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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIAPAS FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL CAMPUS I

“ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON ADICIÓN DE CENIZA DE BAGAZO DE CAÑA COMO FILLER”

TESIS Que para obtener el título de: LICENCIADO EN INGENIERÍA CIVIL

Presentan: WILBERT CARPIO CORONEL GUTEMBERG DE JESÚS SERRANO RUÍZ

Director de tesis: DR. JOSÉ ERNESTO CASTELLANOS CASTELLANOS Asesores de tesis: DR. FRANCISCO ALBERTO ALONSO FARRERA DR. JESÚS ALEXANDER ZEA ESTRADA

TUXTLA GUTIÉRREZ, CHIAPAS

MAYO DEL 2019

AGRADECIMIENTOS

A Dios, señor creador del cielo y de la tierra por la vida de mis padres,también por darme serenidad para aceptar las cosas que no podemos cambiar y sabiduría de la perseverancia para superar los obstáculos. A mis padres, por ser los impulsores a lograr mis sueños, a ellos que me brindaron su confianza, cariño y su apoyo incondicional para nunca rendirme ante las adversidades. Por compartir tristezas, alegrías, éxitos y fracasos, por todo lo que me han brindado durante mi vida como estudiante y por convertirme en una persona de provecho, ayundándome a lograr una meta más en mi vida. Al DR. José Ernesto Castellanos Castellanos, por haberme brindado la oportunidad de acceder a sus capacitaciones y conocimientos científicos. Al DR. Francisco Alberto Alonso Farrera y M.I. Jesús Alexander Zea Estrada por haber tenido siempre toda la disponibilidad para guiarme durante el desarrollo de la tesis hasta concluirla. A la vida por este nuevo triunfo, gracias a todas las personas que me apoyaron y creyeron en la realización de esta investigación.

ÍNDICE I.- INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 1 II.- ANTECEDENTES ..................................................................................................................... 3 II.1.- Estado del arte................................................................................................................... 17 II.2.- Objetivos ............................................................................................................................ 23 2.2.1.- Objetivo general ............................................................................................................ 23 2.2.2.- Objetivos específicos .................................................................................................... 23 II.3.- Hipótesis............................................................................................................................. 23 II.4.- Preguntas de investigación ............................................................................................... 23 II.5.- Metodología ....................................................................................................................... 24 III.- DESARROLLO DEL TEMA ................................................................................................ 25 III.1.- Método utilizado para la dosificación............................................................................ 25 III.2.- Caracterización del concreto autoconsolidante en estado fresco y endurecido. ........ 27 III.3. Métodos de ensayo para la caracterización del concreto autoconsolidante en estado fresco............................................................................................................................................ 36 3.3.1. Pruebas al concreto autoconsolidante en estado fresco y endurecido. ........................... 37 III.4. Resistencia a compresión del concreto endurecido........................................................ 49 III.5. Proceso de elaboración del concreto autoconsoliante.................................................... 50 3.5.1. Ensayo No. 1 “Muestra fluida” ...................................................................................... 51 3.5.2. Ensayo No. 2 “Muestra con CBC (5%) respecto al cemento” ....................................... 57 3.5.3. Ensayo No. 3 “Muestra con CBC (10%) respecto al cemento” ..................................... 61 3.5.4. Ensayos No. 4 “Muestra con el 15% de CBC” .............................................................. 66 3.5.5. Ensayo No. 5 “Muestra con el 20% de CBC” ................................................................ 71 3.5.6. Ensayo No.6 “Muestra con el 25 % de CBC” ................................................................ 75 IV.- ANÁLISIS DE RESULTADOS............................................................................................. 80 IV.1. Pruebas de concreto en estado fresco. ............................................................................. 81 IV.2. Pruebas de concreto en estado endurecido a “compresión”. ........................................ 85 4.2.1.MUESTRA DE CONTROL............................................................................................ 86 4.2.2.MUESTRA FLUIDA 2% DE ADITIVO ........................................................................ 87 .4.2.3. MUESTRA CON EL 5 % DE CBC. ............................................................................. 88 4.2.3.MUESTRA CON EL 10 % DE CBC .............................................................................. 89 4.2.4.MUESTRA CON EL 15 % DE CBC. ............................................................................. 90 4.2.5.MUESTRA CON EL 20% DE CBC ............................................................................... 91 4.2.6.MUESTRA CON EL 25 % DE CBC .............................................................................. 92 IV.3 Resistencia a compresión de todas las muestras ........................................................ 93

V.- CONCLUSIONES.................................................................................................................... 94 V.1.- Recomendaciones .............................................................................................................. 95 Referencias Bibliográficas. ............................................................................................................ 96

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2. 1 CEMENTO (RESERVADO) --------------------------------------------------------------------------------- 3 Figura 2. 2 Tipos de adiciones al cemento-------------------------------------------------------------------------- 8 Figura 2. 3 Países con mayor producción de caña de azúcar en el 2016 ---------------------------------- 12 Figura 2. 4 Países con mayor superficie de caña en el 2016 ------------------------------------------------- 13 Figura 2. 5 Países con mayor rendimiento de caña de azúcar en el 2016 -------------------------------- 14 Figura 2. 6 Producción de caña de azúcar en México en el año 2007-2016------------------------------ 15 Figura 2. 7 Superficie de caña de azúcar en México 2007-2016 -------------------------------------------- 15 Figura 2. 8 Rendimiento de caña de azúcar en México 2007-2016 ---------------------------------------- 16 Figura 3.2. 1 Cemento a utilizar en los ensayos ............................................................................... 27 Figura 3.2. 2 Granulometría de la arena del rio Santo Domingo, Chiapas. ...................................... 29 Figura 3.2. 3 Granulometría de la grava de la empresa CONSTHER. ............................................... 31 Figura 3.2.4 Espectro FTIR de la ceniza de bagazo de caña (CBC) y cemento portland utilizado….33

Figura 3.3.1. 1 Molde para la prueba de extensión de flujo ............................................................ 38 Figura 3.3.1. 2 Características de la base para el ensayo de extensión de flujo. ............................. 38 Figura 3.3.1. 3 Características de la caja en L................................................................................... 41 Figura 3.3.1. 4 Ensayo de caja en L................................................................................................... 42 Figura 3.3.1. 5 Medidas a tomar en el ensayo de caja en L. ............................................................ 43 Figura 3.3.1. 6 Aparatos para el ensayo de anillo japonés............................................................... 45 Figura 3.3.1. 7 Características de los aparatos para el ensayo del anillo japonés. .......................... 46 Figura 3.3.1. 8 Detalle de medición para el ensayo del anillo japonés. ........................................... 47 Figura 3.5.1. 1 Materiales utilizados en el ensayo 1. ....................................................................... 51 Figura 3.5.1. 2 Extensión de flujo con anillo japonés ensayo 1........................................................ 52 Figura 3.5.1. 3 Extensión de flujo con anillo japonés. ...................................................................... 53 Figura 3.5.1. 4 Método de la caja en L para el ensayo 1 .................................................................. 53 Figura 3.5.1. 5 Extensión de flujo sin anillo del ensayo 1................................................................. 54 Figura 3.5.1. 6 Llenado de cilindros ensayo 1 .................................................................................. 55 Figura 3.5.1. 7 Realización de las pruebas en estado endurecido ensayo 1 .................................... 55 Figura 3.5.1. 8 Finalización de la prueba en estado endurecido de la mezcla ................................. 56 Figura 3.5.2. 1 Prueba con anillo japonés ------------------------------------------------------------------------ 58 Figura 3.5.2. 2 Prueba de extensión de flujo sin anillo -------------------------------------------------------- 58 Figura 3.5.2. 3 Método de la caja en L----------------------------------------------------------------------------- 59 Figura 3.5.2. 4 Colocación del cilindro para realización de la prueba en estado endurecido. ------- 60 Figura 3.5.2. 5 Finalización de la prueba en estado endurecido. ------------------------------------------- 61

Figura 3.5.3. 1 Prueba de extensión de flujo con anillo japonés ensayo 3. ..................................... 62 Figura 3.5.3. 2 Prueba de extensión de flujo sin anillo .................................................................... 63 Figura 3.5.3. 3 Método de la caja en L ............................................................................................. 63 Figura 3.5.3. 4 Ensayo del cilindro con porcentaje del 10% de CBC ................................................ 65 Figura 3.5.3. 5 Finalización de la prueba en estado endurecido con el 10% de CBC ....................... 65 Figura 3.5.4. 1 Prueba de flujo con anillo japonés con el 15 % de CBC. .......................................... 67 Figura 3.5.4. 2 Prueba de extensión de flujo sin anillo con el 15% de CBC...................................... 68 Figura 3.5.4. 3 Método de la caja en L con el 15% de CBC............................................................... 68 Figura 3.5.4. 4 Realización de la prueba en estado endurecido con el 15% de CBC ........................ 70 Figura 3.5.4. 5 Prueba concluida del cilindro en estado endurecido. .............................................. 70 Figura 3.5.5. 1 Prueba de extensión de flujo con anillo japonés con el 20 % de CBC ...................... 72 Figura 3.5.5. 2 Prueba de extensión de flujo sin anillo con el 20% de CBC...................................... 72 Figura 3.5.5. 3 Método de la caja en L ............................................................................................. 73 Figura 3.5.5. 4 Ensayo del cilindro con el 20% de CBC. .................................................................... 74 Figura 3.5.5. 5 Resultado del ensayo a compresión. ........................................................................ 75 Figura 3.5.6. 1 Prueba de extensión de flujo con anillo japonés. .................................................... 76 Figura 3.5.6. 2 Extensión de flujo sin anillo con el 25% de CBC. ...................................................... 77 Figura 3.5.6. 3 Método de la caja en L ............................................................................................. 77 Figura 3.5.6. 4 Inicio de la prueba en estado endurecido con 25% de CBC ..................................... 79 Figura 3.5.6. 5 Finalización de la prueba en estado endurecido con el 25% de CBC. ...................... 79 Figura 4.2.1. 1 Gráfica de los Resultados de la resistencia a compresión de la muestra de control. .......................................................................................................................................................... 86 Figura 4.2.2. 1 Gráfica de resultados de las resistencias de la muestra fluida. ............................... 87 Figura 4.2.3. 1 Gráfica de resultados de las resistencias de la muestra con el 5% de CBC. ............. 88 Figura 4.2.4. 1 Gráfica de resultados de las resistencias de la muestra con el 10% de CBC. ........... 89 Figura 4.2.5. 1 Gráfica de resultados de las resistencias de la muestra con el 15% de CBC. ........... 90 Figura 4.2.6. 1 Gráfica de las resistencias obtenidas para el 20% de CBC ....................................... 91 Figura 4.2.7. 1 Gráfica de resultados de las resistencias de la muestra con el 25% de CBC. .......... 92

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3.1. 1 Sugerencia del contenido de finos de la ACI para 1 m3 de concreto ---------------------- 26 Tabla 3.1. 2 Valores recomendados para la dosificación de un concreto autoconsolidante según la ACI (ACI,2007). ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 26 Tabla 3.2. 1 Granulometría de la arena del rio Santo Domingo, Chiapas --------------------------------- 28 Tabla 3.2. 2 Granulometría de la grava de la empresa CONSTHER. ---------------------------------------- 30 Tabla 3.2. 3 Composición química de algunos tipos de CBC ------------------------------------------------- 32

Tabla 3.2.3.1Características químicas de la ceniza y del cemento usado para los respectivos ensayos de adición al mismo............................................................................................................ 34 Tabla 3.5.1 1 Dosificación empleada en la primera práctica. ------------------------------------------------ 51 Tabla 3.5.1 2 Datos de la prueba con anillo japonés del ensayo 1. ---------------------------------------- 53 Tabla 3.5.1 3 Resultados del método de la caja en L ---------------------------------------------------------- 54 Tabla 3.5.1 4 Resultados muestra fluida en la prueba de extensión de flujo ---------------------------- 54 Tabla 3.5.2. 1 Dosificación para la mezcla con el 5% de CBC. ----------------------------------------------- 57 Tabla 3.5.2. 2 Resultados de la prueba con anillo. ------------------------------------------------------------- 58 Tabla 3.5.2. 3 Resultados de la prueba extensión de flujo. -------------------------------------------------- 59 Tabla 3.5.2. 4 Resultados del método de la caja en L con el 5% de CBC. --------------------------------- 59 Tabla 3.5.3 1 Dosificación para la mezcla con el 10% de CBC.----------------------------------------------- 62 Tabla 3.5.3 2 Resultados de la prueba extensión de flujo con anillo, con el 10% de CBC ------------ 62 Tabla 3.5.3 3 Resultados prueba extensión de flujo con el 10% de CBC ---------------------------------- 63 Tabla 3.5.3 4 Resultados de la caja en L con el 10% de CBC.------------------------------------------------- 64 Tabla 3.5.4. 1 Dosificación para el ensayo 4 con el 15 % de CBC. ------------------------------------------ 66 Tabla 3.5.4. 2 Resultados con el 15% de CBC en la prueba de extensión con anillo ------------------- 67 Tabla 3.5.4. 3 Resultados con el 15% de CBC en la prueba extensión de flujo -------------------------- 68 Tabla 3.5.4. 4 Resultados del método de la caja en L con el 15% de CBC.-------------------------------- 69 Tabla 3.5.5. 1 Dosificación empleada para el ensayo numero 5 -------------------------------------------- 71 Tabla 3.5.5. 2 Resultados obtenidos de la prueba con anillo. ----------------------------------------------- 72 Tabla 3.5.5. 3 Resultados obtenidos de la prueba extensión de flujo sin anillo con el 20% de CBC 73 Tabla 3.5.5. 4 Resultados del método de la caja en L con el 20% de CBC -------------------------------- 73 Tabla 3.5.6. 1 Dosificación para el ensayo con el 25% de CBC ---------------------------------------------- 75 Tabla 3.5.6. 2 Resultados de la última prueba con el 25% de CBC ----------------------------------------- 76 Tabla 3.5.6. 3 Resultados de la prueba sin anillo japonés con el 25% de CBC. -------------------------- 77 Tabla 3.5.6. 4 Resultado de la última prueba con el 25% de CBC------------------------------------------- 78

Tabla 4.1. 1 Resultados de la prueba de extensión de flujo sin anillo japonés. ------------------------- 81 Tabla 4.1. 2 Ensayos que pasaron el método de extensión de flujo. -------------------------------------- 81 Tabla 4.1. 3 Resultados de la prueba con el método de extensión de flujo con anillo japonés. ---- 82 Tabla 4.1. 4 Ensayos que cumplen con los parámetros del método de extensión con anillo. ------- 82 Tabla 4.1. 5 Resultados de los ensayos del método de la caja en L ---------------------------------------- 83 Tabla 4.1. 6 Ensayos que pasan los parámetros en el método de la caja en L. -------------------------- 83

Tabla 4.1.6. 1 Comparación de los resultados de cada una de las pruebas realizadas. --------------- 84 Tabla 4.2.1. 1 Resultados en estado endurecido a compresión de la muestra de control. ---------- 86 Tabla 4.2.2. 1 Resultados a compresión de la muestra fluida con el 2% de aditivo. ------------------- 87 Tabla 4.2.3. 1 Resultados a compresión del ensayo con el 5% de CBC ------------------------------------ 88 Tabla 4.2.4. 1 Resultados de la prueba a compresión del ensayo con el 10% de CBC. ---------------- 89 Tabla 4.2.5. 1 Resultados a compresión de la muestra con el 15 % de CBC. ----------------------------- 90 Tabla 4.2.6. 1 Resultados a compresión del ensayo con el 20 % de CBC. --------------------------------- 91 Tabla 4.2.7. 1 Resultados a compresión para las muestras con el 25% de CBC. ------------------------ 92

1 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

I.- Introducción El concreto es una mezcla de cemento portland, arena, grava y agua. El principal material cementante en el concreto es el cemento portland. Hoy en día la mayoría de las |mezclas de concreto contienen aditivos y adiciones, utilizados para el mejoramiento del desempeño del concreto en su estado fresco y endurecido. Esta investigación se enfocó en la realización de un concreto autoconsolidante (CAC) con aditivo reductor de agua de alto rango y adicionada con ceniza de bagazo de caña (CBC). El bagazo de caña de azúcar es un subproducto de la industria azucarera, utilizado para la producción de energía en diferentes sectores de la industria del país. Cuando este elemento es quemado, en las calderas utilizadas, quedan residuos de la combustión (cenizas). Estas cenizas poseen gran capacidad cementante por la composición química y tamaño de partícula que poseen. Es un desecho que se puede obtener en grandes cantidades y en todos los ingenios del país. Según lo anterior el objetivo se basará en evaluar la adición de la (CBC) como filler en el concreto autoconsolidante en estado fresco y endurecido utilizando materiales de la región. Observando la trabajabilidad que se presenta en la mezcla y los beneficios que se obtendrán al utilizar la CBC. Para poder determinar las propiedades en estado fresco del concreto autoconsolidante se emplearon los ensayos de escurrimiento; con y sin anillo japonés, caja en L. Las propiedades mecánicas se han estudiado mediante el ensayo de resistencia a compresión simple. En el capítulo IV se da a conocer el análisis de resultados obtenidos de cada ensayo que se hizo con los diferentes porcentajes de CBC utilizados; Tanto en las pruebas de estado fresco, como en las pruebas en estado endurecido de la mezcla, encontrando el porcentaje ideal de

2 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

CBC para la elaboración de un CAC que nos permita mejorar las propiedades mecánicas y físicas. Al tener los resultados en el último capítulo se escriben las conclusiones de la investigación realizadas con el fin de demostrar el comportamiento que la ceniza de bagazo de caña tiene al ser adicionada como filler en una mezcla de CAC hecha con materiales de la región de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas y se dan las recomendaciones adecuadas para obtener un CAC de calidad.

