 55 días.

NOTAS:

1. La fecha de elaboración de los cilindros fue el día jueves 7 de julio de 2018.

2. La etapa de curado inicial se llevó a cabo hasta el día viernes 8 de julio de 2018

3. La etapa de curado final se llevó a cabo hasta el día lunes 6 de agosto de 2018.

Ilustración 35 Elaboración y curado de cilindros de prueba. Fuente: propia.

10.2.7. FALLA DE CILINDROS A COMPRESIÓN (NTC 673)

Aspectos teóricos:

Este método de ensayo consiste en aplicar una carga axial de compresión a los cilindros moldeados

o núcleos a una velocidad que se encuentra dentro de un rango prescrito hasta que ocurra la falla.

64

La resistencia a la compresión de un espécimen se calcula dividiendo la carga máxima alcanzada

durante el ensayo por la sección transversal del área del espécimen.

El ensayo más universalmente reconocido para ejecutar pruebas de resistencia mecánica a la

compresión simple es el ensayo de probetas cilíndricas, las cuales se funden en moldes especiales

de acero o hierro fundido que tienen 150mm de diámetro por 300mm de altura (relación diámetro:

altura 1:2).

Todos los especímenes para una edad de prueba dada deben romperse, según la norma ASTM C39,

dentro de las tolerancias de tiempo permisible que se presentan a continuación:

Tabla 42. Edad de ensayo de los especímenes

La importancia del ensayo de la resistencia a la compresión de cilindros de concreto y de las pruebas

de materiales, es que son la base para la aceptación o rechazo de una parte o de toda una estructura.

Sin embargo, debe tenerse en cuenta el criterio y la experiencia del ingeniero para una decisión de

ese tipo.

Hay que tener en cuenta que los valores obtenidos de la resistencia dependen mucho de:

• Tamaño de la muestra

• Forma de la muestra

• Dosificación

• Procedimiento de mezcla

• Métodos de muestreo

• Moldeado

• Fabricación

• Edad

• Condiciones de temperatura

• Humedad durante el curado

• Variables que intervienen en todo el proceso que pasa el concreto.

Cálculo y expresión de los resultados

Se calcula la resistencia a la compresión del espécimen, dividiendo la carga máxima soportada

durante la prueba entre el área promedio de la sección transversal determinada previamente. El

resultado de la prueba se expresa con una aproximación de 1 Kgf/cm.

65

Ilustración 36. Cálculo de resultados de falla de cilindros a compresión. Fuente: http://www.imcyc.com/ct2008/nov08/PROBLEMAS.pdf

Instrumentos:

• Máquina de ensayo: la máquina de ensayo debe operar eléctricamente y debe tener la

capacidad suficiente para generar velocidades de carga, o si solo tiene una velocidad, la

carga debe aplicarse continuamente y no intermitente. El espacio donde se colocan los

especímenes debe ser lo suficientemente grande para acomodar.

Materiales:

• 45 especímenes de concreto elaborados con agua lluvia

• 18 especímenes de concreto elaborados con agua potable

Procedimiento:

1. Se removieron los 63 especímenes del sitio de curado; los cilindros elaborados

normalmente con agua potable y los cilindros elaborados con agua lluvia, manteniendo su

humedad, revisando la perpendicularidad del eje, y el diámetro.

2. Se limpiaron las superficies de apoyo de los cojinetes de apoyo superior e inferior.

3. Se colocó el cilindro sobre el cojinete de apoyo inferior.

4. Se revisó la alineación del eje del espécimen con el centro de carga del cojinete superior.

5. Se acercó el cojinete superior hasta apoyar suavemente la superficie del cilindro.

6. Se aplicó la carga continuamente hasta que el espécimen falló.

7. Se tomó la lectura de carga máxima para cada uno de los especímenes ensayados.

http://www.imcyc.com/ct2008/nov08/PROBLEMAS.pdf

66

Ilustración 37 Ensayo para determinar la resistencia a compresión de los cilindros de prueba. Fuente: propia.

67

Resultados:

RESULTADOS f´c: CILINDROS ELABORADOS CON AGUA LLUVIA

Cilindro D(mm) Area (mm2) carga KN f'c (Mpa)

