universidad de ibaguÉ evaluación del comportamiento de un

UNIVERSIDAD DE IBAGUÉ

Evaluación Del Comportamiento De Un Concreto No Convencional

Adicionando Cenizas Volcánicas Del Volcán Cerro Machín

Paula Andrea Palacio Ríos

Carlos Andrés Orjuela González

Universidad de Ibagué

Facultad de Ingeniería

Ingeniería Civil

Ibagué, Tolima

2019

2

Evaluación Del Comportamiento De Un Concreto No Convencional

Adicionando Cenizas Volcánicas Del Volcán Cerro Machín

Paula Andrea Palacio Ríos

Carlos Andrés Orjuela González

Trabajo de Grado para Obtener el título de:

Ingeniero Civil

Directora:

Magister - Ingeniería Civil

Isabel Cristina Rojas Rodríguez

Universidad de Ibagué

Facultad de Ingeniería

Ingeniería Civil

Ibagué, Tolima

2019

3

RESUMEN

Mediante el presente trabajo de investigación se pretende desarrollar un análisis

de las propiedades mecánicas del concreto modificado con cenizas volcánicas

del Volcán Cerro Machín a diferencia de las características que presenta un

concreto convencional, para así poder observar y evidenciar tanto las ventajas

como las desventajas de este material frente a algunos aspectos importantes en

el mercado de la construcción como lo son la resistencia a la compresión, calidad

del concreto y reacción frente a elementos como el acero.

Para tal fin se realizarán pruebas especificadas en la (NTC), Normas Técnicas

Colombianas, las cuales manejan concretamente los procesos de producción y

control de calidad del concreto como lo es la NTC 77 Concretos; además de

emplear también algunos de los ensayos para la clasificación de los agregados

tanto finos como gruesos en la INVE 2013 - sección 200, 400, Normas de

ensayos de materiales para carreteras.

Se espera que al final de la investigación, la información obtenida pueda ser

aprovechada por profesionales de ingeniería civil y también por aquellos de

carreras afines, con el fin de que concretos de este tipo sean empleados en el

amplio campo de la construcción.

4

ABSTRACT

By means of the present research work, we intend to develop an analysis of the

mechanical properties of concrete modified with volcanic ash from Cerro Machín,

unlike the characteristics of a conventional concrete, in order to observe and

demonstrate both the advantages and the disadvantages of this material. Faced

with some important aspects in the construction market such as compression

resistance, concrete quality and reaction to elements such as steel.

For this purpose, tests will be carried out specified in the (NTC), Colombian

Technical Standards, which specifically handle the processes of production and

quality control of concrete as it is the NTC 77 Concretes; in addition to using some

of the tests for the classification of both fine and coarse aggregates in INVE 2013

- section 200, Testing standards for road materials.

It is expected that at the end of the investigation, the information obtained can be

used by civil engineering professionals and also by those of related careers, in

order that concretes of this type are used in the wide field of construction.

5

ÍNDICE GENERAL

1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 14

2. JUSTIFICACIÓN ........................................................................................ 15

3. ALCANCE DEL TRABAJO ........................................................................ 16

4. OBJETIVOS ............................................................................................... 17

4.1 General ............................................................................................... 17

4.2 Específicos .......................................................................................... 17

5. CAPÍTULO I. ESTADO DEL ARTE ............................................................ 18

5.1 Escoria y Ceniza Volcánica del Distrito de Yura ................................. 18

5.2 Uso De Ceniza Volcánica Como Puzolana Natural En Mezclas De

Hormigón ...................................................................................................... 19

5.3 Construcciones con Ceniza Volcánica pueden ser más Resistentes y

Ecológicas ..................................................................................................... 21

5.4 Propiedades del concreto fabricado con ceniza volcanica ...................... 22

6. CAPÍTULO II. METODOLOGÍA ................................................................. 23

6.1 Recolección de Materia Prima ............................................................ 25

6.2 Ensayos de Laboratorio ...................................................................... 26

6.2.1 Granulometría y Clasificación de los Agregados .......................... 26

6.2.3 Peso Unitario de los Agregados en Estado Suelto y Compacto ... 27

6.2.4 Densidad y Porcentaje de Absorción de los Agregados ............... 28

6.2.5 Resistencia a la Degradación del Agregado Grueso por medio de la

Maquina de los Ángeles ............................................................................. 29

6.2.6 Resistencia a la Degradación por Absorción del Agregado Grueso

por medio del Aparato Micro-Deval ........................................................... 29

6.2.7 Corte Directo en condición Consolidada Drenada ........................ 30

6.3 Diseño y Elaboración de Mezcla ......................................................... 30

6.4 Control de Calidad............................................................................... 31

6

6.4.1 Concreto en Estado Fresco .......................................................... 31

6.4.2 Concreto en Estado Endurecido ................................................... 31

7. CAPÍTULO III. RESULTADOS ................................................................... 31

7.1 Elaboración de los Ensayos de Laboratorio ........................................ 31

7.1.1 Gradación y Clasificación de los Agregados Gruesos .................. 31

7.1.2 Gradación y Clasificación de los Agregados Finos (Arenas) ........ 35

7.1.3 Gradación de los Agregados Finos (Ceniza Volcánica) ................ 38

7.1.4 Equivalente de Arena de Suelos y Agregados Finos, INV E 133-

13…….. ...................................................................................................... 41

7.1.5 Densidad Bulk (Peso Unitario) de los Agregados en Estado Suelto y

Compacto, INV E 217-13 ........................................................................... 43

7.1.6 Densidad, Densidad Relativa (GS) y Absorción del Agregado

Grueso.. ..................................................................................................... 46

7.1.7 Densidad, Densidad Relativa (GS) y Absorción del Agregado

Fino…… ..................................................................................................... 47

7.1.8 Resistencia a la Degradación de los Agregados de tamaños

menores de 37,5 Mm (1 ½”) por medio de la Máquina de Los Ángeles, INV

E 218-13 .................................................................................................... 49

7.1.9 Determinación de la Resistencia del Agregado Grueso a la

Degradación por Absorción, Utilizando el Aparato Micro-Deval, INV E 238-

13…….. ...................................................................................................... 51

7.1.10 Ensayo de Corte Directo en condición Consolidada Drenada (CD),

INV E 154-13 (Ceniza Volcánica) .............................................................. 54

7.2 Diseño de la Mezcla ............................................................................ 58

7.2.1 Chequeo de Asentamiento ........................................................... 58

7.2.2 Chequeo de Tamaño Máximo Nominal (TMN) ............................. 59

7.2.3 Estimar el Contenido de Aire ........................................................ 60

7.2.4 Estimar Cantidad de Agua ............................................................ 60

7.2.5 Elegir Relación Agua – Cemento .................................................. 62

7

7.2.6 Calcular Contenido de Cemento ................................................... 64

7.2.7 Verificación de Especificaciones Granulométricas ....................... 64

7.2.8 Calculo Cantidad de Agregados Gruesos y Finos ........................ 68

7.2.9 Calculo Cantidad de Agregados Gruesos y Finos ........................ 69

7.3 Elaboración de Mezcla Convencional ................................................. 70

7.4 Elaboración de Mezcla con Proporción de Ceniza Volcánica ............. 71

7.4.1 Proporción del 30% ...................................................................... 71

7.4.2 Proporción del 10% ...................................................................... 73

7.4.3 Proporción del 5% ........................................................................ 75

7.5 Verificación del Control de Calidad del Concreto Convencional ......... 77

7.6 Verificación del Control de Calidad del Concreto con Proporción de

Ceniza Volcánica .......................................................................................... 78

7.6.1 Cilindros con Inclusión de Varillas de Acero ................................. 81

8. ANÁLISIS DE COSTOS MEDIANTE UNA OBRA DE PLACA HUELLA .... 85

8.1 Presupuesto Empleando Concreto Convencional ............................... 85

8.1.1 Presupuesto General .................................................................... 85

8.1.2 Análisis de Precios Unitarios ........................................................ 86

8.2 Presupuesto con Reemplazo de 10% de Cemento en el Concreto con

Ceniza Volcánica .......................................................................................... 93

8.2.1 Presupuesto General .................................................................... 93

8.2.2 Análisis de Precios Unitarios ........................................................ 94

9. CAPÍTULO IV. CONCLUSIONES .............................................................. 95

10. CAPÍTULO V. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................ 98

11. ANEXOS .............................................................................................. 101

8

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Esquema de la metodología experimental. ........................................ 24

Tabla 2. Gradación de agregados gruesos. ..................................................... 32

Tabla 3. Gradación de agregados finos (Arena). .............................................. 35

Tabla 4. Gradación de agregados finos (Ceniza Volcánica)............................. 39

Tabla 5. Datos obtenidos en la lectura de las probetas. ................................... 41

Tabla 6. Tabla 630.1, Requisitos del agregado fino para concreto estructural,

tomada del Instituto Nacional de Vías INVIAS, Art 630-1. ................................ 42

Tabla 7. Tabla 218-1, Granulometrías de las muestras de ensayo, tomada de la

Norma de Ensayo de materiales para carreteras del INVIAS, Sección 200,

agregados pétreos. .......................................................................................... 49

Tabla 8. Numero de esferas según la granulometría de la muestras de ensayo,

tomada de la Norma de Ensayo de materiales para carreteras del INVIAS,

Sección 200, agregados pétreos. ..................................................................... 50

Tabla 9. Datos obtenidos en el laboratorio. ...................................................... 50

Tabla 10. Tabla 630-3, Requisitos de agregados grueso para concreto

estructural, tomada de las Especificaciones Generales de Construcción del

INVIAS, Art 630. ............................................................................................... 51

Tabla 11. INV E-238-13, sección 7,3 Distribución de las masas para el ensayo,

tomada de la Norma de Ensayo de materiales para carreteras del INVIAS,

Sección 200, agregados pétreos. ..................................................................... 52

Tabla 12. Datos obtenidos en el laboratorio. .................................................... 52

Tabla 13. Tramo de la tabla 330-2, Requisitos de agregados para bases

granulares, tomada de las Especificaciones Generales de Construcción del

INVIAS, Art 330. ............................................................................................... 53

Tabla 14. Datos de fuerza de corte y deformación prueba 1. ........................... 54



Tabla 17. Esfuerzos totales. ............................................................................ 57

Tabla 18. Resistencia de la mezcla. ................................................................. 63

Tabla 19. Tabla de volúmenes ......................................................................... 64

Tabla 20. Especificaciones granulométricas .................................................... 65

Tabla 21. Granulometría de Fuller y Thomson. ................................................ 65

9

Tabla 22. Granulometría de Fuller y ajuste. ..................................................... 66

Tabla 23. Granulometría de la grava. ............................................................... 66

Tabla 24.Granulometría de la arena. ................................................................ 67

Tabla 25. Proporción de agregados. ................................................................ 68

Tabla 26. Pesos específicos. ............................................................................ 68

Tabla 27. Diseño de la mezcla. ........................................................................ 68

Tabla 28. Volumen de los cilindros para la mezcla. ......................................... 69

Tabla 29. Proporciones para la mezcla. ........................................................... 69

Tabla 30. Informe de mezcla de concreto. ....................................................... 70

Tabla 31. Falla de cilindros de concreto convencional, es decir sin reemplazo de

cemento............................................................................................................ 78

Tabla 32. Falla de cilindros de concreto combinado, con 30% de reemplazo de

cemento............................................................................................................ 79


cemento............................................................................................................ 80


cemento............................................................................................................ 80

Tabla 35. Reacción del acero en el concreto combinado con diferentes

proporciones de ceniza volcánica. ................................................................... 82

Tabla 36. Reacción del concreto con reemplazo del 30% de cemento. ........... 83

Tabla 37. Reacción del concreto con reemplazo del 10% de cemento. ........... 84

Tabla 38. Reacción del concreto con reemplazo del 5% de cemento. ............. 84

Tabla 39. Presupuesto general de placa huella, concreto convencional. ......... 85

Tabla 40. AIU Excavaciones varias sin clasificar. ............................................ 86

Tabla 41. AIU Sub-base granular compactada................................................. 87

Tabla 42. AIU Mejoramiento de la sub-rasante con adición de material granular

(afirmado). ........................................................................................................ 88

Tabla 43. AIU Concreto clase D (3500 PSI), concreto convencional. .............. 89

Tabla 44. AIU Concreto clase G (ciclópeo). ..................................................... 90

Tabla 45. AIU Acero de refuerzo - Grado 60. ................................................... 91

Tabla 46. AIU Tubería en concreto reforzado 900 mm. ................................... 92

Tabla 47. Presupuesto general de placa huella, concreto combinado. ............ 93

Tabla 48. AIU Concreto clase D (3500 PSI), concreto combinado. .................. 94

10

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Curva granulométrica grava. ....................................................... 32

Ilustración 2. Curva granulométrica arena. ....................................................... 36

Ilustración 3. Curva granulométrica ceniza volcánica. ...................................... 39

Ilustración 4. Esfuerzo cortante Vs Deformación de las 3 pruebas. ................. 57

Ilustración 5. Esfuerzo Cortante Vs Normal...................................................... 58

Ilustración 6. Elección de asentamiento. .......................................................... 59

Ilustración 7. Contenido aproximado de aire. ................................................... 60

Ilustración 8. Cantidad de agua con TMN. ....................................................... 61

Ilustración 9. Cantidad de agua con Asentamiento y TMN. .............................. 62

Ilustración 10. Gráfica de proporción relación agua - cemento. ....................... 63

Ilustración 11. Gráfica de granulometrías. ........................................................ 67

Ilustración 12. Mezcla de Concreto Convencional. ........................................... 69

Ilustración 13. Prueba de Asentamiento Concreto Convencional..................... 69

Ilustración 14. Llenado de Especímenes Concreto Convencional. ................... 70

Ilustración 15. Especímenes Concreto Convencional. ..................................... 70

Ilustración 16. . Mezcla de Concreto con 30% de ceniza. ................................ 71

Ilustración 17. Prueba de Asentamiento con 30% de Ceniza. .......................... 72

Ilustración 18. Especímenes Concreto con 30% de Ceniza. ............................ 73

Ilustración 19. Mezcla de Concreto con 10% de ceniza. .................................. 74

Ilustración 20. Prueba de Asentamiento con 10% de Ceniza. .......................... 74

Ilustración 21. Especímenes Concreto con 10% de Ceniza. ............................ 75

Ilustración 22. Mezcla de Concreto con 5% de ceniza. .................................... 76

Ilustración 23. Prueba de Asentamiento con 5% de Ceniza. ............................ 76

Ilustración 24. Especímenes Concreto con 5% de Ceniza. .............................. 77

Ilustración 25. Gráfica resistencias de concreto convencional. ........................ 78

Ilustración 26. Gráfica resistencias del concreto combinado, con 30% de

reemplazo de cemento. .................................................................................... 79





11

Ilustración 29. Tamices empleados para la clasificación del agregado grueso.