3 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

II.- ANTECEDENTES El cemento es un conglomerante hidráulico, es decir, un material inorgánico finamente molido que amasado con agua, forma una pasta que fragua y endurece por medio de reacciones y procesos de hidratación y que, una vez endurecido conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua. Hay dos tipos de cementos dependiendo de su origen: arcilloso, logrado a partir de arcilla, piedra caliza y puzolánico, que contiene puzolana, un material aluminio silíceo. La mencionada puzolana puede provenir de volcanes o de un origen orgánico. En la construcción se ha generalizado la utilización de la palabra cemento para designar un tipo de aglutinante específico que es el cemento hidráulico, de origen puzolánico, debido a que es el más comúnmente utilizado. (TEQUENDAMA, 2017)

Figura 2. 1 CEMENTO (RESERVADO)

Dosificado y mezclado apropiadamente con agua y agregados debe producir un concreto o mortero que conserve su trabajabilidad y capacidad de darle forma durante un tiempo suficiente, alcanzar unos niveles de resistencias preestablecido y presentar una estabilidad de volumen a largo plazo. (APLICACIONES, s.f.)

En su forma básica, el concreto es una mezcla de cemento portland, arena, grava y agua. El principal material cementante en el concreto es el cemento portland. Hoy en día la mayoría de las mezclas de concreto contienen aditivos; Los aditivos son aquellos ingredientes del

4 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

concreto, que además del cemento portland, del agua y de los agregados, se adicionan a la mezcla inmediatamente antes o durante el mezclado. Un aditivo es un material distinto del agua, agregados y cemento que se usa como ingrediente en concretos y se agrega a la mezcla antes o durante de su agitación o mezclado. Para el concreto se usan aditivos químicos que son sustancias químicas naturales o manufacturadas que se adicionan al concreto antes o durante el mezclado del mismo, los aditivos químicos que se usan son: •

Reductores de Agua. - son hechos a base de productos químicos solubles en el agua y su objetivo es reducir la cantidad de agua en el concreto, modificando la velocidad de fraguado, así como su consistencia. Al utilizar los aditivos reductores de agua, se podrá reducir el contenido de cemento en proporción a la reducción dada al agua, conservando así la misma relación agua/cemento y se gana un incremento adicional en la resistencia, pues se incrementa la eficiencia de hidratación. Estos tipos de aditivos son muy útiles en concretos que van a ser colocados en secciones de mucho refuerzo.

•

Acelerantes.- son aquellos que sirven para reducir el tiempo de fraguado y acelerar el desarrollo de la resistencia del concreto obteniendo, aproximadamente un 60% de la resistencia en tan solo 48 hrs. Propician la obtención de altas resistencias a temprana edad, aceleran el fraguado en colados a bajas temperaturas o facilitan el descimbrado con mayor rapidez, en tanto los estabilizadores expanden el volumen del concreto al fraguar, compensando la pérdida de montos por retracción, mientras evitan contracciones y agrietamientos, además de limitar la porosidad y la permeabilidad.

•

Superfluidificantes. - son aditivos que hacen que el concreto sea más fluido y, por lo tanto, facilitan su colocación. Estos aditivos reducen significativamente el contenido de agua de los morteros y concretos, manteniendo una consistencia determinada, sin

5 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

producir efectos indeseables sobre el tiempo de fraguado. Se usan típicamente para proporcionar trabajabilidad, ya que la composición del concreto de alta resistencia inicial difiere de la correspondiente a las mezclas convencionales, las características a edades tempranas de la pasta hidratante también serán distintas. (APLICACIONES, s.f.). Por otro lado, existen las llamadas adiciones al cemento, estas constituyen una porción del material cementante en el concreto. Estos materiales son generalmente subproductos de otros procesos o materiales de origen natural. Ellos pueden o no ser procesados antes de ser utilizados en los concretos. Algunos de estos materiales son denominados puzolanas, que por sí mismos no tienen propiedades cementantes, pero cuando se utilizan con el cemento portland, reaccionan para formar componentes cementantes. Otros materiales, como las escorias sí exhiben propiedades cementantes. Para su uso en el concreto, las adiciones al cemento, algunas veces son referidos como adiciones minerales, necesitan cumplir los requerimientos de las normas establecidas. Ellos pueden ser utilizados individualmente o en combinación en el concreto. Pueden ser añadidos a la mezcla de concreto como un cemento que contenga la adición (blended) o como un ingrediente

dosificado

(ASSOCIATION, 2016)

separadamente

en

la

planta

de

concreto

premezclado.

6 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Los "Filler" Con este nombre se designan las adiciones que, generalmente en pequeñas proporciones, acompañadas o no de otras, se añaden al cemento con objeto de aumentar y/o abaratar en parte la producción de cemento, y de contribuir al ahorro energético en cocción y en molienda de dicha producción, sin olvidar los efectos benéficos dispersantes y aceleradores de la hidratación del cemento, y las acciones epitáxicas que pueden ejercer en los concretos. Por lo común, es un valor entendido que cuando se habla de “Fillers” en los cementos se hace referencia a los de naturaleza caliza exclusivamente. Está ampliamente comprobado que, en general, pequeñas adiciones de ciertas calizas, del orden del 1 al 10 % entre limites amplios, con un valor medio muy centrado de alrededor del 5 %, añadidas al Clinker y molidas conjuntamente con él, proporcionan cementos con mejor plasticidad y comportamiento reológico en concretos que los que no las contienen, con menor retracción y tendencia a la fisuración, y sin menoscabo de las resistencias, o incluso con ligeras mejoras de las mismas. (CALLEJA, 1983) A continuación, se observan algunos ejemplos de estos materiales. Las cenizas volantes: son un subproducto de los hornos que emplean carbón mineral como combustible para la generación de energía y constituyen en sí las partículas no combustibles removidas de las chimeneas de gases. Las cenizas volantes utilizadas en el concreto deben tener conformidad con la norma ASTM C618. La cantidad de ceniza volante en el concreto puede variar entre el 5 y el 65% en peso de los materiales cementantes, según la fuente y la composición de la ceniza volante y del desempeño requerido al concreto. Las características de la ceniza volante pueden variar significativamente según la fuente del carbón mineral que se quema. Las cenizas de Clase F son normalmente producidas de la quema de la antracita o de carbones bituminosos y generalmente poseen un contenido bajo de calcio. Las cenizas de

7 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Clase C son producidas cuando se queman carbones sub-bituminosos y poseen típicamente propiedades puzolánicas. (ASSOCIATION, 2016) Las escorias molidas de alto horno (GGBFS): son subproductos no metálicos producidos en un alto horno cuando el mineral de hierro es reducido a hierro dulce. La escoria líquida es enfriada rápidamente para formar gránulos, que son molidos hasta una finura similar a la del cemento portland. Las escorias molidas de alto horno utilizadas como un material cementante deben tener conformidad con la norma ASTM C989. En esta especificación se definen tres grados de escorias: 80, 100 y 120, donde el grado más alto contribuye más a la resistencia potencial. Las escorias molidas de alto horno tienen por sí mismas propiedades cementantes, pero éstas son mejoradas cuando se utilizan con cemento portland. Las escorias se utilizan entre el 20 y el 70% en peso de los materiales cementantes. (ASSOCIATION, 2016) El humo de sílice: es un material puzolánico de alta reactividad y es un subproducto de la producción de metal silíceo o ferro-silíceo. Se recolecta de la chimenea de gases de los hornos de arco eléctrico. El humo de sílice es un polvo extremadamente fino, con partículas alrededor de 100 veces más pequeñas que un grano promedio de cemento. El humo de sílice está disponible como un polvo densificado o en forma de material acuoso. La norma para el humo de sílice es la ASTM C1240. Generalmente se utiliza entre el 5 y el 12% en peso de los materiales cementantes para las estructuras de concreto que necesitan alta resistencia o una permeabilidad significativamente reducida al agua. Debido a su extrema finura, deberán garantizarse procedimientos especiales para la manipulación, el vaciado y el curado del concreto con este material. (ASSOCIATION, 2016).

8 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Puzolanas naturales: Varios materiales naturales poseen, o pueden ser procesados para poseer propiedades puzolánicas. Estos materiales están también cubiertos por la especificación normativa ASTM C618. Las puzolanas naturales tienen generalmente un origen volcánico y estos materiales silíceos tienden a ser reactivos si son enfriados rápidamente. En los Estados Unidos las puzolanas naturales comercialmente disponibles incluyen el Metacaolín y las Arcillas o esquistos calcinados. Estos materiales son producidos mediante la calcinación controlada de minerales de origen natural. El Metacaolín es producido a partir de arcillas caoliníticas relativamente puras y se emplean entre el 5 y el 15% en peso de los materiales cementantes. Las arcillas o esquistos calcinados son utilizados a mayores porcentajes en peso. Otras puzolanas naturales son los cristales volcánicos, zeolíticos, ceniza de cáscara de arroz y tierra de diatomeas. En la Figura 2 se observan algunas de estas adiciones. (ASSOCIATION, 2016)

Figura 2. 2 Tipos de adiciones al cemento

9 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

¿Para qué son utilizadas las adiciones en el cemento? Pueden ser utilizados para el mejoramiento del desempeño del concreto en su estado fresco y endurecido. Son principalmente utilizados para mejorar la trabajabilidad, la durabilidad y la resistencia. Estos materiales le permiten al productor de concreto diseñar y modificar la mezcla de concreto para satisfacer la aplicación deseada. Las mezclas de concreto con elevados contenidos de cemento portland son susceptibles a la fisuración y a una mayor generación de calor. Estos efectos pueden ser controlados en alguna medida mediante la utilización de adiciones al cemento. Los materiales cementantes suplementarios tales como las cenizas volantes, las escorias y el humo de sílice le permiten a la industria del concreto utilizar centenares de millones de toneladas de subproductos que de otra forma serían vertidos en el terreno como desechos. Por otro lado, su utilización reduce el consumo de cemento portland por unidad de volumen de concreto. El cemento portland tiene un elevado consumo de energía y de emisiones asociadas con su producción, Este consumo energético se disminuye cuando se reduce la cantidad de cemento portland utilizada en el concreto. (ASSOCIATION, 2016) En los últimos años, en los países más industrializados surge cierta preocupación respecto de las emisiones de CO2. La fabricación del Clinker portland componente principal del cemento portland, implica una transformación química de materias primas en un horno a elevadas temperaturas. Este proceso genera importantes cantidades de co2. El aprovechamiento de todos los desechos de las industrias, se traduce en fomentar el reciclado de todos sus residuos. Esto motiva investigaciones para conocer las características propias del desperdicio y utilizarlas en materiales alternativos para sus posibles aplicaciones, como en este caso, para la construcción.

10 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Investigaciones recientes indican que es posible incrementar la trabajabilidad, resistencia y durabilidad de materiales basados en cemento con el uso de adiciones minerales tales como la ceniza volante (CV), el humo de sílice (HS), y la escoria granulada de altos hornos (EGAH) (Xianming, et al., 2011; Uysal, et al., 2011; Mucteba y Kemalettin, 2011). Por ejemplo, la ceniza volante, material de desecho generado durante la combustión del carbón para producir energía, consiste de partículas finas, predominantemente de forma esférica, sólidas o huecas, y en estado natural amorfo es un excelente material puzolánico. (QUERO, Abril 2013) En México esta ceniza no está disponible comercialmente y por lo tanto para su uso se requiere importarla. Varias investigaciones han reportado los resultados de la incorporación de CV a las mezclas de adiciones minerales. Tattersall (1991) mostró que, en mezclas de concreto, cuando incorporó CV como remplazo parcial de cemento, el esfuerzo de fluencia disminuyó y mientras que las propiedades mecánicas no fueron alteradas. Banfill (1994) demostró que ambos; el esfuerzo de fluencia y la viscosidad plástica disminuyen con el incremento de CV. Martínez et al (2007) En años recientes, el uso de desechos sólidos derivados de agricultura como puzolanas en la elaboración de mezclas de mortero y concreto ha sido el enfoque de nuevas investigaciones. Desechos agrícolas tales como cáscara de arroz, ceniza de paja de trigo, ceniza de paja de caña de azúcar y ceniza de bagazo de caña, han sido usados como materiales puzolánicos. Según (QUERO, Abril 2013) han mostrado que los desechos de la industria azucarera, (ceniza de bagazo de caña de azúcar, CBC y ceniza de paja de azúcar, SCSA) tienen actividad puzolánica adecuada cuando son calcinadas a una temperatura superior a los 600

11 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

°C, lo anterior es consecuencia de su alto contenido de óxido de silicio amorfo y compuestos aluminosos que reaccionan químicamente con hidróxido de calcio en presencia de agua. La actividad puzolánica de esas cenizas depende de algunos parámetros tales como: el tamaño de la partícula, la temperatura de calcinación, naturaleza cristalina o amorfa y la composición química. El bagazo de caña de azúcar es un sub-producto de la industria azucarera, utilizado para la producción de energía en diferentes sectores de la industria del país. Cuando este elemento es quemado, en las calderas utilizadas, quedan residuos de la combustión (cenizas). Estas cenizas poseen gran capacidad cementante por la composición química y tamaño de partícula que poseen. Este estudio se basa en la evaluación de dichos residuos aplicados a muestras de mortero haciendo sustituciones en 10, 20 y 30 por ciento (en peso) en el contenido de material cementante, para ser comparados con morteros convencionales. Para dicha comparación se evalúan las propiedades mecánicas y físicas de las diferentes mezclas de mortero con sustitución de cemento y se comparan con las muestras convencionales de mortero. (Caicedo) La CBC es un desecho agroindustrial que es el residuo de la caña de azúcar en los ingenios después del tratamiento en la misma; en la actualidad el bagazo de caña de azúcar se ocupa como combustible dentro del mismo proceso de elaboración de azúcar en el ingenio, resultando como desecho de estos ingenios la ceniza de bagazo de caña de azúcar. La CBC es un desecho que se puede obtener en grandes cantidades y en todos los ingenios del país, ya que por cada tonelada de caña de azúcar se produce el 28% de bagazo de caña de azúcar y del 2-4% de CBCA. En la zafra 2008-2009 hubo una producción de aproximada de bagazo de caña de azúcar de 97,120 ton. Y 9,712 a 19, 424 ton. De CBC. (MARTÍNEZ, 02 de Diciembre 2009).