1 76.2 4560.36731 92.70 20.33

2 76.2 4560.36731 97.90 21.47

3 76.2 4560.36731 85.20 18.68 4 76.2 4560.36731 98.50 21.60

5 76.2 4560.36731 97.80 21.45

6 76.2 4560.36731 94.10 20.63

7 76.2 4560.36731 100.80 22.10

8 76.2 4560.36731 96.70 21.20

9 76.2 4560.36731 93.20 20.44

10 76.2 4560.36731 96.00 21.05 11 76.2 4560.36731 91.10 19.98

12 76.2 4560.36731 102.90 22.56

13 76.2 4560.36731 96.20 21.09

14 76.2 4560.36731 99.00 21.71

15 76.2 4560.36731 91.60 20.09

16 76.2 4560.36731 85.20 18.68

17 76.2 4560.36731 100.90 22.13 18 76.2 4560.36731 97.20 21.31

19 76.2 4560.36731 93.70 20.55

20 76.2 4560.36731 96.40 21.14

21 76.2 4560.36731 105.20 23.07

22 76.2 4560.36731 103.30 22.65

23 76.2 4560.36731 91.40 20.04

24 76.2 4560.36731 98.50 21.60 25 76.2 4560.36731 92.60 20.31

26 76.2 4560.36731 103.20 22.63

27 76.2 4560.36731 108.70 23.84

28 76.2 4560.36731 101.90 22.34

29 76.2 4560.36731 98.90 21.69

30 76.2 4560.36731 90.90 19.93

31 76.2 4560.36731 96.30 21.12 32 76.2 4560.36731 94.30 20.68

33 76.2 4560.36731 98.40 21.58

34 76.2 4560.36731 99.80 21.88

35 76.2 4560.36731 94.50 20.72

36 76.2 4560.36731 84.40 18.51

37 76.2 4560.36731 98.30 21.56

38 76.2 4560.36731 86.60 18.99

39 76.2 4560.36731 92.20 20.22 40 76.2 4560.36731 91.80 20.13

41 76.2 4560.36731 107.10 23.48

42 76.2 4560.36731 102.20 22.41

43 76.2 4560.36731 99.10 21.73

44 76.2 4560.36731 95.70 20.99

45 76.2 4560.36731 96.20 21.09

Tabla 43. Resultados ensayo de resistencia a la compresión de cilindros elaborados con agua lluvia.

68

RESULTADOS f´c: CILINDROS ELABORADOS CON AGUA POTABLE

cilindro D(mm) AREA (mm) Carga (KN) resistencia

(MPa)

1 76.2 4560.36731 97.40000 21.358

2 76.2 4560.36731 109 23.902

3 76.2 4560.36731 93.9 20.590 4 76.2 4560.36731 98 21.489

5 76.2 4560.36731 96.3 21.117

6 76.2 4560.36731 91.6 20.086

7 76.2 4560.36731 95.2 20.876

8 76.2 4560.36731 85.4 18.727

9 76.2 4560.36731 106 23.244

10 76.2 4560.36731 85.5 18.748 11 76.2 4560.36731 96.6 21.183

12 76.2 4560.36731 89.7 19.669

13 76.2 4560.36731 98.4 21.577

14 76.2 4560.36731 88.4 19.384

15 76.2 4560.36731 93.9 20.590

16 76.2 4560.36731 99.7 21.862

17 76.2 4560.36731 99.3 21.775

18 76.2 4560.36731 106.2 23.288

Tabla 44. Resultados ensayo de resistencia a la compresión de cilindros elaborados con agua potable.

10.2.8. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS RESULTADOS (NTC 2275)

Aspectos teóricos:

La norma NTC 2275, procedimiento recomendado para la evaluación de los resultados de los

ensayos de resistencia del concreto. Explica que, para producir concreto de calidad adecuada, se

debe mantener un estricto control, el cual se logra empleando buenos materiales, una correcta

dosificación y mezclado de los mismos, por los buenos procedimientos de transporte, colocación,

curado y realización de los ensayos. Aunque la compleja naturaleza del concreto impide una

completa homogeneidad, una variación excesiva en su resistencia significa un inadecuado control.21

A continuación, se presentan las principales causas de variaciones de la resistencia del concreto y

algunos procedimientos estadísticos que son útiles en la interpretación de estas variaciones.

21 Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC). 1997.Norma técnica Colombiana NTC 2275. Ingeniería Civil y Arquitectura. Procedimiento recomendado para la evaluación de los resultados de los ensayos de resistencia del concreto. Primera actualización.

69

Ilustración 38. Principales causas de variaciones de la resistencia. Fuente: NTC 2275.

De acuerdo con la norma NTC 2275, debe efectuarse una cantidad suficiente de ensayos con el

objeto de conocer la variación en el concreto elaborado y permitir la utilización de los

procedimientos estadísticos apropiados que serán empleados en la interpretación de los resultados

de los ensayos. Las conclusiones sobre la resistencia del concreto deben derivarse de un modelo de

ensayos del cual puedan estimarse las características del concreto con exactitud razonable. Ensayos

insuficientes conducirán a conclusiones no confiables.