....................................................................................................................... 101

Ilustración 30. Porcentaje mayor de la muestra que queda retenida en el tamiz

de 0,5”. ........................................................................................................... 101

Ilustración 31. Agregado grueso empleado para el proceso de gradación,

después de pasar 24 h en el horno. ............................................................... 101

Ilustración 32. Tamices empleados para la clasificación del agregado fino. .. 101

Ilustración 33. Agregado fino empleado para el proceso de gradación, después

de pasar 24 h en el horno............................................................................... 101

Ilustración 34. Probetas con el contenido de arenas y llenadas hasta las 15” con

solución stock. ................................................................................................ 101

Ilustración 35 . Lectura de la arcilla después de 20 min de reposo. ............... 102

Ilustración 36. Lectura de la arena después de 20 min de reposo. ................ 102

Ilustración 37. Masa unitaria compacta para el agregado grueso. ................. 102

Ilustración 38. Masa unitaria compacta para el agregado liviano (Arena). ..... 102

Ilustración 39. Masa unitaria compacta para el agregado liviano (Ceniza

Volcánica)....................................................................................................... 102

Ilustración 40. Ensayo densidad y % adsorción, agregado grueso, peso de la

muestra saturada (sumergido en la canastilla), mediante la balanza mecánica.

....................................................................................................................... 102

Ilustración 41. Ensayo densidad y % adsorción, agregado grueso después de

pasar 24 ± 4 horas en el horno. ...................................................................... 103

Ilustración 42. Ensayo densidad y % adsorción, proceso de secado de la muestra

de agregado fino empleando un secador. ...................................................... 103

Ilustración 43. Ensayo densidad y % adsorción, determinación del estado SSS

de la arena. .................................................................................................... 103

Ilustración 44. Ensayo densidad y % adsorción, agregado fino, peso de la

muestra en estado SSS. ................................................................................ 103

Ilustración 45. Ensayo densidad y % adsorción, peso del picnómetro con los 500

gramos de arena y aforado el espacio restante con agua destilada. ............. 103

Ilustración 46. Máquina de los ángeles empleada para el ensayo. ................ 103

Ilustración 47. Muestra después de retirada de la máquina de los ángeles. .. 104

Ilustración 48.Muestra después del lavado sobre el tamiz # 12. .................... 104

12

Ilustración 49. Ensayo Micro-Deval, tamices empleados para obtener 750 g de

muestra. ......................................................................................................... 104

Ilustración 50. Ensayo Micro-Deval, tamices empleados para obtener 375 g de

muestra. ......................................................................................................... 104

Ilustración 51. Ensayo Micro-Deval, recipiente donde se pone la muestra, el agua

y las esferas magnéticas. ............................................................................... 104

Ilustración 52. Máquina del ensayo de Corte Directo. .................................... 104

Ilustración 53. Ensayo de Corte Directo, montaje del molde de la muestra. .. 104

Ilustración 54. Ensayo de Corte Directo, ubicación de la muestra en el recipiente.

....................................................................................................................... 105

Ilustración 55. Ensayo de Corte Directo, muestra consolidada drenada, para el

ensayo. ........................................................................................................... 105

Ilustración 56. Ensayo de Corte Directo, ubicación de la muestra en el equipo.

....................................................................................................................... 105

Ilustración 57. Pesaje del agregado grueso para la elaboración de la mezcla.

....................................................................................................................... 105

Ilustración 58. Pesaje del cemento para la elaboración de la mezcla. ........... 105

Ilustración 59. Pesaje del agregado fino (arena) para la elaboración de la mezcla.

....................................................................................................................... 105

Ilustración 60. Pesaje del agregado fino (ceniza) para la elaboración de la

mezcla. ........................................................................................................... 106

Ilustración 61. Medición del agua para la elaboración de la mezcla. .............. 106

Ilustración 62. Mezcla de concreto. ................................................................ 106

Ilustración 63. Probetas para encofrar el concreto. ........................................ 106

Ilustración 64. Cilindros para el ensayo de compresión. ................................ 106

Ilustración 65. Cilindros para la medición y posterior ensayo de compresión. 106

Ilustración 66. Pesaje de los cilindros. ........................................................... 107

Ilustración 67. Ensayo de compresión de los cilindros. .................................. 107

Ilustración 68. Resultado ensayo de compresión. .......................................... 107

Ilustración 69. Materiales para las probetas con varillas de acero. ................ 107

Ilustración 70. Cilindros con varillas de acero encofrados. ............................. 107

Ilustración 71. Cilindros con varillas de acero en la piscina de curado. .......... 107

Ilustración 72. Cilindros con varillas de acero. ............................................... 108

Ilustración 73. Medición del diámetro de los cilindros con varillas de acero. .. 108

13

Ilustración 74. Medición de la longitud de los cilindros con varillas de acero. 108

Ilustración 75. Resultados obtenidos 30% ceniza. ......................................... 108

Ilustración 76. Resultados obtenidos 10% ceniza. ......................................... 108

Ilustración 77. Resultados obtenidos 5% ceniza. ........................................... 108

14

1. INTRODUCCIÓN

El concreto es una mezcla de cemento, agregados gruesos y finos en diferentes

proporciones y agua, esta es una mezcla que gracias a sus propiedades tanto

en estado fresco (manejabilidad) como en estado endurecido (resistencia) ha

sido además de empleada, estudiada desde hace muchos años. Su aparición se

dio cuando “los constructores griegos y romanos descubrieron que ciertos

depósitos volcánicos, mezclados con caliza y arena producían un mortero de

gran fuerza, capaz de resistir la acción del agua, dulce o salada”. (Revista

ARQHYS, 2012)

Por ser una mezcla que posee grandes propiedades se han realizado y se siguen

realizando trabajos de investigación como el presente, para observar el

comportamiento del concreto al ser combinado con otro material que le pueda

dar igual o mayor resistencia y así lograr optimizar y perfeccionar cada vez más

el área de la construcción con hormigón.

La ceniza volcánica ha sido uno de los materiales de los cuales se le ha

incorporado a la mezcla convencional de concreto teniendo en su mayoría muy

buenos resultados, gracias a sus propiedades “se señala que uno de los

elementos más abundantes en este tipo de polvo es la sílice, el cual es un

cementante natural” (Hablemos de Volcanes, 2016) y otra gran ventaja es que

este “es un material abundante alrededor de volcanes activos e inactivos en todo

el mundo, es natural y generalmente es considerada como un material de

desecho”. (Coutts M. V., 2018)

15

2. JUSTIFICACIÓN

La baja utilización de aditivos naturales en la mezcla de concreto convencional

en Colombia aun genera desconfianza tal vez por el desconocimiento técnico de

la viabilidad de realizar avances en la construcción con concretos modificados

con requisitos específicos, es por ello que una mejora en las características

mecánicas del concreto es de gran ayuda a los aportes de ingeniería y

construcción del país y más aun teniendo en cuenta que la ceniza volcánica es

un material que se encuentra en un amplio suministro alrededor de volcanes

activos e inactivos en Colombia, está naturalmente disponible además es

considerado como un material de desecho, ya que generalmente no tiene ningún

propósito generalizado (Diego Alexander Guerrero, 2013).

En este caso se estudiará la reacción y resistencia al combinar ciertos

porcentajes de ceniza volcánica extraída del volcán cerro machín en una mezcla

de concreto, este volcán perteneciente a la cadena volcánica de la Cordillera

Central colombiana, se localiza en el departamento del Tolima, en las

coordenadas geográficas 4° 29' N y 75° 22' O, a una distancia de 150 km al

suroccidente de Bogotá y a 17 km al oeste de Ibagué. El acceso se puede hacer

por un carreteable en pésimo estado que une a El Boquerón (carretera Ibagué -

Armenia) con Salento (Quindío); y desde Cajamarca, por la vía a Toche.

(Universidad del Valle, 2018)

Su historia geológica es muy corta y se caracteriza por su alta explosividad,

explicada por la composición dacítica de los productos volcánicos emitidos.

Tales productos son domos, tres de los cuales cierran el conducto volcánico,

depósitos de flujos piroclásticos de ceniza y pómez, de ceniza y bloques y de

16

oleadas piroclásticas, así como depósitos provenientes de flujos de lodo

(lahares). (Sevicio Geologico Colombiano, 2018).

Además de verificar cómo reaccionará el concreto con ceniza volcánica al ser

incorporado, varillas de acero, asimismo se realizará una comparación de

presupuesto de una placa huella realizada con mezcla convencional contra una

realizada con la combinación de ceniza volcánica, para así obtener los posibles

ahorros en cuanto a costos, teniendo en cuanta que no se afectara la resistencia

a la compresión del concreto en el proyecto.

3. ALCANCE DEL TRABAJO

La finalidad del trabajo es presentar los resultados de los ensayos

experimentales desarrollados en el laboratorio, comparando los resultados

obtenidos en con una mezcla de concreto convencional de resistencia de 3,500

Psi y asentamiento de 7 cm y concretos adicionando 30%, 10% y 5% de ceniza

volcánica extraída del Volcán Cerro Machín en relación a la proporción del

cemento.

Con este trabajo de investigación se contribuye a la caracterización de los

concretos adicionando ceniza volcánica en Colombia. Cabe resaltar que los

resultados son permitidos para la ceniza extraída del Volcán Cerro Machín por

las características del mismo.

17

4. OBJETIVOS

4.1 General

Evaluar el comportamiento de un concreto no convencional adicionando

cenizas volcánicas del Cerro Machín, trabajando para una resistencia a la

compresión de 3500 Psi y un asentamiento de 7cm.

4.2 Específicos

Determinar la resistencia a la compresión del concreto con cenizas

volcánicas.

Comparar las propiedades mecánicas del concreto modificado frente a

un concreto convencional.

Medir el ahorro en cuanto a costos de una obra realizada con concreto

convencional frente a un concreto combinado con ceniza volcánica.

18

5. CAPÍTULO I. ESTADO DEL ARTE

El análisis del estado del arte del presente trabajo de investigación es el que se

evidencia a continuación:

5.1 Escoria y Ceniza Volcánica del Distrito de Yura

Objetivo

Determinar si es factible emplear escoria y ceniza volcánicas del distrito de Yura

como agregados para la elaboración de concreto estructural liviano. (Ortiz, 2018)

Muestra

Se estudiarán propiedades físicas, mecánicas y volumétricas del concreto. Para

las propiedades físicas se tienen densidad plástica (72 muestras), densidad seca

al aire (72 muestras), densidad aparente (35) y densidad seca (35), así como la

absorción del concreto endurecido (35) y volumen de poros permeables (35),

slump del concreto fresco (4), contenido de aire en concreto fresco (8),

penetración de agua en concreto endurecido (8), conductividad térmica del

concreto endurecido (32). Y propiedades mecánicas del concreto endurecido:

resistencia a compresión (120), a tracción indirecta por compresión diametral

(28) y a flexión (4). (Ortiz, 2018)

Palabra Claves

Concreto estructural liviano, geología de los materiales volcánicos.

Resultados

Se puede confirmar que el concreto normal es un mejor conductor de calor que

el concreto ligero respecto a su densidad seca, lo que indica que el concreto

ligero es un mejor aislante que el concreto normal por unidad de volumen de

19

concreto. Esta superioridad del concreto normal aparentemente se manifiesta en

dos rangos de resistencia a compresión separados, el primero entre 210 y 295

kg/cm2, y el segundo entre 350 y 500 kg/cm2. El rango en que el ratio entre la

conductividad térmica por unidad de volumen es mayor para concreto ligero que

para el concreto normal es entre 295 y 350 kg/cm2. (Ortiz, 2018)

Conclusiones

La escoria y ceniza volcánicas son aptas física y químicamente para la

elaboración de concreto estructural liviano. (Ortiz, 2018)

El concreto estructural ligero tiene entre 4%, 17% 25% y 42% más de absorción

en estado endurecido que el concreto normal de 210, 280, 350, y 500 kg/cm2

respectivamente. (Ortiz, 2018)

5.2 Uso De Ceniza Volcánica Como Puzolana Natural En Mezclas De

Hormigón

Objetivo

Comparar los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con diferentes

cantidades de ceniza volcánica en estado crudo adicionada a la mezcla de

hormigón para encontrar cuál tiene mejor desempeño. (GUTIERREZ, 2016)

Muestra

Se precedió elaborar cilindros de 20 x 10 centímetros de diámetro con la mezcla

diseñada que serán sometidos a esfuerzos de compresión tal como lo detalla la

norma ASTM C39, la que establece proceso para elaborar mezclas, tamaño de

la muestra, proceso de curado y cómo realizar los ensayos.

20

En las mezclas se reemplazó por peso el 5%, 10%, 15% del cemento de la

mezcla. (GUTIERREZ, 2016)

Palabra Claves

Hormigón, mortero.

Resultados

Conforme lo muestran los ensayos de compresión y flexión, los resultados

obtenidos al reemplazar cemento por ceniza volcánica en estado crudo no fueron

satisfactorios para ningún porcentaje reemplazo. La resistencia a la compresión

de los cilindros ensayados se vio perjudicada notablemente, ninguno de los

cilindros elaborados para los diferentes porcentajes de reemplazo llegó a la

resistencia a la compresión deseada.

Para la mezcla de hormigón de f´c= 350 los resultados fueron positivos.

Conforme lo indican los resultados de las muestras ensayadas, el mejor

escenario fue el reemplazo del 10% de cemento por ceniza volcánica en estado

crudo. (GUTIERREZ, 2016)

Conclusiones

Pasado cierto límite de adición, la ceniza deja de aportar a las características

mecánicas del hormigón f’c= 350 y perjudica la capacidad de resistir esfuerzos

de compresión y flexión. (GUTIERREZ, 2016)

21

5.3 Construcciones con Ceniza Volcánica pueden ser más Resistentes y

Ecológicas

Objetivo

Probando el uso de otros materiales más amigables con el medio ambiente,

como las cenizas volcánicas. (Coutts M. V., 2018)

Resultados

La estudiante del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental (CEE) del MIT,

Stephanie Chin, quien participó en la investigación, explica que disminuir la

cantidad de energía que se necesita es “la principal motivación para tratar de

encontrar una alternativa. La ceniza volcánica se forma a altas temperaturas y

presión, sin embargo, la naturaleza hace todas esas reacciones químicas por

nosotros".

Según los cálculos de los investigadores, añadir este material 100% natural,

permite utilizar un 16% menos de energía para construir un vecindario con 26

edificios de concretos hechos con un 50% por ciento de ceniza volcánica. (Coutts

M. V., 2018)

Conclusiones

Al reemplazar el cemento tradicional por las rocas volcánicas pulverizadas, es

posible reducir la energía que se necesita para hacer concreto.

Analizaron los datos y concluyeron que reemplazar el 50% del cemento

tradicional por ceniza volcánica con un tamaño de partícula promedio de 17

micrómetros, puede reducir la energía incorporada del hormigón en un 16%. Y

si se quiere lograr que el concreto sea aún más resistente, se puede moler más

22

la ceniza y así aumenta significativamente la resistencia del hormigón (aunque

también la energía utilizada). (Coutts M. V., 2018)

5.4 Propiedades del concreto fabricado con ceniza volcanica

Palabra claves

Permeabilidad al cloruro, Fuerza compresiva, Hormigón, Resistividad eléctrica,

Hidratación, Mortero, Porosidad, Resistencia al sulfato, Ceniza volcánica.

