propiedades físico-mecánicas del hormigón · pdf filetabla 14, volumen...

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y

MATEMÁTICA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DEL HORMIGÓN

AL COMPLEMENTAR LA MEZCLA CON EL

COMPUESTO DEL RESIDUO DE FACTOR DE

CRAQUEO CATALÍTICO

Trabajo de Graduación previo a la obtención del título de Ingeniero Civil.

AUTORES: ANDRADE SÁNCHEZ KARLA ESTEFANÍA

FLORES REVILLA KATHERINE DANIELA

TUTOR: ING. JUAN CARLOS MOYA HEREDIA MSc.

Quito, 25 de Mayo

2016

ii

DEDICATORIA

Dedico este trabajo, en primer lugar a mis padres Félix y Sandra, las

personas que me formaron e hicieron de mí una persona capaz de alcanzar

cualquier meta propuesta, por ellos soy la persona que soy y cada logro

obtenido por mi persona será por y para ellos.

Además a mis hermanos, Félix y Doménica que me han enseñado a vivir

la vida apreciando cada momento juntos y que si me llegaran a faltar mi

vida no sería igual, los amo con todo mí ser.

Dedico este trabajo a mi novio Jair, pues él ha estado siempre a mi lado y

ha sido un aporte fundamental en mi vida.

Karla Andrade

Este proyecto va dedicado especialmente a mis padres Angel y Diana

quienes han sabido guiarme, apoyarme y han estado en todo momento a

mi lado, por ser mis mejores maestros, por enseñarme que los sueños son

posibles con esfuerzo y dedicación, por ser mis mentores, mi verdadera

fuerza, mi ejemplo y mi motor para cada lucha.

Además a mis hermanos y sobrino, quienes son parte fundamental de mi

vida, gran parte de mi alegría y mi motivación cada día, a mis abuelitos

Angel , Isabel y Zoila por ser una fuente inmensa de amor y comprensión,

a todos ustedes los amo con todo mi corazón.

Katherine Flores

iii

AGRADECIMIENTO

En primer lugar quiero agradecer a Dios por ser tan bueno conmigo y bendecirme con

mis maravillosos padres, Sandra y Félix, que son mi apoyo incondicional y mi razón de

ser.

De igual manera agradecer a mis hermanos, Félix y Doménica por siempre estar cuando

los necesito y a mi novio por brindarme siempre su apoyo. Por ultimo agradezco a mis

amigas y compañeras de mi vida colegial y universitaria Geova y Kathy por trabajar a mi

lado continuamente en el desarrollo de este trabajo.

Un agradecimiento especial a la Ing. Jhoselyn Alvear por brindarnos su ayuda

desisteresada en la elaboración de este proyecto.

Karla Andrade

En primer lugar mi agradecimiento es para Dios, sin él nada es posible, ha sabido forjar

mi camino y me ha dado su luz y fortaleza, a mis padres Angel y Diana mi mayor

bendición y las personas más importantes de mi vida que con amor y dedicación me han

acompañado durante este camino, a mis hermanos Diego, Jessica y Angella, por siempre

estar para mí y ser un gran apoyo, a Jorge por apoyarme durante esta etapa. Finalmente

agradecer a mis grandes amigas Geova y Karlita por siempre creer en mí y por haber

estado conmigo luchando y sacando adelante este proyecto.

Un agradecimiento especial a la Ing. Jhoselyn Alvear por brindarnos su ayuda

desisteresada en la elaboración de este proyecto.

Katherine Flores.

xii

CONTENIDO

RESUMEN .................................................................................................................... xvi

ABSTRACT ................................................................................................................. xvii

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN.................................................................................... 1

1.1. PROBLEMATIZACIÓN: .................................................................................. 1

1.1.1. ANTECEDENTES ..................................................................................... 1

1.1.2. JUSTIFICACIÓN: ...................................................................................... 1

1.2. OBJETIVOS ...................................................................................................... 2

1.2.1. OBJETIVO GENERAL: ............................................................................ 2

1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: .................................................................... 2

1.3. HIPÓTESIS........................................................................................................ 2

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO ................................................................................ 3

2.1. APLICACIONES DEL FCC ................................................................................. 3

2.2. IMPORTANCIA ................................................................................................ 4

2.3. HORMIGÓN...................................................................................................... 4

2.3.1. LOS MATERIALES CEMENTANTES .................................................... 6

2.3.2. AGREGADOS............................................................................................ 7

2.3.3. PROPIEDADES DEL HORMIGÓN ......................................................... 9

2.4. RESIDUO DEL FACTOR DE CRAQUEO CATALÍTICO (FCC) ................ 13

2.4.1. INTRODUCCIÓN: ................................................................................... 13

2.4.2. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE FCC ................................ 18

2.4.3. PROPIEDADES DEL HORMIGÓN FRESCO CON FCC ..................... 19

2.5. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ..................................................... 21

2.5.1. ENSAYO DE COLORIMETRÍA ............................................................ 21

2.5.2. DENSIDAD EN ESTADO SATURADO CON SUPERFICIE SECA

(S.S.S) 22

2.5.3. CAPACIDAD DE ABSORCIÓN ............................................................ 22

2.5.4. CONTENIDO DE HUMEDAD ............................................................... 23

2.5.5. DENSIDAD APARENTE, SUELTA Y COMPACTADA ...................... 23

2.5.6. DENSIDAD APARENTE MÁXIMA Y ÓPTIMA.................................. 23

2.5.7. GRANULOMETRÍA ............................................................................... 24

2.5.8. ABRASIÓN .............................................................................................. 24

2.5.9. DENSIDAD DEL CEMENTO ................................................................. 25

xiii

2.5.10. TIEMPOS DE FRAGUADO ................................................................ 25

2.6. DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN.................................................... 25

2.6.1. DISEÑO DE MEZCLAS POR EL MÉTODO ACI ................................. 26

2.6.2. DISEÑO DE MEZCLAS POR EL MÉTODO DE LA DENSIDAD

MÁXIMA ............................................................................................................... 30

CAPÍTULO III: METODOLOGÍA ................................................................................ 34

3.1. DELIMITACIÓN ESPACIAL ............................................................................ 34

3.2. TEMPORIZACIÓN............................................................................................. 34

3.3. DIAGNÓSTICO Y ANÁLISIS SITUACIONAL ............................................... 35

3.3.1. LIMITACIONES DEL ESTUDIO ............................................................... 37

3.4. TIPO DE INVESTIGACIÓN .............................................................................. 37

3.5. MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN. .................................................................. 38

3.6. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS ...................................................................... 38

CAPÍTULO IV: DISEÑO DE LA SOLUCIÓN............................................................. 65

4.1. ESTRUCTURA GENERAL ............................................................................ 65

4.2. CUADROS COMPARATIVOS ...................................................................... 69

4.3. ANÁLISIS ECONÓMICO .............................................................................. 71

CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................... 72

5.1. CONCLUSIONES: .......................................................................................... 72

5.2. RECOMEDACIONES ..................................................................................... 74

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................ 76

ANEXOS ........................................................................................................................ 77

LISTA DE ANEXOS:

Anexo 1 Fcc Nuevo, Regenerado y Gastado .................................................................. 78

Anexo 2 Material Ensayo SSS RIpio ............................................................................. 78

Anexo 3 Procedimiento Ensayo SSS Ripio…………………………………………….78

Anexo 4 Ripio Estado SS………………………………………. .................................. 78

Anexo 5 Procedimiento Ensayo SSS Arena……………………………………………78

Anexo 6 Procedimiento Ensayo SSS Arena…………………… ................................... 78

Anexo 7 Arena en Estado SSS…………………………………………………………79

Anexo 8 Equipo Ensayo Abrasión…………….............................................................. 79

Anexo 9 Ripio al finalizar la prueba de Abrasión……………………………………...79

Anexo 10 Ensayo Granulometría ................................................................................... 79

xiv

Anexo 11 Granulometría Agregado Grueso……………………………………………79

Anexo 12 Granulometría Agregado Grueso ................................................................... 79

Anexo 13 Granulometría Arena………………………………………………………..80

Anexo 14 Granulometría Arena ..................................................................................... 80

Anexo 15 Ensayo Sueltos y Compactados Ripio………………………………………80

Anexo 16 Ensayo Sueltos y Compactados Arena .......................................................... 80

Anexo 17 Densidad FCC……………………………………………………………….80

Anexo 18 Densidad Cemento ......................................................................................... 80

Anexo 19 Ensayo de Consistencia Normal Cemento…………………………………..80

Anexo 20 Ensayo Consistencia Normal FCC................................................................. 81

Anexo 21Ensayo Colorimetría…………………………………………………………81

Anexo 22 Mezcla con 5% FCC ...................................................................................... 81

Anexo 23 Mezcla con 10% FCC……………………………………………………….81

Anexo 24 Cono de Abrams……………………. ........................................................... 81

Anexo 25 Cilindros de Prueba………………………………………………………….82

Anexo 26 Equipo de Fabricación Capin ......................................................................... 82

Anexo 27 Equipo de Colocación de Capin……………………………………………..82

Anexo 28 Cilindros a Ensayar ........................................................................................ 82

Anexo 29 Cilindro Hormigón Estándar………………………………………………82

Anexo 30 Cilindro con 5% de FCC ................................................................................ 82

Anexo 31 Cilindro con 10% de FCC .............................................................................. 83

Anexo 32, Ficha Química de Seguridad Cromo ............................................................. 84

Anexo 33, Ficha de Seguridad Química Arsénico ......................................................... 86

Anexo 34, Ficha de Seguridad Química Cadmo ............................................................ 88

Anexo 35, Ficha de Seguridad Química Mercurio ......................................................... 90

Anexo 36, Ficha de Seguridad Química Plata ................................................................ 92

Anexo 37, Ficha de Seguridad Química Plomo ............................................................. 94

Anexo 38, Ficha de Seguridad Química Selenio ............................................................ 96

LISTA DE TABLAS

Tabla 1, Requisitos físicos y químicos del Cemento Portland ......................................... 7

Tabla 2, Tipos de Consistencia del hormigón en estado fresco ...................................... 11

Tabla 3, Tolerancia en Consistencia del hormigón en estado fresco.............................. 11

Tabla 4, Límites máximos permisibles de metales ......................................................... 17

Tabla 5, CARACTERIZACIÓN FISICO-QUÍMICA DEL FCC .................................. 18

Tabla 6, Exudación de hormigones con adición de FCC ............................................... 20

Tabla 7, Comparador de colores normalizados .............................................................. 21

Tabla 8, Asentamiento en función del tipo de construcción ........................................... 26

Tabla 9, Tamaño Máximo del Agregado ........................................................................ 27

Tabla 10, Cantidades aproximadas de agua de mezclado que se requieren para diferentes

asentamientos y tamaños máximos de agregados gruesos ............................................. 27

xv

Tabla 11, Relación agua/cemento máximas permisibles para hormigón en condiciones

de exposición severa (SI*) .............................................................................................. 28

Tabla 12, Resistencia a la compresión del hormigón basada en la relación agua/

material cementante ........................................................................................................ 28

Tabla 13, Tabla actualizada relación agua/cemento en función de la resistencia a la

compresión...................................................................................................................... 29

Tabla 14, Volumen aparente suelto y compactado de agregado grueso por unidad de

volumen de hormigón ..................................................................................................... 29

Tabla 15, Cantidad de Pasta (CP) en función del asentamiento ..................................... 32

Tabla 16, Análisis FODA ............................................................................................... 35

Tabla 17. Propiedades de los agregados ......................................................................... 65

Tabla 18, Resumen dosificación al peso ........................................................................ 67

Tabla 19, Dosificación Hormigón Estándar ................................................................... 68

Tabla 20, Dosificación Hormigón con 5%FCC .............................................................. 68

Tabla 21, Dosificación Hormigón 10%FCC .................................................................. 68

Tabla 22, Hormigón Estándar vs Hormigón complementado con FCC ......................... 69

Tabla 23, CEMENTO VS CEMENTO CON 10%FCC ................................................. 70

Tabla 24, HORMIGÓN CON FCC DISEÑADO PARA UNA RESISTENCIA DE 21

MPa CON RESISTENCIA FINAL DE 26 MPa ............................................................ 71

Tabla 25, HORMIGÓN ESTÁNDAR DISEÑADO PARA UNA RESISTENCIA DE 26

MPa ................................................................................................................................. 71

LISTA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1, Hormigón en estado fresco ......................................................................... 5

Ilustración 2, Capacidad de Exudación de hormigones con adición de FCC ................. 20

Ilustración 3, Ensayo de Colorimetría ............................................................................ 22

LISTA DE ECUACIONES

Ecuación 1.Cantidad de Cemento ACI ........................................................................... 30

Ecuación 2. Volumen de Ripio ACI ............................................................................... 30

Ecuación 3. Densidad Real de la mezcla y agregados .................................................... 31

Ecuación 4. Porcentaje óptimo de vacíos ....................................................................... 31

Ecuación 5, Cantidad de cemento DM ........................................................................... 32

Ecuación 6, Cantidad de Agua DM ................................................................................ 32

Ecuación 7, Cantidad de Arena DM ............................................................................... 32

Ecuación 8, Cantidad de Ripio DM ................................................................................ 33

xvi

RESUMEN

TEMA: “PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DEL HORMIGÓN AL

COMPLEMENTAR LA MEZCLA CON EL COMPUESTO DEL RESIDUO DE

FACTOR DE CRAQUEO CATALÍTICO”

Autores: Karla Estefanía Andrade Sánchez

Katherine Daniela Flores Revilla

Tutor: Ing. Juan Carlos Moya Msc.

El presente trabajo tiene como enfoque de estudio los cambios que sufrió el hormigón en

sus propiedades físico-mecánicas al modificar su estructura estándar con la incorporación

del Residuo de Factor de Craqueo Catalítico, también llamado FCC, en diferentes

porcentajes de adición. El FCC gracias a su estructura molecular (silicato-aluminato),

tiene un comportamiento similar al de un material puzolánico, sin embargo al ser un

desecho industrial, no se puede pasar por alto el estudio de su caracterización química.

Además, se analizó los beneficios ambientales y económicos que se obtendrán al darle un

nuevo uso al Residuo de Factor de Craqueo Catalítico (FCC) dentro de la industria de la

construcción, pues con ello se pretende reducir la cantidad de cemento presente en la

fabricación del hormigón, siendo la producción de este material uno de los procesos que

más efectos nocivos trae al medio ambiente. Se estableció que, como solución al problema

planteado, el diseño de la mezcla de hormigón con una adición del 10% es la que mayores

ventajas trajo al hormigón.