Para el análisis estadístico de los resultados, se debe asumir que la resistencia de las muestras de

ensayo de concreto en proyectos controlados, cae dentro de un patrón similar a la curva de

distribución normal de frecuencia ilustrada en la figura 1. Donde existe un buen control, los valores

de la resistencia estarán agrupados cerca de la media y la curva será alta y estrecha. Conforme los

aumentan las variaciones en la resistencia, los valores se apartan y la curva se vuelve baja y alargada.

Como las características de esas curvas se pueden definir matemáticamente, es posible calcular

ciertas funciones útiles de la resistencia de la siguiente manera:22

22 Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC). 1997.Norma técnica Colombiana NTC 2275. Ingeniería Civil y Arquitectura. Procedimiento recomendado para la evaluación de los resultados de los ensayos de resistencia del concreto. Primera actualización.

70

Ilustración 39. Curva de distribución normal de frecuencia de resultados de resistencia. Fuente NTC 2275.

FUNCIONES ESTADÍSTICAS:

Estadística descriptiva: La estadística descriptiva es la técnica matemática que obtiene, organiza,

presenta y describe un conjunto de datos con el propósito de facilitar su uso generalmente con el

apoyo de tablas, medidas numéricas o gráficas. Además, calcula parámetros estadísticos como las

medidas de centralización y de dispersión que describen el conjunto estudiado.

1. MEDIDAS DE TENDENCIA CENTRAL: Al describir grupos de diferentes observaciones, con

frecuencia es conveniente resumir la información con un solo número. Este número que, para tal

fin, suele situarse hacia el centro de la distribución de datos se denomina medida o parámetro de

tendencia central o de centralización.

Media: la resistencia promedio de todos los ensayos individuales.

Ecuación 1 media

71

Donde X1, X2,…, Xn son los resultados de las resistencias de los ensayos individuales y n es el número

de total de ensayos efectuados. Un ensayo se define como la resistencia promedio de todos los

cilindros de la misma edad elaborados de una muestra tomada de una única mezcla de concreto.

(Mínimo dos cilindros).

Mediana: es el número medio del conjunto de datos de las resistencias obtenidas.

Ecuación 2 mediana

Moda: es el número que aparece con más frecuencia en el conjunto de datos de las resistencias

obtenidas.

Ecuación 3 moda

72

2. MEDIDAS DE DISPERSIÓN: muestran la variabilidad de una distribución, indicándolo por medio

de un número, si las diferentes puntuaciones de una variable están muy alejadas de la media.

Cuanto mayor sea ese valor, mayor será la variabilidad, cuanto menor sea, más homogénea será a

la media. Así se sabe si todos los casos son parecidos o varían mucho entre ellos.

Error típico: En estadística, un error típico son aquellas variaciones que son inevitables. El error

típico puede definirse también como la variación producida por factores distorsionantes tanto

conocidos como desconocidos.

Nivel de confianza: Es un intervalo de confianza del 95%, donde la media esta en el centro de este

intervalo, y el intervalo es la media + intervalo de confianza.

Desviación estándar: La desviación estándar es la medida de dispersión más común, que indica qué

tan dispersos están los datos con respecto a la media.

Ecuación 4 desviación estándar

Varianza: es una medida de dispersión alternativa, expresada en las mismas unidades que los

datos de la variable de las resistencias obtenidas.

Ecuación 5 Varianza

Coeficiente de variación: El coeficiente de variación es la relación entre la desviación típica de una

muestra y su media. El coeficiente de variación se suele expresar en porcentajes: El coeficiente de

variación permite comparar las dispersiones de dos distribuciones distintas, siempre que sus medias

sean positivas.

73

Ecuación 6 coeficiente de variación

NORMAS DE CONTROL

La norma NTC 2275 indica lo siguiente:

Ilustración 40. Normas para el control del concreto. Fuente: NTC 2275

Procedimiento:

1. Con ayuda de las herramientas de Excel se construye una tabla de datos con las medidas de

dispersión, para obtener una curva de distribución normal de frecuencia.

2. Con ayuda de las herramientas de Excel se calculan los parámetros estadísticos como las

medidas de tendencia central y las medidas de dispersión para el conjunto de datos

obtenidos a partir del ensayo de resistencia a la compresión de los cilindros elaborados con

agua lluvia y los cilindros elaborados con agua potable.