Resultados

Hossain y Lachemi (2004) reportaron los resultados de residuos resistencia a la

compresión de hormigones realizados con 0 a 40% de volcanes. Cenizas

volcánicas como reemplazo de cemento por masa, sometidas a altas

temperaturas. Hasta 800 ◦C. La composición química de la ceniza volcánica era

óxido de calcio (6.1%), sílice (59.3%), alúmina (17.5%), óxido de hierro (7%),

trióxido de azufre (0,7%), magnesia (2,6%), óxido de sodio (3,8%), LOI (1%), y

su finura fue de 285 m2 / kg. Pruebas iniciales de contenido de aire, caída y

resistencia a la compresión de 28 días se llevaron a cabo, Los resultados de

resistencia a la compresión residual del concreto de ceniza volcánica (VAC), Se

observó que: a) de 25 a 200 ◦C, la VAC con 20–40% mostró un aumento en la

fuerza. La ganancia de fuerza se debió probablemente a la formación de

tobermorita, que se formó por reacción entre no hidratado de partículas y cal a

alta temperatura (Nasser y Marzouk, 1979). La fuerza de control OPC sin

embargo se redujo en un 14%. No El agrietamiento visible o el desprendimiento

se absorbieron en este rango de temperatura; b) de 200 a 400 ◦C, una

disminución significativa es la fuerza (19–33%) Se observó en VAC. Esta

reducción se debió a la estructura de los poros. Engrosamiento de tales

23

hormigones (Chan et al., 1996); c) la pérdida (59–73%) de resistencia se observó

en una temperatura de 400–600 ◦C distancia. El VAC funcionó mejor y no mostró

grietas excepto Grietas del cabello. El mejor rendimiento de VAC en temperatura

fue Debido a la cantidad reducida de Ca (OH) 2, que de otro modo resultó en

pérdida de fuerza y desintegración. (B.V., 2012)

Conclusiones

La ceniza volcánica cumple con los requisitos de ASTM C618 para materiales

puzolánicos, Tiene propiedades físicas y químicas que Indican claramente que

podría ser utilizado como reemplazo parcial de cemento, pasta y mortero, Por lo

tanto, también se puede utilizar en mezclas. Fabricación de cemento y hormigón.

(B.V., 2012)

6. CAPÍTULO II. METODOLOGÍA

En la tabla 1 se presenta el esquema de la metodología experimental empleada

en el trabajo de investigación.

24

Tabla 1. Esquema de la metodología experimental.

METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

ANÁLISIS DE RESULTADOS

25

La ceniza volcánica es el residuo que se produce cuando una erupción está a

punto de ocurrir o está ocurriendo. Las cenizas volcánicas poseen varios efectos

negativos en la gente que vive en la zona, incluso con varios casos en los que

ha bajado la temperatura global del planeta. La cantidad de problemas que la

ceniza puede causar depende en gran medida del tamaño de la erupción, pero

incluso la erupción más pequeña podría tener efectos medibles en un área.

(Volcanpedia, 2018)

Además, se sabe que el concreto es una mezcla de cemento, grava, arena,

aditivos y agua. Maleable en su forma líquida y de gran resistencia en su estado

sólido. (Argos, 2017), Para su elaboración se emplean grandes proporciones de

cemento para lo cual se necesita mucha energía, porque hay altas temperaturas

involucradas y es un proceso que tiene varias etapas. Además, el concreto es el

segundo material más utilizado en el mundo, por lo que la huella ambiental que

deja su elaboración, es bastante significativa: la producción de cemento Portland

tradicional (el más común en la construcción) representa aproximadamente el

5% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono (Coutts, 2018),

Con base a lo anterior, se realizará el seguimiento de cómo se comporta el

concreto modificado con ceniza volcánica, y como este podría ayudar a la

industria de la construcción e ingeniería, por ello para desarrollar los objetivos de

esta investigación se empleará la siguiente metodología:

6.1 Recolección de Materia Prima

Se recolectará la mayor cantidad posible de materia prima de ceniza volcánica,

directamente de un punto del Volcán Cerro Machín, ubicado sobre la cordillera

central de los Andes colombianos a 7 km de la Cabecera Municipal de

Cajamarca, Tolima; para realizar los ensayos necesarios para su clasificación y

26

posterior utilización en la mezcla del concreto. Además de adquirir los demás

materiales como lo son agregado grueso, agregado fino y cemento de uso

general.

6.2 Ensayos de Laboratorio

Los ensayos se realizarán respectivamente a los materiales empleados, como la

ceniza volcánica y los agregados tanto grueso como fino, todos respecto al

tamaño de sus partículas según lo recomienda la Norma INV E 2013.

6.2.1 Granulometría y Clasificación de los Agregados

Se hallara granulometría, extrayendo una fracción de muestra tanto de arena

como de grava y de ceniza volcánica, se llevara al horno por a una temperatura

de 110° C durante 24 horas según lo indica la Norma INV E 2013, obteniendo un

peso definido en gramos de los agregados, luego se tamiza por mallas con

diferentes aberturas para así realizar los cálculos correspondientes, obteniendo

con esto el módulo de finura de la arena y el tamaño máximo y tamaño máximo

nominal de la grava, además de los porcentajes de grava, arena y finos

presentes en la ceniza.

6.2.2 Equivalente de Arena de Agregados Finos

Se tomaran aproximadamente 1500 gramos de agregado fino, (pasa #4). Se

preparan los cilindros graduados de plástico transparentes, que tienen un

diámetro inferior de 31.75 +- 0.381 mm y de altura 17” aproximadamente,

graduado en espacios de 2.54 mm, desde el fondo hasta una altura de 15”, luego

se realiza la preparación de Stock, la cual contiene 454 gramos de cloruro de

calcio anhidro de grado técnico, 2050 gramos de glicerina USP, formaldehido 47

gramos solución al 40% por volumen; se disuelven los 454 gramos de cloruro de

27

calcio en 1.89 litros de agua destilado. Se deja enfriar y filtrar con un papel

plegado de filtración rápida. Se añaden los 2050 gramos de glicerina y los 47

gramos de formaldehído a la solución filtrada, se mezcla bien y se diluye en 3.78

litros.

6.2.3 Peso Unitario de los Agregados en Estado Suelto y Compacto

Este ensayo de laboratorio es utilizado para determinar la relación de masa

volumen, el valor de las masas se tuvo en cuenta para determinar la densidad

compactada de cada material y los valores de masa unitaria determinan la

proporción de los agregados. En primer lugar, se tomó una muestra de agregado

grueso o grava y una de agregado fino o arena, posterior a esto se realizó por

separado el procedimiento para los agregados gruesos y finos.

6.2.3.1 Masa Unitaria Suelta

Primero se halla el peso promedio del recipiente, luego se toma la muestra y se

procede a insertarla en el molde dejándola caer a una altura no mayor a 55 mm

desde la parte superior del molde, después de esto se barre el exceso de

material sin hacer fuerza y por último ya estando lleno el molde se pesa

nuevamente con la muestra.

6.2.3.2 Masa Unitaria Compacta

Primero se halla el peso promedio del recipiente, posterior a esto se inserta una

primera capa de la muestra realizando la compactación producida por 25 golpes

realizados por una varilla en todas las partes de la capa para obtener una buena

distribución, ya con esto se procede a verter una segunda capa y se realiza el

proceso de compactación producida por 25 golpes y por último se echa una

tercera capa la cual se llena hasta la parte superior del molde y se compacta de

28

igual forma que las dos capas anteriores, para finalizar se nivela la superficie y

se determina el peso del recipiente lleno.

6.2.4 Densidad y Porcentaje de Absorción de los Agregados

6.2.4.1 Agregado Grueso

Se determina el peso SSS, dejando la muestra sumergida por 24 ± 4 horas, para

que sus poros se llenen de agua luego, la muestra se seca con una toalla

partícula por partícula retirando el exceso de agua.

Luego de tomar el peso SSS, procedimos a tomar el peso sumergido de la

muestra con ayuda de una pesa que sumerge la muestra en una canasta unida

a una muestra mecánica, tomamos la medida del peso, y se obtiene así el peso

sumergido, por último se pone la muestra a secar en un horno por 24 ± 4 horas,

para poder obtener el peso seco de nuestra muestra de grava.

6.2.4.2 Agregado Fino

Se deja la muestra de arena en inmersión durante 24 ± 4 horas, se seca el

exceso de agua con un secador cuidando de que la muestra no se secara

demasiado, se hace la prueba con un cono para determinar si la muestra está

en estado SSS, se colocaron 4 capas dentro del cono y se compactaba con un

pisón metálico a una altura de 5mm; con el fin de comprobar que al levantar el

cono truncado la arena perdiera la forma cónica truncada y se convirtiera en

cono, ya con ello se puede decir que la muestra está en estado SSS.

Luego se vierten 500 gramos de arena en un picnómetro para hallar la gravedad

específica, se pesa el picnómetro, agua y la muestra juntos, luego se deja al

baño maría para quitar los vacíos que pudieran estar presentes en el recipiente.

29

Finalmente para hallar la densidad relativa seca de la muestra y para ello se deja

por 24 ± 4 horas en el horno.

6.2.5 Resistencia a la Degradación del Agregado Grueso por medio de

la Maquina de los Ángeles

Este método se emplea para medir la resistencia a la degradación de los

agregados gruesos de tamaño menor 37.5mm por medio de la máquina de los

ángeles. Con este se busca medir la degradación de un material pétreo con una

composición granulométrica definida, como resultado de una combinación de

acciones que incluye abrasión, impacto y molienda en un tambor de acero

rotatorio que contiene un número definido de esferas metálicas, el cual depende

de la granulometría de las muestras de ensayo. A media que gira el tambor una

pestaña recoge las esferas y las deja caer por gravedad desde la parte más alta

del tambor, creando un efecto de impacto y trituración. (INVIAS, 2013)

6.2.6 Resistencia a la Degradación por Absorción del Agregado Grueso

por medio del Aparato Micro-Deval

El ensayo de Micro-Deval es una medida de la resistencia a la abrasión y de la

durabilidad de los agregados pétreos, como resultado de una acción combinada

de abrasión y molienda con esferas de acero con presencia de agua. Una

muestra con granulometría normalizada se sumerge inicialmente en agua por un

lapso no menor a una hora. La muestra se coloca entonces en un recipiente de

acero de 200 mm de diámetro, con dos litros de agua una carga abrasiva, que

consta de 5000 gramos de esferas de acero de 9.5 mm de diámetro.

30

6.2.7 Corte Directo en condición Consolidada Drenada

Se toma la muestra de ceniza volcánica, se ubica entre dos rocas porosas, luego

se instala la caja de contención con la muestra en la máquina de corte directo,

se llena de agua para que se sature la muestra bajo la carga normal, dejándola

por 24 horas para que se sature totalmente, luego de pasadas 24 horas se le

monta un peso determinado, en este caso fueron 8, 16 y 32 kilogramos en el eje

vertical, se leen los datos para determinar cuanta fuerza está recibiendo la

muestra horizontalmente, para la fuerza vertical se aplica la fuerza antes

mencionada, es decir, 8, 16 y 32 kilogramos a la cual se debe adicionar 1

kilogramo debido al andamiaje, lo que se itera en esta fuerza es el área para

determinar el esfuerzo a compresión. Primero se realiza consolidación para

asegurar se de en condiciones consolidadas luego, se lleva a la falla a la

velocidad determinada para que se de en esfuerzos efectivos.

6.3 Diseño y Elaboración de Mezcla

Se realizará el diseño de la mezcla mediante el procedimiento descrito en el libro

“Tecnología del Concreto y del Mortero”, con una resistencia de 3500 Psi (24

Mpa) y un asentamiento de 7 cm; según la norma INV E 402-13 se realiza la

elaboración de los especímenes, empleando cilindros de 100x200 mm, se

realizarán 8 testigos de concreto convencional, los cuales se fallaran de la

siguiente forma dos en cada fecha 7, 14, 28 y 56 días; 44 especímenes de

concreto modificado con ceniza volcánica, con proporciones de 5%, 10% y 30%

de la cantidad del cemento, fallando 32 de la misma forma que el convencional,

y los otros 12 cilindros con 2 varillas de acero de ½” en su interior se fallaran con

ayuda de una maceta con el fin de observar su reacción frente a este elemento

31

de gran utilización en el área de la construcción, de ellos se fallara uno en cada

fecha 7, 14, 28 y 56 días.

6.4 Control de Calidad

6.4.1 Concreto en Estado Fresco

Después de realizar la mezcla manual de los materiales utilizados para la

elaboración del concreto se debe proceder a realizar la prueba de asentamiento

según la Norma Técnica Colombiana NTC 396 y la norma INV E 404-13,

empleando el cono Slump. Se toma una pequeña muestra de concreto fresco se

coloca en el cono y se va compactando con ayuda de una varilla hasta cubrir

totalmente el molde, se procede a levantar este con la finalidad de medir cuanto

se asienta el concreto con referencia al molde.

6.4.2 Concreto en Estado Endurecido

Una vez obtenidos los cilindros de prueba, se procederá a fallar cada uno de

ellos con el fin de verificar su resistencia y así conocer sus cualidades o falencias

respecto a la homogeneización y con ello comparar el concreto convencional con

el combinado con la ceniza, se fallaran a los 7, 14, 28 y 56 días respectivamente

según la Norma INV E 410-13.

7. CAPÍTULO III. RESULTADOS

7.1 Elaboración de los Ensayos de Laboratorio

7.1.1 Gradación y Clasificación de los Agregados Gruesos

Elaboración de la granulometría de los agregados gruesos así como de la

clasificación mediante el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos SUCS y

el Sistema de Clasificación AASHTO.

32

Tabla 2. Gradación de agregados gruesos.

GRADACIÓN DE AGRAGADOS GRUESOS

TAMIZ Peso Retenido (g)

% Retenido

% Retenido Acumulado

% Pasa IN mm

2 50 0 0.00% 0.00% 100%

TM

1 1/2 37.5 0 0.00% 0.00% 100%

1 25 21 0.483% 0.483% 99.517%

3/4 19 21 0.483% 0.966% 99.034%

TMN

1/2 12.5 2250 51.772% 52.738% 47.262%

3/8 12.5 1541 35.458% 88.196% 11.804%

1/4 6.3 471 10.838% 99.034% 0.966%

# 4 0.187 4.75 17 0.391% 99.425% 0.575%

# 8 0.0929 2.36 21 0.483% 99.908% 0.092%

# 10 0.0787 2 0 0.00% 99.908% 0.092%

# 60 0.0098 0.25 2 0.046% 99.954% 0.046%

# 200 0.0029 0.075 1 0.023% 99.977% 0.023%

FONDO 1 0.023% 100.00% 0%

TOTAL 4346 100%

Ilustración 1. Curva granulométrica grava.