PALABRAS CLAVE: FCC / HORMIGÓN / COMPRESIÓN / PROPIEDADES /

PUZOLÁNICO / CEMENTO

xvii

ABSTRACT

“PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF CONCRETE TO

SUPPLEMENT THE MIX WITH RESIDUAL COMPOSITE CATALYTIC

CRACKING FACTOR”

Authors: Karla Estefanía Andrade Sánchez

Katherine Daniela Flores Revilla

Tutor: Ing. Juan Carlos Moya Msc.

This work has as approach to study the changes suffered by the concrete in their physio-

mechanical properties by modifying standard structure with the addition of Factor

Residue Catalytic Cracking, also called FCC, in different percentages of addition

properties. The FCC with molecular structure (silicate-aluminate), has a similar behavior

of a pozzolanic material, however when industrial waste, can't be overlooked the study of

their chemical characterization. In addition, environmental and economic benefits will be

obtained by giving a new use to the residue Factor Catalytic Cracking (FCC) in the

construction industry so this is to reduce the amount of cement present in the manufacture

of concrete, being the production of this material one of the most damaging effects

processes to the environment. It was established that, as a solution to the problem,

designing the concrete mixture with an addition of 10% is one of the greatest advantages

that brought concrete.

KEYWORDS: FCC / CONCRETE / COMPRESSION / PROPERTIES / POZZOLAN /

CEMENT

1

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN

1.1.PROBLEMATIZACIÓN:

¿Cómo incide la utilización del residuo de factor de craqueo catalítico en las

propiedades físico-mecánicas de un hormigón estándar?

1.1.1. ANTECEDENTES

Una de las industrias más contaminantes con mayor emisión de gases invernaderos es la

cementera; en términos generales, por cada tonelada de cemento Portland (OPC) se generan

aproximadamente 0,87 toneladas de CO2 (MACPHEE, 2011) generados en la producción

de Clinker (producto de la calcinación de arcillas y calizas molidas, genera fraguado y

resistencia en el cemento), además este proceso demanda cantidades enormes de energía y

recursos naturales no renovables por lo que se busca materias primas que reemplacen

parcialmente el uso de cemento y que generen un impacto ambiental menor.

La adición de puzolanas en hormigones como sustitución de parte del cemento ha sido

motivo de estudio para varios investigadores a lo largo del tiempo e incluso su uso se

encuentra ya normado, por tal motivo al ser precisamente el residuo de factor de craqueo

catalítico (FCC) ,subproducto del proceso de refinamiento del petróleo, un material inerte

con propiedades puzolánicas con alto contenido de alúmina y sílice podrá suplir en cierto

porcentaje el uso de cemento en la producción de hormigones.

1.1.2. JUSTIFICACIÓN:

La reutilización del residuo de factor de craqueo catalítico en la fabricación de hormigones

no solo determina ventajas medioambientales como la reutilización de un subproducto

industrial y la reducción de emisiones de CO2 sino que también representa beneficios

económicos en la industria de la construcción pues se utiliza un residuo desechable

2

descartando costos de eliminación, simultáneamente sustituyendo el uso de materiales más

caros.

Aparte de los beneficios económicos y medioambientales ya mencionados se pretende

obtener hormigones de mejor calidad pues por su composición química se esperan mejoras

en las propiedades físico-mecánicas de hormigones tanto frescos como endurecidos.

1.2.OBJETIVOS

1.2.1. OBJETIVO GENERAL:

Estudiar el efecto que tendrá el residuo de factor de craqueo catalítico (FCC) sobre las

propiedades físico-mecánicas en el diseño de mezclas de hormigón.

1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Analizar las propiedades de los agregados a utilizarse mediante ensayos dentro

del laboratorio.

Determinar la caracterización del residuo de factor de craqueo catalítico (FCC).

Analizar las propiedades del hormigón complementado con FCC tanto en estado

fresco como endurecido

Realizar un análisis comparativo de la resistencia a la compresión entre una

probeta de hormigón estándar y una probeta de hormigón complementado con

FCC.

Realizar el estudio económico y análisis comparativo de precios entre el

hormigón estándar y hormigón añadido FCC.

1.3.HIPÓTESIS

“La adición del residuo del Factor de Craqueo Catalítico a la mezcla de hormigón mejorará

las propiedades físico-mecánicas del mismo”

3

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO

2.1. APLICACIONES DEL FCC

La industria de la construcción busca constantemente la implementación de materias primas,

tecnologías y alternativas innovadoras que determinen la calidad de sus obras, especialmente

con un aumento potencial en las propiedades de sus materiales.

En los últimos años se han realizado varias investigaciones e incluso se ha normado el uso de

material puzolánico apto para la elaboración de hormigón; para ello se han utilizado puzolanas

tanto de origen natural como artificial y se ha hecho especial referencia al efecto de éstas sobre

las propiedades del hormigón.

La reutilización de derivados industriales (puzolanas artificiales) en la producción de hormigón

ofrece beneficios económicos, ambientales y tecnológicos para la industria.

El residuo del Factor de Craqueo Catalítico (FCC), es un subproducto que se obtiene en la

industria petroquímica al someter al petróleo a un proceso de refinamiento, éste residuo está

compuesto básicamente de sílice y alúmina por lo que se lo puede considerar como material

puzolánico.

Actualmente la industria de refinación del petróleo en nuestro país está sufriendo una serie de

avances importantes, como la implementación de la nueva Unidad FCC que cumple la función

de refinamiento del Petróleo, la cual incrementara de manera significativa la producción de

éste residuo.

Durante el proceso de refinamiento del petróleo se utilizan los catalizadores para romper las

moléculas pesadas y convertirlas en moléculas más livianas, haciendo que la actividad

catalítica de éstos tenga un período de vida corto y sea necesario su reemplazo produciendo así

grandes cantidades de residuo de factor de craqueo catalítico que al ser un material no Bio-

Degradable, al convertirse en desecho pasivo ocasionara problemas en el ambiente.

4

La Refinería Estatal de Esmeraldas almacena y desecha gran cantidad de este residuo, por lo

cual es importante que la industria de la construcción del país fije su atención sobre éste y se

empiecen a aprovechar sus propiedades puzolánicas.

2.2. IMPORTANCIA

El estudio del uso del factor de craqueo catalítico (FCC), dentro del diseño de las mezclas de

hormigón haciendo uso de sus propiedades puzolánicas pretende sustituir en un porcentaje la

cantidad de cemento utilizada convirtiéndose en un método innovador con impacto ambiental

positivo al reutilizarse un material considerado como desecho pasivo.

Ecuador, al ser un país petrolero se genera gran cantidad de FCC como producto del

refinamiento del mismo el cual es apilado y desechado desaprovechando sus características en

la construcción, por tanto es trascendente que se estudie su afecto en las propiedades físico

mecánicas del hormigón logrando dar un nuevo uso a este material.

2.3. HORMIGÓN

El hormigón es un material compuesto por áridos y el producto de la reacción del

cemento y el agua de amasado, es decir, la pasta de cemento porosa. La estructura y

composición de la pasta de cemento determina la durabilidad y el comportamiento a largo plazo

del hormigón. El hormigón se refuerza normalmente con barras de acero. La protección que el

hormigón ofrece a los aceros embebidos y, de forma más general, su capacidad para soportar

los distintos tipos de degradación, también depende de su estructura. (ZORNOZA, 2007)

5

Ilustración 1, Hormigón en estado fresco

Fuente: Karla Andrade, Katherine Flores

El hormigón es un material que se puede diseñar para diferentes necesidades, solicitaciones y

condiciones según los requerimientos de carga que se establezca de acuerdo a su uso final por

lo que en la industria de la construcción se puede encontrar diferentes tipos de hormigón como

son hormigón simple, hormigón ciclópeo, hormigón armado (acero) u otros.

Entre las principales características del hormigón se puede citar a las siguientes:

El periodo de vida es muy largo

Su resistencia a la compresión es alta, más la resistencia a la tracción es baja.

Se corroe con dificultad

Buen comportamiento dinámico

El costo de fabricación no es tan alto en relación al uso que se le da en la Industria.

Resiste altas temperaturas, entre otras.

El hormigón es uno de los materiales más importantes en el desarrollo de obras civiles, siempre

su fabricación debe estar regido a las normas respectivas, así como sus agregados y demás

compuestos deberán estar sometidos a un control de calidad.

6

2.3.1. LOS MATERIALES CEMENTANTES

El cemento dentro de la fabricación del hormigón es el material cementante más importante,

mas no el único pues a éstos se los define como todo producto no metálico e inorgánico que al

mezclarse con agua u otro líquido podrá formar una pasta.

Los materiales cementantes poseen propiedades de adherencia y cohesión las cuales son

necesarias para formar una unión precisa entre todos los compuestos de la mezcla logrando

mejorar su resistencia y durabilidad.

Dentro de la industria de la construcción el material más importante es el hormigón con

cemento Portland, el cual se obtiene de la mezcla de materiales calcáreos y arcillosos que

mediante procesos especiales se convierte en un polvo muy fino de color grisáceo.

Según Frederick S. Merrit el proceso de fabricación del cemento Portland comienza con la

mezcla y calcinación de caliza y arcilla a una temperatura aproximada de 1500°C obteniéndose

el llamado clínker el cual deberá enfriarse y someterse a trituración junto con un retardador

(roca de yeso), controlando así la velocidad de fraguado en el momento en que se hidrate el

cemento.

Comercialmente, según el uso que se le pretende dar al cemento Portland existen 5 tipos, éstos

difieren uno de otro según sus propiedades físico-químicas lo cual se encuentra establecido en

la norma ASTM C150. En la tabla 1 se encuentran los requisitos químicos y físicos de los tipos

del cemento Portland.

7

Tabla 1, Requisitos físicos y químicos del Cemento Portland

TIPO I y IA II Y IIA III Y IIIA IV V

USO Usos

Generales

Usos Generales

Modificado

Alta

Resistencia

Inicial

Bajo Calor de

Hidratación

Resistente a

Sulfatos

C3S; % máx 35

C2S, % mín 40

C3A, % máx 8 15 7 5

Finura, superficie

específica, m2/kg,

promedio mínimo,

con turbidímetro

160

160 160 160

Resistencia a la compresión, lb/plg2, cubos de mortero de 1 parte de cemento y 2.75 partes de arena

estándar con buena granulometría despues de fraguar

1 día Ordinario 1800

Con aire

retenido

1450

3 días Ordinario 1800 1500 3500 1200

Con aire

retenido

1450 1200 2800

7 días Ordinario 2800 2500 1000 2200

Con aire

retenido

2250 2000

28

días

Ordinario 2500 3000

Fuente: American Society for Testing and Materials Specification for Portland Cement

(C15078)

En todos los tipos de cemento antes mencionados la expansión en autoclave, el tiempo de

fraguado y contenido de magnesio son constantes por tal motivo fueron omitidas de la tabla.

2.3.2. AGREGADOS

Dentro de la composición del hormigón los agregados ocupan gran parte de su volumen total

(85%, basado en la proporción 1:2:4), el porcentaje restante está formado por pasta de cemento,

agua y aire.

Para tener una mejor resistencia optimizando a la vez los recursos económicos es necesario

realizar una correcta compactación al hormigón, además, es importante realizar un control de

8

calidad de los agregados analizando la granulometría (correcta distribución de los tamaños del

agregado) y características físico-mecánicas.

Los agregados se clasifican de acuerdo a su granulometría en finos y gruesos. Los agregados

finos son aquellos que pasan el tamiz #4, mientras que los agregados gruesos son aquellos que

son retenidos por el Tamiz #4.

Según (MONTALVO, 2012), los agregados que están dotados de aristas cuentan con una

mayor adherencia con la pasta de cemento que los agregados con superficie redondeada.

2.3.2.1. AGREGADO FINO

Se puede decir que el agregado, tanto fino como grueso, está en óptimas condiciones cuando

posee una correcta gradación lo cual permite que se llenen todos los espacios y se produzcan

mezclas más compactas.

Al hablar de agregado fino, se trata de un material bastante uniforme que pasa desde el tamiz

N°4 hasta el tamiz N°100, el porcentaje de agregado fino que pasa los tamices 50 y 100,

produce efectos en la manejabilidad, perfeccionamiento en los acabados, y la exudación del

hormigón.

El módulo de finura del agregado fino usado en la fabricación de mezclas de hormigón, no

deberá ser menor a 2, pues al tener un agregado muy fino se producirá la segregación del

agregado grueso, mientras que si el módulo de finura es superior a 3, se obtendrá mezclas

ásperas.

Otro de los factores importantes al momento de seleccionar al tipo de agregado fino es el

contenido de materia orgánica pues llegará a interrumpir de manera parcial o total el proceso

de fraguado del cemento e influirá de manera directa sobre la resistencia del hormigón.

9

2.3.2.2. AGREGADO GRUESO

Los agregados gruesos, para tener un adecuado comportamiento dentro de las mezclas de

hormigón deberán cumplir con una buena gradación con tamaños intermedios, pues al no

existir material en tamices de dos o más tamaños sucesivos generara problemas de segregación.

La forma de los agregados gruesos es muy importante ya que si estos son planos o alargados,

se producirá bajas masas unitarias afectando de manera considerable la resistencia del

hormigón pues el agua utilizada en la mezcla no se podrá distribuir de manera adecuada,

mientras que los agregados con formas esféricas y cubicas brindaran mayor resistencia

generando hormigones con menor cantidad de cemento con un correcto acomodo de las

partículas. Además, este tipo de agregado deberá tener buena resistencia al desgaste dentro de

la “Máquina de los Ángeles” garantizado así la dureza del mismo.

La densidad compactada del agregado deberá oscilar entre 2.3 y 2.9 gr/cm3, mientras que la

suelta entre 1.3 y 1.6 gr/cm3 considerando que entre mayor sea esta, mejor será su calidad y

capacidad de absorción.

2.3.3. PROPIEDADES DEL HORMIGÓN

2.3.3.1. PROPIEDADES DEL HORMIGÓN FRESCO

Un hormigón se considera en estado fresco cuando posee la propiedad de plasticidad es decir

que se lo puede moldear, éste estado se mantiene desde su producción hasta el fraguado del

cemento.

Al tener una estrecha relación las propiedades del hormigón endurecido con respecto al

hormigón fresco es importante abordarlas, teniendo entre las más importantes las siguientes:

10

a. TRABAJABILIDAD: Se puede definir a la trabajabilidad como la propiedad que

define la facilidad o dificultad que posee una mezcla de hormigón en estado fresco de

ser manipulada.

Esta propiedad puede ser determinada a través del Cono de Abrams o mediante la

medición de la dispersión diametral en la mesa de flujo.