74

Análisis de los resultados del ensayo de resistencia a la compresión de cilindros elaborados con

agua potable:

Resultados de la prueba de resistencia a compresión de los cilindros hechos con agua potable.

cilindro D(mm) AREA (mm) Carga (KN) resistencia

(MPa)

1 76.2 4560.36731 97.40000 21.358

2 76.2 4560.36731 109 23.902 3 76.2 4560.36731 93.9 20.590

4 76.2 4560.36731 98 21.489

5 76.2 4560.36731 96.3 21.117

6 76.2 4560.36731 91.6 20.086

7 76.2 4560.36731 95.2 20.876

8 76.2 4560.36731 85.4 18.727

9 76.2 4560.36731 106 23.244

10 76.2 4560.36731 85.5 18.748

11 76.2 4560.36731 96.6 21.183

12 76.2 4560.36731 89.7 19.669

13 76.2 4560.36731 98.4 21.577

14 76.2 4560.36731 88.4 19.384

15 76.2 4560.36731 93.9 20.590

16 76.2 4560.36731 99.7 21.862

17 76.2 4560.36731 99.3 21.775 18 76.2 4560.36731 106.2 23.288

Tabla 45 Resultados del ensayo a compresión de las probetas hechas con agua potable

ESTADÍSTICA DESCRIPTIVA APLICADA A LOS RESULTADOS DE ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS ELABORADOS CON AGUA POTABLE

Media 21.0813915

Error típico 0.3451966

Mediana 21.1496122

Moda 20.5904467

Desviación estándar 1.46454515 Varianza de la muestra 2.1448925

Coeficiente de variación 6.9 %

Rango 5.17502174

Mínimo 18.7265617

Máximo 23.9015835

Suma 379.465048

Cuenta 18

Mayor (1) 23.9015835

Menor(1) 18.7265617

Nivel de confianza (95.0%) 0.72830117 Tabla 46. Estadística descriptiva aplicada a los resultados de ensayo de resistencia a la compresión de cilindros elaborados con agua potable

75

Realizados los análisis de estadística descriptiva para los resultados del ensayo de resistencia a la

compresión de cilindros elaborados con agua potable, se evidencia que los cilindros fallaron con una

resistencia a la compresión promedio de 21.08 MPa, este valor cumple con los resultados esperados.

A continuación, se realiza el análisis de la dispersión de los resultados de resistencia a la compresión

de los especímenes.

MEDIDAS DE DISPERSIÓN RESULTADOS DE RESISTENCIA OBTENIDOS CON AGUA POTABLE

Clases marca de clase Frecuencia F

Acumulada % de F % acumulado

17.43 18.72 18.07 1 1 5.56% 5.56%

18.72 20.02 19.37 3 4 16.67% 22.22%

20.02 21.31 20.66 6 10 33.33% 55.56%

21.31 22.60 21.96 5 15 27.78% 83.33%

22.60 23.90 23.25 3 18 16.67% 100.00% Tabla 47 Medidas de dispersión de resultados de resistencia obtenidos con agua potable.

Ilustración 41 Curva de distribución de frecuencia de resultados de ensayo a la compresión de las probetas hechas con agua potable. Fuente: propia.

0

1

2

3

4

5

6

7

NÚ

MER

O D

E EN

SAY

OS

RESISTENCIA A COMPRESIÓN MPa

CURVA DE DISTRIBUCIÓN DE FRECUENCIA DE RESULTADOS DE RESISTENCIA DE MUESTRAS ELABORADAS CON AGUA

POTABLE

Frecuencia

Polinómica (Frecuencia)

76

Ilustración 42 distribución de frecuencia de los resultados de resistencia y la correspondiente distribución normal de los especímenes elaborados con agua potable.

MEDIA: 21.08 MPa

COEFICIENTE DE VARIACIÓN: 6.9 %

DESVIACION ESTANDAR: 1.46 MPa

La curva de distribución de frecuencias de los cilindros elaborados con agua potable muestra como

los resultados son satisfactorios, de la toda la muestra evaluada más de la mitad esta por encima de

la resistencia requerida y los cilindros que están por fuera de este rango no están muy alejados de

la resistencia, eso es un indicador que los procedimientos materiales y ensayos se efectuaros de

manera correcta.

La desviación estándar permite juzgar el nivel de control en la elaboración y tratamiento de los

especímenes y la calidad de los métodos de ensayo. Para los resultados de resistencia de los cilindros

elaborados con agua potable se obtuvo una desviación estándar de 1.46 MPa, al revisar este valor

en la tabla de normas de control de la NTC 2275 se encuentra que el control en la realización de los

ensayos fue excelente.

77

Análisis de los resultados de resistencia a la compresión de cilindros elaborados con agua lluvia:

Resultados de la prueba de resistencia a compresión de los cilindros hechos con agua lluvia.