De la anterior grafica podemos obtener los valores para D60, D30 y D10, que nos

servirán para hallar el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

110%

0011 01 0 0

% P

AS

A

APERTURA DEL TAMIZ (MM)

CURVA GRANULOMÉTRICA

33

𝐃𝟔𝟎 = 14

𝐃𝟑𝟎 = 13

𝐃𝟏𝟎 = 12.5

Obtenemos en coeficiente de uniformidad:

CU = D60

D10 → CU =

14

12.5

𝐂𝐔 = 1.12

Ahora hallamos el coeficiente de curvatura:

CC = (D30)2

D10∗D60 → CC =

(13)2

12.5∗14

𝐂𝐂 = 0.965

TAMAÑO MÁXIMO → Tamaño de menor abertura por donde pasa el 100% de

las partículas.

TAMIZ DE 1 1/2"

TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL → Tamiz inmediatamente superior a el tamiz en

el que quedan retenidas al menos el 15% de las partículas.

TAMIZ DE 1/2"

CLASIFICACIÓN DE LA MUESTRA

SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (SUCS)

SUELOS DE PARTÍCULAS GRUESAS

34

- Más de la mitad del material es retenido en la malla N° 200

Retenido N° 200 = 99,977 %

GRAVAS

- Más de la mitad de la fracción gruesa retenida en la malla N° 4

Retenido N° 4 = 99,425 %

GRAVAS LIMPIAS

- Con pocos finos o sin ellos

Predominio de un tamaño o un tipo de tamaños, con ausencia de

algunos tamaños intermedios.

GP → Gravas mal gradadas, mezclas de arena y grava con pocos

finos o sin ellos.

SISTEMA DE CLASIFICACIÓN AASHTO

MATERIALES GRANULARES

- 35 % o menos del total de la muestra pasada por el número 200

Pasa N° 200 = 0,023 %

ANÁLISIS DE TAMIZ

- Porcentaje de paso

Número 10 → 50 Máximo

Pasa N° 10 = 0,092 %

35


Pasa N° 40 = 0,046 %


Pasa N° 200 = 0,023 %

GRUPO DE CLASIFICACIÓN

A-1 → A-1-a

7.1.2 Gradación y Clasificación de los Agregados Finos (Arenas)

Elaboración de la granulometría de los agregados finos así como de la

clasificación mediante el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos SUCS y

el Sistema de Clasificación AASHTO.

Tabla 3. Gradación de agregados finos (Arena).

GRADACIÓN DE AGRAGADOS FINOS

TAMIZ Peso Retenido

(g) % Retenido


% Pasa

Nominal (mm)

# 4 4.75 65 5.0% 5.0% 95%

# 10 2 301 23.154% 28.154% 71.846%

# 40 0.425 681 52.385% 80.538% 19.462%

# 60 0.25 109 8.385% 88.923% 11.077%

# 100 0.15 77 5.923% 94.846% 5.154%

# 200 0.075 60 4.615% 99.462% 0.538%

FONDO 7 0.538% 100% 0%

TOTAL 1300 100%

36

Ilustración 2. Curva granulométrica arena.



𝐃𝟔𝟎 = 1.45

𝐃𝟑𝟎 = 0.59

𝐃𝟏𝟎 = 0.23


CU = D60

D10 → CU =

1.45

0.23

𝐂𝐔 = 6.304


CC = (D30)2

D10∗D60 → CC =

(0.59)2

0.23∗1.45

𝐂𝐂 = 1.043

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 . 0 10 . 1 01 . 0 01 0 . 0 0

% P

AS

A

APERTURA DEL TAMIZ (MM)


37

Además, se obtienen los valores del porcentaje de arena y módulo de finura.

% ARENA = 94,462 %

MÓDULO DE FINURA = 2,975 %

CLASIFICACIÓN DE LA MUESTRA

SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (SUCS)

SUELOS DE PARTÍCULAS GRUESAS

- Más de la mitad del material es retenido en la malla N° 200

Retenido N° 200 = 99,462 %

ARENAS

- Más de la mitad de la fracción gruesa pasa la malla N° 4

Pasa N° 4 = 95,000 %

Arena = 94,462 %

ARENAS LIMPIAS

- Con pocos finos o sin ellos

Predominio de un tamaño o un tipo de tamaños, con ausencia de

algunos tamaños intermedios.

SP → Arenas y arenas gravosas mal gradadas con pocos finos o

sin finos.

38

SISTEMA DE CLASIFICACIÓN AASHTO

MATERIALES GRANULARES

- 35 % o menos del total de la muestra pasada por el número 200

Pasa N° 200 = 0,538 %

ANÁLISIS DE TAMIZ

- Porcentaje de paso


Pasa N° 40 = 19,462 %


Pasa N° 200 = 0,538 %

GRUPO DE CLASIFICACIÓN

A-1 b

7.1.3 Gradación de los Agregados Finos (Ceniza Volcánica)

Elaboración de la granulometría de los agregados finos, de la ceniza volcánica.

39

Tabla 4. Gradación de agregados finos (Ceniza Volcánica).

GRADACIÓN DE LA CENIZA VOLCÁNICA

Tamiz Apertura del tamiz

(mm)

Peso Retenido

(g)

% Retenido


% Pasa

3/4 19 45.6 3.3% 3.3% 96.7%

3/8 9.5 73.3 5.3% 8.7% 91.3%

#4 4.75 33.4 2.4% 11.1% 88.9%

#8 2.36 122.3 8.9% 20.0% 80.0%

#16 1.1 233.1 17.0% 37.0% 63.0%

#30 0.6 497.6 36.2% 73.2% 26.8%

#50 0.3 323.4 23.5% 96.7% 3.3%

#100 0.15 37.8 2.8% 99.5% 0.5%

#200 0.075 2.3 0.2% 99.7% 0.3%

FONDO 4.7 0.3% 100.0% 0.0%

TOTAL 1373.5 100%

Ilustración 3. Curva granulométrica ceniza volcánica.



𝐃𝟔𝟎 = 1.10

𝐃𝟑𝟎 = 0.62

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

90.0%

100.0%

0.010.1110

% P

AS

A

APERTURA DEL TAMIZ MM


40

𝐃𝟏𝟎 = 0.37


CU = D60

D10 → CU =

1.10

0.37

𝐂𝐔 = 2.973


CC = (D30)2

D10∗D60 → CC =

(0.62)2

0.37∗1.10

𝐂𝐂 = 0.944

Se obtienen de igual forma los porcentajes de los agregados presentes en la ceniza

volcánica.

% GRAVA = 11,09 %

% ARENA = 88,57 %

% FINO = 0,34 %

41

7.1.4 Equivalente de Arena de Suelos y Agregados Finos, INV E 133-13

Tabla 5. Datos obtenidos en la lectura de las probetas.

EQUIVALENTE DE ARENA

N° de Probeta

Lectura de Arcilla (in)

Lectura de Arena (in)

1 4,3 3,8

2 4,5 3,9

3 4,4 3,9

Se obtiene mediante la siguiente ecuación el equivalente de arena en cada una

de las lecturas.

Ecuación 1. Equivalente de arena.

EQUIVALENTE DE ARENA = 𝐋𝐞𝐜𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐝𝐞 𝐀𝐫𝐞𝐧𝐚

𝐋𝐞𝐜𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐝𝐞 𝐀𝐫𝐜𝐢𝐥𝐥𝐚*100

Equivalente de arena con la lectura de la probeta numero 1:

𝐄𝐀𝟏 = 88,372 %


𝐄𝐀𝟐 = 86,667 %


𝐄𝐀𝟑 = 88,636 %

Para obtener finalmente el valor del equivalente de arena total se realiza un

promedio de los anteriores valores:

Ecuación 2. Equivalente de arena promedio.

EQUIVALENTE DE ARENA = 𝐄𝐀𝟏+ 𝐄𝐀𝟐+𝐄𝐀𝟑

𝟑

EQUIVALENTE DE ARENA = 88 %

42

Se procede a verificar el valor óptimo de equivalente de arena, sabiendo de ante

mano que la muestra se trabajó en seco, según la norma de ensayo INV E-133-

13.

Tabla 6. Tabla 630.1, Requisitos del agregado fino para concreto estructural, tomada del Instituto Nacional

de Vías INVIAS, Art 630-1.

Se debe tener en cuenta que estamos verificando si el agregado granular

trabajado en el laboratorio nos sirve o no para mezclas de concreto, y la anterior

tabla es requisito del agregado fino empleadas en la elaboración del mezcla para

concreto estructural, al comparar el valor optimo mínimo para la muestra seca

con el resultado obtenido en el laboratorio podemos observar que este valor

cumple, ya que el valor mínimo para el agregado fino es del 60% y el valor del

promedio del ensayo es de 88%, es decir mayor que el valor mínimo, por tanto

si cumple.

43

7.1.5 Densidad Bulk (Peso Unitario) de los Agregados en Estado Suelto

y Compacto, INV E 217-13

Ecuación a emplear para el cálculo de peso unitario de la muestra suelta y

compacta en los agregados gruesos y finos:

Ecuación 3. Peso específico Bulk.

PESO ESPECÍFICO BULK = 𝐆−𝐓

𝐕

Donde:

G = Peso del agregado + recipiente (kg).

V = Volumen del recipiente (m3).

T = Peso del recipiente (kg).

Volumen del cilindro empleado:

Ecuación 4. Volumen del cilindro.

VOLUMEN = ᴫ

𝟒∗ 𝐃𝟐 ∗ 𝐏

Donde:

D = Diámetro del recipiente (metros).

P = Profundidad del recipiente (metros).

→ VOLUMEN = ᴫ

4∗ (0,114 cm)2 ∗ 0,164 cm

VOLUMEN = 0,00167395 𝐦𝟑

44

7.1.5.1 Agregado Grueso

Masa unitaria suelta para el agregado grueso:

G = 6,889 kg.

V = 0,00167395 m3.

T = 5,003 kg.

PESO ESPECÍFICO BULK = 1.126,68 𝐤𝐠

𝐦𝟑

Masa unitaria compacta para el agregado grueso:

G = 6,999 kg.

V = 0,00167395 m3.

T = 5,003 kg.


𝐦𝟑

7.1.5.2 Agregado Fino (Arena)

Masa unitaria suelta para el agregado liviano (Arena):

G = 6,931 kg.

V = 0,00167395 m3.

T = 5,003 kg.


𝐦𝟑

45

Masa unitaria compacta para el agregado liviano (Arena):

G = 7,133 kg.

V = 0,00167395 m3.

T = 5,003 kg.


𝐦𝟑

7.1.5.3 Agregado Fino (Ceniza Volcánica)

Masa unitaria suelta para el agregado liviano (Ceniza Volcánica):

G = 6,463 kg.

V = 0,00167395 m3.

T = 5,003 kg.

PESO ESPECÍFICO BULK = 872,19 𝐤𝐠

𝐦𝟑

Masa unitaria compacta para el agregado liviano (Ceniza Volcánica):

G = 6,791 kg.

V = 0,00167395 m3.

T = 5,003 kg.


𝐦𝟑

46

7.1.6 Densidad, Densidad Relativa (𝐆𝐒) y Absorción del Agregado

Grueso

Se seleccionan partículas mayores al tamiz #4.

Datos obtenidos en el laboratorio.

B = Peso SSS → Inmersión en agua por 24 ± 4 horas (después de quitar el

exceso de agua).

B = 1847 Gramos

C = Peso de la muestra saturada → Peso sumergido en la canastilla.

C = 1107 Gramos

A = Peso seco → Peso después de estar en el horno durante 24 ± 4 horas.

A = 1819 Gramos

Cálculos a realizar.

Ecuación 5. Densidad Relativa Seca.

DENSIDAD RELATIVA SECA = 𝐀

𝐁−𝐂

Densidad Relativa Seca = 2,458

47

Ecuación 6. Densidad Relativa SSS

DENSIDAD RELATIVA SSS = 𝐁

𝐁−𝐂

Densidad Relativa SSS = 2,496

Ecuación 7. Densidad Relativa Aparente.

DENSIDAD RELATIVA APARENTE = 𝐀

𝐀−𝐂

Densidad Relativa Aparente = 2,555

Ecuación 8. % Absorción.

% ABSORCIÓN = 𝐁−𝐀

𝐀 * 100

% Absorción = 1,539 %

7.1.7 Densidad, Densidad Relativa (𝐆𝐒) y Absorción del Agregado Fino

Datos obtenidos en el laboratorio.

S = Peso SSS → Inmersión en agua por 24 ± 4 horas (después de quitar el

exceso de agua).

S = 500 Gramos

48

B = Peso del picnómetro aforado con agua

B = 654 Gramos

C = Peso del picnómetro aforado con agua + suelo

C = 960 Gramos

A = Peso seco → Peso después de estar en el horno durante 24 ± 4 horas.

A = 491 Gramos

Cálculos a realizar.

Ecuación 9. Densidad Relativa Seca Finos.

DENSIDAD RELATIVA SECA = 𝐀

𝐁+𝐒−𝐂

Densidad Relativa Seca = 2,531

Ecuación 10. Densidad Relativa SSS Finos.

DENSIDAD RELATIVA SSS = 𝐒

𝐁+𝐒−𝐂

Densidad Relativa SSS = 2,577

Ecuación 11. Densidad Relativa Aparente Finos.

DENSIDAD RELATIVA APARENTE = 𝐀

𝐁+𝐀−𝐂

Densidad Relativa Aparente = 2,654

49

Ecuación 12. % Absorción Finos.

% ABSORCIÓN = 𝐒−𝐀

𝐀 * 100

% Absorción = 1,833 %

7.1.8 Resistencia a la Degradación de los Agregados de tamaños

menores de 37,5 Mm (1 ½”) por medio de la Máquina de Los

Ángeles, INV E 218-13

Se elige el tipo de granulometría de la tabla 218-1, de INV E 218-13, según la

gradación del agregado que se ha trabajado en los anteriores laboratorios, este

nos indica que el número de tamiz donde quedo el mayor porcentaje retenido fue

el de ½”; es decir la granulometría a emplear será la B.

Tabla 7. Tabla 218-1, Granulometrías de las muestras de ensayo, tomada de la Norma de Ensayo de

materiales para carreteras del INVIAS, Sección 200, agregados pétreos.

50

La cantidad de esferas de acero empleadas en el ensayo dependerá de la

granulometría del agregado, se obtiene esta cantidad de la siguiente tabla:

Tabla 8. Numero de esferas según la granulometría de la muestras de ensayo, tomada de la Norma de

Ensayo de materiales para carreteras del INVIAS, Sección 200, agregados pétreos.

Tabla 9. Datos obtenidos en el laboratorio.

Cálculo del porcentaje de pérdidas del ensayo:

Ecuación 13. % Pérdidas.

% PÉRDIDAS = 𝐏𝟏− 𝐏𝟐

𝐏𝟏 * 100

% PÉRDIDAS = 28,774%

Se procede a verificar el valor óptimo del ensayo, sabiendo de ante mano que la

muestra se trabajó en seco y por un periodo de 500 revoluciones, según la norma

de ensayo INV E-128-13.