12 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

A continuación, se presentan las estadísticas agrícolas de caña de azúcar, tanto a nivel mundial como para el caso específico de México. Cabe mencionar que los datos que se presentan fueron extraídos de FAOSTAT, la base de datos de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO, por sus siglas en inglés). FAOSTAT es la mayor base de datos libres sobre alimentación y agricultura. Contiene información de alrededor de 245 países desde 1961 hasta la fecha. La mayor parte de los datos presentados son exactos pues son proporcionados por las oficinas nacionales de estadística. Algunos datos son estimaciones realizadas por el personal de la FAO, pero son datos bastante fiables. Producción obtenida (ton). A continuación, se presentan los 10 países con mayor producción obtenida de caña de azúcar a nivel mundial durante 2016. Este es el último año con información publicada. Los datos se encuentran en toneladas.

Figura 2. 3 Países con mayor producción de caña de azúcar en el 2016

13 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Durante 2016 Brasil fue el país con la mayor producción de caña de azúcar en el mundo, con el 40.7% del total. Le siguieron India con 18.4%, China con 6.5%, Tailandia con 4.6% y Pakistán con 3.5%. Superficie cosechada (ha) A continuación, se presentan los 10 países con mayor superficie cosechada de caña de azúcar a nivel mundial durante 2016. Este es el último año con información publicada. Los datos se encuentran en hectáreas. (AGRICULTURA, 2016)

Figura 2. 4 Países con mayor superficie de caña en el 2016

Durante 2016 Brasil fue el país con la mayor superficie cosechada de caña de azúcar en el mundo, con el 38.2% del total. Le siguieron India con 18.5%, China con 6.2%, Tailandia con 5.0% y Pakistán con 4.2%.

14 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Rendimiento promedio (ton/ha) A continuación, se presentan los 10 países con mayor rendimiento promedio de caña de azúcar a nivel mundial durante 2016. Este es el último año con información publicada. Los datos se encuentran en toneladas por hectárea. (AGRICULTURA, 2016)

Figura 2. 5 Países con mayor rendimiento de caña de azúcar en el 2016

Durante 2016 Guatemala fue el país con el mayor rendimiento promedio de caña de azúcar en el mundo, con 1.8 veces por encima de la media mundial. Le siguieron Senegal con 1.7 veces, Egipto y Perú con 1.6 veces, y Malawi, Chad y Zambia con 1.5 veces. A continuación, se presentan las estadísticas de caña de azúcar en México. Los datos fueron obtenidos de la base de datos del Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera (SIAP). El período con información disponible abarca de 1980 hasta 2016. (AGRICULTURA, 2016) Producción obtenida (ton)

15 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

La imagen siguiente muestra la producción obtenida de caña de azúcar en México. Los datos corresponden a la última década con información. Durante dicho período la producción aumentó un 8.4%, presentando un comportamiento más o menos estable.

Figura 2. 6 Producción de caña de azúcar en México en el año 2007-2016

Superficie sembrada (ha) La imagen siguiente muestra la superficie sembrada de caña de azúcar en México. Los datos corresponden a la última década con información. Durante dicho período la superficie aumentó un 16.8%, presentando altibajos. (AGRICULTURA, 2016)

Figura 2. 7 Superficie de caña de azúcar en México 2007-2016

16 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Rendimiento promedio (ton/ha) La imagen siguiente muestra el rendimiento promedio de caña de azúcar en México. Los datos corresponden a la última década con información. Durante dicho período el rendimiento disminuyó un 4.2%, presentando altibajos muy marcados.

Figura 2. 8 rendimiento de caña de azúcar en México 2007-2016

La caña de azúcar en el mundo. Para 2014 los datos de la FAO para la caña de azúcar indican lo siguiente: La producción obtenida fue de 1,884,246,253 toneladas (México en 6° lugar). Con una superficie cosechada de 27,124,723 hectáreas (México en 6° lugar). Mientras que el rendimiento promedio quedó en 69.5 toneladas por hectárea (México en 29° lugar). (AGRICULTURA, 2016)

17 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

II.1.- Estado del arte Según (V. Vidal Diana ET AL, 2014) investigaron en Colombia sobre las propiedades de los cultivos azucareros que dan lugar a la ceniza de bagazo, este material al igual que los residuos del carbón o cenizas volante es considerado un material con carácter puzolánico por algunos investigadores, estudiaron tres cenizas procedentes de ingenios azucareros del Valle del Cauca, por medio de composición química, difracción de rayos X y actividad puzolánica. Encontraron que la CBC analizadas contienen Sílice (SiO2) y Alúmina (Al2O3), en diferentes proporciones, y que poseen amorficidad en su estructura, lo cual favorece a la reactividad con cemento. Las muestras fueron tratadas térmicamente debido al alto contenido de inquemados, y les determinaron la actividad puzolánica, encontrándose índices de hasta del 97%, cumpliendo a cabalidad con la norma ASTM C618. Con los resultados se concluye, que este residuo puede ser adicionado al cemento para la elaboración de materiales de construcción. Se sugiere hacer estudios adicionales de resistencia mecánica y de durabilidad. (Tayyeb Akram, 2008) investigaron las alternativas que nos ayude a obtener un concreto autoconsolidante de bajo costo, una alternativa es evaluar el uso de ceniza de bagazo como modificador de la viscosidad en el concreto autoconsolidante, las principales variables son la proporción de ceniza de bagazo, la dosificación de superplastificante para fluidez y agua / aglutinante. Los parámetros que se mantienen constantes son la cantidad de cemento y el contenido de agua. Los resultados de la prueba corroboran la viabilidad de desarrollar concreto autoconsolidante de bajo costo utilizando ceniza de bagazo. En el estado fresco del concreto, las diferentes mezclas de concreto tienen un flujo de revenimiento en el rango de 333 mm a 815 mm, utilizando la caja en L para la prueba de flujo se obtuvo un tiempo que varía de 1.8 s, ningún flujo (pegado). De veinticinco mezclas diferentes, se encontraron cinco mezclas para

18 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

satisfacer los requisitos sugerido por la federación europea de asociaciones comerciales nacionales que representan a los productores y aplicadores de productos de construcción especializados (EFNARC) guía para la fabricación de concreto autoconsolidante. Las resistencias a la compresión desarrolladas por el concreto autocompactante con ceniza de bagazo a los 28 días fueron comparables al hormigón de control. El análisis de costos mostró que el costo de los ingredientes de una mezcla específica de hormigón autoconsolidante es 35.63% menor que la del hormigón de control, ambos tienen una resistencia a la compresión superior 34 MPa. Los investigadores (E.Rama Sai, 2012) realizaron una investigación sobre concreto autoconsolidante, también conocido como concreto autocompactante, menciona que puede fluir y consolidarse bajo su propio peso y desairarse casi completamente mientras fluye en el encofrado. Confirma que puede ser suficientemente coherente como para llenar los espacios de casi cualquier tamaño y forma sin segregación o sangrado. En su caso hace que el concreto autoconsolidante sea especialmente útil cuando la colocación es difícil, como en el caso del hormigón fuertemente reforzado. Sus objetivos de la investigación fueron lograr un efecto sinérgico de la cáscara de arroz y Ceniza de bagazo de caña de azúcar incorporada a un concreto autoconsolidante para aumentar la resistencia y poder tener una mejor unión entre agregado y pasta de cemento. En su diseño para hacer las muestras del concreto se basó en trabajos de investigación previos de literatura. Las proporciones que ellos utilizaron fueron de agua-cemento en el que variaron de 0,3 a 0,75, mientras que el resto de los componentes se mantuvieron iguales, excepto el producto químico Aditivos, que se ajustaron para obtener un concreto autoconsolidante.

19 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Todas sus mezclas que realizaron de concreto autoconsolidante exhibieron mayores resistencias a la compresión después de la prueba, la resistencia que obtuvieron a la compresión fue alrededor de 40% mayor. Además, su concreto autoconsolidante tenía unas buenas propiedades según los requisitos de las normas europeas desde el punto de vista económico los reemplazos puzolánicos eran baratos y sostenible. En sus experimentos, el cemento fue reemplazado por 0%, 2.5%, 5% de ambas mezclas de ceniza de cáscara de arroz y bagazo de caña de azúcar ceniza. Esto fue posible debido al uso de aditivos minerales y químicos, que mejoraron la unión entre el agregado y pasta de cemento, aumentando así la resistencia del concreto. Con forme a las investigaciones de S. Dharanidharan et al (2015), estos estudios fueron realizadas con el fin de poder encontrar un agente modificador de la viscosidad en lugar de una costosa mezcla, evaluando el uso de ceniza de bagazo. La ceniza de Bagazo la agregaron en diferentes proporciones y realizaron estudios sobre sus propiedades endurecidas y frescas. Los resultados les arrojo la posibilidad de utilizar ceniza de bagazo para desarrollar un concreto autoconsolidante económico. Sus Diferentes mezclas de concreto (incluyendo concreto de control y mezclas mezcladas) mostraron los valores de flujo de revenimiento en el rango de 313 mm a 675 mm, proporción de L-box de 0.9 a 0.8 y su flujo de 1.4 segundos a cero flujos para el estado fresco de concreto. Dos de cada cinco mezclas que realizaban cumplían con los requisitos recomendados por las guías europeas para la fabricación de un concreto autoconsolidante (EFNARC). Las mezclas que realizaron de concreto autoconsolidante de ceniza de bagazo a los 28 y 56 días les mostraron resultados comparables con el concreto de control con una reducción de costos del 43,23%. Sus resultados de esta investigación es afectar positivamente el escenario de construcción comercial de Pakistán y traer beneficios de seguridad económica y

20 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

ambiental ya que la ceniza de bagazo está disponible localmente sin costo, que lo desperdician en millones de toneladas cada año sin ningún uso en la construcción. Según (MARTÌNEZ, 2009), investigaron en Veracruz sobre la “caracterización electroquímica de concretos modificados con CBC” en la cual concluyeron que la utilización de CBC en un porcentaje de 10% y cemento de 90% obtuvieron una velocidad de corrosión menores a todas las mezclas binarias y también obtuvieron un mejor comportamiento completamente notable que la mezcla de control con el 100% de CPC. Concluyendo que la CBC fortalece al concreto para obtener un mayor desempeño en obras de construcción. El Instituto Politécnico Nacional (IPN) a través del Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional (CIIDIR), Unidad Oaxaca, a cargo del doctor Pedro Montes García, encontraron que la morfología, tamaño y composición mineralógica de las partículas de ceniza de bagazo de caña resultan difíciles de procesar en las mezclas de mortero y concreto, aunque esto puede solucionarse con la ayuda de un aditivo súper-plastificante. (TECNOLOGIA, 2014) Se estudiaron los efectos de la combinación de ceniza de bagazo de caña (CBC) y ceniza volante (CV), como sustitutos parciales de cemento Portland (CP), en las propiedades en estado fresco y endurecido de pastas, morteros y concretos hidráulicos. Se evaluaron las propiedades reológicas de pastas y morteros, y se analizó la correlación entre los resultados de las pruebas reológicas y resultados de pruebas empíricas. Los resultados indican que la forma y el tamaño de las partículas de la CBC utilizada produjeron pastas y morteros más viscosos y plásticos que mezclas sin CBC. Cuando la concentración CBC incrementó, el esfuerzo de fluencia también incrementó linealmente. La adición de 20% CV en pastas y morteros con 10% y 20% CBC fue benéfica reduciendo los esfuerzos de fluencia. Las mediciones obtenidas con la prueba de mini-cono se correlacionan bien con los parámetros reológicos; sin embargo, se observó baja correlación entre la fluidez

21 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

de los morteros y sus parámetros reológicos. Los resultados de las pruebas en concreto en estado fresco indican que al incrementar el contenido de CBC hay un ligero incremento en el contenido de aire, y reducción en la trabajabilidad y el peso volumétrico. Con respecto a las propiedades en estado endurecido, la combinación de 10%CBC+20%CV no afecta significativamente las propiedades mecánicas del concreto a edades tempranas; sin embargo, a edades tardías las reduce ligeramente. (TECNOLOGIA, 2014) La combinación de 20%CBC+20%CV muestra una reducción de sus propiedades a edades tempranas, mientras que presentan una mejora a partir de los 90 días. Con respecto a los resultados de las pruebas de durabilidad se observó que la CV retarda el ingreso de ión cloruro y la combinación de 20%CV+10%CBC y 20%CV+20%CBC mejoran este desempeño. No obstante, en los concretos con CV y CBC la velocidad de carbonatación fue mayor que en la mezcla referencia. Los resultados de potenciales de corrosión sugieren que todas las probetas se encuentran actualmente entre riesgos intermedio y alto de corrosión, mientras que las probetas con CV y CBC+CV, después de 102 semanas de exposición al ambiente agresivo, se encuentran en la región de corrosión baja a moderada. (QUERO, Abril 2013) Según (Toledo, 2010) evaluó el efecto de la adición de ceniza de bagazo de caña (CBC) y el tiempo de curado en las propiedades del mortero y la corrosión del ferrocemento. Con base a sus resultados concluyo que el uso de CBC reduce la trabajabilidad de las mezclas. La adición de 10% de CBC y un curado de 0 y 7 días disminuye la resistencia a la compresión del mortero en todas las edades estudiadas, mientras que con 28 días de curado la resistencia a 28 y 90 días de edad es similar a la del control. La adición de 20% de CBC disminuye la resistencia a la compresión en todos los tiempos de curado y edades de prueba.

22 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Del estudio realizado al estado del arte, en esta investigación se propone llevar acabo la elaboración de un concreto autoconsolidante adicionándole diferentes porcentajes de CBC, que permita observar el comportamiento físico y mecánico de dicha mezcla. En los capítulos siguientes se abordarán con respectivos detalles lo que se realiza para obtener los resultados finales de acuerdo a los porcentajes de CBC utilizados en cada mezcla elaborada.

23 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

II.2.- OBJETIVOS 2.2.1.- OBJETIVO GENERAL • Proponer un diseño de mezcla para la elaboración de un concreto autoconsolidante usando la ceniza de bagazo de caña (CBC) como filler 2.2.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Determinar los ensayos específicos para concreto autoconsolidante con la adición de CBC en estado fresco. •

Evaluar el efecto de la incorporación de CBC en las propiedades mecánicas y en la trabajabilidad en un concreto autoconsolidante

•

Dosificar el porcentaje de CBC como adición al concreto.

II.3.- HIPÓTESIS Es posible obtener un concreto autoconsolidante a partir de una dosificación óptima, adicionando CBC como filler, que permita demostrar mejoras en las propiedades físicas y mecánicas, aplicados a la industria de la construcción haciendo uso de materiales de la región. II.4.- PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN 1. ¿Es posible obtener un diseño de mezclas de un concreto autoconsolidante utilizando materiales de la región? 2. ¿Cuál es el comportamiento mecánico del concreto autoconsolidante al hacer una adición de CBC en el concreto? 3. ¿Cuáles son los beneficios de utilizar CBC en la elaboración del concreto autoconsolidante? 4. ¿Cuáles son las características requeridas para los materiales que componen el concreto autoconsolidante?