Cilindro D(mm) Área (mm2) carga KN f'c (MPa) 1 76.2 4560.36731 92.70 20.33

2 76.2 4560.36731 97.90 21.47

3 76.2 4560.36731 85.20 18.68

4 76.2 4560.36731 98.50 21.60 5 76.2 4560.36731 97.80 21.45

6 76.2 4560.36731 94.10 20.63

7 76.2 4560.36731 100.80 22.10

8 76.2 4560.36731 96.70 21.20

9 76.2 4560.36731 93.20 20.44

10 76.2 4560.36731 96.00 21.05

11 76.2 4560.36731 91.10 19.98 12 76.2 4560.36731 102.90 22.56

13 76.2 4560.36731 96.20 21.09

14 76.2 4560.36731 99.00 21.71

15 76.2 4560.36731 91.60 20.09

16 76.2 4560.36731 85.20 18.68

17 76.2 4560.36731 100.90 22.13

18 76.2 4560.36731 97.20 21.31 19 76.2 4560.36731 93.70 20.55

20 76.2 4560.36731 96.40 21.14

21 76.2 4560.36731 105.20 23.07

22 76.2 4560.36731 103.30 22.65

23 76.2 4560.36731 91.40 20.04

24 76.2 4560.36731 98.50 21.60

25 76.2 4560.36731 92.60 20.31

26 76.2 4560.36731 103.20 22.63 27 76.2 4560.36731 108.70 23.84

28 76.2 4560.36731 101.90 22.34

29 76.2 4560.36731 98.90 21.69

30 76.2 4560.36731 90.90 19.93

31 76.2 4560.36731 96.30 21.12

32 76.2 4560.36731 94.30 20.68

33 76.2 4560.36731 98.40 21.58 34 76.2 4560.36731 99.80 21.88

35 76.2 4560.36731 94.50 20.72

36 76.2 4560.36731 84.40 18.51

37 76.2 4560.36731 98.30 21.56

38 76.2 4560.36731 86.60 18.99

39 76.2 4560.36731 92.20 20.22

40 76.2 4560.36731 91.80 20.13 41 76.2 4560.36731 107.10 23.48

42 76.2 4560.36731 102.20 22.41

43 76.2 4560.36731 99.10 21.73

44 76.2 4560.36731 95.70 20.99

45 76.2 4560.36731 96.20 21.09

Tabla 48 Resultados del ensayo a compresión de las probetas hechas con agua lluvia

78

ESTADÍSTICA DESCRIPTIVA APLICADA A LOS RESULTADOS DE ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS ELABORADOS CON AGUA LLUVIA

Media 21.1415719

Error típico 0.17984384

Mediana 21.1386481

Moda 18.6827056 Desviación estándar 1.20642915

Varianza de la muestra 1.45547129

Coeficiente de variación 5.7 %

Rango 5.32851815

Mínimo 18.5072812

Máximo 23.8357993

Suma 951.370735

Cuenta 45 Mayor (1) 23.8357993

Menor(1) 18.5072812

Nivel de confianza (95.0%) 0.36245144

Tabla 49. Estadística descriptiva aplicada a los resultados de ensayo de resistencia a la compresión de cilindros elaborados con agua lluvia.

Realizados los análisis de estadística descriptiva para los resultados del ensayo de resistencia a la

compresión de cilindros elaborados con agua lluvia, se evidencia que los cilindros fallaron con una

resistencia a la compresión promedio de 21.14 MPa, este valor cumple con los resultados esperados.

MEDIDAS DE DISPERSIÓN RESULTADOS DE RESISTENCIA OBTENIDOS CON AGUA LLUVIA

Clases marca de clase Frecuencia F Acumulada % de F % acumulado 17.61 18.50 18.06 1 1 2.22% 2.22%

18.50 19.39 18.95 3 4 6.67% 8.89%

19.39 20.28 19.83 6 10 13.33% 22.22% 20.28 21.17 20.72 13 23 28.89% 51.11%

21.17 22.05 21.61 12 35 26.67% 77.78%

22.05 22.94 22.50 7 42 15.56% 93.33%

22.94 23.83 23.39 3 45 6.67% 100.00%

Tabla 50. Medidas de dispersión resultados de resistencia obtenidos con agua lluvia.

Ilustración 43 Curva de distribución de frecuencia de resultados de resistencia de cilindros elaborados con agua lluvia. Fuente: Propia.

02468

101214

NÚ

MER

O D

E EN

SAY

OS

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN MPa

CURVA DE DISTRIBUCIÓN DEFRECUENCIAS DE RESULTADOS DE RESISTENCIA DE CILINDROS ELABORADOS CON AGUA LLUVIA

Frecuencia

Polinómica (Frecuencia)

79

También se analiza la curva de distribución de frecuencias, en la cual los valores de la resistencia

están agrupados cerca de la media y de acuerdo a la observación la curva es alta y estrecha,

conforme a la indicación de la norma NTC 2275 esto significa un buen control de los ensayos

realizados en el desarrollo de este proyecto.

Ilustración 44 distribución de frecuencia de resultados de resistencia y la correspondiente distribución normal de los especímenes elaborados con agua lluvia.