Peso de la muestra seca antes del ensayo 5001

Peso de la muestra seca después de lavar

sobre el tamiz #123562

Definición

MÁQUINA DE LOS ÁNGELES

N° de

PesosValor (g)

51

Tabla 10. Tabla 630-3, Requisitos de agregados grueso para concreto estructural, tomada de las

Especificaciones Generales de Construcción del INVIAS, Art 630.


trabajado en el laboratorio nos sirve o no para mezclas de concreto estructural,

para eso se identifica si se cumple con el requisito o si por el contrario se excede

y al comparar el valor máximo para la muestra seca con el resultado obtenido en

el laboratorio podemos observar que este valor cumple el requisito, ya que el

valor máximo para esta es 40 %, y el valor del ensayo es de 28,774 %, es decir

menor que los valores máximos, entonces afirmamos que este agregado es

óptimo para mezclas de concreto.

7.1.9 Determinación de la Resistencia del Agregado Grueso a la

Degradación por Absorción, Utilizando el Aparato Micro-Deval,

INV E 238-13

52

Se distribuye el peso de la muestra según el tamaño máximo nominal del

agregado que se ha trabajado en los anteriores laboratorios, este nos indica que

el número de tamiz es el de ½”; es decir se trabaja como lo indica la siguiente

tabla.

Tabla 11. INV E-238-13, sección 7,3 Distribución de las masas para el ensayo, tomada de la Norma de

Ensayo de materiales para carreteras del INVIAS, Sección 200, agregados pétreos.

Tabla 12. Datos obtenidos en el laboratorio.

Cálculo del porcentaje de pérdidas del ensayo:

Ecuación 13. % Pérdidas.

% PÉRDIDAS = 𝐏𝟏− 𝐏𝟐

𝐏𝟏 * 100

% PÉRDIDAS = 8,53%

Se procede a verificar el valor óptimo del ensayo, sabiendo de ante mano que la

muestra se trabajó en seco y que es tipo B, según la norma de ensayo INV E-

238-13.

Peso inicial de la muestra 1500

Peso después del lavado 1372

APARATO MICRO-DEVAL

N° de Pesos Valor (g)Definición

53

Tabla 13. Tramo de la tabla 330-2, Requisitos de agregados para bases granulares, tomada de las

Especificaciones Generales de Construcción del INVIAS, Art 330.


trabajado en el laboratorio nos sirve o no para mezclas de concreto, y la anterior

tabla es requisito para bases granulares empleadas en la elaboración de la

mezcla para pavimentos, pero como verificación se puede chequear con esta

misma tabla para la mezcla de concreto y al comparar el valor optimo máximo

para la muestra seca con el resultado obtenido en el laboratorio podemos

observar que este valor cumple para una base granular Clase A y Clase B, ya

que los valores máximos son 25 % y 30 % respectivamente, y el valor del ensayo

es de 8,53 %, es decir menor que los valores máximos, esto en cuanto a las

características de dureza.

Al ser el valor de perdida tan bajo en presencia de agua y una carga abrasiva,

se puede observar que el material tendrá una buena resistencia y durabilidad en

las condiciones de desgaste natural.

54

7.1.10 Ensayo de Corte Directo en condición Consolidada Drenada (CD),

INV E 154-13 (Ceniza Volcánica)

Datos obtenidos en laboratorio para la prueba número 1.

- Peso del recipiente = 0.2 gramos

- Peso del recipiente con la muestra = 130 gramos

- Peso del recipiente más muestra saturada = 137.9 gramos

- Peso del recipiente más muestra seca = 118.7 gramos

- Carga aplicada + peso del montaje = 8 kg + 1 kg = 9000 gramos

Tabla 14. Datos de fuerza de corte y deformación prueba 1.

PRUEBA 1

Deformación (In)

Deformación (cm)

Longitud 1 (cm)

Longitud 2 (cm)

Área (cm2)

Fza. Corte (N)

Esf. Cort. (N/cm2)

0 0 6.08 6.08 36.9664 0.0 0

10 0.0254 6.0546 6.08 36.811968 29.5 0.8013698

20 0.0508 6.0292 6.08 36.657536 32.0 0.8729447

30 0.0762 6.0038 6.08 36.503104 34.0 0.9314276

40 0.1016 5.9784 6.08 36.348672 38.0 1.0454302

50 0.127 5.953 6.08 36.19424 41.5 1.1465913

60 0.1524 5.9276 6.08 36.039808 13.5 0.3745858

70 0.1778 5.9022 6.08 35.885376 46.0 1.2818592

80 0.2032 5.8768 6.08 35.730944 48.0 1.3433734

90 0.2286 5.8514 6.08 35.576512 50.0 1.4054216

100 0.254 5.826 6.08 35.42208 52.5 1.4821264

110 0.2794 5.8006 6.08 35.267648 57.0 1.6162121

120 0.3048 5.7752 6.08 35.113216 61.0 1.7372376

130 0.3302 5.7498 6.08 34.958784 65.0 1.8593324

140 0.3556 5.7244 6.08 34.804352 69.0 1.9825107

150 0.381 5.699 6.08 34.64992 71.0 2.0490668

160 0.4064 5.6736 6.08 34.495488 72.0 2.0872295

170 0.4318 5.6482 6.08 34.341056 74.0 2.1548551

180 0.4572 5.6228 6.08 34.186624 76.0 2.2230917

190 0.4826 5.5974 6.08 34.032192 77.0 2.2625636

200 0.508 5.572 6.08 33.87776 77.5 2.2876365

210 0.5334 5.5466 6.08 33.723328 78.0 2.312939

220 0.5588 5.5212 6.08 33.568896 78.5 2.3384743

230 0.5842 5.4958 6.08 33.414464 79.0 2.3642456

240 0.6096 5.4704 6.08 33.260032 79.5 2.3902563

55

250 0.635 5.445 6.08 33.1056 80.5 2.4316128

260 0.6604 5.4196 6.08 32.951168 80.0 2.427835

270 0.6858 5.3942 6.08 32.796736 79.5 2.4240217

MÁX 2.4316128


- Peso del recipiente = 0.2 gramos



- Peso del recipiente más muestra seca = 110 gramos

- Carga aplicada + peso del montaje= 16 kg + 1 kg = 17000 gramos


PRUEBA 2

Deformación (In)

Deformación (cm)

Longitud 1 (cm)

Longitud 2 (cm)

Área (cm2)

Fza. Corte (N)

Esf. Cort. (N/cm2)

0 0 6.08 6.08 36.9664 0.0 0

10 0.0254 6.0546 6.08 36.811968 74.0 2.0102158

20 0.0508 6.0292 6.08 36.657536 84.5 2.3051195

30 0.0762 6.0038 6.08 36.503104 93.0 2.5477285

40 0.1016 5.9784 6.08 36.348672 96.5 2.6548425

50 0.127 5.953 6.08 36.19424 97.5 2.6937988

60 0.1524 5.9276 6.08 36.039808 99.0 2.7469625

70 0.1778 5.9022 6.08 35.885376 99.0 2.758784

80 0.2032 5.8768 6.08 35.730944 102.0 2.8546685

90 0.2286 5.8514 6.08 35.576512 104.0 2.923277

100 0.254 5.826 6.08 35.42208 103.0 2.9077908

110 0.2794 5.8006 6.08 35.267648 104.5 2.9630555

120 0.3048 5.7752 6.08 35.113216 108.0 3.075765

130 0.3302 5.7498 6.08 34.958784 111.0 3.1751676

140 0.3556 5.7244 6.08 34.804352 118.0 3.3903806

150 0.381 5.699 6.08 34.64992 119.0 3.4343514

160 0.4064 5.6736 6.08 34.495488 121.0 3.5077051

170 0.4318 5.6482 6.08 34.341056 121.0 3.5234793

180 0.4572 5.6228 6.08 34.186624 122.0 3.5686472

190 0.4826 5.5974 6.08 34.032192 123.0 3.614225

200 0.508 5.572 6.08 33.87776 124.0 3.6602184

210 0.5334 5.5466 6.08 33.723328 120.0 3.5583677

220 0.5588 5.5212 6.08 33.568896 121.5 3.619422

56

230 0.5842 5.4958 6.08 33.414464 126.0 3.7708221

240 0.6096 5.4704 6.08 33.260032 127.5 3.8334299

250 0.635 5.445 6.08 33.1056 128.0 3.8664153

260 0.6604 5.4196 6.08 32.951168 129.0 3.914884

270 0.6858 5.3942 6.08 32.796736 126.0 3.8418457

MÁX 3.914884


- Peso del recipiente = 4 gramos



- Peso del recipiente más muestra seca = 112 gramos

- Carga aplicada + peso del montaje= 32 kg + 1 kg = 33000 gramos


PRUEBA 3

Deformación (In)

Deformación (cm)

Longitud 1 (cm)

Longitud 2 (cm)

Área (cm2)

Fza. Corte (N)

Esf. Cort. (N/cm2)

0 0 6.08 6.08 36.9664 0.0 0

10 0.0254 6.0546 6.08 36.811968 73.5 1.9966333

20 0.0508 6.0292 6.08 36.657536 103.5 2.8234304

30 0.0762 6.0038 6.08 36.503104 122.0 3.3421815

40 0.1016 5.9784 6.08 36.348672 142.0 3.9066076

50 0.127 5.953 6.08 36.19424 150.0 4.1443058

60 0.1524 5.9276 6.08 36.039808 162.0 4.4950295

70 0.1778 5.9022 6.08 35.885376 170.5 4.7512391

80 0.2032 5.8768 6.08 35.730944 175.0 4.8977155

90 0.2286 5.8514 6.08 35.576512 183.0 5.1438432

100 0.254 5.826 6.08 35.42208 189.5 5.3497705

110 0.2794 5.8006 6.08 35.267648 200.0 5.6709197

120 0.3048 5.7752 6.08 35.113216 209.0 5.9521748

130 0.3302 5.7498 6.08 34.958784 212.0 6.0642842

140 0.3556 5.7244 6.08 34.804352 213.0 6.1199243

150 0.381 5.699 6.08 34.64992 212.5 6.1327703

160 0.4064 5.6736 6.08 34.495488 215.0 6.2326992

170 0.4318 5.6482 6.08 34.341056 220.0 6.406326

180 0.4572 5.6228 6.08 34.186624 220.0 6.4352654

190 0.4826 5.5974 6.08 34.032192 225.0 6.6113872

200 0.508 5.572 6.08 33.87776 228.5 6.7448379

57

210 0.5334 5.5466 6.08 33.723328 220.5 6.5385006

220 0.5588 5.5212 6.08 33.568896 221.0 6.5834754

230 0.5842 5.4958 6.08 33.414464 222.0 6.6438295

MÁX 6.7448379

Ilustración 4. Esfuerzo cortante Vs Deformación de las 3 pruebas.

Tabla 17. Esfuerzos totales.

MASA (KG)

PESO (N)

Normal (N/cm2)

Cortante (N/cm2)

9 88.29 2.38838513 2.43161278

17 166.77 4.51139413 3.91488399

33 323.73 8.75741214 6.74483791

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Es

fue

rzo

(N

/cm

2)

Deformación (cm)

Esfuerzo Cortante Vs Deformación

Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3

58

Ilustración 5. Esfuerzo Cortante Vs Normal.

7.2 Diseño de la Mezcla

Primero se seleccionan los valores o parámetros con los cuales se trabajara para

realizar los cálculos respectivos y finalmente obtener las cantidades de cada

elemento con los cuales se hará el diseño de mezcla.

A continuación se evidenciara paso a paso el procedimiento para el diseño de

mezcla.

7.2.1 Chequeo de Asentamiento

Se selecciona un asentamiento de 7 cm, con consistencia y grado de

trabajabilidad media.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Cort

ante

(N

/cm

2)

Normal (N/cm2)

Cortante Vs Normal

59

Ilustración 6. Elección de asentamiento.

Asentamiento = 7 cm

7.2.2 Chequeo de Tamaño Máximo Nominal (TMN)

Del laboratorio de agregado grueso se obtiene el valor del tamaño máximo y del

tamaño máximo nominal los cuales nos servirán para determinar otros valores

más adelante.

TAMAÑO MÁXIMO → Tamaño de menor abertura por donde pasa el 100%

de las partículas.

TAMIZ DE 1,5"

TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL → Tamiz inmediatamente superior a el tamiz

en el que quedan retenidas al menos el 15% de las partículas.

TAMIZ DE 0,5"

60

7.2.3 Estimar el Contenido de Aire

Se estima el porcentaje promedio aproximado del aire atrapado, esto depende

principalmente del TMN de la muestra.

Ilustración 7. Contenido aproximado de aire.

Aire = 2,5 %

7.2.4 Estimar Cantidad de Agua

Para estimar el valor de la cantidad de agua se tienen dos parámetros a seguir,

de los cuales se adopta el mayor valor.

- Primer parámetro: Gráfica la cual depende del asentamiento y del TMN

de la muestra.

61

Ilustración 8. Cantidad de agua con TMN.

Valor obtenido = 198,7 kg/m3

- Segundo parámetro: Tabla que depende principalmente del asentamiento

y del TMN.

62

Ilustración 9. Cantidad de agua con Asentamiento y TMN.

Valor obtenido = 215 kg/m3

Se adopta el mayor valor para la cantidad de agua:

Agua = 215 kg/𝐦𝟑

7.2.5 Elegir Relación Agua – Cemento

Este valor se obtiene mediante una gráfica de concreto sin inclusor de aire versus

resistencia a la compresión, en la tabla inicialmente propuesta por ASOCRETO

no se encontraba el valor de resistencia para este diseño de mezcla, el cual es

de 3500 psi, por tanto se realizó una proporción con los valores establecidos por

hasta llegar al valor de resistencia a trabajar. Para obtener el valor de resistencia

de diseño para la mezcla se mayora en un 15 % la resistencia de diseño, es

decir:

63

Ecuación 14. Resistencia de diseño para la Mezcla..

RESIST.DE DISEÑO PARA LA MEZCLA = RESIST. DISEÑO * 1,15%

RESIST.DE DISEÑO PARA LA MEZCLA = 4025 PSI

RESIST.DE DISEÑO PARA LA MEZCLA = 282,99 kg/cm2

Tabla 18. Resistencia de la mezcla.

RESISTENCIA

RESISTENCIA A DISEÑAR 3500 PSI 246.07 kg/cm2

RESISTENCIA CON MARGEN A DISEÑAR

4025 PSI 282.99 kg/cm2

Con el valor de resistencia de diseño para la mezcla en kg/cm2, se ingresa a

la gráfica:

Ilustración 10. Gráfica de proporción relación agua - cemento.

Relación agua/cemento = 0,465

64

7.2.6 Calcular Contenido de Cemento

R = a

c Cemento =

a

R

Ecuación 15. Contenido de cemento..

C = a

R

Cemento = 462,366 kg/𝐦𝟑

Los volúmenes de las mezclas se evidencias en la siguiente tabla:

Tabla 19. Tabla de volúmenes

Cálculo De Contenido De Cemento (Kg/m^3) 462.366

Volumen Cemento Para 1 m^3 (m^3/m^3) 0.159

Volumen De Mezcla m^3 1

Volumen De Agua (Kg/m^3) 215

Volumen De Aire Atrapado m^3 0.025

Volumen De Agregados (m^3/m^3) 0.601

Volumen Agregado Grueso (m^3/m^3) 0.37

Volumen Agregado Fino (m^3/m^3) 0.23

7.2.7 Verificación de Especificaciones Granulométricas

Se elige el número del agregado según el tamaño máximo nominal TMN de la

muestra.