Para obtener una mayor trabajabilidad del hormigón se le puede agregar mayor

contenido de agua, sin embargo esto tendrá un efecto negativo en la resistencia del

mismo debido a que su exudación y segregación serán mayores, se deberá controlar

además la cantidad de agregados y su correcta graduación así como el tiempo y

temperatura a partir de la preparación de la mezcla.

b. CONSISTENCIA: Esta propiedad tiene relación directa con el grado de fluidez de la

mezcla en la cual se define la resistencia que ejerce el hormigón a deformarse por acción

de su peso propio.

A continuación se describen algunos factores que influyen de manera directa en la

consistencia del hormigón.

Forma y textura de los agregados.

Cantidad de agua

Método de compactación utilizado.

Grado de finura del cemento

A la consistencia se la puede clasificar en seca, plástica, blanda, fluida y líquida. En las

tablas que se muestran a continuación se pueden distinguir los aspectos que hacen que

difieran unas de otras.

11

Tabla 2, Tipos de Consistencia del hormigón en estado fresco

Consistencia Asiento en Cono de Abrams (cm) Compactación

Seca 0 – 2 Vibrado

Plástica 3 – 5 Vibrado

Blanda 6 – 9 Picado con barra

Fluida 10 – 15 Picado con barra

Líquida 16 – 20 Picado con barra

Fuente: http://www.construmatica.com/construpedia/Consistencia_del_Hormig%C3%B3n_

Fresco

Tabla 3, Tolerancia en Consistencia del hormigón en estado fresco

Tipo de Consistencia Tolerancia en cm Intervalo Resultante

Seca 0 0 – 2

Plástica ± 1 2 – 6

Blanda ± 1 5 – 10

Fluida ± 2 8 – 17

Fuente:http://www.construmatica.com/construpedia/AP_019._Consistencia_del_Hormig%C

3%B3n._M%C3%A9todo_del_Cono_de_Abrams._Hormig%C3%B3n_Fresco

Los ensayos más utilizados para medir esta propiedad son:

Ensayo con la esfera de Kelly (ASTM-C360)

Ensayo de asentamiento o revenimiento ( ASTM-C143)

Prueba de remolde de Vebe (BS-1881)

c. COHESIÓN: A esta propiedad se la puede definir como la capacidad que tiene los

agregados de tener una correcta adherencia y unión con la pasta de cemento y agua

evitando segregación y haciendo que su colocación en obra sea más sencilla. Tiene

estrecha relación con la consistencia y el factor predomínate es el grado de finura del

cemento.

d. SEGREGACIÓN: Es la propiedad en la cual se mide la separación de los componentes

del hormigón que se encuentra ya amasado obteniendo una mezcla con incorrecta

http://www.construmatica.com/construpedia/Consistencia_del_Hormig%C3%B3n_%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Fresco

http://www.construmatica.com/construpedia/Consistencia_del_Hormig%C3%B3n_%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Fresco

http://www.construmatica.com/construpedia/AP_019._Consistencia_del_Hormig%C3%B3n._M%C3%A9todo_del_Cono_de_Abrams._Hormig%C3%B3n_Fresco

http://www.construmatica.com/construpedia/AP_019._Consistencia_del_Hormig%C3%B3n._M%C3%A9todo_del_Cono_de_Abrams._Hormig%C3%B3n_Fresco

12

distribución de las partículas que contiene el mismo, provocando así una compactación

errada y una deficiente colocación en obra.

e. DENSIDAD DEL HORMIGÓN FRESCO: Esta propiedad es muy importante

porque nos permite determinar las cargas que actuarán sobre el encofrado al momento

de su colocación y compactación, al determinar la densidad del hormigón fresco como

endurecido se puede calcular el porcentaje de pérdida de masa por sangredo,

evaporación de agua, filtración de lechada y exudación.

2.3.4.2. PROPIEDADES DEL HORMIGÓN ENDURECIDO

Se considera como hormigón endurecido aquel material en cual el cemento ya se ha fraguado

y ha perdido la propiedad de plasticidad y la capacidad de ser moldeado.

Estas propiedades merecen atención especial ya que son las que definen su funcionalidad

durante el período de su vida útil, entre las más importantes tenemos las siguientes:

a. RESISTENCIA: La resistencia es una de las propiedades más importantes del

hormigón, principalmente cuando se le utiliza con fines estructurales.

(UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE, s.f.). Si las solicitaciones de las tensiones

exceden la capacidad resistente se producirán fracturas, en primer lugar de origen local

y posteriormente generalizadas poniendo en riesgo la seguridad de la estructura.

b. DENSIDAD DEL HORMIGÓN FRAGUADO: Con esta propiedad se podrá conocer

las cargas que actuarán de manera continua en la estructura y es conocida como peso

propio

c. DURABILIDAD: Es una propiedad importante del hormigón la cual permite al

hormigón resistir la intemperie, desgaste y la acción de agente físicos, químicos y

biológicos a los cuales tendrá que estar expuesto durante su vida útil.

13

d. IMPERMEABILIDAD: Esta propiedad puede mejorarse al reducir la cantidad de

agua en la mezcla. El hormigón un material poroso no puede ser totalmente

impermeable.

e. POROSIDAD: Es una propiedad que influye directamente en la resistencia, densidad

y permeabilidad del hormigón y se la conoce como la relación entre los vacíos del

hormigón y su masa total.

f. FLUJO PLÁSTICO: Es una propiedad en la cual los materiales se deforman de

manera continua a través del tiempo bajo un estado constante de esfuerzo o carga. El

flujo plástico del hormigón está en función del tiempo, las proporciones de la mezcla,

humedad, condiciones de curado, y la edad en la cual las cargas empiezan a actuar sobre

él.

g. MÓDULO DE ELASTICIDAD: Es la relación Esfuerzo-Deformación en la cual se

mide la resistencia del hormigón a ser deformado, ésta propiedad es muy importante ya

que se emplea en los cálculos de rigidez de los elementos estructurales. El Módulo de

elasticidad es inversamente proporcional a la deformación.

2.4. RESIDUO DEL FACTOR DE CRAQUEO CATALÍTICO (FCC)

2.4.1. INTRODUCCIÓN:

El craqueo catalítico es un proceso que consiste en la reducción de las fracciones más pesadas

del petróleo de bajo valor a un destilado premium medio, es probablemente, en términos

económicos, el proceso catalítico más importante. (C & R., 2005).

Para este proceso es necesario la utilización de catalizadores zeolíticos, los cuales incorporan

entre un 10-15% de zeolitas llegando a ocupar la quinta parte de su mercado, este tipo de

catalizadores están compuestos por una base sílico-aluminosa con estructuras abiertas

14

simulando la estructura de una zeolita. Una de las desventajas de este tipo de catalizadores

dentro de la industria petrolífera es el corto período de vida útil por lo cual deben ser

reemplazados continuamente generando así el residuo de factor de craqueo catalítico (FCC).

El catalizador de craqueo catalítico cumple la función de acelerar el proceso químico en el cual

se pretende mejorar el API del crudo tratado, en el Ecuador este catalizador es utilizado en la

Unidad de Craqueo Catalítico Fluidizado.

Existen tres etapas dentro de la obtención del residuo de factor de craqueo catalítico para ser

usado dentro de la industria de la construcción, la primera fase es cuando el Catalizador de

craqueo catalítico es nuevo y cumple con sus funciones específicas en la Unidad de Craqueo

Catalítico Fluidizado, al cumplirse este proceso se obtiene el Catalizador de craqueo catalítico

gastado, el cual contiene un alto porcentaje de coque por lo cual necesita ser regenerado

sometiéndolo a altas temperaturas logrando que este catalizador nuevamente cumpla con sus

funciones dentro de la petroquímica, este proceso se repite hasta que el catalizador haya perdido

todas sus características necesarias para ser usado dentro de la refinería.

Una vez terminado este proceso, se obtiene como resultado un residuo inerte del catalizador de

craqueo catalítico al cual se lo conoce como FCC. Anualmente dentro de la Refinería de

Esmeraldas se obtiene un total de 1,8 ton de este residuo, el cual es apilado dentro de galpones

sin contar con una disposición final, ocasionando así problemas de acumulación dentro de la

misma.

El FCC al ser un desecho pasivo puede ser aprovechado en la industria de la construcción, pues

al estar formado por una matriz sílico-aluminosa su comportamiento dentro del hormigón será

similar al de una puzolana. Gracias a investigaciones anteriores se conoce que las puzolanas

son materiales que al añadirse al hormigón producen mejoras dentro de las propiedades del

mismo.

15

2.4.1.1. ELEMENTOS QUÍMICOS IMPORTANTES EN EL FCC

Al ser el Residuo del catalizador de Factor de Craqueo Catalítico (FCC) un residuo industrial

por lo que dentro del Listado Nacional de Productos Químicos Prohibidos, Peligrosos y de

Uso Severamente Restringido que el Ministerio del Ambiente del Ecuador defiende este podría

ser considerado como nocivo por lo cual es importante conocer un poco más de ciertos

elementos como son:

ARSÉNICO: Este metal, tiene alto contenido de contaminación ambiental por lo que

su venta es prohibida o limitada, y se establece que su límite permisible es de 5 mg/L.

El FCC contiene 0,000001 por lo que este metal no tiene efecto nocivo al estar en

contacto con el ambiente.

Además, no produce ninguna reacción al formar parte de los elementos que componen

el Hormigón.

BARIO: La sustancia puede incendiarse de manera espontáneamente al estar en

contacto con el aire si se encuentra en forma de polvo, los límites de exposición son de

100 mg/l. El FCC contiene 0.527 mg/l por lo tanto no es nocivo para el ambiente.

CADMIO: Este metal se presenta en grumos blandos entre azules y blancos o polvo

gris. Es quebradizo por exposición a 80°C y pierde el brillo en ambientes húmedos.

Reacciona con elementos explosivos, y tiene posibilidades de ocasionar daños en la

salud. Los límites permisibles según las fichas técnicas internacionales es de 1mg/l. El

FCC contiene 0.004 por lo que no es nocivo para la salud ni para el ambiente.

CROMO: Este metal es una sustancia catalítica que puede reaccionar al estar en

contacto con muchas sustancias orgánicas e inorgánicas, originando peligro de incendio

16

y explosión. El FCC contiene 0.003 mg/l por lo que al no rebasar el límite permisible

de 5 mg/l no es perjudicial para la salud ni el ambiente.

MERCURIO: se trata de un metal plateado, inodoro, líquido y pesado. Es considerado

como un cancerígeno de categoría 3B. Las vías de exposición ante este elemento son

por inhalación del vapor o por la piel teniendo efectos de exposición de corta duración

tales como irritación de la piel, neumonitis, afectación al sistema nervioso central y al

riñón; por exposición prolongada o repetida la sustancia puede afectar el sistema

nervioso central y al riñón produciendo inestabilidad emocional, alteraciones mentales,

temblores, además decoloración e inflamación de las encías, y posiblemente efectos

tóxicos en la reproducción humana. El límite de exposición de este elemento es de 0,02

mg/l, mientras que el FCC contiene apenas 0,000283 mg/l siendo así no perjudicial para

el ambiente.

PLATA: es un metal de color blanco que vira a oscuro al ser expuesto a ozono, sulfuro

de hidrógeno o azufre, químicamente se forman compuestos inestables frente al choque

con acetileno, en contacto con amoníaco produce compuestos explosivos en seco y

reacciona con ácidos causando riesgo de incendio.

La plata se puede absorber por inhalación y por ingestión y por exposición de corta

duración puede causar edema pulmonar al ser inhalado en grandes cantidades mientras

que por exposición prolongada o repetida puede producir alteración en el color de la

piel y argiriasis (alteración en las mucosas de ojos, nariz y garganta). El límite de

exposición es de 5 mg/l. El FCC contiene 0,008 mg/l de plata por lo tanto su uso no

representa un peligro.

PLOMO: es un metal con aspecto sólido de color azulado o gris que vira a marrón al

entrar en contacto con el aire, si se encuentra mezclado con el aire en forma granular o

17

pulverulenta es posible la explosión del polvo, químicamente a elevadas temperaturas

produce humos tóxicos, reacciona con oxidantes.

Este compuesto puede ser absorbido por ingestión o inhalación produciendo efectos

negativos en la sangre, médula ósea, sistema nervioso central y riñón así como

alteraciones en el sistema nervioso periférico, calambres abdominales y alteración

renal, además de producir graves alteraciones en la reproducción humana, se lo

considera como un cancerígeno categoría 2 y sus límites de exposición es de 5 mg/l.

dentro del FCC no tendrá un efecto perjudicial por su bajo contenido del mismo siendo

apenas 0,006 mg/l.

Estando consientes de la actual problemática ambiental es muy importante conocer los posibles

efectos que se producirán al estar en contacto con estos metales, es por este motivo que antes

de realizar un estudio más profundo del uso del FCC dentro de la industria de la construcción,

se realizó una caracterización química del mismo donde basado en los siguientes resultados, se

determinó que el FCC, puede ser utilizado dentro de la construcción.

Tabla 4, Límites máximos permisibles de metales

CONTAMINANTE LIMITE MÁXIMO

PERMISIBLE(mg/L)

CATALIZADOR

GASTADO FCC

LIXIVIADO N1

2015-04-14

CATALIZADOR

GASTADO FCC

LICIVIADO N2

2015-04-14

CATALIZADOR

GASTADO FCC

LIXIVIADO

2015-06-30

Arsénico 5,0 0.000 0.000 0.000

Bario 100,0 0.726 0.607 0.527

Cadmio 1,0 0.002 0.002 0.004

Cromo 5,0 0.006 0.004 0.003

Mercurio 0,2 0.313 *10-3 0.570 *10-3 0.283*10-3

Plata 5,0 0.009 0.016 0.008

Plomo 5,0 0.013 0.026 0.006


18

2.4.2. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE FCC

Tabla 5, CARACTERIZACIÓN FISICO-QUÍMICA DEL FCC

MUESTRAS

PARÁMETRO UNIDADES FCC REGENERADO 2

FCC

GASTADO 2

Densidad Aparente Promedio g/Ml 0,8108 0,8516

Densidad Real g/mL 2,4700 2,3909

Volumen de Poro mL/g 0,1047 0,0919

Área Superficial BET m2/g 155,64 134,28

Distribución de Tamaño de Partículas

(0-20)µm % 0,00 0,01

(20-40)µm % 0,73 1,03

(40-80)µm % 35,20 30,59

>80 µm % 64,07 68,37

Contenido de Metales - - -

Ni mg/kg 141,25 170,62

V mg/kg 163,01 52,54

Na mg/kg 12270,49 16440,68

Fe mg/kg 4567,85 4474,58

Cu mg/kg 67,62 57,63

Al mg/kg 18939,99 23247,88

Sb mg/kg 112,85 199,58

Pt mg/kg 0 30,93

Tamaño Promedio de

Partícula µm 91,90 97,00

Fuente: Jhoselin Alvear, Laboratorio de Química, Universidad Central del Ecuador

19

Gracias a su composición química y su estructura el FCC puede usarse no solamente en la

fabricación de morteros y hormigones sino también puede tener otras aplicaciones dentro de la

industria de la construcción como por ejemplo los siguientes:

Elaboración de materiales resistentes al fuego al soportar altas temperaturas (≤ 1750°C)

En mezclas de asfalto mejorando su capacidad portante.