24 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

II.5.- METODOLOGÍA Para poder realizar nuestro objetivo principal se pretende llevar a cabo una investigación detallada de cada uno de los pasos que a continuación se presentan. a) Investigación sobre la importancia del uso de un concreto autoconsolidante en una obra civil. b) Investigación sobre los aditivos y/o adiciones al concreto autoconsolidante. c) Obtener las características principales de la ceniza de bagazo de caña (CBC). d) Realizar un diseño de mezcla de un concreto autoconsolidante con la adición de la (CBC) y aditivos. e) Ver el comportamiento de la CBC en la mezcla del concreto al entrar en contacto con los diferentes componentes de este. f) Comprobar la fluidez y trabajabilidad del concreto autoconsolidante diseñado y elaborado mediante las pruebas respectivas del laboratorio y compararlas según norma. g) Elaborar cilindros para la observación de la calidad de fraguado que la CBC le proporciona al concreto autoconsolidante h) Introducir las pruebas de concreto endurecido al cuarto de curado por 7,14,28 y 56 dias. i) Ensayar los cilindros para la obtención de su resistencia a la compresión con la adición de ceniza de bagazo de caña (CBC).

25 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

III.- DESARROLLO DEL TEMA El concreto autoconsolidante es una mezcla que puede compactarse por medio de su propia masa en todos los rincones de una cimbra sin necesidad de utilizar energía externa o interna de vibración. Los criterios adoptados para la fabricación del concreto autocompactante han sido: •

La cantidad máxima de cemento a emplear es de 299 kg/m3, pudiéndose superar excepcionalmente, dependiendo de las características de los agregados.

•

Tamaño máximo del agregado grueso: 12.7 mm.

•

La cantidad de partículas de agregado fino (que pasan por el tamiz UNE 0.063 mm) añadida, incluida la adición del cemento, no debe superar 199 kg/m3 de concreto.

•

Por razones de economía, la cantidad de aditivos a emplear debe reducirse a la menor posible.

(LÒPEZ, 2012) III.1.- Método Utilizado para la Dosificación. El método de dosificación de la ACI 211.1 (ACI, 2007) parte del resultado de ensayo de escurrimiento. A partir de este resultado se ajustan las proporciones de los materiales siguiendo las recomendaciones de las tablas 3.1.1 y 3.1.2. Una vez fijada la dosificación, se fabrica el concreto y se realizan los ensayos de caracterización en estado fresco. En relación con los resultados se ajusta la dosificación hasta que se alcancen las propiedades de autoconsolidabilidad.

26 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER Tabla 3.1. 1 Sugerencia del contenido de finos de la ACI para 1 m3 de concreto

Ensayo de 650

355 – 385

385 – 445

>458

escurrimiento (mm) Contenido de finos(kg)

Tabla 3.1. 2 Valores recomendados para la dosificación de un concreto autoconsolidante según la ACI (ACI,2007).

Parámetro

Recomendación

% Grava (< 12 mm)

28 – 32

% Pasta

34 – 40

% Mortero

68 - 72

Agua/Cemento

0.32 – 0.5

Contenido de cemento (kg)

386 - 475

27 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

III.2.- Caracterización del Concreto Autoconsolidante en Estado Fresco y Endurecido. En esta investigación se llevará a cabo el procedimiento para obtener un concreto autoconsolidante con adición de CBC. Los componentes básicos que constituyen el concreto autoconsolidante son los que se presentan a continuación: •

Cemento.

•

Arena.

•

Grava.

•

Agua.

•

Aditivo.

•

Adición. ❖ Cemento

Al no existir un requisito sobre utilizar algún cemento en específico para la elaboración del concreto autoconsolidante se utilizo el cemento Portland tipo II compuesto (cruz azul), siendo este el más comercial de la región ya que cumple con la norma NMX-C-414ONNCCE para cementos CPC 30 R RS que habla de las características que debe cumplir el cemento en la entrega y recepción del mismo, tanto en obra como en las fábricas de cemento.

Figura 3.2. 1 Cemento a utilizar en los ensayos

28 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

❖ Arena La arena que se utilizará para la elaboración de la mezcla es proveniente del rio Santo Domingo, Chiapas; Cumpliendo con los requisitos de calidad que la norma NMX C-077ONNCCE indica. En la tabla 3.2.1 y la figura 3.2.2 se dan a conocer los resultados de dicha granulometría: Tabla 3.2. 1 Granulometría de la arena del rio Santo Domingo, Chiapas

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIAPAS FACULTAD DE INGENIERÍA RESULTADOS DE LA PRUEBA GRANULOMÉTRICA DE LA ARENA Material: Arena Procedencia: Arena del rio Santo Domingo Fecha de elaboración: 5 de Mayo de 2018 Peso inicial de la muestra: 500 gr Tipo y tamaño de malla

Porcentaje que retiene (R%) Y pasa (P%) Gr

R%

P%

N°. 4 (4.75mm)

0

0

100

N°. 8 (2.36mm)

21.76

4.35

95.65

N°. 16 (1.18mm)

122.27

24.45

71.2

N°. 30 (600 µmm)

152.85

30.57

40.63

N°. 50 (300 µmm)

119.39

23.88

16.75

N°. 100 (150 µmm)

61.24

12.25

4.5

N°. 200 (75 µmm)

16.07

3.21

1.29

6.4

1.28

0

499.98

100

Charola Suma

29 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Figura 3.2. 2 Granulometría de la arena del rio Santo Domingo, Chiapas.

Las propiedades físicas correspondientes a esta arena son:



Módulo de finura: 2.73 (Apto)



Absorción: 3.45 %



Densidad: 2.53



Peso volumétrico seco y suelto: 1,567.89 kg/m3



Peso volumétrico seco y compacto: 1,762.94 kg/m3

❖ Grava Para realizar esta investigación se seleccionó grava triturada (grava azul, como se conoce en la región) obtenida del banco de materiales de la empresa CONSTHER, S.A. de C.V., localizada al sur-oeste de la ciudad, de 12.7 mm (1/2”) como tamaño máximo de agregado (TMA). En la tabla 3.2.2 y en la figura 3.2.3 se muestran los resultados de la granulometría. Cabe mencionar que las gravas no se utilizaron tal y como llegaron del banco de material, dado que se necesitó realizar un ajuste en su granulometría.

30 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Esta grava tiene las siguientes propiedades físicas:



Densidad: 2.62



Absorción: 0.98 %



Peso volumétrico seco y suelto: 1445 kg/m3



Peso volumétrico seco y compacto: 1565 kg/m3

Tabla 3.2. 2 Granulometría de la grava de la empresa CONSTHER.

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIAPAS FACULTAD DE INGENIERÍA RESULTADOS DE LA PRUEBA GRANULOMÉTRICA DE LA GRAVA Material: Grava Procedencia: Banco CONSTHER Fecha de elaboración: 5 de Mayo de 2018 Peso inicial de la muestra: 1000 gr Porcentaje que retiene (R%) Y pasa (P%)

Tipo y tamaño de malla gr

R%

P%

3/4"

0

0

100

1/2"

624

62.4

37.6

3/8"

167

16.7

20.9

1/4"

121

12.1

8.8

Charola

88

8.8

0

Suma

1000

100

31 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Figura 3.2. 3 Granulometría de la grava de la empresa CONSTHER.

❖ Agua El agua que se utilizó es proveniente del sistema de suministro de agua potable de “Ciudad del Agua” (Chiapa de Corzo, Chiapas). No se requieren prescripciones específicas, salvo las generales que se establecen para el concreto estructural. ❖ Adición Según (Quero, 2013) presenta la composición de algunas cenizas de bagazo de caña donde se observa los porcentajes de compuestos químicos que permiten la utilización como adición en la tabla 3.2.3.

32 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER Tabla 3.2. 3 Composición química de algunos tipos de CBC.

La adición que se utilizará para nuestro trabajo es la CBC, proveniente del ingenio azucarero que se encuentra ubicado en la comunidad Pujiltic, perteneciente al municipio de Venustiano Carranza, Chiapas. Cuya adición cumple con la norma establecida para uso de adiciones la NMX-C-179-ONNCCE-2013. Para la caracterización química y fisica de la Ceniza de Bagazo de Caña y del cemento, para nuestro caso en estudio se hizo necesario la implementación de dos técnicas ampliamente conocidas, la primera, la Espectrometría Infrarroja con Transformada de Fourier (FTIR) y la segunda fue la técnica de Difracción de Rayos X (DRX). En general, la espectroscopia IR identifica aceptablemente la naturaleza de los grupos OH, y las distintas formas en las que el agua puede estar integrada en un compuesto. Una ventaja adicional no despreciable es su carácter prácticamente no destructivo, dado que para realizar las determinaciones se precisan cantidades muy pequeñas de muestra. La figura siguiente muestra el espectro FTIR de la ceniza de bagazo de caña (CBC) y cemento portland utilizado. El análisis se realizó en el infrarrojo medio en la zona vibracional de 4000 a 600 cm-1, ya que presentan similitudes en algunos picos y se busca dar énfasis en el uso de las cenizas como material adicionante.

33 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Figura 3.2.4. 1 Espectro FTIR de la ceniza de bagazo de caña (CBC) y cemento portland utilizado

Fuente: Laboratorio de la Facultad de Ingeniería, UNACH, Chiapas

En la interpretación de los espectros, es importante señalar que la estructura de los silicatos y aluminosilicatos, componentes principales de las cenizas volantes y cemento, en general está constituida por unidades cíclicas que se forman por la conexión de tetraedros de aluminio y silicio a través de puentes de oxígeno, con diferente número de miembros (Kovalchuk et al. 2008). Para el caso de la técnica de Difracción de Rayos X (DRX) del cemento y ceniza de bagazo de caña se pidió la colaboración del CINVESTAV Unidad Mérida para la evaluación de la composición mineralógica con un equipo marca BRUKER con lámpara de cobre de última generación tal como se muestra en la figura anterior.

34 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

En la tabla siguiente se presentan las características químicas de la ceniza y del cemento usado para los respectivos ensayos de adición al mismo. De acuerdo a la tabla, los compuestos con mayor presencia en la CBC son SiO2, CaO y Fe2O3. Según la norma ASTM C618 en las puzolanas clase N, se presentan composiciones de SiO2, Al2O3 y Fe2O3, donde la suma de éstos debe ser igual o superior al 70%. Diversas investigaciones han reportado que la suma de estos tres compuestos representa más del 70% de la composición química de la ceniza de bagazo de caña (Rincón et al. 2010), sin embargo en las cenizas obtenidas para este proyecto presentaron muy bajo contenido de alúmina (Al2O3).

Tabla 3.2.3 1Características químicas de la ceniza y del cemento usado para los respectivos ensayos de adición al mismo Características (%)

CBC

Cemento

SiO2

55.1

24.3

Al2O3

0.7

4.3

Fe2O3

1.0

3.0

CaO

39.7

58.8

MgO

1.1

1.4

K2O

0.8

0.7

Na2O

0.9

0.8

❖ Aditivo Como aditivo se utilizó MasterGlenium® 3200 es un aditivo reductor de agua de alto rango de nueva generación basado en la tecnología de policarboxilatos. El aditivo MasterGlenium® 3200 es muy efectivo para producir mezclas de niveles de trabajabilidad, inyectando aplicaciones que requieren el uso de concreto autoconsolidante. El aditivo MasterGlenium® 3200 también es afectivo para producir mezclas con requisitos de resistencias iniciales muy altas cumpliendo con la norma NMX-C-255-ONNCCE-2013.

35 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Usos recomendados: o Concreto donde se desean reducciones de agua del 5% al 40% o Concretos que requieren tiempo de fraguado normal o Concretos que requieren muy alto desarrollo de resistencias iniciales (elementos prefabricado, reparación de pavimentos que requieren un retorno rápido a servicio, etc.) o Concreto con alta fluidez y gran durabilidad o En la producción de mezclas de concreto autoconsolidante. Características y beneficios: o Cumple con la especificación ASTM C 494 para aditivos reductores de agua tipo A y aditivos reductores de agua de alto rango, tipo F. o Menor contenido de agua para una determinada manejabilidad o Reducción lineal de agua en todo rango de dosis recomendó o Puede usarse en una amplia variedad de mezclas de concreto que requieren aditivos Tipo A o Tipo F. o Reología controlada o Desarrollo de resistencia inicial extremadamente alta o Produce concretos cohesivos y sin segregación o Reduce/ elimina la necesidad de vibración y curado por calentamiento o Incrementa la productividad de las operaciones de prefabricados o Permite el paso del tráfico más rápido para las reparaciones de pavimentos de concreto o Beneficios económicos a la construcción debido a una mayor productividad y reducción de costos variables

36 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Compatibilidad: MasterGlenium® 3200 es compatible con la mayoría de aditivos usados en la producción de concretos de calidad incluyendo otros aditivos reductores de agua de rango normal rango medio y alto rango, inclusores de aire, acelerantes, retardantes, aditivos para control de fraguado extenso, anticorrosivos y reductores de retracción. MasterGlenium® 3200 también es compatible con la escoria y pozolanas como las cenizas volantes y microsilica. No utilice MasterGlenium® 3200 en combinación con aditivos que contengan sulfonato de beta-naf-taleno. Puede experimentar un desempeño errático en el revenimiento, movimiento del revenimiento y capacidad de bombeo. (SOLUTIONS, 2016) III.3. Métodos de ensayo para la caracterización del concreto autoconsolidante en estado fresco. Según las normas españolas EN196-1;1994 (UNE, 2013) un concreto autoconsolidante se identifican mediante diferentes ensayos en el que los resultados de cada ensayo merecen tal consideración con carácter general. Dichos ensayos son: 1) Ensayo de extensión de flujo. 2) Ensayo del embudo en V. 3) Ensayo de la caja en L. 4) Ensayo del anillo japonés.

37 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

3.3.1. PRUEBAS AL CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE EN ESTADO FRESCO Y ENDURECIDO. 1. Ensayo de Extensión de Flujo •

Objeto

Esta norma tiene por objeto describir el método de ensayo a utilizar para valorar la autoconsolidabilidad

del

concreto

considerando

fundamentalmente

los

aspectos

relacionados con la capacidad de fluir bajo su propio peso y la resistencia a la segregación o estabilidad, mediante un uso particular del Cono de Abrams •

Campo de Aplicación

Esta norma es de aplicación a concretos autoconsolidantes con tamaño máximo del agregado menor o igual que 20 mm, determinado este según UNE 83-100. El método puede ser utilizado tanto para ensayos de caracterización en laboratorio como para el control del concreto en obra. •

Principio del Método

El método se fundamenta en la medida de: a) el diámetro final que alcanza una muestra de concreto fresco cuando se deja la masa libre y sin perturbaciones exteriores, al levantar el Cono de Abrams. b) el tiempo que transcurre hasta que la masa de concreto fresco alcanza un diámetro de 500 mm. •

Aparatos o Molde

El instrumento básico para este ensayo es el cono de Abrams descrito en la norma UNE 83313, que tiene diámetro inferior y superior de 200 y 100 mm respectivamente, y 300 mm de

38 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

altura, con soportes para que pueda ser sujetado contra el suelo con los pies del operario o algún otro sistema útil a tal efecto, tal como se ilustra en la figura 3.3.1.1.