65

Tabla 20. Especificaciones granulométricas

Se obtiene la granulometría de Fuller para graficarla:

Tabla 21. Granulometría de Fuller y Thomson.

Con la granulometría de Fuller, la granulometría del agregado grueso y fino se

realiza una última grafica ideal o de ajuste para finalmente darle porcentajes de

agregados que llevara la mezcla de concreto.

66

Tabla 22. Granulometría de Fuller y ajuste.

TAMIZ FULLER AJUSTE

Pulgadas Milímetros %PASA %PASA

1 ½ 38,1 100 100,00

1 25 82,0 99,71

¾ 19 71,0 99,42

½ 12,5 58,0 68,36

3/8 9,5 50,0 47,08

No 4 4,75 35,0 38,35

No 8 2,36 25,0 28,79

No 16 1,18 18,0

No 30 0,6 12,0

No 50 0,3 9,0

No 100 0,15 6,0

No 200 0,075 0,0

Tabla 23. Granulometría de la grava.

0,60

GRAVA

Tamiz Abertura (mm) % Pasa

1-1/2" 37.5 100

1 25.00 99.52

0.75 19.00 99.03

½ 12.50 47.26

3/8 9.50 11.80

0.25 6.30 0.97

# 4 4.75 0.58

# 8 2.36 0.09

# 10 2.00 0.09

# 40 0.425 0.05

# 200 0.075 0.02

Fondo - 0.00

67

Tabla 24.Granulometría de la arena.

0,40

ARENA

Tamiz Abertura (mm) % Pasa

1-1/2" 37.5 100

1 25.00 100

1/2 12.50 100

# 4 4.75 95

# 10 2.00 71.85

# 40 0.425 19.46

# 60 0.250 11.08

# 100 0.149 5.15

# 200 0.075 0.54

Fondo - 0.00

A continuación se presenta la gráfica de las granulometrías tanto de la grava, la

arena, Fuller y ajuste.

Ilustración 11. Gráfica de granulometrías.

68

7.2.8 Calculo Cantidad de Agregados Gruesos y Finos

Con los porcentajes de arena y grava que me arrojaron la gráfica de ajuste se

calcula la cantidad de material que se va a emplear.

Tabla 25. Proporción de agregados.

PROPORCION DE AGREGADOS

GRUESO FINO

60% 40%

Tabla 26. Pesos específicos.

Peso Específico Promedio De Agregados (Kg/m^3)

2594.60

Peso Promedio De Agregados (Kg/m^3) 1558.22

Peso Del Agregado Grueso (Kg) 934.93

Peso Del Agregado Fino (Kg) 622.74

A continuación se presenta la tabla en la cual se calculó el contenido tanto del

agua, cemento, agregado fino y agregado grueso por m3.

Tabla 27. Diseño de la mezcla.

Calculo del volumen de los cilindros:

DISEÑO POR METRO CUBICO

Peso (Kg/m3)

Proporción en volumen, suelto

Proporciones en Peso

AGUA 215 - -

CEMENTO 462 0.56 1.00

AGREGADO FINO 623 0.47 1.35

AGREGADO GRUESO 935 0.73 2.02

69

Tabla 28. Volumen de los cilindros para la mezcla.

CANTIDAD DE MATERIALES PARA LOS CILINDROS

Diámetro (m) 0.1 Volumen (m^3) 0.0016

Altura (m) 0.2

Cantidad De Cilindros 8

Volumen Total (m^3) 0.0172

7.2.9 Calculo Cantidad de Agregados Gruesos y Finos

Ecuación 16. Proporción de agua.

PROPORCIÓN AGUA = Peso agua (Kg/m3) * Volumen Total cilindros

(m^3)

Ecuación 17. Proporción cemento.

PROPORCIÓN CEMENTO = Peso cemento (Kg/m3) * Volumen Total

cilindros (m^3)

Ecuación 18. Proporción agregado fino.

PROPORCIÓN AGR. FINO = Peso agregado fino (Kg/m3) * Volumen

Total cilindros (m^3)

Ecuación 19. Proporción agregado grueso.

PROPORCIÓN AGR. GRUESO = Peso agregado grueso (Kg/m3) *

Volumen Total cilindros (m^3)

Tabla 29. Proporciones para la mezcla.

Proporciones para el diseño de mezcla

AGUA 3.69 4 Lts

CEMENTO 7.93 8 Kg

AGREGADO FINO 10.68 11 Kg

AGREGADO GRUESO 16.04 16.0 Kg

70

Tabla 30. Informe de mezcla de concreto.

7.3 Elaboración de Mezcla Convencional

Para la elaboración de esta mezcla se emplearon los siguientes materiales en

las cantidades especificadas, la mezcla se realizó manualmente con la ayuda de

palas:

Cemento

Marca = Argos

Cantidad = 8 kg

Agregado Grueso

Tamaño Máximo = 1 ½”

Cantidad = 16 kg

Agregado Fino

Módulo de Finura = 2.975%

Cantidad = 11 kg

Agua

Cantidad = 4 Litros

RESISTENCIA 3500 PSI CEMENTO:

2555 kg/m3

1.539 %

1.5 in

1/2 in

1283.15 kg/m3

1403.75 kg/m3

2654 kg/m3

1.833 %

2.975 %

1318.03 kg/m3

1540.02 kg/m3

2.9 g/cm3

825.91 kg/m3

Tamaño Máximo Nominal

MUS

MUC

AGREGADO FINO

DESCRIPCIÓN:

CEMENTO

DESCRIPCIÓN:

CEMENTO ARGOS

Densidad Aparente

MUS

Densidad Aparente

Absorción Máxima

Modulo De Finura

MUS

MUC

INFORME DE DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO

ARGOS

AGREGADO GRUESO

DESCRIPCIÓN:

GRAVA

Densidad Aparente

Absorción Máxima

Tamaño Máximo

ARENA

69

Ilustración 12. Mezcla de Concreto Convencional.

Obteniendo ya la mezcla homogénea del hormigón se procede como indica la

norma INV E 404-13 para la realización de la prueba de asentamiento del

concreto hidráulico mediante el cono Slump, obteniendo el resultado esperado,

es decir, un asentamiento de 7 cm, como se evidencia en la Ilustración 13.

Ilustración 13. Prueba de Asentamiento Concreto Convencional.

Después de verificar el asentamiento del concreto se procede como indica la

norma INV E 402-13 para la realización de los especímenes cilíndricos con

medidas de 100x200 mm, como se evidencia en la Ilustración 14; se realizaron en

total 8 cilindros de concreto convencional para ser comparados con el concreto

70

combinado con ceniza volcánica. Pasadas 24 horas se desencofran los cilindros

para ser llevados a la piscina de curado.

Ilustración 14. Llenado de Especímenes Concreto Convencional.

Ilustración 15. Especímenes Concreto Convencional.

71

7.4 Elaboración de Mezcla con Proporción de Ceniza Volcánica

7.4.1 Proporción del 30%


las cantidades especificadas (las cantidades presentes son las necesarias para

la elaboración de 8 cilindros, es decir que se duplica para el realizar los 16

cilindros requeridos), la mezcla se realizó manualmente con la ayuda de palas:

Cemento

Marca = Argos

Cantidad = 5.6 kg

Ceniza

Cantidad = 2.4 kg

Agua

Cantidad = 4 Litros

Agregado Grueso


Cantidad = 16 kg

Agregado Fino


Cantidad = 11 kg

Ilustración 16. . Mezcla de Concreto con 30% de ceniza.

72





Ilustración 17. Prueba de Asentamiento con 30% de Ceniza.




total 16 cilindros de concreto combinado con una proporción de 30% de ceniza

para ser comparados con la resistencia del concreto convencional. Pasadas 24

horas se desencofran los cilindros para ser llevados a la piscina de curado.

73

Ilustración 18. Especímenes Concreto con 30% de Ceniza.




palas:

Cemento

Marca = Argos

Cantidad = 7.2 kg

Ceniza

Cantidad = 0.8 kg

Agua

Cantidad = 4 Litros

Agregado Grueso


Cantidad = 16 kg

Agregado Fino


Cantidad = 11 kg

74

Ilustración 19. Mezcla de Concreto con 10% de ceniza.






75



medidas de 100x200 mm, como se evidencia en la Ilustración 21; se realizaron

en total 8 cilindros de concreto combinado con una proporción de 10% de ceniza

para ser comparados con la resistencia del concreto convencional. Pasadas 24

horas se desencofran los cilindros para ser llevados a la piscina de curado.





palas:

Cemento

Marca = Argos

Cantidad = 7.6 kg

Ceniza

Cantidad = 0.4 kg

Agua

Cantidad = 4 Litros

Agregado Grueso


Cantidad = 16 kg

Agregado Fino


Cantidad = 11 kg

76

Ilustración 22. Mezcla de Concreto con 5% de ceniza.






77




total 8 cilindros de concreto combinado con una proporción de 5% de ceniza para

ser comparados con la resistencia del concreto convencional. Pasadas 24 horas

se desencofran los cilindros para ser llevados a la piscina de curado.


7.5 Verificación del Control de Calidad del Concreto Convencional

Siguiendo lo especificado en las Normas de Ensayo de Materiales para

Carreterras INV E-410-13 se procede a llevar a cabo el ensayo de compresion

de los cilindros a diferentes edades (7, 14, 28 y 56 dias), y con dimensiones de

100x200 mm, una resistencia de 3500 PSI y asentamiento de 7 cm.

El ensayo consiste en aplicar una carga axial de compresión a cilindros

moldeados o a núcleos, con una velocidad de craga prescrita, hasta que se

presente la falla. La resistencia a la compresión se determina dividiendo la

78

máxima carga aplicada durante el ensayo por la seccion transversal del

especimen. (INVIAS, 2012)

Tabla 31. Falla de cilindros de concreto convencional, es decir sin reemplazo de cemento.

Ilustración 25. Gráfica resistencias de concreto convencional.

7.6 Verificación del Control de Calidad del Concreto con Proporción de

Ceniza Volcánica

Para verificar el control de calidad de estos cilindros se toma de igual forma

siguiendo lo que indica la norma INV E-410-13 como en el anterior caso con el

fin de conocer la fuerza máxima aplicada antes de fallar en cada de las edades

del concreto ya antes mencionadas.

1 0 7 3.823 20.5 10.1 80.12 190.53 23.78103

2 0 7 3.914 20.5 10.2 81.71 201.46 24.65464

3 0 14 3.845 20.5 10.1 80.12 212.41 26.51199

4 0 14 3.861 20.3 10.1 80.12 195.64 24.41884

5 0 28 3.859 20.5 10.1 80.12 220.91 27.57292

6 0 28 4.074 20.4 10.2 81.71 241.9 29.60368

7 0 56 3.857 20.5 10.1 80.12 229.13 28.59890

8 0 56 3.919 20.5 10.1 80.12 242.05 30.21151

109.86

101.19

114.26

122.68

118.51

125.19

Área

( )

Fuerza

(kN)

Esfuerzo

(MPa)

Porcentaje de

Resistencia de

Diseño (%)

98.55

102.17

Porcentaje

de Ceniza

(%)

Cilindro

NºDías

Masa

(kg)

Longitud

(cm)

Diámetro

(cm) 𝐜𝐦𝟐

0

100.36105.53

118.47 121.85

0

20

40

60

80

100

120

140

0 10 20 30 40 50 60

%

Re

sis

ten

cia

Días

DÍas Vs % Resistencia

79

Tabla 32. Falla de cilindros de concreto combinado, con 30% de reemplazo de cemento.

Ilustración 26. Gráfica resistencias del concreto combinado, con 30% de reemplazo de cemento.

1 30 7 3.815 20.5 10.1 80.12 76.68 9.57083

2 30 7 3.771 20.5 10.2 81.71 74.51 9.11852

3 30 14 3.789 20.5 10.1 80.12 82.51 10.29850

4 30 14 3.772 20.3 10.1 80.12 85.8 10.70914

5 30 28 3.821 20.5 10.1 80.12 116.75 14.57217

6 30 28 3.876 20.4 10.2 81.71 108.23 13.24517

7 30 56 3.823 20.5 10.1 80.12 166.8 20.81917

8 30 56 3.834 20.5 10.1 80.12 164.76 20.56455

9 30 7 3.598 20.5 10.1 80.12 70.25 8.76827

10 30 7 3.607 20.5 10.1 80.12 72.64 9.06657

11 30 14 3.581 20.5 10.1 80.12 105.16 13.12556

12 30 14 3.761 20.1 10.1 80.12 107.49 13.41638

13 30 28 3.603 20.5 10.0 78.54 125.23 15.94478

14 30 28 3.675 20.5 10.0 78.54 126.3 16.08102

15 30 56 3.853 20.5 10.1 80.12 165.23 20.62321

16 30 56 3.743 20.5 10.1 80.12 168.3 21.00639

85.46

87.05

36.34

37.57

54.39

55.60

66.07

66.64

42.68

44.38

60.39

54.89

86.27

85.22

Área

( )

Fuerza

(kN)

Esfuerzo

(MPa)

Porcentaje de

Resistencia de

Diseño (%)

39.66

37.79

Cilindro

Nº

Porcentaje

de Ceniza

(%)

DíasMasa

(kg)

Longitud

(cm)

Diámetro

(cm) 𝐜𝐦𝟐

0

37.84

49.26

62.00

86.00

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60

% R

es

iste

nc

ia

Días

Días Vs % Resistencia

80




1 10 7 3.821 20.05 10.00 78.54 121.65 15.48896

2 10 7 3.876 20.40 10.02 78.85 126.97 16.10185

3 10 14 3.857 20.50 10.00 78.54 169.18 21.54067

4 10 14 3.919 20.40 10.02 78.85 176.18 22.34248

5 10 28 3.855 20.00 10.00 78.54 189.24 24.09479

6 10 28 3.856 20.00 10.00 78.54 190.68 24.27813

7 10 56 3.689 20.00 10.00 78.54 201.34 25.63540

8 10 56 3.743 20.00 10.00 78.54 199.49 25.39986

89.26

92.59

99.85

100.61

106.23

105.26

Área

( )

Fuerza

(kN)

Esfuerzo

(MPa)

Porcentaje de

Resistencia de

Diseño (%)

64.19

66.73

Cilindro

Nº

Porcentaje

de Ceniza

(%)

DíasMasa

(kg)

Longitud

(cm)

Diámetro

(cm) 𝐜𝐦𝟐

0

65.46

90.92100.23

105.74

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60

% R

esi

ste

nci

a

Días


1 5 7 3.746 20.4 10.0 78.54 110.09 14.01709

2 5 7 4.006 20.0 10.0 78.54 112.77 14.35832

3 5 14 3.780 20.0 10.0 78.54 145.94 18.58166

4 5 14 3.890 20.4 10.0 78.54 152.58 19.42709

5 5 28 3.855 20.2 10.0 78.54 166.16 21.15615

6 5 28 3.689 20.2 10.2 81.71 187.29 22.92051

7 5 56 3,769 20.4 10.2 81.71 202.77 24.81495

8 5 56 3,876 20.4 10.1 80.12 204.94 25.57962

87.67

94.98

102.83

106.00

Esfuerzo

(MPa)

Porcentaje de

Resistencia de

Diseño (%)

58.09

59.50

77.00

80.50

Cilindro

Nº

Porcentaje

de Ceniza

(%)

DíasMasa

(kg)

Longitud

(cm)

Diámetro

(cm)

Área

( )

Fuerza

(kN)𝐜𝐦𝟐

81


7.6.1 Cilindros con Inclusión de Varillas de Acero

En el caso de los cilindros a los cuales se les incluyo 2 varillas de acero de 25

cm cada una con el fin de observar la reacción del acero con el concreto

combinado con diferentes proporciones de ceniza volcánica, se fallaron con la

ayuda de una maceta, y los resultados de evidencian a continuación.