Pueden ser incorporados en el proceso de fabricación tanto de cerámicas como de

derivados del caolín.

Otra ventaja que destaca de la composición física y química del FCC es que al comportarse

como un material inerte una vez que formen parte del proceso de fabricación del hormigón y

otros materiales no producirán efectos nocivos para el medio ambiente.

Como es de conocimiento general la producción de cemento genera un alto porcentaje de CO2

dentro de la fabricación del hormigón, por lo tanto, al usar como sustito de cemento al FCC, se

reducirá las cantidades de este gas logrando así mitigar en cierto porcentaje el efecto invernado

que se produce en la atmosfera.

En la actualidad se ha tomado mayor consciencia ambiental con medidas como el reciclaje, en

la cual la reutilización del FCC, encajaría perfectamente dentro de este concepto pues es un

desecho pasivo, que al no darle un nuevo uso no solo representa un problema de aglomeración,

sino también de disposición final por ser un residuo industrial.

2.4.3. PROPIEDADES DEL HORMIGÓN FRESCO CON FCC

a. TRABAJABILIDAD: Esta propiedad se ve afectada al incluir FCC en la mezcla, pues

al ser un material permeable tiene la capacidad de absorber mayor cantidad de agua que

cuando actúa solo el cemento dentro de la mezcla.

20

El porcentaje óptimo de adición de FCC varia dentro del 5%-10 % por lo que al superar

este límite para que el hormigón cuente con una trabajabilidad adecuada será necesario

el uso de un aditivo plastificante.

b. EXUDACIÓN: Al incluir FCC dentro de la mezcla, se puede apreciar que a mayor

cantidad de sustitución menor será su exudación, por lo que se recomienda no excederse

del 10%.

Ilustración 2, Capacidad de Exudación de hormigones con adición de FCC

Fuente: Emilio Manuel Zornoza Gómez, Tesis Doctoral

Tabla 6, Exudación de hormigones con adición de FCC

Fuente: Emilio Manuel Zornoza Gómez, Tesis Doctoral

21

c. SEGREGACIÓN: El grado de unión y adherencia entre los elementos del mortero no

se ve afectado con la adición de FCC.

d. TIEMPO DE FRAGUADO: Al incluir FCC en la mezcla el tiempo de fraguado inicial

y final es menor, ya que la formación de hidratos de cemento es más rápida.

2.5. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Para determinar las propiedades que tendrán los materiales en necesario realizar sus respectivos

ensayos valiéndose de las normas correspondientes.

2.5.1. ENSAYO DE COLORIMETRÍA

El ensayo de Colorimetría está regulado bajo la Norma ASTM.C40 (NTE-INEN0855:2010),

este ensayo consiste en determinar el contenido de materia orgánica dentro del agregado fino

(arena) según niveles establecidos dentro de la tarjeta patrón, la cual está compuesta por cinco

niveles:

Tabla 7, Comparador de colores normalizados

Fuente: ASTM

22

Este ensayo consiste en colocar dentro de un envase transparente una cantidad aproximada de

130 cm3 de arena seca, con una solución de Hidróxido de Sodio al 3%, agitar hasta lograr una

mezcla homogénea dejando reposar por 24 horas y comparar con la tarjeta patrón.

Ilustración 3, Ensayo de Colorimetría


2.5.2. DENSIDAD EN ESTADO SATURADO CON SUPERFICIE SECA (S.S.S)

Según la norma ASTM C 128 “la masa de agregado saturado superficialmente seco

por unidad de volumen de las partículas de agregado, incluyendo el volumen de vacíos

impermeables y poros llenos de agua dentro de las partículas, pero no incluye los poros entre

las partículas”.

2.5.3. CAPACIDAD DE ABSORCIÓN

La capacidad de absorción depende exclusivamente de la porosidad de los materiales que van

a ser ensayados y consiste en determinar el porcentaje de agua absorbida desde que se

encuentran en estado totalmente seco hasta llegar a un estado SSS.

Tener el porcentaje de capacidad de absorción permitirá tener un correcto balance de agua en

el hormigón. Este ensayo se rige por la Norma ASTMC-70 (NTE-INEN0856; 857:83).

23

2.5.4. CONTENIDO DE HUMEDAD

Este ensayo se rige bajo la Norma ASTM C-566 en el cual se puede conocer la cantidad de

agua que tienen las partículas de los agregados en cualquier momento.

Realizar este ensayo es primordial en el diseño de mezclas de hormigón ya que nos ayuda a

conocer la cantidad exacta de agua que se necesitará para su fabricación. El contenido de

humedad se expresará en porcentaje de su masa seca.

2.5.5. DENSIDAD APARENTE, SUELTA Y COMPACTADA

La densidad aparente es la relación entre la masa del agregado y el respectivo volumen que

ocupa el mismo dentro de un molde ya establecido. Este ensayo se basa en la Norma ASTM

C29; NTE-INEN 858 y se expresa en g/cm3.

La densidad aparente suelta incluye todos los vacíos y porosidades de los agregados mientras

que la densidad aparente compactada los excluye ya que debe apisonarse en 3 capas diferentes

dándose 25 golpes en cada una de éstas.

2.5.6. DENSIDAD APARENTE MÁXIMA Y ÓPTIMA

Este ensayo consiste en variar el porcentaje de agregado grueso y agregado fino obteniendo así

una mezcla que nos arrojará en valor máximo de masa unitaria con la cantidad mínima de

vacíos logreando así usa una cantidad de pasta de cemento menor.

La densidad óptima es la inmediatamente inferior a la máxima en la cual la cantidad de vacíos

será mayor llenándolos con pasta de cemento; para el diseño de mezclas es recomendable

disminuir un 4% en la cantidad de finos y simultáneamente aumentar 4% en grueso siempre y

cuando se mantenga como porcentaje mínimo de arena 30%.

24

2.5.7. GRANULOMETRÍA

Esta propiedad en los agregados es importante, porque de ella dependen las diferentes

propiedades de los diversos tipos de hormigones, entre las cuales está la estabilidad

volumétrica, la resistencia, la consistencia, entre otras. (MUÑOZ, 2014)

El ensayo de granulometría se basa en la norma ASTM C-136 y consiste en un procedimiento

manual o mecánico en el cual las partículas que constituyen el agregado puedan ser separadas

según sus tamaños mediante la utilización de mallas de diferente abertura conocidos como

tamices, además con este ensayo se puede determinar el tamaño máximo y el tamaño nominal

del agregado.

Con este ensayo se puede determinar las curvas granulométricas que facilitan la observación

de que tan correcta es la distribución de los agregados dentro del hormigón y además nos

permite establecer los porcentajes tanto de material grueso como fino.

2.5.8. ABRASIÓN

Se conoce como abrasión a aquella acción y efecto de desgaste por fricción, por tal razón es

importante el estudio de la misma en los agregados gruesos, ya que podremos conocer la

durabilidad y resistencia de éstos.

Los agregados gruesos deben ser duros y resistentes evitando así la degradación, el

aplastamiento y desintegración de la mezcla.

El porcentaje máximo de desgaste del agregado grueso para que sea apto para la construcción

varía entre 40% -50% según como lo establece el MOP2001.

25

2.5.9. DENSIDAD DEL CEMENTO

La densidad del cemento cumple un papel importante dentro de su producción y

funcionamiento, y se la puede determinar utilizando el método de Le Chatelier en el cual se

determina la relación entre la masa de cemento utilizada y el volumen del líquido no reactivo

que ésta masa desaloja. La norma utilizada para este ensayo es INEN 0156 – ASTM C188

2.5.10. TIEMPOS DE FRAGUADO

Se conoce como tiempo de fraguado a aquel intervalo de tiempo en el cual la mezcla pasa de

un estado fluido a sólido, en dicho proceso existen dos lapsos importantes de fraguado

conocidos como inicial y final.

Para la determinación de estos dos tiempos se puede utilizar el Método Aguja de Vicat en el

cual al entrar el contacto el cemento con el agua se produce una reacción química exotérmica

que nos permite conocer el endurecimiento progresivo de la mezcla. Cuando la mezcla pierde

apreciablemente su plasticidad y su manejo se vuelve dificultoso se puede decir que ha entrado

al estado de fraguado inicial mientras que cuando la consistencia ha alcanzado un valor muy

apreciable se lo conoce cm fraguado final.

Para poder realizar este ensayo las condiciones de laboratorio deben estar de acuerdo a la norma

NTE-INEN 158; ASTM C-191

2.6. DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN

Como ya se conoce la elaboración de diferentes diseños de mezclas de hormigón nos ayuda a

conocer las cantidades correctas de los componentes del hormigón. Un correcto diseño de

mezcla ayuda a tener una mejor resistencia, calidad y durabilidad del hormigón.

26

Para asegurar un correcto diseño de las mezclas de hormigón se debe recurrir a ensayos que

avalen la calidad de todos los materiales que intervienen en su fabricación.

2.6.1. DISEÑO DE MEZCLAS POR EL MÉTODO ACI

En el método ACI para el diseño de mezclas se deben seguir los siguientes pasos:

1. Selección del asentamiento, para lo cual el ACI establece una tabla en la cual existen

diferentes valores de asentamiento de acuerdo al tipo de construcción

Tabla 8, Asentamiento en función del tipo de construcción

TIPO DE CONSTRUCCIÓN ASENTAMIENTO

MÁXIMO (mm)

ASENTAMIENTO

MÍNIMO (mm)

Fundaciones, zapatas reforzadas y

muros 80 20

Zapatas simples, caissons y muros

de sobreestructura 80 20

Losas, vigas y paredes reforzadas 100 20

Columnas de edificios 100 20

Pavimentos 80 20

Construcción en masa 50 20

Fuente: Dosificación de Mezclas. Ing. Raúl Camaniero, Pág. 41

2. Elección del tamaño máximo, está ligado al uso que se le dará al hormigón en obra,

teniendo presente que entre mayor sea el tamaño del agregado más económico será el

diseño de la mezcla. La ACI ha establecido la siguiente tabla:

27

Tabla 9, Tamaño Máximo del Agregado

Tamaño Máximo del Agregado- (mm)

Dimensión Mínima de

la sección (A) mm

Paredes, Vigas y

Columnas

reforzadas

Muros

sin

refuerzo

Losas

fuertemente

armadas

Losas

ligeramente

armadas

60-130 13-19 20 20-25 19-38

150-280 19-38 38 38 38-76

300-740 38-76 76 38-76 76

760 o más 38-76 150 38-76 76-150


3. Cantidad de agua: para obtener el asentamiento requerido se debe tomar en cuenta el

tamaño máximo, la forma y granulometría de los agregados además de la temperatura del

hormigón y cantidad de aire incluido, por lo que la ACI establece tablas en las cuales no

solo se toma en cuenta el aire que tendrá el hormigón sino también el nivel de exposición

al que estará sometido como se indica a continuación:

Tabla 10, Cantidades aproximadas de agua de mezclado que se requieren para diferentes

asentamientos y tamaños máximos de agregados gruesos

AGUA: Litros por m3 de hormigón para los tamaños

indicados en mm

Asentamiento – mm 10* 12.5* 20* 25* 38* 50 70 150

Hormigón sin aire incluido

20 a50 205 200 185 180 160 155 145 125

80 a100 225 215 200 195 175 170 160 140

150 a 180 240 230 210 205 185 180 170 …..

Cantidad aproximada de aire

atrapado, % 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,3 0,2

Hormigón con aire incluido

20 a50 180 175 165 160 145 140 135 120

80 a100 200 190 180 175 160 155 150 135

150 a 180 215 205 190 185 170 165 160 ……

Contenido de aire total promedio recomendado para el nivel de exposición- %

Benigno 4,5 4,0 3,5 3 2,5 2,0 1,5** 1**

Moderado 6,0 5,5 5,0 4,5 4,5 4,0 3,5** 3**

Riguroso 7,5 7,0 6,0 6,0 5,5 5,0 4,5** 4**


28

Tabla 11, Relación agua/cemento máximas permisibles para hormigón en condiciones

de exposición severa (SI*)

Tipo de estructura

Estructura continua o

frecuentemente húmeda y expuesta

a congelación y deshielo**

Estructura puesta a

agua de más o sulfatos

Secciones delgadas

(pasamanos, umbrales,

losetas, obras ornamentales)

y secciones con menos de 5

mm de recubrimiento del

acero

0,45 0,40***

Todas las estructuras 0,50 0,45***


(*) Basada en ACI 201.2R

(**) El hormigón también debe tener aire incorporado

(***) Si se emplea un cemento resistente a los sulfatos (Tipo II o Tipo V de ASTM C150) la

relación agua/cemento permisible puede ser incrementada en 0,05.

La cantidad de agua afecta directamente la resistencia a la compresión del hormigón por tal

motivo la ACI establece la siguiente tabla:

Tabla 12, Resistencia a la compresión del hormigón basada en la relación agua/ material

cementante

Relación agua/ material cementante en masa

Resistencia a la compresión a los 28

días – Mpa

Hormigón sin aire

incluido

Hormigón con aire

incluido

45 0,43 …

40 0,46 …

35 0,50 0,35

30 0,54 0,43

25 0,58 0,48

22 0,60 0,53


29

Para facilidad del proyecto se utilizara la siguiente tabla:

Tabla 13, Tabla actualizada relación agua/cemento en función de la resistencia a la

compresión

f´c RELACIÓN

A/C Mpa

45 0,37

42 0,40

40 0,42

35 0,46

32 0,50

30 0,51

28 0,52

25 0,55

24 0,56

21 0,58

18 0,60

Fuente: Laboratorio de Ensayo de Materiales UCE

4. Agregado fino, la cantidad del mismo debe ser tal que pueda impregnarse a las partículas

del agregado grueso teniendo siempre presente que la arena debe estar libre de materia

orgánica y con poco contenido de limos y arcillas.