Figura 3.3.1. 1 Molde para la prueba de extensión de flujo.

o Base El cono se dispone centrado sobre una base plana metálica, suficientemente rígida, con un área mínima de 800 × 800 mm. Sobre su superficie se encuentran claramente marcadas dos circunferencias concéntricas de 200 y 500 mm de diámetro como en la figura 3.3.1.2.

Figura 3.3.1. 2 Características de la base para el ensayo de extensión de flujo.

39 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

o Material Auxiliar Embudo para verter el concreto en el cono, cronómetro (con una precisión de 1/10 s) y cinta métrica. •

Toma de Muestras

La toma de muestras se realizará conforme lo especificado en la norma UNE 83-300.

•

Procedimiento

Comprobar que la superficie plana o base está firme y perfectamente horizontal. Humedecerla con un paño húmedo, teniendo especial cuidado en no dejar agua libre. Humedecer de igual manera el interior del cono y el embudo, y colocar el cono sobre el círculo de diámetro de 200 mm. Sujetar firmemente el molde (mediante los soportes de la base) y rellenar el cono vertiendo el concreto, con ayuda del embudo, de forma continua y sin ningún tipo de compactación. Nivelar el concreto de la superficie con el borde superior del cono. Antes de que transcurra 1 minuto se levanta verticalmente el cono, de forma cuidadosa y continua (2 a 3 segundos), dejando que el concreto se extienda sobre la base. •

Obtención de Resultados

Los resultados se obtendrán midiendo los siguientes parámetros: a) T50: tiempo, expresado en segundos, que tarda el concreto en alcanzar el círculo de 500 mm de diámetro, contado desde el inicio del levantamiento del cono. Se expresará con una precisión de ± 1 segundo. b) DF: diámetro final de la extensión de flujo, una vez la muestra ha dejado de fluir, determinado por la media aritmética de dos diámetros perpendiculares. El resultado se expresará en milímetros con una precisión de ± 5 mm.

40 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Si los dos diámetros perpendiculares difieren más de 5 cm se deberá repetir el ensayo con otra porción de muestra. Además, se indicará expresamente como observaciones si se aprecia la segregación de los agregados gruesos, manifestada por una mayor concentración de los mismos en la zona central, así como la presencia de signos de segregación o exudación de la pasta en la zona periférica. 2. Ensayo de la caja en L •

Objeto

Esta norma tiene por objeto describir el método de ensayo a emplear para valorar la autoconsolidabilidad

del

concreto

considerando

fundamentalmente

los

aspectos

relacionados con su capacidad de fluir bajo su propio peso y su habilidad para pasar entre las barras que constituyen las armaduras o resistencia frente al bloqueo. También permite evaluar cualitativamente la resistencia a la segregación y estabilidad, mediante la observación visual. Para el desarrollo del ensayo se requiere de una caja en forma de L. descrita más adelante. •

Campo de Aplicación

Esta norma es de aplicación a concretos autoconsolidantes con tamaño máximo del agregado menor o igual que 20 mm, determinado éste según UNE 83-100. El método ha sido desarrollado fundamentalmente para ser utilizado en ensayos de laboratorio, aunque puede aplicarse para el control del concreto autoconsolidante en obra. •

Método de Ensayo

El método se fundamenta en la valoración de:

41 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

a) La diferencia de altura que alcanza la masa de concreto fresco entre los extremos de entrada y final de la caja, cuando se deja fluir el concreto libremente y sin perturbaciones exteriores. b) El tiempo que transcurre hasta que de la masa de concreto fresco recorre todo el canal de salida, con una distancia de 600 mm. •

Aparatos o Molde

El aparato utilizado en este ensayo consiste en una Caja en forma de L, de las dimensiones indicadas en la figura 3.3.1.3, que posee un depósito vertical, con una capacidad de aproximadamente 13 litros, conectado con un canal horizontal a través de una abertura que tiene la misma dimensión que la sección transversal interna del canal. Detrás de la puerta situada en la sección que une el depósito con el canal, se colocan varillas corrugadas de 1/2" con una distribución que puede ajustarse a los requisitos propios de la aplicación a la cual esté destinado el concreto autoconsolidante.

Figura 3.3.1. 3 Características de la caja en L.

42 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

o Barras Como condición de referencia se emplean barras de 12 mm de diámetro y un espacio libre entre las barras de 34 mm. No obstante, el tipo de barras y los espacios o separación entre ellas se pueden modificar conforme al tamaño máximo del agregado y a las condiciones reales de aplicación. No se recomienda un espacio entre barras inferior que tres veces el tamaño máximo del agregado. o Accesorios Cronómetro (precisión de 1/10 s) y cinta métrica. •

Procedimiento

Se monta la caja con las barras de armadura y la separación elegidas, y con la compuerta cerrada. Se humedecen las paredes interiores, sin dejar agua libre. Se debe asegurar que la caja se disponga horizontalmente, quedando totalmente apoyada y nivelada en su base. Se vierte el concreto en la parte vertical de la caja y se deja reposar durante unos 10 segundos. Este tiempo permite realizar una primera evaluación visual de la estabilidad (segregación) de la muestra. Se abre la compuerta rápidamente y se deja fluir el concreto hacia la parte horizontal, atravesando las barras de armadura como se muestra en la figura 3.3.1.4.

Figura 3.3.1. 4 Ensayo de caja en L

43 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

•

Obtención de Resultados

Los resultados se obtendrán midiendo los siguientes parámetros: a) T60: tiempo, expresado en segundos con una precisión de ± 1 segundo, que tarda el concreto en alcanzar el extremo horizontal, esto es, el tiempo que tarda en recorrer toda la longitud de la base de la caja (600 mm). b) Las alturas H1y H2 (ver Figura 3.3.1.5), expresadas en milímetros con una precisión de ± 5 mm. A partir de ellas se calcula el coeficiente de bloqueo por el cociente H2/H1. Además, se indicará expresamente entre las observaciones si se aprecia el bloqueo o falta de la estabilidad de la muestra de concreto, por observación visual. Se considera que se produce bloqueo en los casos en que se acumulen agregados detrás de la rejilla de armadura; también se manifiesta por la presencia de agregado grueso entre las barras. Por el contrario, cuando se observa agregado grueso distribuido por la superficie del concreto a lo largo de toda la extensión de la parte horizontal, el concreto se considera estable (resistente a la segregación).

Figura 3.3.1. 5 Medidas a tomar en el ensayo de caja en L.

44 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

3. Ensayo del anillo japonés. •

Objeto

Esta norma tiene por objeto describir el método de ensayo a utilizar para valorar la autoconsolidabilidad del concreto considerando los aspectos relacionados con su capacidad de fluir bajo su propio peso, su resistencia a la segregación o estabilidad, y su habilidad para pasar entre las barras que constituyen las armaduras o resistencia frente al bloqueo. Se basa en un uso combinado del cono de Abrams, según lo indicado en la norma Extensión de flujo, y un anillo con barras, conocido como Anillo Japonés (J-Ring), que se describe en el punto. •

Campo de Aplicación

Esta norma es de aplicación a concretos autoconsolidantes con tamaño máximo del agregado menor o igual que 20 mm, determinado este según UNE 83-100. El método puede ser empleado tanto para ensayos en laboratorio como para la caracterización del concreto en obra. •

Método de Ensayo

El método se fundamenta en el empleo combinado del Cono de Abrams y un anillo con barras (ver figura 3.3.1.6), valorando: a) la extensión que alcanza el concreto fresco cuando se deja caer, libremente y sin perturbaciones exteriores, al levantar el tronco de cono, y b) las alturas alcanzadas por el concreto en la cara interior y exterior del citado anillo, una vez finalizado el flujo.

45 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Figura 3.3.1. 6 Aparatos para el ensayo de anillo japonés.

•

Aparatos o Molde

Para este ensayo se utiliza el cono de Abrams UNE 83-313, que tiene diámetro inferior y superior de 200 y 100 mm respectivamente, y 300 mm de altura, sin los soportes que posee habitualmente para que pueda ser sujetado contra el suelo. o Base El cono se dispone centrado sobre una base plana metálica, suficientemente rígida, con un área mínima de 800 × 800 mm. Sobre su superficie se encuentran claramente marcadas circunferencias concéntricas de 200, 300 y 500 mm de diámetro, tal como se indica en la Figura 3.3.1.7. o Anillo Japonés Consiste un anillo circular de 300 mm de diámetro medio, en el cual se disponen barras verticales de 100 mm de altura, tal como se visualiza en la figura 3.3.1.7. La condición de referencia consiste en barras de 12 mm de diámetro con un espacio libre entre ellas de 35 mm. No obstante, se admite modificar el tipo de barras y la separación entre ellas en función

46 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

del tamaño máximo de agregado y de las condiciones reales de aplicación del concreto autocompactante. No se recomienda un espacio entre barras, menor que tres veces el tamaño máximo del agregado.

Figura 3.3.1. 7 Características de los aparatos para el ensayo del anillo japonés.

•

Accesorios

Embudo para verter el concreto en el cono y cinta métrica. •

Procedimiento

Se debe asegurar previamente que la superficie plana o base se disponga horizontalmente y se debe humedecer con un paño húmedo, cuidando de no dejar agua libre. Se humedece de igual manera el interior del cono y del embudo; se coloca el cono sobre el círculo de diámetro de 200 mm. Se coloca el anillo de forma concéntrica al cono sobre el círculo con diámetro de 300 mm. Se vierte el concreto rellenando el cono de forma continua y sin compactación alguna. Se enrasa el concreto con el borde superior del cono y, antes de que pase 1 minuto, se levanta el cono en dirección vertical, de forma cuidadosa y continua (2 a 3 segundos), dejando que el concreto fluya extendiéndose sobre la base y atravesando el anillo.

47 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

•

Obtención de Resultados

Los resultados se obtendrán midiendo los siguientes parámetros: a) DF: diámetro final de la extensión de flujo, expresado en milímetros con una precisión de ± 5 mm, determinado por la media aritmética de dos diámetros perpendiculares. b) las alturas, H1y H2, a partir de las se puede obtener las alturas A1 y A2 alcanzadas por el concreto en la cara interior y exterior del anillo (ver Figura 3.3.1.8), expresadas en milímetros, y obtenidas como promedio de cuatro lecturas sobre los extremos de dos diámetros ortogonales, con una precisión de ± 5 mm.

Figura 3.3.1. 8 Detalle de medición para el ensayo del anillo japonés.

48 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Si se produce una diferencia entre los diámetros de más de 50 mm se debe repetir el ensayo. Además, se indicará expresamente como observaciones si se aprecia la segregación de los agregados gruesos, manifestada por una mayor concentración de los mismos en la zona central, así como la presencia de signos de segregación o exudación de la pasta en la zona periférica.

Los concretos autoconsolidantes se pueden considerar de una forma similar a los concretos convencionales pudiéndose aplicar las mismas formulaciones del concreto convencional, pero teniendo en cuenta que son aproximadas. Debido a las diferencias en dosificación entre el concreto autoconsolidante y el convencional, en los últimos años se han realizado diversas investigaciones sobre las propiedades en estado endurecido del concreto autoconsolidante. Hay que destacar que cuando se compara un concreto autoconsolidante con uno convencional

en

estado

endurecido,

se

hace

con

concretos

de

resistencias

similares. A continuación, se mencionan los ensayos al que se puede someter los especímenes de concreto endurecido, aclarando que en nuestro caso solo se estudiaron 2 de éstos; la prueba a compresión simple para verificar la resistencia del concreto, y la extracción de corazón endurecido, para verificar la estructura interna del mismo.

49 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

III.4. Resistencia a Compresión del concreto endurecido La resistencia a compresión es una de las propiedades más importantes del concreto donde la relación agua/cemento juega un papel decisivo, pero en el autoconsolidante influyen otros factores como son: una microestructura más densa, el tamaño máximo del agregado, la ausencia de vibración, el empleo de adiciones activas o una baja relación agua/finos entre otros factores (Skarendahl, et al., 2000; Klug et al., 2003; Georgiadis et al., 2007; Agranati, 2008) que hacen que, de forma general, se pueda decir que la resistencia a compresión es mayor en un concreto autoconsolidante que en uno convencional, ambos con igual relación agua/cemento. La vibración puede ser también un factor importante porque si un concreto convencional tiene una mala vibración se producen coqueras en su interior y, por lo tanto, no se desarrollan adecuadamente sus propiedades. En cambio, en el concreto autoconsolidante este problema desaparece. Otro de los posibles factores que pueden influir notablemente en el desarrollo de resistencias son los superplastificantes de tipo policarboxilatos. Según la ACI (2007), este tipo de aditivos hacen que se mejore la resistencia a compresión sobre la que se tendría si se usara otro tipo de aditivos en el concreto autoconsolidante. Además, también recomienda determinar la resistencia a compresión a 91 días debido a que se mejoran las propiedades del concreto autoconsolidante por el mayor contenido de material cementante.

50 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

III.5. Proceso de elaboración del concreto autoconsolidante. Para poder cumplir con nuestro objetivo principal de la tesis, se llevaron a cabo diferentes ensayos, empleando la dosificación recomendada por la normativa ACI(ACI,2007), se inició con la elaboración de una mezcla patrón (concreto convencional), dado los resultados de dicha mezcla, está fue la base para la elaboración de los demás ensayos. A partir de la dosificación de la prueba patrón se utiliza un diseño de mezcla de relación A/C de 0.5 equivalente a 320 kg/cm², para nuestro estudio se elaboraron mezclas con diferentes porcentajes de adición de CBC (0,5,10,15,20,25%), bajo esa condición se determinaron las pruebas más representativas y las que mejores resultados dieron de acuerdo a lo esperado. Se realizo una prueba patrón que nos sirvió como referencia para poder elaborar el concreto autoconsolidante con los diferentes porcentajes de CBC. Por lo cual en las practicas que se realizaron y que se presentan a continuación se opto por dejar a un lado la prueba antes mencionada ya que nuestra investigación se trata de un concreto autoconsolidante, por lo tanto, la prueba patrón no presenta ninguna característica del concreto a estudiar; con este fin se empezó por el analisis de la muestra fluida con aditivo, presentada en el capítulo siguiente.

51 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

3.5.1. Ensayo No. 1 “Muestra fluida” Los materiales que se emplearon son (vea figura 3.5.1.1): • Cemento Portland Compuesto tipo II. • Arena proveniente del banco Santo Domingo. • Grava procedente del banco CONSTHER, de tamaño máximo de 12.5 mm (1/2”). • Aditivo reductor de agua de alto rango y superplastificante 2% con respecto al peso del cemento. • Agua.

Figura 3.5.1. 1 Materiales utilizados en el ensayo 1.

✓ Dosificación (vea tabla 3.5.1.1): Tabla 3.5.1 1 Dosificación empleada en la primera práctica.

Resistencia

Arena

Grava

Agua

Aditivo

Cemento

(kg/cm2)

(kg)

(kg)

(lts)

2%(ml)

(kg)

310

48.690

48.700

12.79

443.2

22.160

52 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

El amasado se realizó en una revolvedora para concreto de ½ saco. Dichos materiales se introdujeron en la revolvedora en el siguiente orden: 1. Se colocó la grava en la revolvedora 2. Se agregó el peso total de la arena 3. Se agregó Agua (una cierta porción del total solo para humedecer los materiales). 4. Se colocó todo el cemento 5. Con el restante de agua se revuelve el aditivo para ponérselo a la revolvedora. Ya introducidos todos los materiales en la revolvedora se procede a homogeneizar la mezcla, de acuerdo con la norma nmx-c-159-onncce-2004 que habla de elaboración y curado de especímenes en el laboratorio; Se revuelve por 3 minutos; se apaga la revolvedora por 3 minutos y se enciende nuevamente hasta transcurrir 2 minutos más para posteriormente vaciar el concreto y realizar las pruebas correspondientes al estado fresco, que son; extensión de flujo con y sin anillo japonés y el método de la caja en L mostrados en la figura 3.5.1.2 y 3.5.1.3 y 3.5.1.4.