0

58.79

78.75

91.33

104.42

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60

% R

es

iste

nc

ia

Días


82

Tabla 35. Reacción del acero en el concreto combinado con diferentes proporciones de ceniza volcánica.

Reacción Del Acero Con El Concreto Combinado Con Diferentes Proporciones De

Ceniza Volcánica

Días

30%

10%

5%

7

14

28

83

56

Tabla 36. Reacción del concreto con reemplazo del 30% de cemento.

1 30 7 4.015 20.5 10.0 78.54

2 30 14 4.071 20.3 10.0 78.54

3 30 28 4.291 20.0 10.2 81.71

4 30 56 4.195 20.5 10.1 80.12

Como se observa en las imágenes, el

acero que hace contacto con el

concreto está en perfectas

condiciones, caso contrario el acero

que se encuentra expuesto, este

presenta algo de oxidación pero no

precisamente por efectos del concreto.

La reacción del acero con el concreto

combinado con ceniza volcánica a los

28 días es admisible, ya que no se

presenta ningún tipo de deterioro u

oxidación.

Después de transcurridos los 56 días y

teniendo en cuenta que el 30% es el

mayor valor de reemplazo de cemento

no se observa ningún efecto negativo

de esta combinación, es decir que si

es posible realizar concreto reforzado

con ceniza volcánica.

Longitud

(cm)

Diámetro

(cm)

Área

( )Observaciones


combinado con ceniza volcánica es

favorable, ya que no se presenta

deterioro ni oxidación del mismo.

Cilindro

Nº

Porcentaje

de Ceniza

(%)

DíasMasa

(kg) 𝐜𝐦𝟐

84



1 10 7 4.102 20.0 10.1 80.12

2 10 14 4.107 20.5 10.2 81.71

3 10 28 4.065 20.2 10.0 78.54

4 10 56 4.201 20.3 10.1 80.12

Las dos varillas de acero que se

incorporaron en los cilindros de

concreto no presentan deterioro ni

oxidación alguna que pueda afectar su

ductilidad y por ende resistencia del

concreto.

Como se observó anteriormente en las

imágenes no se evidencia ningún tipo

de oxidación u otro elemento que

afecte la ductilidad del acero.



aceptable y por ende se puede realizar

obras con estas proporciones sin tener

afectación alguna por oxidación.



favorable, ya que no se presenta

deterioro ni oxidación del mismo.

Área

( )Observaciones

Longitud

(cm)

Diámetro

(cm)

Cilindro

Nº

Porcentaje

de Ceniza

(%)

DíasMasa

(kg) 𝐜𝐦𝟐

1 5 7 4.034 20.2 10.1 80.12

2 5 14 4.068 20.4 10.2 81.71

3 5 28 4.350 20.5 10.0 78.54

4 5 56 4.223 20.5 10.0 78.54

Diámetro

(cm)

Las dos varillas de acero que se

incorporaron en los cilindros de

concreto no presentan deterioro ni

oxidación alguna que pueda afectar su

ductilidad y por ende resistencia del

concreto.

Como se observa no se presentó

ningún tipo de afectación en los

cilindros de concreto al hacer contacto

con el acero.

No se presenta afectación alguna tanto

en los cilindros de concreto como en

las varillas de acero.

Después de transcurridos los 56 días

no se observa ningún efecto negativo

de esta combinación, es decir que si

es posible realizar concreto reforzado

con ceniza volcánica.

Cilindro

Nº

Porcentaje

de Ceniza

(%)

DíasMasa

(kg)

Longitud

(cm)

Área

( )Observaciones

𝐜𝐦𝟐

85

8. ANÁLISIS DE COSTOS MEDIANTE UNA OBRA DE PLACA HUELLA

Se realizara un análisis de los costos y posible ahorro que tendría el hecho de

desarrollar una obra como lo puede ser una placa huella empleando primero un

concreto convencional de 3500 PSI y luego un concreto de 3500 PSI con

reemplazo del 10 de cemento por ceniza volcánica, la cual cumple con la

resistencia en un 100% a los 28 días como ya se comprobó anteriormente.

El presupuesto a emplear se tomó de una obra real a ejecutar en el Municipio de

Santa Isabel, Tolima; una placa huella con una longitud de 870 m, se utilizó con

previa autorización del Director del Banco de Programas y Proyectos de la

Alcaldía Municipal de dicho Municipio.

8.1 Presupuesto Empleando Concreto Convencional

8.1.1 Presupuesto General

Tabla 39. Presupuesto general de placa huella, concreto convencional.

Fuente: (Alcaldía Municipal de Santa Isabel, 2018)

ITEM DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD VALOR UNITARIO VALOR TOTAL

1.1EXCAVACIONES VARIAS SIN CALIFICAR

(INCLUYE CARGUE Y RETIRO)m3 965.00 $ 31,000.00 $ 29,915,000.00

1.2 SUB BASE GRANULAR COMPACTADA m3 652.50 160,650.00$ $ 104,824,125.00

1.3

MEJORAMIENTO DE LA SUBRASANTE CON

ADICIÓN DE MATERIAL GRANULAR

(AFIRMADO)

m3 683.10 $ 67,500.00 $ 46,109,250.00

1.4CONCRETO CLASE D (245 KG/CM2 O 3500

PSI)m3 654.00 697,562.00$ $ 456,205,548.00

1.5 CONCRETO CLASE G (Ciclópeo) m3 129.00 562,472.00$ $ 72,558,888.00

1.6 ACERO DE REFUERZO - GRADO 60 kg 31,261.00 5,100.00$ $ 159,431,100.00

1.7

TUBERIA EN CONCRETO REFORZADO 900

MMm 24.00 663,000.00$ $ 15,912,000.00

$ 884,955,911.00

24% $ 212,389,419.00

1% $ 8,849,559.00

5% $ 44,247,796.00

30% $ 265,486,774.00

$ 1,150,442,685.00

REPUBLICA DE COLOMBIA

DEPARTAMENTO DEL TOLIMA

MUNICIPIO DE SANTA ISABEL

“MEJORAMIENTO DE LA VIA RURAL TERCIARIA SANTA ISABEL – GUAIMARAL DEL MUNICIPIO DE SANTA

ISABEL, TOLIMA”

PRESUPUESTO GENERAL

Fecha: Junio de 2018

TOTAL COSTOS DIRECTOS:

ADMINISTRACION

IMPREVISTOS

UTILIDAD

TOTAL AIU

TOTAL COSTO OBRA

86

8.1.2 Análisis de Precios Unitarios

Tabla 40. AIU Excavaciones varias sin clasificar.


ITEM: 1.1

UNIDAD: m3

I. EQUIPO

Tipo Rendimiento Valor-Unit

30.00

10.00 9,800.00

Sub-Total 9,830.00

II. MATERIALES EN OBRA

Unidad Cantidad Valor-Unit

Sub-Total -

III. TRANSPORTES

Material Vol. Distancia Tarifa Valor-Unit

Retiro de sobrantes 1.3 4 650.00 17,576.00

Sub-Total 17,576.00

IV. MANO DE OBRA

Trabajador Jornal Prestaciones Rendimiento Valor-Unit

Obreros (4) 96,000.00 185% 70.000 2,537.14

Oficial 40,000.00 185% 70.000 1,057.14

Sub-Total 3,594.00

31,000.00

V. COSTOS INDIRECTOS

Porcentaje Valor-Total

24% 7,440.00

1% 310.00

5% 1,550.00

Sub-Total 9,300.00

40,300.00

“MEJORAMIENTO DE LA VIA RURAL TERCIARIA SANTA ISABEL

– GUAIMARAL DEL MUNICIPIO DE SANTA ISABEL, TOLIMA”

EXCAVACIONES VARIAS SIN CALIFICAR

(INCLUYE CARGUE Y RETIRO)

Descripción Tarifa/Hora




ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS

Herramienta menor

Retroexcavadora de Llanta 98,000.00

Descripción Precio-Unit

M³-Km

5.20

Jornal Total

177,600.00

74,000.00

Total Costo Directo

Descripción

Administración

Imprevisto

Utilidad

Precio unitario total aproximado al peso

87

Tabla 41. AIU Sub-base granular compactada.


ITEM: 1.20

UNIDAD: m3

I. EQUIPO


39.27

45.00 1,164.00

dia 45.00 2,969.78

dia 45.00 2,160.44

Sub-Total 6,333.49



M3 1.30 61,178.00

Lt 24.00 1,440.00

Sub-Total 62,618.00

III. TRANSPORTES

Material Vol Distancia Tarifa Valor-Unit

Material Sub-Base 1.3 56 1,250.00 91,000.00

Sub-Total 91,000.00

IV. MANO DE OBRA


Obreros (4) 96,000.00 185% 360.000 493.33

Oficial 40,000.00 185% 360.000 205.56

Sub-Total 698.89

160,650.00



24% 38,556.00

1% 1,606.50

5% 8,032.50

Sub-Total 48,195.00

208,845.00

Herramienta menor

Carrotanque de agua 1000 galones

Global

52,380.00


Motoniveladora Potencia 215 HP 133,640.00

Vibrocompactador 153 HP, 10 Ton 97,220.00


“MEJORAMIENTO DE LA VIA RURAL TERCIARIA SANTA

ISABEL – GUAIMARAL DEL MUNICIPIO DE SANTA ISABEL,

TOLIMA”

SUB BASE GRANULAR COMPACTADA





Agua 60.00

M³-Km

Administración

Imprevisto

72.80

Total Costo Directo

Jornal Total

177,600.00

74,000.00

Material Sub-Base 47,060.00

Utilidad


Descripción

88

Tabla 42. AIU Mejoramiento de la sub-rasante con adición de material granular (afirmado).


ITEM: 1.3

UNIDAD: m3

I. EQUIPO


507.00

45.00 1,164.00

dia 45.00 2,969.78

dia 45.00 2,160.44

Sub-Total 6,801.22



M3 1.30 26,000.00

Lt 25.00 1,500.00

Sub-Total 27,500.00

III. TRANSPORTES

Material Vol-peso o Cant. Distancia Tarifa Valor-Unit

Material Afirmado de la Zona 1.3 20 1,250.00 32,500.00

Sub-Total 32,500.00

IV. MANO DE OBRA


Obreros (4) 96,000.00 185% 360.000 493.33

Oficial 40,000.00 185% 360.000 205.56

Sub-Total 698.89

67,500.00



24% 16,200.00

1% 675.00

5% 3,375.00

Sub-Total 20,250.00

87,750.00

Total Costo Directo

Global

Vibrocompactador 153 HP, 10 Ton 97,220.00

177,600.00

74,000.00

26.00

133,640.00

Carrotanque de agua 1000 galones


Agua 60.00





Herramienta menor

Motoniveladora Potencia 215 HP



(AFIRMADO)

Material de Afirmado de la Zona 20,000.00

“MEJORAMIENTO DE LA VIA RURAL TERCIARIA SANTA

ISABEL – GUAIMARAL DEL MUNICIPIO DE SANTA ISABEL,

TOLIMA”

Jornal Total


M³-Km

52,380.00

Descripción

Administración

Imprevisto

Utilidad


89

Tabla 43. AIU Concreto clase D (3500 PSI), concreto convencional.


ITEM: 1.40

UNIDAD: m3

I. EQUIPO


0.60 30,000.00

0.60 12,666.67

2,065.00

Sub-Total 44,731.67



M3 0.76 41,800.00

Lt 190.00 28,500.00

M3 0.60 25,200.00

Kg 380.00 228,000.00

M2 4.60 55,200.00

7,574.00

Sub-Total 386,274.00

III. TRANSPORTES


Arena 0.6 56 1,250.00 42,000.00

Triturado 0.76 56 1,250.00 53,200.00

Sub-Total 95,200.00

IV. MANO DE OBRA


Obreros (8) 616,000.00 185% 8.000 142,450.00

Oficial 125,000.00 185% 8.000 28,906.25


697,562.00



24% 167,414.88

1% 6,975.62

5% 34,878.10


906,831.00

12,000.00

Agregados Petreos para Concreto Hidraulico

Agua

Arena Lavada

Cemento

Formaleta

Vibrador de Concreto 7,600.00

55,000.00

150.00

42,000.00

600.00

Total Costo Directo

Administración

Imprevisto

Utilidad


M³-Km

42.56

Jornal Total

1,139,600.00

231,250.00

33.60

18,000.00

Herramienta menor Global

Descripción


Desperdicio (2%)








CONCRETO CLASE D (245 KG/CM2 O 3500

PSI)

Mezcladora Concreto

90

Tabla 44. AIU Concreto clase G (ciclópeo).


ITEM: 1.50

UNIDAD: m3

I. EQUIPO


0.60 30,000.00

0.60 12,666.67

1,521.00

Sub-Total 44,187.67



M3 0.51 28,050.00

Lt 96.00 14,400.00

M3 0.33 13,860.00

Kg 210.00 126,000.00

M3 0.40 14,000.00

M2 4.60 55,200.00

5,030.20


III. TRANSPORTES


Arena 0.55 56 1,250.00 38,500.00

Triturado 0.85 56 1,250.00 59,500.00

Piedra Media Zonja 0.4 56 1,250.00 28,000.00


IV. MANO DE OBRA


Obreros (6) 462,000.00 185% 8.000 106,837.50

Oficial 125,000.00 185% 8.000 28,906.25


562,472.00



24% 134,993.28

1% 5,624.72

5% 28,123.60


731,214.00







CONCRETO CLASE G (Ciclópeo)


Mezcladora Concreto 18,000.00




Agregados Petreos para Concreto Hidraulico 55,000.00

Agua 150.00

Arena Lavada 42,000.00

Cemento 600.00

Formaleta 12,000.00

Desperdicio (2%)

M³-Km

30.80

47.60

Jornal Total

854,700.00

231,250.00

Total Costo Directo

22.40

Piedra Media Zonja 35,000.00

Descripción

Administración

Imprevisto

Utilidad


91

Tabla 45. AIU Acero de refuerzo - Grado 60.