MEDIA: 21.14 MPa

COEFICIENTE DE VARIACIÓN: 5.7 %

DESVIACION ESTANDAR: 1.20 MPa

La curva de distribución normal de los resultados de resistencia de cilindros elaborados con agua

lluvia muestra como los resultados son satisfactorios, de la toda la muestra evaluada más de la mitad

está por encima de la resistencia requerida y los cilindros que están por fuera de este rango no están

muy alejados de la resistencia, eso es un indicador que los procedimientos materiales y ensayos se

efectuaron de manera correcta.

La desviación estándar permite juzgar el nivel de control en la elaboración y tratamiento de los

especímenes y la calidad de los métodos de ensayo. Para los resultados de resistencia de los cilindros

elaborados con agua potable se obtuvo una desviación estándar de 1.20 MPa, al revisar este valor

en la tabla de normas de control de la NTC 2275 se encuentra que el control en la realización de los

ensayos fue excelente.

80

A partir de las recomendaciones dadas por la NTC 2275 (Procedimiento recomendado para la

evaluación de los resultados de los ensayos de resistencia de concreto), se realizaron especímenes

de concreto evaluando la resistencia a la compresión, siendo el agua el único componente

manipulable de esta forma se realizó un análisis de comportamiento del agua potable y el agua

lluvia, teniendo como patrón de comparación el agua potable. Los resultados obtenidos son

satisfactorios en la ilustración 42 y la ilustración 46 muestra un comportamiento donde se evidencia

que los valores de la resistencia están agrupados cerca de la media. Esto indica que los resultados

tienen un comportamiento normal donde sus extremos no alteran de manera radical la gráfica,

debido a que se mantiene la forma de campana. A partir de esta grafica se conoce gran cantidad de

información acerca de los resultados de los ensayos de la resistencia a la compresión se evidencia

que el área bajo la curva el aproximadamente el 68% (38 cilindros) resultados entre las franjas

amarillas, el 95% (6 cilindros) dentro de las franjas verdes y el restante 5 % (1 cilindro) en las franjas

moradas. Esto permite estimar que los resultados son óptimos y satisfactorios, es decir se puede

asegurar que el uso de agua lluvia sirve para realizar concreto de peso normal de 21 MPa.

81

11. RECOMENDACIONES

I. El agua lluvia es un material técnicamente puro y libre de sustancias perjudiciales para

el concreto. Esto se debe a que, durante el ciclo normal del agua, exactamente en la

etapa de evaporación, el agua presente en la tierra se separa de los elementos más

pesados que pueda contener, como los metales que son sus principales contaminantes,

quedando así los componentes básicos del agua que son catalogados como no metales,

estos suben a las nubes en forma de vapor, y allí se condensan para regresar a la tierra

en forma de lluvia. Si bien es cierto que el vapor de agua durante el proceso ascendente

a las nubes se mezcla con otros elementos presentes en la atmósfera, e igualmente

ocurre con la lluvia durante el proceso de descenso, dichos elementos presentes en la

atmósfera al ser livianos tienen bajos niveles de contaminantes que puedan causar

daños al concreto.

Prueba de ello es la caracterización de agua realizada en el desarrollo de este proyecto

y su comparación con las tolerancias de impurezas máximas permitidas según la norma

NTC 3459, donde las impurezas encontradas en las muestras de agua lluvia están entre

el 0.04% y el 72% por debajo de los estándares de permisibilidad exigidos por la norma

de agua para la elaboración de concreto.

De acuerdo con lo anterior, cuando el agua lluvia sea requerida como material para

elaborar concreto, es de suma importancia tener una cuidadosa interacción con el

material puesto que es en esta etapa es donde está el riesgo de incorporar en el agua

sustancias perjudiciales que afecten la calidad del concreto.

Para preparar concreto con agua lluvia, la primera interacción necesaria con el agua es

su recolección. Existen diferentes métodos para recolectar agua lluvia, para este trabajo

se implementaron dos, de los cuales uno de ellos resultó muy poco satisfactorio y el

otro que es el más común fue mucho más efectivo.

82

El primer método de recolección fue colocar canecas bajo la lluvia y esperar a que estas

se llenaran, este método parecía favorable ya que había poca interacción del agua lluvia

con elementos presentes en el entorno, sin embargo, luego de varias jornadas de lluvia

la cantidad de material recolectado era mucho menor al esperado, se recolectaban

aproximadamente 3 litros de agua por hora, por lo tanto, el método no fue satisfactorio

y se descartó.