Figura 3.5.1. 2 Extensión de flujo con anillo japonés ensayo 1.

53 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Figura 3.5.1. 3 Extensión de flujo con anillo japonés.

En la tabla 3.5.1.2 se muestran los datos de la prueba con anillo japonés. Tabla 3.5.1 2 Datos de la prueba con anillo japonés del ensayo 1.

MÉTODO DE EXTENSIÓN CON ANILLO D1

D2

Df

H1

H2

A1

A2

(INTERIOR) (EXTERIOR) MUESTRA FLUÍDA 52.0 54.0 53.0

Figura 3.5.1. 4 Método de la caja en L para el ensayo 1

8.0

11.0

4.0 1.0

54 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

En la tabla 3.5.1.3 se muestran los resultados de la caja en L. Tabla 3.5.1 3 Resultados del método de la caja en L

MÉTODO DE LA CAJA EN "L"

MUESTRA FLUÍDA

T60

H1

H2

H2/H1

42.2

23.5

11.5

0.49

Figura 3.5.1. 5 Extensión de flujo sin anillo del ensayo 1

Vea tabla 3.5.1.4 para observar los resultados de la prueba extensión de flujo. Tabla 3.5.1 4 Resultados muestra fluida en la prueba de extensión de flujo

MÉTODO DE EXTENSIÓN DE FLUJO

MUESTRA FLUÍDA

D1

D2

Df

T50

57.0

59.0

58.0

9.21

NOTA. Cómo se puede observar al hacer la prueba con anillo japonés no cumple con las alturas requeridas, las varillas obstaculizan el paso del concreto no presenta segregación, pero no es capaz de fluir en su totalidad, y con la prueba de extensión de flujo, no cumple con las características porque los diámetros obtenidos están fuera de rango. En el método de

55 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

la caja en L se observó un comportamiento tal que no permitió fluir la mezcla para pasar entre barras, la relación de alturas no pasa debido al no fluir fácilmente por su propio peso. Por lo tanto, aún no se tienen las bases suficientes para determinar si es un concreto autoconsolidante. Al terminar las pruebas del concreto autoconsolidante se lleva acabo el llenado de cilindros para proceder a las pruebas en estado endurecido de nuestra mezcla (vea figura 3.5.1.6, 3.5.1.7 y 3.5.1.8).

Figura 3.5.1. 6 Llenado de cilindros ensayo 1

Figura 3.5.1. 7 Realización de las pruebas en estado endurecido ensayo 1

56 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Figura 3.5.1. 8 Finalización de la prueba en estado endurecido de la mezcla

NOTA. Una vez terminada la prueba en estado endurecido se tomó los datos correspondientes para el análisis de los resultados para poder determinar si el concreto autoconsolidante que se elaboró está dentro de la resistencia a compresión esperada de 310 kg/cm². Los resultados se muestran en el capítulo siguiente.

57 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

3.5.2. Ensayo No. 2 “Muestra con CBC (5%) respecto al cemento” A diferencia del ensayo anterior, se hace el uso de la CBC con un porcentaje del 5% con respecto al cemento (vea tabla 3.5.2.1). ✓ Dosificación: Tabla 3.5.2. 1 Dosificación para la mezcla con el 5% de CBC.

Resistencia

Arena

Grava

Agua

Aditivo

Cemento

CBC 5%

(kg/cm2)

(kg)

(kg)

(lts)

(ml)

(kg)

(kg)

310

48.690

48.700

12.79

443.2

22.160

1.108

El procedimiento para la realización del concreto autoconsolidante es la misma que el ensayo anterior. Una vez homogeneizada la mezcla se procede a realizar las pruebas de concreto autoconsolidante en estado freso mostradas en la figura 3.5.2.1,3.5.2.2 y 3.5.2.3. Como también se muestran los respectivos resultados de cada una de las muestras que se realizaron en esta muestra (vea tabla 3.5.2.2, 3.5.2.3 y 3.5.2.4).

58 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Figura 3.5.2. 1 Prueba con anillo japonés Tabla 3.5.2. 2 Resultados de la prueba con anillo.

MÉTODO DE EXTENSIÓN CON ANILLO D1

CAC - 5% CBC 48.0

D2

51.0

Df

49.5

Figura 3.5.2. 2 Prueba de extensión de flujo sin anillo

H1

H2

(INTERIOR)

(EXTERIOR)

8.0

11.0

A1

A2

4.0

1.0

59 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER Tabla 3.5.2. 3 Resultados de la prueba extensión de flujo.

MÉTODO DE EXTENSIÓN DE FLUJO

CAC - 5% CBC

D1

D2

Df

T50

45.0

46.0

45.5

10.23

Figura 3.5.2. 3 Método de la caja en L

Tabla 3.5.2. 4 Resultados del método de la caja en L con el 5% de CBC.

MÉTODO DE LA CAJA EN "L"

CAC - 5% CBC

T60

H1

H2

H2/H1

103.1

---

---

---

NOTA. Él cambio que presento la mezcla al adicionarle el 5% de ceniza no fue tan notable, debido a que la mezcla presento mucha segregación por lo tanto en las pruebas de con y sin anillo japonés no fue capaz de fluir uniformemente presentándose obstrucción de la mezcla entre las varillas y solo fluyo agua en la prueba con anillo; En la prueba de extensión de flujo

60 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

no alcanzo los diámetros necesarios que las normas UNE nos marca; En el método de la en L no hubo una fluidez constante, la mezcla presento una ligera obstaculización entre varillas evitando que la mezcla fluyera de manera correcta, entonces nuestra mezcla aún no presenta las características correctas para determinarla como un concreto autoconsolidante. Como la practica anterior se realiza el llenado de cilindros para realizar las pruebas en estado endurecido de esta mezcla con un porcentaje del 5% de CBC, al transcurrir las 24 horas se desmoldo los cilindros y se lleva al cuarto de curado los cilindros, pasados 7 días se hacen las pruebas correspondientes para determinar su resistencia a compresión de dichos cilindros diseñada para una relación A/C de 0.5, igual a los 14,28 y 56 días, para tener una amplia información de resultados y analizar cada uno de los datos que se presentan en el capítulo siguiente mostrados en la figura 3.5.2.4 y 3.5.2.5.

Figura 3.5.2. 4 Colocación del cilindro para realización de la prueba en estado endurecido.

61 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Figura 3.5.2. 5 Finalización de la prueba en estado endurecido.

3.5.3. Ensayo No. 3 “Muestra con CBC (10%) respecto al cemento” En este ensayo se aumentó el porcentaje de CBC a un 10%, el procedimiento de elaboración como se ve en la tabla 3.5.3.1 es el mismo, la relación A/C sigue siendo de 0.5 y los materiales provienen del mismo lugar. Al término de la homogeneización de la mezcla se vacío está en una carretilla previamente humedecida, para realizar las pruebas que ya se han descrito anteriormente como se muestra en la figura 3.5.3.1,3.5.3.2 y 3.5.3.3 y se muestran los resultados de cada método realizado (vea la tabla 3.5.3.2, 3.5.3.3 y 3.5.3.4).

62 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

✓ Dosificación: Tabla 3.5.3 1 Dosificación para la mezcla con el 10% de CBC.

Resistencia

Arena

Grava

Agua

Aditivo

Cemento

CBC 10%

(kg/cm2)

(kg)

(kg)

(lts)

(ml)

(kg)

(kg)

310

48.690

48.700

12.79

443.2

22.160

2.216

Figura 3.5.3. 1 Prueba de extensión de flujo con anillo japonés ensayo 3.

Tabla 3.5.3 2 Resultados de la prueba extensión de flujo con anillo, con el 10% de CBC

MÉTODO DE EXTENSIÓN CON ANILLO D1

CAC - 10% CBC

D2

64.0 65.0

Df

64.5

H1

H2

(INTERIOR)

(EXTERIOR)

8.0

10.0

A1

A2

4.0

2.0

63 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Figura 3.5.3. 2 Prueba de extensión de flujo sin anillo

Tabla 3.5.3 3 Resultados prueba extensión de flujo con el 10% de CBC

MÉTODO DE EXTENSIÓN DE FLUJO

CAC - 10% CBC

Figura 3.5.3. 3 Método de la caja en L

D1

D2

Df

T50

69.0

69.0

69.0

2.90

64 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER Tabla 3.5.3 4 Resultados de la caja en L con el 10% de CBC.

MÉTODO DE LA CAJA EN "L"

CAC - 10% CBC

T60

H1

H2

H2/H1

21.2

10.0

8.5

0.85

NOTA. Después de realizar la mezcla se observó por fin un cambio notable a diferencia de las practicas anteriores, las alturas presentadas en la prueba con anillo japonés fueron satisfactorias, están dentro del rango y la fluidez del concreto tiene un buen comportamiento no presenta obstaculización entre las varillas. En la prueba de extensión de flujo se obtuvieron diámetros dentro de los parámetros establecidos para determinar un concreto autoconsolidante, no presento ningún principio de segregación y el tiempo en fluir igual está dentro del rango. Con el método de la caja en L el concreto cumplido con el tiempo, el peso propio de la mezcla permitió fluir bien para que esta cumpliera con el tiempo y con las alturas marcadas. Obteniendo un concreto autoconsolidante estable y bueno. Una vez realizadas las pruebas en estado fresco, se procede al llenado de cilindros para posteriormente realizar las pruebas correspondientes al estado endurecido de la mezcla como se muestra en la figura 3.5.3.4 y 3.5.3.5, en donde se registraron los datos de la resistencia a compresión que la maquina da al ensayar el espécimen y se analizan los resultados (mostrado en el capítulo siguiente).

65 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Figura 3.5.3. 4 Ensayo del cilindro con porcentaje del 10% de CBC

Figura 3.5.3. 5 Finalización de la prueba en estado endurecido con el 10% de CBC

66 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

3.5.4. Ensayos No. 4 “Muestra con el 15% de CBC” Se realizará un aumento de CBC del 15% con respecto del total de cemento para ver si se obtiene mejores resultados o sufre algún cambio distinto a los demás ensayos realizados con anterioridad (vea tabla 3.5.4.1). ✓ Dosificación: Tabla 3.5.4. 1 Dosificación para el ensayo 4 con el 15 % de CBC.

Resistencia

Arena

Grava

Agua

Aditivo

Cemento

CBC 15%

(kg/cm2)

(kg)

(kg)

(lts)

(ml)

(kg)

(kg)

310

48.690

48.700

12.79

443.2

22.160

3.324

El procedimiento para la elaboración de la mezcla es igual que los ensayos anteriores. 1. Se coloca el total de la grava en la revolvedora 2. Se agregó el total de la arena 3. Se vierte una cierta porción de agua para humedecer la grava. 4. Se coloca el total de cemento 5. Se introdujo el 15% de CBC junto con el cemento para homogeneizar la mezcla, una vez revuelto se empieza con el paso 6. 6. Con el restante de agua se revuelve el aditivo para ponérselo a la mezcla, observando en cada momento el comportamiento de esta para no pasarse de agua o ver si le hace falta más. Se aplicó el procedimiento de elaboración de la mezcla de acuerdo con la norma nmx-c-159onncce-2004, hasta homogeneizar los materiales.

67 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Se procede a ejecutar las pruebas descritas con anterioridad para determinar el comportamiento de la mezcla mostradas en la figura 3.5.4.1,3.5.4.2 y 3.5.4.3 y obtener los resultados para un concreto autoconsolidante (vea la tabla 3.5.4.2, 3.5.4.3 y 3.5.4.4).

Figura 3.5.4. 1 Prueba de flujo con anillo japonés con el 15 % de CBC.

Tabla 3.5.4. 2 Resultados con el 15% de CBC en la prueba de extensión con anillo

MÉTODO DE EXTENSIÓN CON ANILLO D1

CAC - 15% CBC

D2

Df

H1

H2

(INTERIOR)

(EXTERIOR)

59.0 58.0 58.5 8.5

11.0

A1

A2

3.5 1.0

68 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Figura 3.5.4. 2 Prueba de extensión de flujo sin anillo con el 15% de CBC

Tabla 3.5.4. 3 Resultados con el 15% de CBC en la prueba extensión de flujo

MÉTODO DE EXTENSIÓN DE FLUJO

CAC - 15% CBC

D1

D2

Df

T50

69.0

71.0

70.0

3.22

Figura 3.5.4. 3 Método de la caja en L con el 15% de CBC

69 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER Tabla 3.5.4. 4 Resultados del método de la caja en L con el 15% de CBC.

MÉTODO DE LA CAJA EN "L"

CAC - 15% CBC

T60

H1

H2

H2/H1

13.8

10.0

8.0

0.80

NOTA. Cómo resultados finales se observó el comportamiento de la mezcla, en la prueba con anillo japonés los diámetros fueron un poco más pequeños que la practica anterior, por lo que se presentó más altura dentro y fuera del anillo, hubo una ligera obstaculización por parte de las varillas, pero aun así el concreto fluyo de manera correcta. El tiempo en recorrer el concreto a la marca establecida fue ligeramente más alto que la practica anterior, pero fluyendo de manera uniforme para darnos diámetros dentro del parámetro que las normas UNE marcan. En el método de la caja en L el concreto obtuvo un comportamiento bueno, los áridos gruesos se distribuyeron eficientemente lo que nos dice que es un concreto resistente a la segregación el tiempo en recorrer fue menor al de la practica anterior, por lo que se determinó que es un concreto autoconsolidante en óptimas condiciones. Se procede finalmente con el llenado de los cilindros como se ha estado haciendo con los demás ensayos, para posteriormente realizarle la prueba a compresión y determinar su valor de carga que esta resiste mostrados en la figura 3.5.4.4 y 3.5.4.5.

70 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Figura 3.5.4. 4 Realización de la prueba en estado endurecido con el 15% de CBC

Figura 3.5.4. 5 Prueba concluida del cilindro en estado endurecido.

NOTA. Los resultados se muestran en el capítulo siguiente dándoles una información detallada de cada uno de los cilindros que fueron sometidos a compresión para determinar la resistencia que cada cilindro tiene.

71 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

3.5.5. Ensayo No. 5 “Muestra con el 20% de CBC” Al ir realizando las practicas anteriores el concreto autoconsolidante se ha perfeccionado y nos da resultados esperados, por tal motivo se realiza una mezcla en la que se utilizará el 20% de CBC para analizar cada prueba y determinar el comportamiento que tendrá en la mezcla, la dosificación se muestra en la tabla 3.5.5.1. ✓ Dosificación: Tabla 3.5.5. 1 Dosificación empleada para el ensayo numero 5

Resistencia

Arena

Grava

Agua

Aditivo

Cemento

CBC 20%

(kg/cm2)

(kg)

(kg)

(lts)

(ml)

(kg)

(kg)

310

48.690

48.700

12.79

443.2

22.160

4.432

El procedimiento de elaboración es exactamente igual a los ensayos realizados con anterioridad, por lo tanto, se llevaron a cabo las pruebas para determinar el comportamiento de la mezcla (vea la figura 3.5.5.1, 3.5.5.2 y 3.5.5.3 y obtener los resultados de cada una de estas mostrados en la tabla 3.5.5.2, 3.5.5.3 y 3.5.5.4.)

72 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Figura 3.5.5. 1 Prueba de extensión de flujo con anillo japonés con el 20 % de CBC

Tabla 3.5.5. 2 Resultados obtenidos de la prueba con anillo.