ITEM: 1.6

UNIDAD: kg

I. EQUIPO


85.00

Sub-Total 85.00



Kg 1.00 3,600.00

Kg 0.01 45.00

72.90

Sub-Total 3,717.90

III. TRANSPORTES


Acero 1.00 56 2.00 112.00

Alambre 0.01 56 2.00 1.12

Sub-Total 113.12

IV. MANO DE OBRA


Obreros (1) 24,000.00 185% 100.000 444.00

Oficial 40,000.00 185% 100.000 740.00

Sub-Total 1,184.00

5,100.00



24% 1,224.00

1% 51.00

5% 255.00

Sub-Total 1,530.00

6,630.00

3,600.00

4,500.00

56.00





ACERO DE REFUERZO - GRADO 60




44,400.00

74,000.00


ACERO DE REFUERZO - GRADO 60

Alambre Negro

Total Costo Directo


Desperdicio 2%

M³-Km

0.56

Jornal Total

Descripción

Administración

Imprevisto

Utilidad


92

Tabla 46. AIU Tubería en concreto reforzado 900 mm.


ITEM: 1.7

UNIDAD: km

I. EQUIPO


1,923.00

Sub-Total 1,923.00



Ml 1.00 500,000.00


III. TRANSPORTES


Tuberia 1.00 56 1,250.00 70,000.00

Sub-Total 70,000.00

IV. MANO DE OBRA


Obreros (1) 24,000.00 185% 1.300 34,153.85

Oficial 40,000.00 185% 1.300 56,923.08

Sub-Total 91,076.92

663,000.00



24% 159,120.00

1% 6,630.00

5% 33,150.00


861,900.00

Herramienta menor

TUBERIA EN CONCRETO REFORZADO 900 MM 500,000.00

Global







TUBERIA EN CONCRETO REFORZADO 900

MM


M³-Km


56.00

Jornal Total

44,400.00

74,000.00

Total Costo Directo

Descripción

Administración

Imprevisto

Utilidad


93

8.2 Presupuesto con Reemplazo de 10% de Cemento en el Concreto con

Ceniza Volcánica

Del anterior presupuesto se seleccionan solo los ítems en los cuales se utilice

concreto de 3500 PSI, el proyecto tiene un costo total de $ 1,150,442,685.00 (mil

ciento cincuenta millones, cuatrocientos cuarenta y dos mil seiscientos ochenta

y cinco), de los cual se destinó para el concreto clase D $ 456,205,548.00 en la

fundición de 654 m3.

Para la realización del análisis correspondiente en cuanto al presupuesto se

tomó en cuenta que la ceniza volcánica como materia prima no tendrá ningún

valor, únicamente se toma el valor estimado del transporte de la misma desde el

punto de recolección hasta el lugar de la obra.

8.2.1 Presupuesto General

Tabla 47. Presupuesto general de placa huella, concreto combinado.


ITEM DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD VALOR UNITARIO VALOR TOTAL

1.1EXCAVACIONES VARIAS SIN CALIFICAR

(INCLUYE CARGUE Y RETIRO)m3 965.00 $ 31,000.00 $ 29,915,000.00

1.2 SUB BASE GRANULAR COMPACTADA m3 652.50 160,650.00$ $ 104,824,125.00

1.3



(AFIRMADO)

m3 683.10 $ 67,500.00 $ 46,109,250.00

1.4CONCRETO COMBINADO CLASE D (245

KG/CM2 O 3500 PSI)m3 654.00 677,309.00$ $ 442,960,086.00

1.5 CONCRETO CLASE G (Ciclópeo) m3 129.00 562,472.00$ $ 72,558,888.00

1.6 ACERO DE REFUERZO - GRADO 60 kg 31,261.00 5,100.00$ $ 159,431,100.00

1.7TUBERIA EN CONCRETO REFORZADO 900

MM m 24.00 663,000.00$ $ 15,912,000.00

$ 871,710,449.00

24% $ 209,210,508.00

1% $ 8,717,104.00

5% $ 43,585,522.00

30% $ 261,513,134.00

$ 1,133,223,583.00




“MEJORAMIENTO DE LA VIA RURAL TERCIARIA SANTA ISABEL – GUAIMARAL DEL MUNICIPIO DE SANTA

ISABEL, TOLIMA”

PRESUPUESTO GENERAL

Fecha: Junio de 2018

TOTAL COSTOS DIRECTOS:

ADMINISTRACION

IMPREVISTOS

UTILIDAD

TOTAL AIU

TOTAL COSTO OBRA

94

8.2.2 Análisis de Precios Unitarios

Tabla 48. AIU Concreto clase D (3500 PSI), concreto combinado.


ITEM: 1.40

UNIDAD: m3

I. EQUIPO


0.60 30,000.00

0.60 12,666.67

2,065.00

Sub-Total 44,731.67



M3 0.76 41,800.00

Lt 190.00 28,500.00

M3 0.60 25,200.00

Kg 38.00 0

Kg 342.00 205,200.00

M2 4.60 55,200.00

1,910.00


III. TRANSPORTES


Arena 0.55 56 1,250.00 38,500.00

Triturado 0.85 56 1,250.00 59,500.00

Ceniza Volcánica 0.03 144.3 1,250.00 5,411.25


IV. MANO DE OBRA


Obreros (8) 616,000.00 185% 8.000 142,450.00

Oficial 125,000.00 185% 8.000 28,906.25


677,309.00

12,000.00

Agregados Petreos para Concreto Hidraulico

Agua

Arena Lavada

Cemento

Formaleta


55,000.00

150.00

42,000.00

600.00

Ceniza Volcánica -

Total Costo Directo

M³-Km

47.60

Jornal Total

1,139,600.00

231,250.00

30.80

4.33

18,000.00



Desperdicio (2%)








CONCRETO COMBINADO CLASE D (245

KG/CM2 O 3500 PSI)

Mezcladora Concreto

95

9. CAPÍTULO IV. CONCLUSIONES

La ceniza volcánica en estado natural es un material que podría ser aprovechado

en diferentes situaciones para ser aplicada a mezclas de hormigón por su

potencial aporte en diferentes ámbitos. Al agregar ceniza en diferentes

proporciones a los diseños de hormigón (30%, 10% y 5% en proporción al

cemento) y una resistencia de 3500 PSI se obtuvieron las siguientes

conclusiones:

Se observó que los cilindros de concreto convencional pese a ser

diseñados para una resistencia de 3500Psi al aplicar un factor de

mayoración se alcanzaron resistencias superiores a las esperadas por lo

cual se obtuvo valores cercanos a los 4000Psi, lo anterior permite concluir

que puede realizarse un ajuste del diseño de mezcla convencional. Vale

la pena resaltar que los porcentajes de desarrollo de las resistencias

alcanzadas con el concreto no convencional fueron comparadas respecto

de los 3500Psi y no 4000Psi puesto que el objeto de este trabajo era la

fabricación de concretos de 3500Psi.

Al comparar las características mecánicas del concreto convencional

frente las del concreto modificado se evidenció que las probetas de

concreto convencional mostraron ser más resistentes desde los 7 días

mientras que las muestras con concreto combinado con un 10% y 5% de

adición de ceniza volcánica no alcanzaron el 100% a los 7 días.

En la mezcla a la cual se le agrego el 10% de ceniza volcánica, alcanzo

la resistencia de 3500Psi a los 28 días, obteniendo el 100,23% respecto

96

de la resistencia inicialmente planteada en el diseño de 3500Psi y a los

56 días 105,74% respecto a ese mismo valor, esta fue la proporción que

arrojo mejores resultados por lo cual es recomendable emplearla en obras

civiles si la idea es ahorrar costos, emplear materiales ecológicos,

abundantes alrededor de todos los volcanes del mundo y que además son

considerados desechos.

La mezcla a la cual se le agrego el 5% de reemplazo del cemento por

ceniza volcánica, no alcanzo la resistencia esperada a los 28 días,

obteniendo el 91,33%, sin embargo, a los 56 días logro 104,42%, lo cual

es considerado realmente un buen resultado y podemos afirmar, que se

puede emplear este tipo de concreto en aquellas obras las cuales no

necesiten resistencias máximas en poco tiempo.

Por otro lado las mezclas del 30% de reemplazo del cemento no arrojaron

resultados favorables en cuanto a resistencia a la compresión, ya que con

el transcurso del tiempo el aumento fue insuficiente, tanto así que para el

día 28 que se esperaba alcanzar un alto porcentaje, se obtuvo tan solo el

62%, y a los 56 días 86%, por lo tanto, esta proporción no es

recomendable para obras de ningún tipo, ya que al no alcanzar la

resistencia adecuada afectaría en gran medida la estructura.

Los resultados dejan ver el gran potencial que tiene el uso de la ceniza

volcánica del Volcán Cerro Machín empleada en el concreto, sustituyendo

en proporción cemento hidráulico de uso general, por lo tanto puede ser

aprovechado y esto gracias a las resistencias y resultados obtenidos,

además de que es un material abundante y económico por lo cual se

97

puede emplear en industrias encargadas del concreto en Colombia y en

el mundo.

Es posible emplear hormigón estructural reforzado con un concreto

combinado con ceniza volcánica del Volcán Cerro Machín, esto se afirma

ya que en ninguno de los casos el acero presento algún estado de

oxidación o deterioro en los tiempos estimados hasta los 56 días, es decir

que la reacción de estos elementos es aceptable y favorable.

Se puede presentar un amplio campo para el desarrollo de nuevos

proyectos de investigación, con el objeto de profundizar en el

perfeccionamiento y manejo de factores que presenta la ceniza volcánica

del Volcán Cerro Machín, de esta forma realizar un análisis más detallado

de sus componentes y utilización para el desarrollo de materiales más

competitivos técnica, económica y ambientalmente.

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en la obra de la placa huella

del Municipio de Santa Isabel el cual se tomó como referencia, se puede

observar claramente que existe ahorro de costos al combinar el concreto

clase D con ceniza volcánica de proporción 10%, esto se afirma ya que la

obra inicial (empleando concreto convencional clase D) tenía un costo

total de $ 1,150,442,685.00, y al emplear el concreto modificado el costo

total fue de $ 1,133,223,583.00, es decir el ahorro en costos para el total

de la obra es $ 17,219,102.00, que para una obra de tan pequeña

magnitud, tan solo 0.87 km se considera realmente valioso.

98

10. CAPÍTULO V. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Alcaldía Municipal de Santa Isabel, T. (2018). Mejoramiento de la Vía Rural

Terciaria Santa Isabel - Guaimaral del Municipio de Santa Isabel, Tolima.

Santa Isabel, Tolima.

B.V., E. (2012). Propiedades del concreto fabricado con ceniza volcanica. India:

Elsevier B.V.

Chu, J. (06 de Febrero de 2018). MIT News. Obtenido de

http://news.mit.edu/2018/cities-future-built-locally-available-volcanic-ash-

0206

Coutts, M. V. (23 de 02 de 2018). Comprueban que las construcciones con

ceniza volcánica pueden ser más resistentes y ecológicas. El Definido.

Recuperado el 05 de 2018, de

https://www.eldefinido.cl/actualidad/mundo/9704/Comprueban-que-las-

construcciones-con-ceniza-volcanica-pueden-ser-mas-resistentes-y-

ecologicas/

Coutts, M. V. (23 de Febrero de 2018). El Definido. Obtenido de

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101

11. ANEXOS

Ilustración 29. Tamices empleados para la clasificación del agregado grueso.

Ilustración 30. Porcentaje mayor de la muestra que queda retenida en el tamiz de 0,5”.

Ilustración 31. Agregado grueso empleado para el proceso de gradación, después de pasar 24 h

en el horno.

Ilustración 32. Tamices empleados para la clasificación del agregado fino.

Ilustración 33. Agregado fino empleado para el proceso de gradación, después de pasar 24 h

en el horno.

Ilustración 34. Probetas con el contenido de arenas y llenadas hasta las 15” con solución

stock.

102

Ilustración 35 . Lectura de la arcilla después de 20 min de reposo.

Ilustración 36. Lectura de la arena después de 20 min de reposo.

Ilustración 37. Masa unitaria compacta para el agregado grueso.

Ilustración 38. Masa unitaria compacta para el agregado liviano (Arena).

Ilustración 39. Masa unitaria compacta para el agregado liviano (Ceniza Volcánica).

Ilustración 40. Ensayo densidad y % adsorción,

agregado grueso, peso de la muestra saturada (sumergido en la canastilla),

mediante la balanza mecánica.

103

Ilustración 41. Ensayo densidad y % adsorción, agregado grueso después de pasar 24 ± 4 horas

en el horno.

Ilustración 42. Ensayo densidad y % adsorción, proceso de secado de la muestra de agregado

fino empleando un secador.

Ilustración 43. Ensayo densidad y % adsorción, determinación del estado SSS de la arena.

Ilustración 44. Ensayo densidad y % adsorción, agregado fino, peso de la muestra en estado

SSS.

Ilustración 45. Ensayo densidad y % adsorción,

peso del picnómetro con los 500 g de arena y aforado el espacio restante con agua

destilada.

Ilustración 46. Máquina de los ángeles empleada para el ensayo.

104

Ilustración 47. Muestra después de retirada de la máquina de los ángeles.

Ilustración 48.Muestra después del lavado sobre el tamiz # 12.

Ilustración 49. Ensayo Micro-Deval, tamices empleados para obtener 750 g de muestra.

Ilustración 50. Ensayo Micro-Deval, tamices empleados para obtener 375 g de muestra.

Ilustración 51. Ensayo Micro-Deval, recipiente donde se pone la muestra, el agua y las esferas

magnéticas.

Ilustración 52. Máquina del ensayo de Corte Directo.

Ilustración 53. Ensayo de Corte Directo, montaje del molde de la muestra.

105

Ilustración 54. Ensayo de Corte Directo, ubicación de la muestra en el recipiente.

Ilustración 55. Ensayo de Corte Directo, muestra consolidada drenada, para el ensayo.

Ilustración 56. Ensayo de Corte Directo, ubicación de la muestra en el equipo.

Ilustración 57. Pesaje del agregado grueso para la elaboración de la mezcla.

Ilustración 58. Pesaje del cemento para la elaboración de la mezcla.

Ilustración 59. Pesaje del agregado fino (arena) para la elaboración de la mezcla.

106

Ilustración 60. Pesaje del agregado fino (ceniza) para la elaboración de la mezcla.

Ilustración 61. Medición del agua para la elaboración de la mezcla.

Ilustración 62. Mezcla de concreto.

Ilustración 63. Probetas para encofrar el concreto.

Ilustración 64. Cilindros para el ensayo de compresión.

Ilustración 65. Cilindros para la medición y posterior ensayo de compresión.

107

Ilustración 66. Pesaje de los cilindros.

Ilustración 67. Ensayo de compresión de los cilindros.

Ilustración 68. Resultado ensayo de compresión.

Ilustración 69. Materiales para las probetas con varillas de acero.

Ilustración 70. Cilindros con varillas de acero encofrados.

Ilustración 71. Cilindros con varillas de acero en la piscina de curado.

108

Ilustración 72. Cilindros con varillas de acero.

Ilustración 73. Medición del diámetro de los cilindros con varillas de acero.

Ilustración 74. Medición de la longitud de los cilindros con varillas de acero.

Ilustración 75. Resultados obtenidos 30% ceniza.



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