El segundo método fue utilizar un sistema de recolección de aguas lluvias, el cual se

compone de un área de captación (cubierta), conductos (canales y bajantes), y

almacenamiento (canecas o tanque de almacenamiento). Para utilizar este método que

es más común y efectivo es importante tener especial cuidado para no incorporar

elementos nocivos al material, para esto se recomienda realizar previamente la limpieza

a todo el sistema de recolección, siguiendo las indicaciones que se describen a

continuación:

• Revisar y retirar todos los objetos que no pertenezcan al sistema de recolección

de aguas lluvias.

• Lavar con abundante agua para retirar depósitos de cualquier sustancia

presente en el sistema, se pueden utilizar cepillos o trapos siempre y cuando

estos también estén previamente limpios.

• No utilizar ningún tipo de detergente ni desinfectante o cualquier otra sustancia

diferente al agua lluvia.

• Permitir un primer instante de lluvia que purgue el sistema de recolección, es

decir, dejar que el agua lluvia lave el sistema y desechar esta pequeña cantidad

de agua lluvia, debido a que el sistema recolector está sucio (material orgánico).

Cuando se recolecta el agua lluvia la segunda interacción con el material es su

almacenamiento, para esto también se realizan algunas sugerencias:

• Procurar que el almacenamiento sea en un recipiente plástico o un material que

no expulse fácilmente sustancias que se incorporen en el agua.

• Luego de cada periodo de lluvia, revisar que el tanque de almacenamiento esté

sellado para que no se incorpore en el agua alguna sustancia presente en el

entorno.

II. Teniendo en cuenta que durante el proceso de recolección y almacenamiento del agua

lluvia existe el riesgo de contaminarla con sustancias que afecten la calidad del

concreto, es necesario verificar en laboratorio que el material cumpla con los

requerimientos de la norma NTC 3459 (Agua para la elaboración de concretos

III. Cuando se halla elaborado el concreto, es necesario tomar cilindros de prueba para

verificar la resistencia a la compresión, el cual es un parámetro fundamental para

indicar la calidad del concreto elaborado.

83

12. CONCLUSIONES

1. El uso de agregados y material cementante de calidad verificada, es indispensable para

lograr la resistencia a la compresión deseada en el concreto. Al utilizar la misma fuente de

estos materiales en la elaboración de los cilindros de prueba siendo el agua el único material

variable, y al verificar la calidad del material cementante con el cumplimiento de la norma

NTC 121 y NTC 321, y la calidad de los agregados con el cumplimiento de la norma NTC 174,

se garantiza que las variaciones presentadas entre los resultados de los cilindros elaborados

con agua lluvia y los cilindros elaborados con agua potable se deben únicamente a las

características encontradas en el agua.

2. La muestra de agua lluvia presenta en promedio un PH de 6.7, mientras que la muestra de

agua potable presenta en promedio un PH de 7.02, se puede deducir que el PH de ambas

muestras es similar. Sin embargo, la muestra de agua potable posee mayor concentración

del ion hidrógeno que la muestra de agua lluvia, esto significa que el agua potable tiene

mayor capacidad para neutralizar sustancias ácidas que afecten negativamente el

endurecimiento y la resistencia del concreto. La norma NTC 3459 no establece una medida

de aceptación o rechazo en cuanto al PH de las muestras, por otra parte, para este

requerimiento se adopta la norma del cuerpo de ingenieros de EE.UU., la cual estipula un

valor entre 6.0 y 8.0. Dado este valor, se concluye que ambas muestras de agua son aptas

para su uso en la elaboración de concreto.

3. La muestra de agua lluvia contiene en promedio 36.38 mg de sólidos totales disueltos por

cada litro de agua, mientras que la muestra de agua potable contiene en promedio 44.16

mg de sólidos totales disueltos por litro de agua, dado de los sólidos totales disueltos o sales

disueltas en el agua de mezclado son perjudiciales para el concreto ya que provocan

corrosión del refuerzo y reacciones negativas en los agregados, se concluye que las aguas

lluvias se comportan de una manera menos agresiva al utilizarlas como agua de mezclado,

lavado y curado. Por otra parte, tanto el agua potable como el agua lluvia cumplen con el

criterio de aceptación de la NTC 3459, la cual define que el máximo contenido permitido de

sólidos totales disueltos en el agua es de 50 ppm o 50 mg/L.

4. La muestra de agua lluvia posee en promedio un contenido de calcio + magnesio de 150.6

ppm como dureza total, y la muestra de agua potable posee en promedio un contenido de

calcio + magnesio de 135.2 ppm. Aunque la muestra de agua lluvia es un poco más dura que

el agua potable, ambas se catalogan como aguas de dureza media. La norma NTC 3459 no

define un criterio de aceptación o rechazo basado en el contenido de calcio y magnesio. Sin

embargo, a partir de las tolerancias descritas en el libro “Tecnología del concreto y del

mortero”, no es recomendable utilizar aguas de mezclado con un contenido de calcio +

magnesio superior a 400 ppm. Por ende, ambas muestras de agua son aptas para su uso en

la preparación de concreto.