La tabla propuesta por el ACI es la siguiente:

Tabla 14, Volumen aparente suelto y compactado de agregado grueso por unidad de

volumen de hormigón

Volumen aparente de la grava seca y

compactada para diferentes módulos de finura

de la arena - m3

Tamaño máximo de la grava

mm 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0

10 0,5 0,49 0,48 0,47 0,46 0,45 0,44

12,5 0,59 0,58 0,57 0,56 0,55 0,54 0,53

20 0,66 0,65 0,64 0,63 0,62 0,61 0,60

25 0,71 0,70 0,69 0,68 0,67 0,66 0,65

38 0,76 0,75 0,74 0,73 0,72 0,71 0,70

50 0,78 0,77 0,76 0,75 0,74 0,73 0,72

70 0,81 0,80 0,79 0,78 0,77 0,76 0,75

150 0,87 0,86 0,85 0,84 0,83 0,82 0,81

Fuente: Dosificación de Mezclas, Ing. Raúl Camaniero, Pág. 48

30

5. Cálculo de la cantidad de los materiales: Para obtener la cantidad de cemento, arena y ripio

requerido para la mezcla se procede a utilizar las siguientes ecuaciones:

CEMENTO:

𝐶 =𝑊

𝑊/𝐶

Ecuación 1.Cantidad de Cemento ACI

RIPIO:

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑅𝑖𝑝𝑖𝑜 = 𝑉𝐴𝐶 ∗𝐷𝐴𝐶𝑅

𝐷𝑅𝑆𝑆𝑆

Ecuación 2. Volumen de Ripio ACI

ARENA: Para calcular la cantidad de arena en la mezcla se procede a restar la

suma del agua, cemento y ripio de un metro cúbico

2.6.2. DISEÑO DE MEZCLAS POR EL MÉTODO DE LA DENSIDAD MÁXIMA

El método de densidad máxima fue propuesto por Fouller y Thompson y se caracteriza al ser

usada generalmente cuando los agregados de la mezcla tiene una granulometría deficiente, éste

método tiene como principal objetivo utilizar una mínima cantidad de pasta cementante con la

ayuda de agregados que ayuden a reducir el porcentaje de vacíos.

Antes de la aplicación del método es necesario contar con toda la información de las

propiedades de los agregados a usarse, estos datos serán obtenidos previamente en laboratorios

especializados.

31

Para el cálculo de las proporciones de cada material se seguirán los siguientes pasos:

1. Relación agua/cemento: Para la selección de este parámetro se tomará como guía la

tabla 15, en la cual se debe partir de la resistencia a la cual se desea diseñar.

2. Densidad de la mezcla de los agregados y Porcentaje de vacíos: se podrán calcular estos

datos partiendo de los resultados obtenidos en los ensayos correspondientes a los

agregados y con la ayuda de las siguientes ecuaciones:

DENSIDAD REAL DE LA MEZCLA:

𝐷𝑅𝑀 =𝐷𝐴𝑠𝑠𝑠 × %𝐴𝐴

100+

𝐷𝑅𝑠𝑠𝑠 × %𝐴𝑅

100

Ecuación 3. Densidad Real de la mezcla y agregados

PORCENTAJE ÓPTIMO DE VACÍOS

%𝑂𝑉 =(𝐷𝑅𝑀 − 𝐷𝑂𝑀) × 100

𝐷𝑅𝑀

Ecuación 4. Porcentaje óptimo de vacíos

Nota: El valor mínimo en cuanto al porcentaje óptimo de vacíos no deberá ser menor

al 25%, en caso de serlo se asumirá este valor.

3. Cantidad de pasta cementante: Esta cantidad debe ser mayor al porcentaje óptimo de

vacíos ya que su función es la de llenar los espacios no cubiertos por los agregados

32

brindándole a la mezcla mejor trabajabilidad y plasticidad, para el cálculo del mismo

se utilizará la siguiente tabla:

Tabla 15, Cantidad de Pasta (CP) en función del asentamiento

ASENTAMIENTO

(cm) CANTIDAD DE PASTA (%)

0-3 %OV+2%+3%(%OV)

3-6 %OV+2%+6%(%OV)

6-9 %OV+2%+8%(%OV)

9-12 %OV+2%+11%(%OV)

12-15 %OV+2%+13%(%OV)

Fuente: Dosificación de Mezclas. Ing. Raúl Camaniero

Nota: La porcentaje de la cantidad de la pasta de cemento no debe ser menor al 30%

4. Cantidad de los materiales:

CEMENTO:

𝐶 =𝐶𝑃 × 10

𝑤/𝑐 + 1/𝐷𝑐

Ecuación 5, Cantidad de cemento DM

AGUA

𝑤 = 𝐶 ∗ 𝑤/𝑐

Ecuación 6, Cantidad de Agua DM

ARENA

𝐴 = (1 − 𝐶𝑃) ×𝐷𝐴𝑠𝑠𝑠 × %𝐴𝐴

100

Ecuación 7, Cantidad de Arena DM

33

RIPIO:

𝑅 = (1 − 𝐶𝑃) ×𝐷𝑅𝑠𝑠𝑠 × %𝐴𝑅

100

Ecuación 8, Cantidad de Ripio DM

Después de realizar los respectivos cilindros de prueba, diseñados bajo el concepto del Método

del ACI y el Método de Densidad Máxima, se determinó que una vez que estos fueron

sometidos a carga de compresión, alcanzaron una mayor resistencia aquellos que fueron

dosificados con el Método de Densidad Máxima.

Se puede acotar que estos efectos se pueden generar debido a que en el Método de Densidad

Máxima los datos utilizados para el diseño, son aquellos que se obtiene del análisis de las

propiedades de los agregados.

34

CAPÍTULO III: METODOLOGÍA

3.1. DELIMITACIÓN ESPACIAL

El presente proyecto se lo realizó en el Laboratorio de Ensayo de Materiales de la Universidad

Central del Ecuador, en el cual se realizaron todos los ensayos pertinentes a los agregados,

tanto finos como gruesos, así como el diseño y elaboración de las respectivas mezclas de

hormigón

Los agregados utilizados para el desarrollo del mismo son provenientes de la Mina de Pifo, el

cemento fue adquirido en HOLCIM y el residuo del catalizados de factor de craqueo catalítico

(FCC) se obtuvo mediante el convenio establecido entre la Facultad de Ingeniería Química de

la Universidad Central del Ecuador y PETROECUADOR.

3.2. TEMPORIZACIÓN

El tiempo utilizado para elaboración completa del proyecto fue de 2 meses y medio, partiendo

con los ensayos respectivos a los agregados el 24 de Noviembre del 2015 y obteniendo los

datos para la elaboración de la Curva Resistencia vs. Tiempo el 11 de Enero del 2016, los

últimos ensayos realizados fueron el cálculo de tiempos de fraguado del cemento y cemento

con FCC, así como el cálculo de densidades del hormigón en estado fresco y endurecido el 27

de enero del 2016.

La parte teórica se realizó conjuntamente con el desarrollo de cada ensayo la cual finalizó el

28 enero del 2016.

35

3.3. DIAGNÓSTICO Y ANÁLISIS SITUACIONAL

Tabla 16, Análisis FODA

FORTALEZAS.-

Uso de material reciclable.

Aumento de la resistencia a la

compresión a largo y corto plazo.

Ahorro en el presupuesto de

fabricación de Hormigón al reducir el

uso de cemento.

El material usado (FCC) se podrá

comercializar listo para su uso.

OPORTUNIDADES.-

Sirve como base de nuevas tendencias

en diseño usando el FCC como un

aditivo.

Reducirá el impacto ambiental al darle

uso dentro de la industria de la

construcción.

Apoyo académico para futuras

generaciones con respecto a la

durabilidad.

Si PETROECUADOR avala la

investigación podrá comercializar el

FCC trayendo beneficio económico para

el país.

DEBILIDADES.-

La trabajabilidad en el hormigón

disminuye al usar FCC para su

fabricación.

Al ser un nuevo material dentro de la

industria de la construcción no se

conocen sus propiedades a largo plazo.

El porcentaje de FCC en la mezcla no

podrá exceder el 10% de la cantidad de

cemento usada ya que trae

complicaciones importantes en las

propiedades del hormigón.

AMENAZA.-

Difícil obtención del material FCC

tomando en cuenta que el mismo

pertenece a una institución

gubernamental ( PETROECUADOR)

Sobreproducción de FCC al producirse

1,8 toneladas anuales de éste y su uso es

limitado en la construcción.


Dentro del análisis situacional se hará una breve descripción de los materiales que se usara:

36

RIPIO: El tamaño nominal del ripio usado es 3/4 pulgadas, por lo cual el uso de

cilindros pequeños fue factible.

El lugar de origen de este agregado es la mina de PIFO, contando con una correcta

granulometría ya que en la curva respectiva se encuentra dentro de los límites

establecidos.

ARENA: El lugar de origen de este agregado es la mina de PIFO, con alto contenido

de limo.

CEMENTO: El cemento usado es HOLCIM, tipo fuerte

AGUA: se utilizó agua potable tal como establece la norma INEN2617

Para tener una idea más clara de las propiedades de los agregados usados y de las posibles

variaciones que existirán en el Hormigón al añadir FCC se realizaran los siguientes ensayos

dentro del Laboratorio de Ensayos de Materiales de la Universidad Central del Ecuador:

DISEÑO DE LA MEZCLA DE HORMIGÓN POR EL MÉTODO DE DENSIDAD MÁXIMA PARA UN F´C=21 MPa

ENSAYO DE ABRASIÓN DEL AGREGADO GRUESO

ENSAYO DE PESO ESPECÍFICO Y CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DEL AGREGADO FINO

ENSAYO DE PESO ESPECÍFICO Y CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DEL AGREGADO GRUESO

ENSAYO DE DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA

AGREGADO FINO

ENSAYO DE DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA

AGREGADO GRUESO

ENSAYO DE DENSIDAD ÓPTIMA AGREGADOS

ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO GRUESO

ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO FINO

ENSAYO DE COMPRESIÓN MUESTRAS DE PRUEBA CON MÉTODO DEL ACI Y DENSIDAD MÁXIMA

ENSAYO DE COMPRESIÓN MUESTRAS DEFINITIVAS 7 DÍAS




PROPIEDADES DEL CEMENTO, CONSISTENCIA NORMAL Y TIEMPO DE FRAGUADO

CONSISTENCIA NORMAL Y TIEMPO DE FRAGUADO DE CEMENTO CON

FCC

DISEÑO DE MEZCLA DE PRUEBA HORMIGÓN DE 21 MPa

37

DENSIDAD DEL HORMIGÓN FRESCO

DENSIDAD DEL HORMIGÓN ENDURECIDO

DENSIDAD DEL CEMENTO

DENSIDAD DEL FCC

3.3.1. LIMITACIONES DEL ESTUDIO

El FCC, al pertenecer a una institución gubernamental (Refinería de Esmeraldas) el

acceso al material es limitado.

El FCC, al no ser comercializado no se puede establecer los costos reales del mismo,

por lo que dentro del análisis económico dentro del presente proyecto es hipotético,

estableciendo un precio para el FCC partiendo de su origen y el actual uso que tiene

dentro de la refinería.

Dentro del estudio del Hormigón es muy importante el análisis de durabilidad, sin

embargo para el desarrollo de dicho proyecto el tiempo es un limitante pues al contar

con solo 6 meses aproximadamente no se puede analizar esta propiedad.

3.4. TIPO DE INVESTIGACIÓN

INVESTIGACIÓN EXPLORATORIA.- Dentro del proyecto se utilizó este tipo de

investigación al no tener información en el país sobre el uso de FCC en la industria de la

construcción, para esclarecer esta falta de información se recurrió a los ensayos respectivos

dentro del Laboratorio de Ensayo de Materiales de la Escuela de Ingeniería Civil.

INVESTIGACIÓN SINCRÓNICA.- Se trata de una investigación sincrónica debido que

para obtener resultados definitivos en cuanto al aumento de la resistencia del hormigón se

necesitaron 28 días, tiempo requerido para realizar la curva Resistencia vs. Tiempo.

Además el proyecto llego a su culminación en un lapso aproximado de 2 meses y medio.

38

INVESTIGACIÓN CUANTITATIVA.- Dentro de este tipo de investigación se analizaron

dos variables fundamentales dentro del proyecto que fueron la resistencia a la compresión

del Hormigón en probetas estándar y Probetas complementadas con FCC.

3.5. MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN.

MÉTODO EXPLORATORIO.- Se utilizó el método exploratorio tomando en cuenta que

el uso del FCC en nuestro país no está avalado, por lo que se requiere examinarlo para así

aumentar el grado de familiaridad con éste específicamente en la industria de la

construcción.

MÉTODO DEDUCTIVO.- Se usó este método en la finalización del proyecto al realizar

el análisis comparativo entre las probetas de hormigón estándar y las probetas de hormigón

con FCC analizando las ventajas que traerá a la residencia con respecto al porcentaje de

adición.

3.6. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS

FICHAJE.- Resumen técnico de la información obtenida al momento de someter al

hormigón a los ensayos necesarios que logren cumplir los objetivos planteados, para lo cual

se utilizó como instrumento las siguientes fichas de laboratorio.

39

ENSAYOS REALIZADOS A LOS AGREGADOS Y AL CEMENTO

En el Laboratorio de Ensayo de Materiales de la Universidad Central del Ecuador, se realizó a

partir del 24 de Noviembre del 2015 el estudio de las propiedades de los materiales que

formarán parte de la fabricación del Hormigón.

Dentro de los ensayos que se realizaron a los agregados tanto finos como gruesos y al cemento

se determinó que estos son aptos para formar parte de la mezcla de Hormigón al cumplir con

las especificaciones referidas en cada una de las normas técnicas.

Una vez determinadas las propiedades de los materiales, se procedió al diseño de mezclas de

prueba en las cuales se utilizó el Método del ACI y el Método de Densidad Máxima, después

de someter a los cilindros a ensayos de compresión se optó por usar el método de Densidad

Máxima ya que se obtuvo mejores resultados al ensayarlos a los 7 días.

Al diseñar la mezcla definitiva, se calculó las respectivas cantidades de FCC tanto del 5% como

del 10%, con lo cual se fabricó 36 cilindros, 12 para cada diseño (Hormigón Estándar, 5% FCC,

10% FCC) los cuales fueron ensayados tal como establece la norma NTE-1573 (ASTM-C39)

para la obtención de la curva Resistencia vs Tiempo.

Los resultados obtenidos para cada ensayo realizado podrán ser avalados en las siguientes

fichas técnicas de laboratorio.