MÉTODO DE EXTENSIÓN CON ANILLO D1

CAC - 20% CBC 59.0

D2

57.0

Df

58.0

H1

H2

(INTERIOR)

(EXTERIOR)

9.0

10.0

Figura 3.5.5. 2 Prueba de extensión de flujo sin anillo con el 20% de CBC

A1

A2

3.0

2.0

73 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER Tabla 3.5.5. 3 Resultados obtenidos de la prueba extensión de flujo sin anillo con el 20% de CBC

MÉTODO DE EXTENSIÓN DE FLUJO

CAC - 20% CBC

D1

D2

Df

T50

68.0

68.0

68.0

3.74

Figura 3.5.5. 3 Método de la caja en L

Tabla 3.5.5. 4 Resultados del método de la caja en L con el 20% de CBC

MÉTODO DE LA CAJA EN "L"

CAC - 20% CBC

T60

H1

H2

H2/H1

8.6

9.0

8.0

0.89

74 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

NOTA. Se observo en cada una de las pruebas que el porcentaje utilizado de CBC tanto en la anterior como en esta ha aumentado el tiempo de fluidez en la mezcla es decir que la fluidez es más lenta que la primera con el 5% de CBC. En la prueba del anillo japonés se obtuvo ligeramente una obstaculización que provoco un aumento en las alturas del interior y del exterior del anillo, el comportamiento que se obtuvo en la prueba sin anillo fue una extensión semejante a las dos pruebas anteriores pero el tiempo es más tardado por milésimas de segundo, con el método de la caja en L se presentó diferente tiempo ya que la mezcla fluyo más rápido, y no hubo acumulación de áridos entre varillas siendo una mezcla bastante buena sin presentar segregación y dándonos las características esperadas para determinar que si es un concreto autoconsolidante con la ayuda de la CBC. Se hace el llenado de cilindros correspondientes y se realizan las pruebas correspondientes como se muestra en la figura 3.5.5.4 y 3.5.5.5.

Figura 3.5.5. 4 Ensayo del cilindro con el 20% de CBC.

75 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Figura 3.5.5. 5 Resultado del ensayo a compresión.

3.5.6. Ensayo No.6 “Muestra con el 25 % de CBC” Se considero hacer una prueba más adicionándole el 25% de CBC para observar el cambio que sufrirá la mezcla (ver figura 3.5.6.1), con eso se compara los resultados y se determina cuáles son los porcentajes más óptimos, que hagan de ello un concreto autoconsolidante. ✓ Dosificación: Tabla 3.5.6. 1 Dosificación para el ensayo con el 25% de CBC

Resistencia

Arena

Grava

Agua

Aditivo

Cemento

CBC 25%

(kg/cm2)

(kg)

(kg)

(lts)

(ml)

(kg)

(kg)

310

48.690

48.700

12.79

443.2

22.160

5.540

Cabe señalar que el procedimiento para la mezcla sigue siendo el mismo que los ensayos anteriores se realizan las mediciones correspondientes como se muestra en la figura

76 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

3.5.6.1,3.5.6.2 y 3.5.6.3. Al concluir el proceso de homogeneización de la mezcla se hace las pruebas para determinar la calidad del concreto autoconsolidante que se obtendra después de aplicarle el 25% de CBC, registrando los resultados como se muestra en la tabla 3.5.6.2,3.5.6.3 y 3.5.6.4.

Figura 3.5.6. 1 Prueba de extensión de flujo con anillo japonés.

Tabla 3.5.6. 2 Resultados de la última prueba con el 25% de CBC

MÉTODO DE EXTENSIÓN CON ANILLO D1

CAC - 25% CBC

69.0

D2

68.0

Df

68.5

H1

H2

(INTERIOR)

(EXTERIOR)

9.5

11.0

A1

A2

2.5

1.0

77 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Figura 3.5.6. 2 Extensión de flujo sin anillo con el 25% de CBC.

Tabla 3.5.6. 3 Resultados de la prueba sin anillo japonés con el 25% de CBC.

MÉTODO DE EXTENSIÓN DE FLUJO

CAC - 25% CBC

Figura 3.5.6. 3 Método de la caja en L.

D1

D2

Df

T50

69.0

70.0

69.5

4.27

78 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER Tabla 3.5.6. 4 Resultado de la última prueba con el 25% de CBC

MÉTODO DE LA CAJA EN "L"

CAC - 25% CBC

T60

H1

H2

H2/H1

4.2

9.0

8.0

0.89

NOTA. Al finalizar cada una de las pruebas se analizaron los resultados de la extensión de flujo con anillo japonés y se determinó que al ir aumentando el porcentaje de CBC para cada mezcla que se elaboro fue densificando más la muestra; eso ocasiono que las alturas en exterior e interior aumentaran, es decir se encontró una cierta obstaculización en las varillas. Para la prueba de extensión de flujo sin anillo, los diámetros fueron semejantes para las distintas pruebas, pero el tiempo en recorrer fue más tardado al ir aumentando el porcentaje de ceniza. Con el método de la caja en L hubo un cambio diferente se observó que el tiempo en fluir la mezcla fue cada vez menor desde la primera mezcla realizada, en esta prueba fluyo de manera rápida y no presento signos de segregación, concluyendo que es un concreto autoconsolidante. Se hizo el procedimiento de llenado de cilindros y se realizaron las pruebas ya hechas anteriormente con cada uno de los porcentajes distintos de CBC mostrados en la figura 3.5.6.4 y 3.5.6.5.

79 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Figura 3.5.6. 4 Inicio de la prueba en estado endurecido con 25% de CBC

Figura 3.5.6. 5 Finalización de la prueba en estado endurecido con el 25% de CBC.

En el capítulo siguiente se expondrán los resultados de cada una de las pruebas realizadas para cada porcentaje diferente de CBC que se desarrolló con anterioridad, analizados a detalle para ver el comportamiento de la CBC en un concreto autoconsolidante.

80 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

IV.- ANÀLISIS DE RESULTADOS De acuerdo con los parámetros establecidos en las normas UNE 83-100, 83-300 y 83-313 mostrado en la siguiente tabla 4.1, son los datos correspondientes para evaluar si la adición de CBC como filler se comporta como un concreto autoconsolidante. Tabla 4.1. Parámetros establecidos por la norma UNE

MÉTODO / EVALUACIÓN

Extensión de Flujo

RANGOS

UNIDADES

MIN

MAX

650

800

mm

2

5

seg

3

10

mm

0.8

1

H2/H1

(Diámetro) Extensión de Flujo, T50cm Extensión con Anillo (diferencia de alturas) Caja en L

81 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

IV.1. PRUEBAS DE CONCRETO EN ESTADO FRESCO. En la siguiente tabla 4.1.1 se observa los resultados de la prueba de extensión de flujo sin anillo japonés de cada una de las muestras realizadas. Tabla 4.1. 1 Resultados de la prueba de extensión de flujo sin anillo japonés.

MÉTODO DE EXTENSIÓN DE FLUJO D1

D2

Df

T50

MUESTRA DE CONTROL

---

---

---

---

MUESTRA FLUÍDA

57.0

59.0

58.0

9.21

CAC - 5% CBC

45.0

46.0

45.5

10.23

CAC - 10% CBC

69.0

69.0

69.0

2.90

CAC - 15% CBC

69.0

71.0

70.0

3.22

CAC - 20% CBC

68.0

68.0

68.0

3.74

CAC - 25% CBC

69.0

70.0

69.5

4.27

En el método de extensión de flujo se determinó el diámetro final de extensión (Df) la medida fundamental para esta prueba; Se cuantifico el tiempo que tardo la muestra desde el inicio del levantamiento del cono hasta alcanzar un diámetro de 500 mm (T50). Los ensayos que lograron pasar estas condiciones se muestran en la tabla 4.1.2 Tabla 4.1. 2 Ensayos que pasaron el método de extensión de flujo.

PORCENTAJES QUE PASAN EL METODO DE EXTENSION DE FLUJO D1

D2

Df

T50

CAC - 10% CBC

69.0

69.0

69.0

2.90

CAC - 15% CBC

69.0

71.0

70.0

3.22

CAC - 20% CBC

68.0

68.0

68.0

3.74

CAC - 25% CBC

69.0

70.0

69.5

4.27

82 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER Tabla 4.1. 3 . Resultados de la prueba con el método de extensión de flujo con anillo japonés.

MÉTODO DE EXTENSIÓN CON ANILLO D1

MUESTRA DE

---

D2

---

Df

---

H1

H2

(INTERIOR)

(EXTERIOR)

---

---

A1

A2

---

---

CONTROL MUESTRA FLUÍDA

52.0

54.0 53.0

8.0

11.0

4.0 1.0

CAC - 5% CBC

48.0

51.0 49.5

8.0

11.0

4.0 1.0

CAC - 10% CBC

64.0

65.0 64.5

8.0

10.0

4.0 2.0

CAC - 15% CBC

47.0

47.0 47.0

8.5

11.0

3.5 1.0

CAC - 20% CBC

59.0

57.0 58.0

9.0

10.0

3.0 2.0

CAC - 25% CBC

69.0

68.0 68.5

9.5

11.0

2.5 1.0

En el método de extensión con anillo consistió en obtener la diferencia entre las alturas en las caras interior y exterior del anillo. En el que no debería superar los 10 mm para un concreto autoconsolidante. Los ensayos que lograron cumplir el requerimiento se muestran a continuación (vea tabla 4.1.4). Tabla 4.1. 4 Ensayos que cumplen con los parámetros del método de extensión con anillo.

ENSAYOS QUE CUMPLEN LA PRUEBA CON ANILLO D1

D2

Df

H1

H2

A1

A2

3.0

2.0

(INTERIOR) (EXTERIOR) CAC - 20% CBC

59.0 57.0 58.0

9.0

10.0

83 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER Tabla 4.1. 5 Resultados de los ensayos del método de la caja en L

MÉTODO DE LA CAJA EN "L" T60

H1

H2

H2/H1

MUESTRA DE CONTROL

---

---

---

---

MUESTRA FLUÍDA

42.2

23.5

11.5

0.49

CAC - 5% CBC

103.1

---

---

---

CAC - 10% CBC

21.2

10.0

8.5

0.85

CAC - 15% CBC

11.4

14.5

3.0

0.21

CAC - 20% CBC

8.6

9.0

8.0

0.89

CAC - 25% CBC

4.2

9.0

8.0

0.89

El método de la caja en L permitió determinar valores que cuantifican el bloqueo y estimar la fluidez del concreto autoconsolidante tras pasar por los obstáculos. Determinada por el coeficiente de bloqueo (H2/H1), en el que los ensayos que lograron cumplir con esta condición se encuentran en la siguiente tabla 4.1.6. Tabla 4.1. 6 Ensayos que pasan los parámetros en el método de la caja en L.

MÉTODO DE LA CAJA EN "L"

T60

H1

H2

H2/H1

CAC - 10% CBC

21.2

10.0

8.5

0.85

CAC - 20% CBC

8.6

9.0

8.0

0.89

CAC - 25% CBC

4.2

9.0

8.0

0.89

84 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

Al finalizar las pruebas realizadas y al tener los resultados obtenidos de cada uno de los métodos evaluados; se concentraron en la tabla 4.1.6.1 mostrada a continuación. Tabla 4.1.6. 1 Comparación de los resultados de cada una de las pruebas realizadas.

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIAPAS FACULTAD DE INGENIERÍA COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LAS PRUEBAS PRUEBA / MÉTODO

Extensión de Flujo (Diámetro)

Extensión de Flujo T50cm

Caja en L

×

Extensión con Anillo (diferencia de alturas) ×

MUESTRA DE CONTROL

×

MUESTRA FLUÍDA

×

×

×

×

CAC - 5% CBC

×

×

×

×

CAC - 10% CBC

√

√

×

√

CAC - 15% CBC

√

√

×

×

CAC - 20% CBC

√

√

√

√

CAC - 25% CBC

√

√

×

√

×

De acuerdo a los resultados obtenidos se logró observar que las condiciones o proporciones adecuadas para la adición del CBC como filler para un concreto autoconsolidante es del 20% adicional con respecto al peso del cemento. Fue el único ensayo que pudo cumplir con todos los parámetros que nos marca las normas UNE, logrando presentar la trabajabilidad adecuado que se requiere para este tipo de concreto y no presentando exudación o segregación.

85 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

IV.2. PRUEBAS DE CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO A “COMPRESIÒN”. La resistencia a la compresión del concreto a una determinada edad puede determinarse fundamentalmente mediante ensayos destructivos, aunque en ocasiones se pueden usar también ensayes no destructivos, los ensayos más utilizados para el control de calidad en obra en sus diferentes fases son los destructivos, para lo que se toman muestras del material para conformar los especímenes de forma cilíndrica, los que son ensayados en prensas dispuestas para este fin. Se realizó un concreto de control para una resistencia de 310 kg/cm2, para tener un concreto de calidad que satisfaga los requerimientos deseados, así como también de obtener la referencia después de elaborar el concreto autoconsolidante con adición de CBC.

86 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

4.2.1. MUESTRA DE CONTROL. Se registraron los resultados a compresión de la muestra de control (vea tabla 4.2.1.1) y se graficaron para analizar el comportamiento de dicha resistencia a compresión como se muestra en la figura 4.2.1.1. Tabla 4.2.1.1 Resultados en estado endurecido a compresión de la muestra de control. No. de muestra

Muestra

CBC ADITIVO

ø

Área (cm²)

Altura (cm²)

Volumen (cm³)

Peso (kg)

Peso volumétrico (kg/m³)

Carga de ruptura (kg/cm²)

Resistencia (kg/cm²)

15.0

prom (cm) 15.0

176.71

30.0

5301.30

12.502

2358

47012

266.04

Edad, Días

ø₁

ø₂

(cm)

(cm)

7

15.0

1

CONTROL 0%

0%

2

CONTROL 0%

0%

7

15.0

15.1

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.360

2301

42648

238.15

3

CONTROL 0%

0%

14

15.0

15.1

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.463

2320

45321

253.08

4

CONTROL 0%

0%

14

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

12.396

2338

49274

278.84

5

CONTROL 0%

0%

28

15.2

15.0

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.367

2302

54045

301.79

6

CONTROL 0%

0%

28

15.0

15.1

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.540

2334

57789

322.70

7

CONTROL 0%

0%

56

14.9

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

12.421

2343

62982

356.41

8

CONTROL 0%

0%

56

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

12.388

2337

58446

330.75

Promedio aritmético: 15.1

177.90

30.0

5336.85

12.430

2329

52190

293.47

MUESTRA DE CONTROL 400.00 343.58

RESISTENCIA A COMPRESIÓN (kg/cm2)

350.00

312.25

300.00

265.96 252.10

250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 7

14

28

56

EDAD (Días)

Figura 4.2.1.1 Grafica de los Resultados de la resistencia a compresión de la muestra de control.

En las pruebas realizadas para obtener la resistencia a compresión del concreto de control se obtuvo la resistencia requerida de 310 kg/cm2 sin ningún problema con el fin de tener un concreto de calidad y tener la referencia para la elaboración del concreto autoconsolidante.