84

5. La determinación del contenido del ion cloruro en las muestras de agua de mezclado tiene

gran importancia, ya que una alta cantidad de cloruros puede retardar el fraguado, producir

manchas, provocar corrosión del refuerzo y provocar reacción álcali agregado. Por este

motivo la norma NTC 3459 establece un límite máximo de aceptación para el contenido del

ion cloruro en una muestra de agua de mezclado, el cual no puede superar las 500 ppm. Se

observa a partir de los resultados que la muestra de agua potable contiene en promedio

32.61 ppm de cloruros, mientras que la muestra de agua lluvia contiene 19.71 ppm, esto se

debe a que el agua potable ha sido tratada con esta sustancia durante su proceso de

potabilización. Sin embargo, ambas muestras de agua cumplen con lo descrito en la norma

NTC 3459, por lo cual, ambas muestras de agua son aptas para su uso en la elaboración de

concreto.

6. Las aguas lluvias recolectadas en Soacha Compartir, pueden ser utilizadas como agua de

lavado, mezclado y curado para la elaboración de concreto. Dado que, al realizar la

caracterización del material, este presentó cumplimiento de los requisitos exigidos por la

norma NTC 3459, además presentó cumplimiento en la verificación de las tolerancias

máximas permitidas para las impurezas según el libro “Tecnología del concreto y el mortero.

Autor: Diego Sánchez de Guzmán”

7. La realización de una cantidad suficiente de cilindros de prueba proporciona una amplia

base de datos, de la cual es posible realizar análisis estadístico y asegurar la confiabilidad de

los resultados. Al elaborar 18 cilindros de prueba con agua potable y 45 cilindros de prueba

con agua lluvia se tiene una cantidad representativa de resultados de resistencia de cilindros

elaborados con agua lluvia y con agua patrón, y al aplicar el criterio de la desviación estándar

según la norma NTC 2275 se verifica la confiabilidad de los resultados y el buen control de

los ensayos realizados.

8. El uso de aguas lluvias recolectadas en la zona industrial de Soacha Compartir para la

elaboración de concreto simple de peso normal, no afecta negativamente la resistencia a la

compresión del concreto. Al utilizar esta fuente de recurso hídrico, el concreto elaborado

cumple con el requerimiento inicial y la resistencia a la compresión obtenida pasados los 28

días es 21.14 MPa, cuyo valor es mayor a la resistencia deseada de 21 MPa.

9. La resistencia a la compresión obtenida para los cilindros elaborados con aguas lluvias es de

21.14 MPa, un resultado satisfactorio que no presenta diferencias significativas comparado

con la resistencia a la compresión obtenida para los cilindros elaborados con agua potable,

21.08 MPa. Tomando la resistencia a la compresión como un indicador de calidad del

concreto, la calidad obtenida para el concreto elaborado con aguas lluvias es similar a la

calidad obtenida para el concreto elaborado con agua potable.

85

10. La curva de distribución normal de los resultados de resistencia de cilindros elaborados con

agua lluvia muestra como los resultados son satisfactorios, de la toda la muestra evaluada

más de la mitad está por encima de la resistencia requerida y los cilindros que están por

fuera de este rango no están muy alejados de la media, eso es un indicador que los

procedimientos materiales y ensayos se efectuaron de manera correcta.

11. La desviación estándar permite juzgar el nivel de control en la elaboración y tratamiento de

los especímenes y la calidad de los métodos de ensayo. Para los resultados de resistencia

de los cilindros elaborados con agua potable se obtuvo una desviación estándar de 1.20

MPa, al revisar este valor en la tabla de normas de control de la NTC 2275 se encuentra que

el control en la realización de los ensayos fue excelente.

12. Las aguas lluvias pueden utilizarse como material de mezclado, de lavado y de curado en la

elaboración de concreto, siempre y cuando su recolección y almacenamiento se realice de

manera cuidadosa evitando incorporar sustancias perjudiciales para el concreto. No

obstante, y dando lugar a la objetividad del proceso, deben efectuarse las pruebas

necesarias para validar el cumplimiento del agua según NTC 3459, y deben realizarse

cilindros de prueba para verificar el cumplimiento de la resistencia deseada.

86

13. BIBLIOGRAFÍA

• Instituto Del Concreto Asocreto. Tecnología Y Propiedades. Colección Básica Del Concreto.

Asocreto. 2001.

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2014.


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actualización. 2000.


colombiana NTC 673. Ensayo de resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos de concreto.

Tercera actualización. 2010.


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ensayos de resistencia del concreto. Primera actualización. 1997.

efecto del uso de aguas lluvias en la resistencia a compresiÓn de concreto...

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