40


FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA


ENSAYO DE ABRASIÓN DEL AGREGADO GRUESO

ENSAYO: 01 ORIGEN: PIFO

NORMA: NTE-INEN 860; ASTM C-131 FECHA: 24/11/2015

TAMAÑO NOMINAL: ¾”

GRADACIÓN: B

DESCRIPCIÓN CANTIDAD UNIDAD

1 Masa inicial del material 5010.00 g

2

Masa de ripio retenido en el tamiz No. 12 después de las 100

revoluciones 4795.00 g

3 Pérdida del material después de las 100 revoluciones 215.00 g

4 Porcentaje de pérdida de material después de las 100 revoluciones 4.29 %

5

Masa de ripio retenido en el tamiz No. 12 después de las 500

revoluciones 3913.00 g

6 Pérdida del material después de las 500 revoluciones 1097.00 g

7 Porcentaje de pérdida de material después de las 500 revoluciones 21.90 %

8 Uniformidad del material 0.196

OBSERVACIONES:

Es apto para el diseño de mezclas pues tiene un desgaste del 21,90% muy inferior a los límites

máximos de 40-50%.

41




ENSAYO DE PESO ESPECÍFICO Y CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DEL

AGREGADO FINO



PESO ESPECÍFICO


1 Masa del picnómetro 159.10 g

2 Masa del picnómetro +Arena SSS 574.80 g

3 Masa de Arena SSS 415.70 g

4 Masa del Picnómetro calibrado 658.00 g

5 Masa del picnómetro +Arena SSS+ Agua 902.10 g

6 Volumen desalojado 171.60 cm3

7 PESO ESPECÍFICO 2.42 g/cm3

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN


1 Masa de Arena SSS + Recipiente 541,9 g

2 Masa de Arena Seca + Recipiente 529,8 g

3 Masa Recipiente 168,8 g

4 Masa Agua 12,1 g

6 Masa Arena Seca 361 g

7 CAPACIDAD DE ABSORCIÓN 3,35180055 %

OBSERVACIONES:

Los resultados obtenidos dentro del presente ensayo son los siguientes:

Peso Específico: 2,422 g/cm3 y la Capacidad de absorción: 3.35%

42




ENSAYO DE PESO ESPECÍFICO Y CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DEL

AGREGADO GRUESO



PESO ESPECÍFICO


1 Masa del Recipiente + Ripio en estado SSS 3280.00 g

2 Masa del Recipiente 296.00 g

3 Masa del Ripio en estado SSS 2984.00 g

4 Masa de la Canastilla sumergida en Agua 1650.00 g

5 Masa de la Canastilla+ Ripio sumergida en agua 3490.00 g

66 Masa del Ripio en agua 1840.00 g

7 Volumen desalojado 1144.00 cm3

8 PESO ESPECÍFICO 2.60 g/cm3

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN


1 Masa de Ripio en SSS + Recipiente 3280.00 g

2 Masa de Ripio Seca + Recipiente 3217.00 g

3 Masa Recipiente 296.00 g

4 Masa Agua 63.00 g

6 Masa Ripio Seco 2921.00 g

7 CAPACIDAD DE ABSORCIÓN 2,15 %

OBSERVACIONES:


Peso Específico: 2,608 g/cm3 y la Capacidad de absorción: 2.16%

43




ENSAYO DE DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA AGREGADO

FINO


NORMA: NTE-INEN 858 (ASTM-C29) FECHA: 24/11/2015

DENSIDAD APARENTE SUELTA

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

MUESTRA

1

MUESTRA

2

MUESTRA

3

1 Peso del molde 2584 g

2 Volumen del molde 2872 cm3

3 Peso del molde + Material suelto 6742 6756 6715 g

4

Peso del molde + Material suelto

promedio 6737,66 g

5


DE LA ARENA 1,44 g/cm3

DENSIDAD APARENTE COMPACTADA

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

MUESTRA

1

MUESTRA

2

MUESTRA

3

1 Peso del molde 2584 g


3 Peso del molde + Material compactado 7082 7070 7079 g

4

Peso del molde + Material compactado

promedio 7077 g

5

DENSIDAD APARENTE

COMPACTADA DE LA ARENA 1,56 g/cm3

OBSERVACIONES:


Densidad Aparente suelta de la arena: 1,446 g/cm3 y Densidad Aparente compactada de la

arena: 1,564 g/cm3

44




ENSAYO DE DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA AGREGADO

GRUESO




DESCRIPCIÓN

CANTIDAD UNIDAD

MUESTRA

1

MUESTRA

2

MUESTRA

3

1 Peso del molde 2584 G


3 Peso del molde + Material suelto 6523 6575 6564 G

4 Peso del molde + Material suelto promedio 6554 G

5

DENSIDAD APARENTE SUELTA DEL

RIPIO 1,382 g/cm3


DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

MUESTRA

1

MUESTRA

2

MUESTRA

3

1 Peso del molde 2584 G

2 Volúmen del molde 2872 cm3

3 Peso del molde + Material compactado 6801 6799 6787 G

4

Peso del molde + Material compactado

promedio 6795,66 G

5


DEL RIPIO 1,466 g/cm3

OBSERVACIONES:


Densidad Aparente suelta de la arena: 1,382 g/cm3 y Densidad Aparente compactada de la

arena: 1,466 g/cm3

45




ENSAYO DE DENSIDAD ÓPTIMA AGREGADOS



DENSIDAD ÓPTIMA DE LOS AGREGADOS

RIPIO ARENA RIPIO ARENA

AÑADIR

MEZCLA

MASA

RECIP. +

MEZCLA

MASA DE

LA

MEZCLA

DENSIDAD

APARENTE

100 0 20 0 0

90 10 20 2,22 2,22 7,0670 4,4830 1,560

80 20 20 5 2,78 7,2400 4,6560 1,621

75 25 20 6,67 1,67 7,4570 4,8730 1,696

70 30 20 8,57 1,9 7,3890 4,8050 1,673

OBSERVACIONES:

δap.máxima= 1,6967 kg/dm3, δap.óptima = 1,673 kg/dm3

%ÓPTIMO DE MEZCLA: ARENA: 30% RIPIO 70%

1.54

1.56

1.58

1.6

1.62

1.64

1.66

1.68

1.7

1.72

0 10 20 30 40

den

sid

ad a

par

ente

( kg

/dm

3)

% ARENA

DENSIDAD ÓPTIMA DE LOS AGREGADOS

DENSIDADÓPTIMA DELOS…

dapmáx= 1,6967 kg/dm3

46




ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO GRUESO



TAMIZ RETENIDO %

RETENIDO

% QUE

PASA

LÍMITES

# PARCIAL ACUMULADO INFERIOR SUPERIOR

1" 0 0 0 100 100

3/4" 348 348 3.762 96.238 90 100

1/2" 3977 4325 46.752 53.248 20 55

3/8" 1602 5927 64.069 35.931 0 15

No. 4 2762 8689 93.925 6.075 0 5

No. 8 466 9155 98.962 1.038

No. 16 39 9194 99.384 0.616

BANDEJA 57 9251 100 0

MASA INICIAL= 9251gr

TNM= 3/4"

MF= 6.60

OBSERVACIONES:

El agregado grueso al estar dentro de los límites permisibles cuenta con una correcta

granulometría.

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

1 10

CURVA GRANULOMÉTRICA

GRANULOMETRIA

INF

SUP

47




ENSAYO DE GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO FINO



TAMIZ ABERTURA RETENIDO %

RETENIDO

% QUE

PASA LÍMITES

# mm PARCIAL ACUMULADO INFERIOR SUPERIOR

3/8" 9.525 0 0 0 100 100 100

No. 4 4.76 0.5 0.5 0.116 99.883 95 100

No. 8 2.36 125.8 126.3 29.372 70.627 80 100

No. 16 1.18 65.5 191.8 44.604 55.395 50 85

No. 30 0.6 75.8 267.6 62.232 37.767 25 60

No. 50 0.3 43.5 311.1 72.348 27.651 5 30

No. 100 0.15 45.1 356.2 82.837 17.162 0 10

No.200 0.075 30.3 386.5 89.883 10.116 0 5

BANDEJA BANDEJA 42.1 428.6 99.674 0.325

Masa inicial: 430 g.

MF: 2,92

OBSERVACIONES:

La granulometría de la arena no es correcta ya que se encuentra fuera de los límites

establecidos.

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

0.01 0.1 1 10

CURVA GRANULOMÉTRICA

CURVAGRANULOMÉTRICAINFERIOR

SUPERIOR

48



ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

DENSIDAD DEL CEMENTO


DENSIDAD ABSOLUTA DEL CEMENTO

Lectura Inicial del frasco de Le Chatellier 6.00 cc

Masa del frasco + Gasolina 308.00 g

Lectura Final del frasco de Le Chatellier 22.80 cc

Masa del frasco + Gasolina + Cemento 362.00 g

Densidad del Cemento 2,916 g/cc

OBSERVACIONES:

En el presente ensayo se utilizó el cemento HOLCIM, la densidad que obtuvimos es

aproximada a la establecida en las especificaciones del mismo.

49




DENSIDAD DEL FCC


DENSIDAD ABSOLUTA DEL FCC

Lectura Inicial del frasco de Le Chatellier 2.00 cc

Masa del frasco + Gasolina 313.00 g

Lectura Final del frasco de Le Chatellier 24.00 cc

Masa del frasco + Gasolina + Cemento 372.70 g

Densidad del cemento 2.714 g/cc

OBSERVACIONES:

La densidad del FCC obtenida en este ensayo es 2.714 g/cc, que al compararla con la densidad

del cemento es menor en un 27%. Es importante mencionar que los dos ensayos tanto del FCC

como el del Cemento fueron realizados el mismo dia y bajo las mismas condiciones.

50


ANÁLISIS DE LIXIVIADOS FCC

NORMA: NORMA OFICIAL MEXICANA NOM- 052-SEMARNAT-2005

LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES EN EL

EXTRACTO PECT (PRUEBA DE LIXIVIACIÓN)

No. CAS7 CONTAMINANTE LIMITE MÁXIMO PERMISIBLE

(mg/L)

CONSTITUYENTES INORGANICOS (METALES)

7440-38-2 Arsénico 5,0

7440-39-3 Bario 100,0

7440-43-9 Cadmio 1,0

7440-47-3 Cromo 5,0

7439-97-6 Mercurio 0,2

7440-22-4 Plata 5,0

7439-92-1 Plomo 5,0

7782-49-2 Selenio 1,0

RESULTADOS:

CONSTITUYENTES INORGANICOS (METALES)

CONTAMINANTE LIMITE MÁXIMO

PERMISIBLE(mg/L)

CATALIZADOR

GASTADO FCC

LIXIVIADO N1

2015-04-14

CATALIZADOR

GASTADO FCC

LICIVIADO N2

2015-04-14

CATALIZADOR

GASTADO FCC

LIXIVIADO

2015-06-30

Arsénico 5,0 0.000 0.000 0.000

Bario 100,0 0.726 0.607 0.527

Cadmio 1,0 0.002 0.002 0.004

Cromo 5,0 0.006 0.004 0.003

Mercurio 0,2 0.313 *10-3 0.570 *10-3 0.283*10-3

Plata 5,0 0.009 0.016 0.008

Plomo 5,0 0.013 0.026 0.006

Nota: Los presentes resultados fueron obtenidos gracias a la colaboración de la Ing. Jhoselin

Alvear. Ensayos realizados en la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Central del

Ecuador.

51




ENSAYO: 01 FECHA: 10/12/2015

ENSAYO DE COMPRESIÓN MUESTRAS DE PRUEBA

ENSAYO DE COMPRESIÓN MUESTRAS DE PRUEBA MÉTODO ACI

N° MUESTRA EDAD DÍAMETRO SECCIÓN CARGA ESFUERZO

% dias Mm mm2 Kg Mpa

1 H.E. 1 7 104 8494,86 10010 11,55 55,03

2 H.E. 2 7 104 8494,86 10230 11,80 56,23

3 H.E. 3 7 104 8494,86 10370 11,97 57,01

1 5% FCC 1 7 104 8494,86 10820 12,49 59,48

2 5% FCC 2 7 104 8494,86 10970 12,66 60,31

3 5% FCC3 7 104 8494,86 10860 12,53 59,71

1 10% FCC 1 7 104 8494,86 11089 12,80 60,95

2 10% FCC 2 7 104 8494,86 10900 12,58 59,92

3 10% FCC 3 7 104 8494,86 11250 12,98 61,84

ENSAYO DE COMPRESIÓN MUESTRAS DE PRUEBA METODO DENSIDAD ÓPTIMA



1 H.E. 1 7 104 8494,86 11840 13,66 65,09

2 H.E. 2 7 104 8494,86 12050 13,91 66,24

3 H.E. 3 7 104 8494,86 9620 11,10 52,88

1 5% FCC 1 7 104 8494,86 11540 13,32 63,44

2 5% FCC 2 7 104 8494,86 11760 13,57 64,64

3 5% FCC3 7 104 8494,86 11140 12,86 61,24

1 10% FCC 1 7 104 8494,86 10970 12,66 60,30

2 10% FCC2 7 104 8494,86 11400 13,16 62,67

3 10% FCC3 7 104 8494,86 11080 12,79 60,91

OBSERVACIONES: Con el método ACI la resistencia a los 7 días fue menor al 65% de su

diseño, por lo cual el método más óptimo y el cual va a ser utilizado en las mezclas siguientes

es el método de Densidad Máxima.