87 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

4.2.2. MUESTRA FLUIDA 2% DE ADITIVO Se registraron los resultados a compresión de la muestra fluida con el 2% de aditivo (vea tabla 4.2.2.1) y se graficaron para analizar el comportamiento de dicha resistencia a compresión como se muestra en la figura 4.2.2.1. Tabla 4.2.2. 1 Resultados a compresión de la muestra fluida con el 2% de aditivo. No. de Edad Muestra CBC ADITIVO muestra (Días)

ø₁

ø₂

(cm)

(cm)

ø

Peso Carga de volumétrico ruptura (kg/m³) (kg/cm²)

Área (cm²)

Altura (cm²)

Volumen (cm³)

Peso (kg)

Resistencia (kg/cm²)

176.71

30.0

5301.30

12.215

2304

54413

307.92

1

CONTROL 0%

2%

7

15.0

15.0

prom (cm) 15.0

2

CONTROL 0%

2%

7

15.0

15.1

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.273

2284

51325

286.60

3

CONTROL 0%

2%

14

15.0

15.1

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.377

2304

62158

347.10

4

CONTROL 0%

2%

14

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

12.166

2295

57321

324.38

5

CONTROL 0%

2%

28

15.0

15.2

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.320

2293

58132

324.61

5

CONTROL 0%

2%

28

15.0

15.1

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.182

2268

63487

354.52

7

CONTROL 0%

2%

56

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

12.021

2268

63410

358.84

8

CONTROL 0%

2%

56

15.2

15.0

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.125

2257

61171

341.58

Promedio aritmético: 15.1

178.19

30.00

5345.74

12.210

2284

58927

330.69

MUESTRA FLUIDA

360.00 350.00

RESISTENCIA A COMPRESIÓN (kg/cm2)

339.57

350.21

340.00 335.74

330.00 320.00 310.00 300.00

297.26

290.00 280.00 270.00 7

14

28

56

EDAD (Días)

Figura 4.2.2. 1 Grafica de resultados de las resistencias de la muestra fluida.

Al utilizar el aditivo se observó que aumento la resistencia con respecto a los diferentes días ensayados y con respecto a la muestra de control realizada con anterioridad.

88 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

4.2.3. MUESTRA CON EL 5 % DE CBC. Se registraron los resultados a compresión de la muestra con el 5% de CBC (vea tabla 4.2.3.1) y se graficaron para analizar el comportamiento de dicha resistencia a compresión como se muestra en la figura 4.2.3.1. Tabla 4.2.3. 1 Resultados a compresión del ensayo con el 5% de CBC No. de muestra

Muestra

CBC ADITIVO

ø

Altura (cm²)

Volumen (cm³)

Peso (kg)

Peso volumétrico (kg/m³)

Carga de ruptura (kg/cm²)

Resistencia (kg/cm²)

15.1

prom (cm) 15.1

Área (cm²) 179.08

30.0

5372.40

12.520

2330

32868

183.54

Edad (Días)

ø₁

ø₂

(cm)

(cm)

7

15.0

1

CONTROL 5%

2%

2

CONTROL 5%

2%

7

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

12.344

2328

35214

199.28

3

CONTROL 5%

2%

14

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

12.574

2372

39394

222.93

4

CONTROL 5%

2%

14

15.1

15.0

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.221

2275

42337

236.41

5

CONTROL 5%

2%

28

15.0

15.1

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.470

2321

44960

251.06

6

CONTROL 5%

2%

28

15.1

15.1

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.415

2311

41475

231.60

7

CONTROL 5%

2%

56

14.9

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

12.093

2281

53354

301.93

8

CONTROL 5%

2%

56

15.0

15.1

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.238

2278

51881

289.71

Promedio aritmético: 15.1

178.19

30.0

5345.74

12.359

2312

42685

239.56

MUESTRA 5% CBC

RESISTENCIA A COMPRESIÓN (kg/cm2)

350.00 295.82

300.00 250.00 200.00

241.33

229.67 191.41

150.00 100.00 50.00 0.00 7

14

28

56

EDAD (Días)

Figura 4.2.3. 1 Grafica de resultados de las resistencias de la muestra con el 5% de CBC.

En este ensayo la prueba no logro cumplir con el requerimiento deseado de una resistencia a compresión de 310 kg/cm2 quedando muy por debajo de esta.

89 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

4.2.3. MUESTRA CON EL 10 % DE CBC Se registraron los resultados a compresión de la muestra con el 10% de CBC (vea tabla 4.2.4.1) y se graficaron para analizar el comportamiento de dicha resistencia a compresión como se muestra en la figura 4.2.4.1. Tabla 4.2.4. 1 Resultados de la prueba a compresión del ensayo con el 10% de CBC. No. de muestra

Muestra

Edad CBC ADITIVO (Días)

ø₁

ø₂

(cm)

(cm)

ø

Área (cm²)

Altura (cm²)

Volumen (cm³)

Peso (kg)

Peso volumétrico (kg/m³)

Carga de ruptura (kg/cm²)

Resistencia (kg/cm²)

176.71

30.0

5301.30

12.235

2308

57626

326.10

1

CONTROL 10%

2%

7

15.0

15.0

prom (cm) 15.0

2

CONTROL 10%

2%

7

15.1

15.1

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.455

2318

54324

303.35

3

CONTROL 10%

2%

14

15.1

14.9

15.0

176.71

30.0

5301.30

12.349

2329

65837

372.57

4

CONTROL 10%

2%

14

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

12.276

2316

67446

381.68

5

CONTROL 10%

2%

28

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

12.391

2337

70671

399.93

6

CONTROL 10%

2%

28

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

12.495

2357

75411

426.75

7

CONTROL 10%

2%

56

15.1

15.0

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.514

2329

80005

446.76

8

CONTROL 10%

2%

56

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

12.473

2353

77282

437.34

Promedio aritmético: 15.0

177.30

30.00

5319.08

12.399

2331

68575

386.81

MUESTRA 10% CBC 500.00 442.05

RESISTENCIA A COMPRESIÓN (kg/cm2)

450.00

413.34 377.13

400.00 350.00

314.73

300.00 250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 7

14

28

56

EDAD (Días)

Figura 4.2.4. 1 Grafica de resultados de las resistencias de la muestra con el 10% de CBC.

En este ensayo se observó que el requerimiento de la resistencia a compresión obtenida fue superior a la de 310 kg/cm2 superándola por mucho al ir pasando los dias de ensayes.

90 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

4.2.4. MUESTRA CON EL 15 % DE CBC. Se registraron los resultados a compresión de la muestra con el 15% de CBC (vea tabla 4.2.5.1) y se graficaron para analizar el comportamiento de dicha resistencia a compresión como se muestra en la figura 4.2.5.1. Tabla 4.2.5. 1 Resultados a compresión de la muestra con el 15 % de CBC.

No. de Muestra muestra

CBC ADITIVO

ø

Edad (Días)

ø₁

ø₂

(cm)

(cm)

Peso Carga de volumétrico ruptura (kg/m³) (kg/cm²)

Área (cm²)

Altura (cm²)

Volumen (cm³)

Peso (kg)

Resistencia (kg/cm²)

176.71

30.0

5301.30

12.269

2314

53839

304.67

1

CONTROL 15%

2%

7

15.0

15.0

prom (cm) 15.0

2

CONTROL 15%

2%

7

15.1

15.0

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.452

2318

51641

288.37

3

CONTROL 15%

2%

14

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

12.431

2345

62292

352.51

4

CONTROL 15%

2%

14

15.1

15.1

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.408

2310

59381

331.59

5

CONTROL 15%

2%

28

15.0

15.1

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.333

2296

68599

383.06

6

CONTROL 15%

2%

28

15.1

15.0

15.1

179.08

30.0

5372.40

12.419

2312

69228

386.58

7

CONTROL 15%

2%

56

15.0

14.9

15.0

176.71

30.0

5301.30

12.345

2329

74167

419.71

8

CONTROL 15%

2%

56

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

12.277

2316

71716

405.84

Promedio aritmético: 15.1

177.90

30.0

5336.85

12.367

2318

63858

359.04

MUESTRA 15% CBC 450.00

412.78 384.82

RESISTENCIA A COMPRESIÓN (kg/cm2)

400.00 342.05

350.00 300.00

296.52

250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 7

14

28

56

EDAD (Días)

Figura 4.2.5. 1 Grafica de resultados de las resistencias de la muestra con el 15% de CBC.

Las resistencias obtenidas con el 15% de CBC fueron excelentes superando la resistencia de 310 kg/cm2 diseñada en la muestra de control.

91 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

4.2.5. MUESTRA CON EL 20% DE CBC Se registraron los resultados a compresión de la muestra con el 20% de CBC (vea tabla 4.2.6.1) y se graficaron para analizar el comportamiento de dicha resistencia a compresión como se muestra en la figura 4.2.6.1. Tabla 4.2.6. 1 Resultados a compresión del ensayo con el 20 % de CBC.

No. de Edad Muestra CBC ADITIVO muestra (Días)

ø₁

ø₂

(cm)

(cm)

ø

Peso Carga de Peso volumétrico ruptura (kg) (kg/m³) (kg/cm²)

Área (cm²)

Altura (cm²)

Volumen (cm³)

Resistencia (kg/cm²)

176.71

30.0

5301.30 11.814

2229

50553

286.08

1

CONTROL 20%

2%

7

14.9

15.0

prom (cm) 15.0

2

CONTROL 20%

2%

7

15.0

15.1

15.1

179.08

30.0

5372.40 12.121

2256

54314

303.29

3

CONTROL 20%

2%

14

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30 11.973

2259

63203

357.67

4

CONTROL 20%

2%

14

15.1

15.0

15.1

179.08

30.0

5372.40 12.232

2277

67542

377.16

5

CONTROL 20%

2%

28

15.1

15.1

15.1

179.08

30.0

5372.40 12.248

2280

73227

408.91

6

CONTROL 20%

2%

28

15.0

15.2

15.1

179.08

30.0

5372.40 12.180

2267

74121

413.90

7

CONTROL 20%

2%

56

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30 12.143

2291

84868

480.27

8

CONTROL 20%

2%

56

15.1

15.1

15.1

179.08

30.0

5372.40 12.111

2254

81432

454.72

Promedio aritmético: 15.1

178.19

30.0

5345.74 12.103

2264

68658

385.25

MUESTRA 20% CBC 500.00

467.50

RESISTENCIA A COMPRESIÓN (kg/cm2)

450.00

411.41

400.00

367.42

350.00 300.00

294.69

250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 7

14

28 EDAD (Días)

Figura 4.2.6. 1 Grafica de las resistencias obtenidas para el 20% de CBC

56

92 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

El ensayo cumplió con el requerimiento deseado de la resistencia con respecto a la prueba de control de 310 kg/cm2 comportándose adecuadamente. 4.2.6. MUESTRA CON EL 25 % DE CBC Se registraron los resultados a compresión de la muestra con el 25% de CBC (vea tabla 4.2.7.1) y se graficaron para analizar el comportamiento de dicha resistencia a compresión como se muestra en la figura 4.2.7.1. Tabla 4.2.7. 1 Resultados a compresión para las muestras con el 25% de CBC.

No. de Muestra muestra

CBC

Edad ADITIVO (Días)

ø₁

ø₂

(c,m)

(cm)

ø

Peso Carga de volumétrico ruptura (kg/m³) (kg/cm²)

Área (cm²)

Altura (cm²)

Volumen (cm³)

Peso (kg)

Resistencia (kg/cm²)

176.71

30.0

5301.30

11.490

2167

24733

139.96

1

CONTROL

25%

2%

7

15.0

15.0

prom (cm) 15.0

2

CONTROL

25%

2%

7

15.1

15.0

15.1

179.08

30.0

5372.40

11.387

2120

27324

152.58

3

CONTROL

25%

2%

14

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

11.430

2156

32215

182.30

4

CONTROL

25%

2%

14

15.1

15.0

15.1

179.08

30.0

5372.40

11.321

2107

34909

194.94

5

CONTROL

25%

2%

28

15.1

15.0

15.1

179.08

30.0

5372.40

11.335

2110

37506

209.44

6

CONTROL

25%

2%

28

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

11.315

2134

35692

201.98

7

CONTROL

25%

2%

56

15.0

15.0

15.0

176.71

30.0

5301.30

11.339

2139

43160

244.24

8

CONTROL

25%

2%

56

15.1

15.1

15.1

179.08

30.0

5372.40

11.405

2123

39478

220.45

Promedio aritmético: 15.1

177.90

30.0

5336.85

11.378

2132

34377

193.24

MUESTRA 25% CBC 250.00

232.35

RESISTENCIA A COMPRESIÓN (kg/cm2)

205.71 188.62

200.00

150.00

146.27

100.00

50.00

0.00 7

14

28 EDAD (Días)

Figura 4.2.7. 1 Grafica de resultados de las resistencias de la muestra con el 25% de CBC.

56

93 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

IV.3 RESISTENCIA A COMPRESION DE TODAS LAS MUESTRAS Al obtener los resultados de las pruebas de la resistencia a compresión de cada uno de los diferentes porcentajes de adición de CBC, se elaboró la comparación a 7, 14, 28 y 56 dias con respecto a su resistencia en kg/cm2. Mostrados en la figura 4.3.1.1.

RESISTENCIA A COMPRESIÓN 500

450

RESISTENCIA KG/CM2

400

350

300

250

200

150

100

50

0

7 días

14 días

28 días

56 días

Muestra de Control

252.1

265.96

320.62

343.58

Muestra Fluida

297.26

335.74

339.57

350.21

CAC – 5% CBC

191.41

243.02

293.82

229.67

CAC – 10% CBC

314.73

377.13

413.34

442.05

CAC – 15% CBC

296.52

342.05

384.82

412.78

CAC – 20% CBC

294.69

367.42

411.41

467.5

CAC – 25% CBC

146.27

188.62

205.71

232.35

Figura 4.3.1 1 Grafica de las resistencias a compresión de todas las muestras elaboradas.

94 ELABORACIÓN DE UN CONCRETO AUTOCONSOLIDANTE CON CBC COMO FILLER

V.- CONCLUSIONES Con base al análisis de los resultados obtenidos en las diferentes etapas que se realizaron en esta investigación se concluye lo siguiente: ▪

Fue posible realizar una mezcla adecuada de concreto autoconsolidante con los materiales de la región, utilizando la CBC como filler.

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El comportamiento que tiene la mezcla al adicionar la CBC es satisfactorio, esta permite una mezcla trabajable, una característica principal de un concreto autoconsolidante.

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La CBC ayuda al concreto autoconsolidante a no presentar segregación, ni exudación obteniendo una mezcla homogénea y trabajable.

▪

El porcentaje de adición de CBC más apto para realizar un concreto autoconsolidante es de 20%, porque mejora las propiedades físicas y mecánicas.

▪

Al adicionar CBC se produce un incremento considerable en su resistencia a compresión superando la resistencia patrón diseñada de 310 kg/cm².

El empleo de la CBC, como adición para la elaboración de un concreto autoconsolidante, representa una alternativa de solución al problema de la disposición final de este desecho, el cual actualmente además de contaminar el aire, provoca serios problemas respiratorios en los habitantes de las comunidades donde se ubica el lugar de desecho de CBC.

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V.1.- RECOMENDACIONES • Se debe tamizar el filler (CBC) por la malla No. 200, para obtener mejores resultados en el concreto autoconsolidante. •

El tamaño máximo de la grava a utilizar, debe estar comprendido por la separación mínima del armado y 12.7 mm.

•

Para obtener un concreto autoconsolidante de buena calidad debe someterse bajo los requisitos de las normas creadas por la Asociación Española de Normalización y Certificación (AENOR).

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Debe Adicionarse a la mezcla un aditivo con características de reductor de agua de alto rango, ayuda a la trabajabilidad de esta.

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Las pruebas de fluidez que se deben realizar al concreto autoconsolidante, es de mucha importancia, ya que nos da los parámetros de rechazo o aceptación de la misma; antes de ser utilizado en obra. como son: la prueba de escurrimiento con y sin anillo japonés y caja en L.

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Se sugiere estar en todo momento en la elaboración del concreto para identificar si no presenta segregación, exudación o algún comportamiento fuera de lugar que no permita su homogeneización.

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