52




DISEÑO DE MEZCLA DE HORMIGÓN DE 21 MPa

MÉTODO: DENSIDAD MÁXIMA FECHA: 03/12/2015

MÉTODO DE DENSIDAD ÓPTIMA

AGREGADO Das Dac Dsss DOM %Ap. Mezcla T.N.M Dc D.Ap

ARENA 1,44626277 1,56441504 2,42249417 1,673

30 1 2,92 0,95

RIPIO 1,38231198 1,46645775 2,60839161 70

1. DETEREMINACIÓN DE LA RELACIÓN A/C

F´c (Mpa) a/c

21 0,58

2. CÁLCULO DE LA DENSIDAD REAL DE LA MEZCLA DE AGREGADO GRUESO Y FINO

DRM= 2552,62238

3. DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE ÓPTIMO DE VACÍOS

%OV= 34,4595576 %

EL OV DEBE SER MAYOR O IGUAL AL 25%

4. CÁLCULO DE LA CANT DE PASTA DE CEMENTO

ASENT

6…9 %OV+2%+8%(%0V)

CP= 39,2163222 %

CP= 30

SE ADOPTA 30% como valor máximo de la cantidad de pasta de cemento

5. CÁLCULO DE LA CANT DE MATERIALES PARA 1 M3 DE HORMIGÓN

CEMENTO= 325,215325 KG/M3

AGUA= 188,624889 KG/M3

ARENA= 508,723776 KG/M3

RIPIO= 1278,11189 KG/M3

MATERIAL PESO

RELACIÓN CON EL

C PESO (KG)

W 188,62 0,58 1,23

C 325,22 1,00 2,12

A 508,72 1,56 3,32

R 1278,11 3,93 8,33

FCC 0,05 0,11

FCC 0,10 0,21

OBSERVACIONES:

El método de la densidad máxima muestra una mejor dosificación inicialmente al tener una relación

arena : ripio de 1,56:3,93

53




DENSIDAD DEL HORMIGÓN FRESCO

FECHA: 14/12/2015

N° MUESTRA

DÍAMETRO

(mm)

ALTURA

(mm)

VOLUMEN

CILINDRO

(cm3)

PESO

MOLDE+MEZCLA

(g)

PESO

MOLDE

(g)

DENSIDAD

(kg/m3)

1 H.E 1 104 200 1698,97 8070 4432 2,14

2 HE. 2 104 200 1698,97 8135 4430 2,18

3 H.E 3 104 200 1698,97 8164 4444 2,19

1 5% FCC 1 104 200 1698,97 7458 3710 2,21

2 5% FCC 2 104 200 1698,97 8282 4516 2,22

3 5% FCC3 104 200 1698,97 7503 3712 2,23

1 10% FCC 1 104 200 1698,97 8240 4444 2,23

2 10% FCC2 104 200 1698,97 8264 4445 2,25

3 10% FCC3 104 200 1698,97 8267 4430 2,26

OBSERVACIONES:

Con la adición de FCC en el hormigón las probetas mostraron mayor densidad en función del

porcentaje adicionado, así se mostraron los siguientes resultados

Hormigón Estándar: 2,17 kg/m3

Hormigón con 5% de FCC: 2,22 kg/m3


54




DENSIDAD DEL HORMIGÓN ENDURECIDO

FECHA: 15/12/2015

OBSERVACIONES:

Con la adición de FCC en el hormigón las probetas mostraron mayor densidad en función del

porcentaje adicionado, así se mostraron los siguientes resultados.

Hormigón Estándar: 2,16 kg/m3



N°

MUESTR

A DÍAMETRO ALTURA

VOLUMEN

CILINDRO

PESO

MOLDE+MEZCLA

PESO

MOLDE

DENSIDA

D

1 H.E 1 104 200 1698.97 8050 4432 2.13

2 HE. 2 104 200 1698.97 8135 4430 2.18

3 H.E 3 104 200 1698.97 8144 4444 2.18

1 5% FCC 1 104 200 1698.97 7610 3710 2.30

2 5% FCC 2 104 200 1698.97 8264 4516 2.21

3 5% FCC3 104 200 1698.97 7468 3712 2.21

1 10% FCC 1 104 200 1698.97 8176 4444 2.20

2 10% FCC2 104 200 1698.97 8245 4445 2.24

3 10% FCC3 104 200 1698.97 8256 4430 2.25

55






ENSAYO DE COMPRESIÓN DEFINITIVO MÉTODO DENSIDAD ÓPTIMA



1 H.E. 1 7 104 8494.86654 10940 12.6295636 60.14

2 H.E. 2 7 104 8494.86654 6910 7.97717406 37.98

3 H.E. 3 7 104 8494.86654 12190 14.0726124 67.01

1 5% FCC 1 7 104 8494.86654 12600 14.5459324 69.26

2 5% FCC 2 7 104 8494.86654 10580 12.2139655 58.16

3 5% FCC3 7 104 8494.86654 12630 14.5805656 69.43

1 10% FCC 1 7 104 8494.86654 14750 17.0279765 81.08

2 10% FCC2 7 104 8494.86654 15420 17.8014506 84.76

3 10% FCC3 7 104 8494.86654 14630 16.8894438 80.42

Nota: 100% equivale a 21 MPa

OBSERVACIONES:

La adición de FCC incrementa la resistencia a edades tempranas, con el 5% a los 7 días su

resistencia está entre el 58-69% de su diseño; mientras que con una adición del 10% su

resistencia está entre 80-84% de su resistencia superando al hormigón estándar en gran

porcentaje.

56









1 H.E. 1 14 104 8494.86654 14620 16.877 80.37

2 H.E. 2 14 104 8494.86654 15590 17.997 85.70

3 H.E. 3 14 104 8494.86654 14100 16.277 77.51

1 5% FCC 1 14 104 8494.86654 15560 17.963 85.53

2 5% FCC 2 14 104 8494.86654 15090 17.420 82.95

3 5% FCC3 14 104 8494.86654 15850 18.297 87.13

1 10% FCC 1 14 104 8494.86654 18580 21.449 102.12

2 10% FCC2 14 104 8494.86654 18450 21.299 101.42

3 10% FCC3 14 104 8494.86654 19510 22.523 107.25


OBSERVACIONES:

La adición de FCC con el 5% a los 14 días alcanzo aproximadamente el 85% de la resistencia

de diseño; mientras que con una adición del 10% su resistencia superó a la deseada

aproximadamente en 4%

57









1 H.E. 1 21 104 8494.86654 12420 14.338 68.27

2 H.E. 2 21 104 8494.86654 15290 17.651 84.05

3 H.E. 3 21 104 8494.86654 16580 19.140 91.14

1 5% FCC 1 21 104 8494.86654 18030 20.814 99.11

2 5% FCC 2 21 104 8494.86654 15590 17.997 85.70

3 5% FCC3 21 104 8494.86654 16530 19.082 90.87

1 10% FCC 1 21 104 8494.86654 20840 24.058 114.56

2 10% FCC2 21 104 8494.86654 20210 23.331 111.10

3 10% FCC3 21 104 8494.86654 21060 24.312 115.77


OBSERVACIONES:

La adición de FCC con el 5% a los 21 días alcanzo aproximadamente el 95% de la resistencia

de diseño; mientras que con una adición del 10% su resistencia superó a la deseada en un 11%

y 14%.

58








% días Mm mm2 Kg MPa

1 H.E. 1 28 104 8494,86654 17740 20,479 97,52

2 H.E. 2 28 104 8494,86654 17250 19,914 94,82

3 H.E. 3 28 104 8494,86654 16780 19,371 92,24

1 5% FCC 1 28 104 8494,86654 23580 27,221 129,62

2 5% FCC 2 28 104 8494,86654 17230 19,890 94,71

3 5% FCC3 28 104 8494,86654 21600 24,935 118,74

1 10% FCC 1 28 104 8494,86654 21500 24,820 118,19

2 10% FCC2 28 104 8494,86654 22150 25,570 121,76

3 10% FCC3 28 104 8494,86654 21840 25,212 120,06


OBSERVACIONES:

La adición de FCC con el 5% a los 28 supero la resistencia de diseño en un 29% y 18% lo

cual indica que este porcentaje de adición actúa mejor a edades tardías; mientras que con una

adición del 10% su resistencia superó a la deseada aproximadamente en un 21% lo cual indica

que la mezcla se estabilizo en los últimos 7 días, demostrando que con este porcentaje de

adición se obtiene resistencias altas a edades tempranas.

A pesar de que se realizó todos los ensayos previos necesarios antes del diseño de la mezcla el

hormigón no alcanzo la resistencia deseada (21 MPa), el error es admisible debido a que el

estudio del presente trabajo se centra en los efectos del FCC dentro del hormigón.

59




CURVA RESISTENCIA VS TIEMPO DEL HORMIGON ESTANDAR


OBSERVACIONES:

En la curva Resistencia vs Tiempo del Hormigón estándar se puede notar que en los primeros

7 días se obtuvo el 70% de resistencia deseada la cual con el paso del tiempo sigue aumentando.

0

13.351

17.050

18.396

19.922

0

4

8

12

16

20

24

0 7 14 21 28

RES

ISTE

NC

IA (

MP

a)

EDAD (Días)

Curva Resistencia vs Tiempo Hormigón Estandar

60




CURVA RESISTENCIA VS TIEMPO DEL HORMIGON ESTANDAR AÑADIDO 5%

DE FCC


OBSERVACIONES:

En la curva Resistencia vs Tiempo del Hormigón estándar añadido 5%de FCC a los 7 días no

se observa un gran cambio en la resistencia del hormigón sin embargo a los 28 días la

resistencia tiene un valor muy alto lo cual demuestra que este porcentaje de FCC trae beneficios

a edades tardías.

0

13.780

17.890

19.298

26.079

0

4

8

12

16

20

24

28

0 7 14 21 28

RES

ISTE

NC

IA (

MP

a)

EDAD (Días)

Curva Resistencia vs Tiempo con 5% FCC

61




CURVA RESISTENCIA VS TIEMPO DEL HORMIGON ESTANDAR AÑADIDO

10% DE FCC


OBSERVACIONES:

En la curva Resistencia vs Tiempo del Hormigón estándar añadido 10%de FCC a los 7 días se

observa un gran cambio en la resistencia del hormigón mientras q a partir del día 21 al 28 la

mezcla se mantiene en los valores de Resistencia, este porcentaje nos brinda resistencias altas

a edades tempranas.

0

17.240

21.757

23.90125.201

0

4

8

12

16

20

24

28

0 7 14 21 28

RES

ISTE

NC

IA (

MP

a)

EDAD (Días)

Curva Resistencia vs Teimpo con 10% FCC

62




CURVA RESISTENCIA VS TIEMPO


OBSERVACIONES:

En la presente curva se puede apreciar las diferentes resistencias alcanzadas a lo largo de los

28 días de prueba en los diferentes tipo de hormigón (Estándar, 5%FCC, 10%FCC).

0

13.351

17.050

18.396

19.922

0

13.780

17.890

19.298

26.079

0

17.240

21.757

23.90125.201

0

5

10

15

20

25

0 7 14 21 28

Res

iste

nci

a M

Pa

Tiempo (Días)

Curva Resistencia vs Tiempo

HormigónEstándar

Hormigón con5% FCC

Hormigón con10% FCC

63




PROPIEDADES DEL CEMENTO, CONSISTENCIA NORMAL Y TIEMPO DE

FRAGUADO


CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO

Cantidad de

cemento (gr.)

Cantidad de

agua%

Cantidad de

agua (gr.) P.A.V. (mm)

650 27 175.5 5

650 29 188.5 8

650 30 195 10

Hora de obtención 09h03

TIEMPO DE FRAGUADO

HORA P.A.V.(mm)

10h00 40

10h30 40

11h00 30

11h45 25 Tiempo Inicial

13h00 14

14h00 8

14h30 5

15h00 0 Tiempo Final

OBSERVACIONES:

El cemento utilizado fue el cemento HOLCIM, según la norma establecida el porcentaje de

agua recomendado es 27% sin embargo con dicho porcentaje no se obtiene el valor normado

el cual varia de 9 a 11 mm

En cuanto al tiempo de fraguado se refiere desde el tiempo inicial de fraguado hasta el final

transcurrió 3h15min.

64




PROPIEDADES DEL CEMENTO, CONSISTENCIA NORMAL Y TIEMPO DE

FRAGUADO


CONSISTENCIA NORMAL CEMENTO CON 10%FCC

Cantidad de

cemento (gr.)

Cantidad de

FCC (gr.)

Cantidad de

agua%

Cantidad de

agua (gr.) P.A.V. (mm)

650 65 27 175.5 5

650 65 29 188.5 8

650 65 30 195 10

Hora de obtención 09h27

TIEMPO DE FRAGUADO

HORA P.A.V.(mm)

10h00 40

10h30 40

11h00 25 Tiempo Inicial

11h21 21

12h00 7

12h28 2

12h38 0 Tiempo Final

OBSERVACIONES:

El cemento utilizado fue el cemento HOLCIM TIPO FUERTE incluido un porcentaje de 10%

de FCC, la norma establece que el porcentaje de agua recomendado es 27% sin embargo con

dicho porcentaje no se obtiene el valor normado el cual varia de 9 a 11 mm por lo que uso un

30%. El cemento con 10%FCC tiene un tiempo de fraguado final mucho más rápido existiendo

un intervalo de 1h38min entre el tiempo de fraguado inicial y el final.

No se estudió la consistencia normal del cemento con adición del 5% pues la mezcla óptima es

con la adición del 10%

65

CAPÍTULO IV: DISEÑO DE LA SOLUCIÓN

4.1. ESTRUCTURA GENERAL

En el presente proyecto se estudiaron dos alternativas de solución, las cuales se diferencian una

de otra con respecto al porcentaje de adición del material denominado Residuo de Factor de

Craqueo Catalítico (FCC).

Se realizó tres mezclas para determinar la alternativa más eficiente estableciéndose las

siguientes dosificaciones.

DISEÑO DE MEZCLA PARA 21 MPa POR EL MÉTODO DE DENSIDAD MÁXIMA

Parámetros de diseño:

Resistencia a la compresión: f´c= 21 MPa

Asentamiento en el cono de Abrams: 8 cm

Tipo de Agua: Potable

Condiciones ambientales normales

PROPIEDADES DE LOS AGREGADOS

Tabla 17. Propiedades de los agregados

AGREGADO Das

(g/cm3)

DAc

(g/cm3)

Dsss

(g/cm3)

DOM

(Kg/dm3)

%Ap.

Mezcla T.N.M

Dc

(g/cm3)

D.Ap

(g/cm3)

ARENA 1,446 1,564 2,422

1,673

30

1 2,92 0,95

RIPIO 1,382 1,466 2,608 70


66

RELACIÓN AGUA/ CEMENTO:

f´c RELACIÓN

A/C Mpa

21 0,58

DENSIDAD REAL DE LA MEZCLA:

𝐷𝑅𝑀 =𝐷𝐴𝑠𝑠𝑠 × %𝐴𝐴

100+

𝐷𝑅𝑠𝑠𝑠 × %𝐴𝑅

100

𝐷𝑅𝑀 = 2552.622 𝐾𝑔/𝑚3

PORCENTAJE ÓPTIMO DE VACÍOS

%𝑂𝑉 =(𝐷𝑅𝑀 − 𝐷𝑂𝑀) × 100

𝐷𝑅𝑀

%𝑶𝑽 = 𝟑𝟒, 𝟒𝟓𝟗 > 𝟐𝟓% 𝑶𝑲

CANTIDAD DE PASTA DE CEMENTO:

ASENTAMIENTO

(cm)

CANTIDAD DE PASTA

(%)

6 - 9 %OV+2%+8%(%OV)

𝑪𝑷 = 𝟑𝟗, 𝟐𝟐 %

La cantidad de pasta de cemento no debe exceder el 30% por lo que se asumió este valor.

CÁLCULO DE MATERIAALES PARA 1m3 DE HORMIGÓN:

CEMENTO:

𝐶 =𝐶𝑃 × 10

𝑤/𝑐 + 1/𝐷𝑐

𝐶 = 325,22 𝑘𝑔/𝑚3

67

AGUA

𝑤 = 𝐶 ∗ 𝑤/𝑐

𝑤 = 188,62 𝑘𝑔/𝑚3

ARENA

𝐴 = (1 − 𝐶𝑃) ×𝐷𝐴𝑠𝑠𝑠 × %𝐴𝐴

100

𝐴 = 508,72 𝑘𝑔/𝑚3

RIPIO:

𝑅 = (1 − 𝐶𝑃) ×𝐷𝑅𝑠𝑠𝑠 × %𝐴𝑅

100

𝑅 = 1278,11 𝑘𝑔/𝑚3

RESUMEN DE RESULTADOS

Tabla 18, Resumen dosificación al peso

MATERIAL PESO

Kg/m3

DOSIFICACIÓN

AL PESO

W 188,62 0,58

C 325,22 1,00

A 508,72 1,56

R 1278,11 3,93


La mezcla se realizó para 12 cilindros de 5kg de peso para lo cual la dosificación será la

siguiente:

68

HORMIGÓN ESTÁNDAR

Tabla 19, Dosificación Hormigón Estándar

MATERIAL PESO

Kg/m3

DOSIFICACIÓN

AL PESO

PESO

Kg

W 188,62 0,58 4,92

C 325,22 1,00 8,48

A 508,72 1,56 13,27

R 1278,11 3,93 33,33


HORMIGÓN CON 5% DE ADICIÓN DE FCC

Tabla 20, Dosificación Hormigón con 5%FCC

MATERIAL PESO

Kg/m3

DOSIFICACIÓN

AL PESO

PESO

Kg

W 188,62 0,58 4,92

C 325,22 1,00 8,48

A 508,72 1,56 13,27

R 1278,11 3,93 33,33

FCC 5% 0,42


HORMIGÓN CON 10% DE ADICIÓN DE FCC

Tabla 21, Dosificación Hormigón 10%FCC

MATERIAL PESO

Kg/m3

DOSIFICACIÓN

AL PESO

PESO

Kg

W 188,62 0,58 4,92

C 325,22 1,00 8,48

A 508,72 1,56 13,27

R 1278,11 3,93 33,33

FCC 10% 0,85


69

4.2.CUADROS COMPARATIVOS

Tabla 22, Hormigón Estándar vs Hormigón complementado con FCC

Hormigón Estándar vs Hormigón complementado con FCC

PROPIEDADES HORMIGÓN

ESTÁNDAR

HORMIGÓN

5%FCC

HORMIGÓN

10%FCC

ESTADO FRESCO

GRADO DE

TRABAJABILIDAD ALTO MEDIO MEDIO-BAJO

CONSISTENCIA FLUIDA-BLANDA

BLANDA-

PLÁSTICA

BLANDA

EXUDACIÓN NORMAL BAJA BAJA

SEGREGACIÓN BUENA BUENA BUENA

DENSIDAD 2,17 Kg/m3 2,22 Kg/m3 2.25 Kg/m3

ESTADO ENDURECIDO

RESISTENCIA A LA

COMPRESIÓN

Alcanzó Resistencia

máxima de 20.48

MPa

Resistencia alta a

edades tardías

alcanzando 27 MPa

a los 28 días

Resistencia alta a

edades tempranas

(80% de la

Resistencia de

diseño), a los 28

días alcanzó

Resistencia de 25

MPa


70

Tabla 23, CEMENTO VS CEMENTO CON 10%FCC

CEMENTO VS CEMENTO CON 10%FCC

PROPIEDADES CEMENTO CEMENTO

CON 10%FCC OBSERVACIÓN

CONSISTENCIA 30% de cantidad

de agua

30% de cantidad

de agua

Se mantiene su

comportamiento y su

propiedad de consistencia

FRAGUADO INICIAL 11h45 11h00

El tiempo inicial de

fraguado a partir de la

consistencia normal es más

veloz en el cemento con

10%fcc, lográndolo en un

lapso de 1h30, mientras que

al trabajar el cemento solo

se lo obtiene en 2h43min.

FRAGUADO FINAL 15h00 12h38

El tiempo final de fraguado

es más veloz en el cemento

con 10%fcc, lográndolo en

un lapso de 1h38min

mientras que al trabajar el

cemento solo se lo obtiene

en 3h15min


71

4.3.ANÁLISIS ECONÓMICO

La máxima resistencia alcanzada en el diseño de hormigón con el 5% del residuo FCC fue de

26 MPa por lo que se efectuará una comparación con un hormigón estándar diseñado para

dicha resistencia. El análisis económico se realizará en función de un m3 de hormigón fabricado

y los precios indicados no incluyen costos de transporte

Tabla 24, HORMIGÓN CON FCC DISEÑADO PARA UNA RESISTENCIA DE 21

MPa CON RESISTENCIA FINAL DE 26 MPa

MATERIAL

CANTIDAD

(KG)

VALOR

($) UNIDAD

VALOR TOTAL

($)

CEMENTO 325,215325 $ 8,00 Saco $ 56,00

AGUA 188,624889 $ 0,00043 Kg $ 0,08

ARENA 508,723776 $ 0,00439 Kg $ 2,23

RIPIO 1278,11189 $ 0,00820 Kg $ 10,48

FCC 16,2607663 $ 1,00 Saco $ 1,00

|TOTAL $ 69,79


Tabla 25, HORMIGÓN ESTÁNDAR DISEÑADO PARA UNA RESISTENCIA DE 26

MPa

MATERIAL

CANTIDAD

(KG)

VALOR/KG

($) UNIDAD

VALOR TOTAL

($)

CEMENTO 369,96 $ 0,16 Saco $ 64,00

AGUA 183,58 $ 0,00043 Kg $ 0,08

ARENA 508,72 $ 0,00439 Kg $ 2,23

RIPIO 1278,11 $ 0,00820 Kg $ 10,48

TOTAL $ 76,79


Nota: Es importante recalcar que el precio del FCC es un valor estimado puesto que es un

material que no está disponible para su comercialización.

Para el presente trabajo se asume que 1 saco de FCC contendrá 25 kg del material con un

costo de $1.00

72

CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1.CONCLUSIONES:

El FCC gracias a su composición dentro de las mezclas de hormigón actuó como una

puzolana mejorando las propiedades físico-mecánicas del mismo.

El FCC al ser ocupado como un aditivo dentro de la mezcla de hormigón modifica sus

propiedades en estado fresco reduciendo el asentamiento, la exudación y su

trabajabilidad, sin embargo, estos cambios no son significativos tal como se establece

en la Tabla 26 (Hormigón Estándar vs Hormigón complementado con FCC)

En el diseño de mezclas de hormigón al añadir FCC dentro de las propiedades en estado

endurecido, se observó un mejoramiento significativo de la resistencia a la compresión

del concreto dependiendo del porcentaje de adición.

Al usar 5% de adición de FCC con respecto a la dosificación del cemento, se observó

que a los 7 días alcanzó el 65% de la resistencia diseñada, sin embargo a los 28 días

tuvo un aumento importante superando en un 24% la resistencia esperada demostrando

que con este porcentaje de adición se obtienen buenos resultados a edades tardías tal

como se representa en la CURVA RESISTENCIA VS TIEMPO DEL HORMIGON

ESTANDAR AÑADIDO 5% DE FCC.

Con la adición del 10% de FCC con respecto a la dosificación del cemento se observó

un aumento de resistencia a la compresión inicial importante superando el 70%

establecido en la Norma NTE-INEN 1573. En la CURVA RESISTENCIA VS

TIEMPO DEL HORMIGON ESTANDAR AÑADIDO 10% DE FCC se puede

observar que durante los primeros 7 días se alcanzó un 82% de la resistencia diseñada,

es importante recalcar que su aumento fue progresivo llegando a superar en un 20% la

resistencia esperada a los 28 días de prueba. Estos resultados denotan que con este

73

porcentaje se obtienen mejoras en la resistencia a la compresión a edades tempranas

siendo efectivo su uso en obra en el desencofrado y/o apuntalamientos.

Con el presente trabajo se estableció que el FCC puede ser utilizado dentro de la

industria de la construcción denotando beneficios importantes tanto de manera

económica como ambiental, pues al actuar como un aditivo natural. reduce el uso de

cemento y a su vez se disminuye las emisiones de CO2 las cuales son causantes del

efecto invernadero, principal factor en el deterioro de la capa de ozono.

El tiempo de fraguado tanto inicial como final del cemento con FCC, es mucho menor

que cuando actúa el Cemento solo. El lapso de tiempo entre el fraguado inicial y final

del Cemento con FCC es de 1h38min tal como se presenta Tabla 25 (CEMENTO VS

CEMENTO CON 10%FCC).

En el análisis económico realizado en el presente proyecto se estableció que a pesar de

que el ahorro en el diseño de las mezclas para 21MPa y 26MPa no es significativo en

un metro cúbico, en obras que demanden grandes cantidades de hormigón será muy

provechoso. Además se debe tomar en cuenta que no solo se optimizara el recurso

económico, pues al reducir la cantidad de cemento y re utilizar un residuo inerte (FCC)

se ayudara a precautelar el ambiente.

Al darle un nuevo uso al FCC, el cual es un residuo industrial se da solución al problema

de disposición final pues este no solo deberá estar regido bajo normas técnicas ya

establecidas sino que además significa un ahorro para el país pues se podrá reducir el

gasto de recursos económicos.

74

5.2.RECOMEDACIONES

Los ensayos previos al diseño de la mezcla de hormigón (propiedades de agregados

y cemento) deben realizarse bajo las condiciones establecidas en las normativas

correspondientes

Este proyecto puede servir de base para futuras generaciones enfocándose al estudio

de la durabilidad, analizando los posibles efectos que producirá el FCC a esta

propiedad.

Es importante que en base a los datos obtenidos en este proyecto, se determine el

porcentaje óptimo de adicción que estará entre el 5% y 10% de FCC, lo cual debe ser

motivo de una futura investigación.

El presente estudio debería llevarse a otras instancias dentro de la Refinería, la cual

genera FCC, sugiriendo a la misma normar el uso de este compuesto pues traerá

beneficios tanto económicos como ambientales al país.

En el Ecuador el Ministerio del Ambiente a través del Listado Nacional de Productos

Químicos Prohibidos, Peligrosos y de Uso Severamente Restringido establece que:

todo material que resulte ser un residuo industrial será nocivo para el ambiente, lo

que pondría al FCC dentro de este grupo, sin embargo, gracias al respectivo análisis

de caracterización química al que se lo sometió, se encontró que tiene márgenes de

contaminación permisibles según la norma Mexicana NOM- 052-SEMARNAT-

2005, lo cual lleva a sugerir al Ministerio del Ambiente del Ecuador que realice un

análisis y una nueva interpretación de los límites establecidos en cuanto a elementos

de residuos industriales se trata.

Es importante realizar un estudio a largo plazo del efecto que tendrán los diferentes

agentes externos al entrar en contacto con el hormigón añadido FCC, pues a pesar de

que se ha comprobado que sus elementos no tienen un efecto adverso dentro de la

75

estructura del mismo, no se puede olvidar que el FCC, es un desecho industrial,

siendo recomendable que futuras generaciones ejecuten este análisis.

76

BIBLIOGRAFÍA

C, B., & R., F. (2005). Fundamental of Industrial Catalytic Processes. New York.

MACPHEE, E. M. (2011). “A physico-chemical basis for novel cementitious binders”.

Cement Concrete Research vol. 41, no. 7, pp. 736-749.

MONTALVO, H. (2012). GENERALIDADES, PROPIEDADES Y PROCESOS. . Obtenido de

www.academia.edu/9706247/CONCRETO_Generalidades_propiedades_y_procesos

MUÑOZ, A. M. (Octubre de 2014). DISEÑO DE HORMIGONES DE ALTA

RESISTENCIA (f’c= 40 MPa.),. DISEÑO DE HORMIGONES DE ALTA

RESISTENCIA (f’c= 40 MPa.),. Quito, Ecuador.

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE. (s.f.). Facultades Institutos. Recuperado el 02 de

Enero de 2016, de http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/propT7.htm

ZORNOZA, E. (2007). EL PAPEL DEL CATALIZADOR USADO DE CRAQUEO

CATALÍTICO COMO MATERIAL PUZOLÁNICO EN EL PROCESO DE

CORROSIÓN DE ARMADURAS. VALENCIA, ESPAÑA. Recuperado el 01 de

DICEIMBRE de 2015

77

ANEXOS

78

ANEXOS

Anexo 2 Material Ensayo SSS RIpio

Anexo 3 Procedimiento Ensayo SSS Ripio Anexo 4 Ripio Estado SS

Anexo 5 Procedimiento Ensayo SSS Arena Anexo 6 Procedimiento Ensayo SSS Arena

Anexo 1 Fcc Nuevo, Regenerado y Gastado

79

Anexo 7 Arena en Estado SSS Anexo 8 Equipo Ensayo Abrasión

Anexo 9 Ripio al finalizar la prueba de Abrasión Anexo 10 Ensayo Granulometría

Anexo 11 Granulometría Agregado Grueso Anexo 12 Granulometría Agregado Grueso

80

Anexo 13 Granulometría Arena Anexo 14 Granulometría Arena

Anexo 15 Ensayo Sueltos y Compactados Ripio Anexo 16 Ensayo Sueltos y Compactados Arena

Anexo 17 Densidad FCC Anexo 18 Densidad Cemento

81

Anexo 19 Ensayo de Consistencia Normal Cemento Anexo 20 Ensayo Consistencia Normal FCC

Anexo 21Ensayo Colorimetría Anexo 22 Mezcla con 5% FCC

Anexo 23 Mezcla con 10% FCC Anexo 24 Cono de Abrams

82

Anexo 25 Cilindros de Prueba Anexo 26 Equipo de Fabricación Capin

Anexo 27 Equipo de Colocación de Capin Anexo 28 Cilindros a Ensayar

Anexo 29 Cilindro Hormigón Estándar Anexo 30 Cilindro con 5% de FCC

83

Anexo 31 Cilindro con 10% de FCC

84

Anexo 32, Ficha Química de Seguridad Cromo

86

Anexo 33, Ficha de Seguridad Química Arsénico

88

Anexo 34, Ficha de Seguridad Química Cadmo

90

Anexo 35, Ficha de Seguridad Química Mercurio

92

Anexo 36, Ficha de Seguridad Química Plata

94

Anexo 37, Ficha de Seguridad Química Plomo

96

Anexo 38, Ficha de Seguridad Química Selenio

propiedades físico-mecánicas del hormigón · pdf filetabla 14, volumen...

Documents