evaluacion de las propiedades en

EVALUACION DE LAS PROPIEDADES EN

ESTADO FRESCO DE UN CONCRETO

AUTOCOMPACTANTE CON ADICION DE

POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD

RECUPERADO GRANULADO

DANIEL GUSTAVO PALENCIA TORRES

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de ingeniería civil y agrícola

Bogotá, Colombia

2020

EVALUACION DE LAS PROPIEDADES EN ESTADO FRESCO DE UN CONCRETO

AUTOCOMPACTANTE CON ADICION DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD

RECUPERADO GRANULADO

DANIEL GUSTAVO PALENCIA TORRES

Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de:

Magíster en Ingeniería – Estructuras

Director (a):

INGENIERO JULIAN DAVID PUERTO SUAREZ

Línea de Investigación:

Materiales Para La Construcción

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de ingeniería civil y agrícola

Bogotá, Colombia

2020

Dedicatoria

A DIOS por guiarme, darme fuerza y salud en mi camino espiritual, personal y

profesional.

A mis padres y familiares por su cariño y apoyo incondicional en todas las

circunstancias para que fuera posible este proyecto.

Evaluación de las propiedades en estado fresco de un concreto autocompactante con adición de polietileno de alta densidad recuperado granulado

VI

Agradecimientos

Doy gracias a Dios y a la virgen María por permitirme vivir esta gran experiencia

por darme fortaleza y empeño para realizar este proyecto.

A mis padres Annes Lilibeth Torres Sandoval y Gerson Daniel Palencia Torres por

su amor, colaboración y entusiasmo para que fuera posible este proyecto.

A todos mis familiares les quiero agradecer el apoyo que me prestaron para no

darme por vencido y salir adelante.

Al ingeniero Julián David Puerto Suarez por su acompañamiento en las etapas del

proyecto, por su colaboración y paciencia.

A la universidad Nacional por prestarme sus instalaciones y personal en el

laboratorio de estructuras.

Gracias por hacer esto posible.

Resumen y Abstract VII

Resumen La investigación tiene como objetivo principal obtener propiedades en estado

fresco de un concreto autocompactante con adición PEAD granulado recuperado. En este

se compararán los resultados de los diversos ensayos requeridos para hallar las propiedades

en estado fresco como la capacidad de llenado, la capacidad de paso, la resistencia, la

segregación y las propiedades reológicas según el reómetro ICAR 5000, además se evaluó

la resistencia a la compresión (propiedad en estado endurecido).

Se decidió utilizar un 8%, 10% y 12% de Polietileno de alta densidad (PEAD) como

parte del agregado fino, los ensayos realizados son: el ensayo slump flow, mide forma

indirecta relaciona la fluidez de la mezcla y se relaciona con la capacidad de llenado, el

ensayo de flujo asentamiento t50cm o Flujo Libre conduce a un concepto indirecto de la

viscosidad de la mezcla; el ensayo del anillo japonés o Anillo J, representa un valor

indirecto de la resistencia al bloqueo y fluidez; la caja en L a la fluidez y la columna de

segregación mide indirectamente la segregación de la mezcla. A partir de los resultados

obtenidos de estos ensayos se concluye que la mezcla del concreto autocompactante

cumple las disposiciones de las normas colombianas e internacionales, para la utilización

de este concreto, Las principales características de estos concretos es que presentan

bloqueo considerable en el ensayo del Anillo J, por lo tanto, se hace necesario imprimir

energía de colocación, cuando se esté vaciando el concreto, pero no en exceso, ya que el

PEAD podría salir a flote, mientras que en los ensayos de capacidad de llenado y

segregación, los resultados cumplieron con los indicadores presentes en la literatura.

Según los datos obtenidos con el Reómetro ICAR 5000, se concluye que el concreto

con modificación de PEAD, posee un menor esfuerzo de fluencia y un menor esfuerzo


VIII

máximo de cortante que el del concreto patrón, por tal motivo, se deduce que el concreto

posee una mejor trabajabilidad. Además, se midió la resistencia a la compresión, la cual

arrojo que esta disminuye en aproximadamente un 16% respecto a la muestra patrón; es

una realidad que este es el principal indicador en el diseño de estructuras, sin embargo, el

concreto modificado con PEAD es una solución que apoya los objetivos de desarrollo

sostenible (ODS) promulgados por la Organización de Naciones Unidas (ONU), debido a

que podría disminuir la contaminación por plástico y por tal motivo fomentar la innovación

y proteger el planeta.

Palabras clave: PEAD (polietileno de alta densidad), Reología, Compresión.

Contenido IX

Abstract The main objective of the research is to obtain fresh properties of a self-compacting

concrete with reclaimed granulated HDPE addition. This will compare the results of the

various tests required to find the properties in the fresh state such as filling capacity,

throughput, resistance, segregation and rheological properties according by the use of the

ICAR 5000 rheometer, and the resistance to compression (property in hardened state).

It was decided to use 8%, 10% and 12% of High Density Polyethylene (HDPE) as

part of the fine aggregate. The tests carried out are: the slump flow test, it measures

indirectly and relates the fluidity of the mixture and is related to the filling capacity, the

leakage test under the Slump Flow leads to an indirect concept of the viscosity of the

mixture, the Japanese ring or J-Ring test represents an indirect value of the resistance to

blocking and fluidity, the L-box to fluidity and the column of segregation indirectly

measures the segregation of the mixture. From the results obtained from these tests, it is

concluded that the mixture of self-compacting concrete complies with the provisions of

Colombian and international regulations, for the use of this concrete. The main

characteristics of these concrete are that they present considerable blockage in the Ring

test. J, therefore, it is necessary to print placement energy, when the concrete is being

poured, but not in excess, since the HDPE could float, while in the filling capacity and

segregation tests, the results met with the indicators present in the literature.

According to the data obtained by the ICAR 5000 Rheometer, it is concluded that

concrete with HDPE modification has a lower creep stress and a lower maximum shear

stress than that of standard concrete, for this reason, the concrete is said to have a better

workability. In addition, the compressive strength was measured, which showed that it


X

decreases by approximately 16% compared to the standard sample, it is a reality that this

is the main indicator in the design of structures, however, Concrete modified with HDPE

is a solution that supports the Sustainable Development Goals (SDG) promulgated by the

United Nations (UN), because it could reduce plastic pollution and for this reason promote

innovation and protect the planet.

Keywords: HDPE (High Density Polyethylene), Rheology, Compretion.

Contenido XI

Tabla De Contenido

Descripción Del Problema ................................................................................................ 5

Planteamiento Del Problema ............................................................................... 5

Formulación Del Problema. ................................................................................. 5

Objetivos ................................................................................................................ 5

Justificación ........................................................................................................... 6

Estructura Del Proyecto ....................................................................................... 7

Alcance Y Limitaciones ........................................................................................ 8

Marco Teórico ....................................................................................................... 9

Antecedentes Bibliográficos ...................................................................... 9

Bases Teóricas Y Conceptuales ............................................................... 14

Concreto Hidráulico. .................................................................. 14

Concreto Simple. .............................................................. 14

Concreto Autocompactante.............................................. 15

Propiedades Del Concreto En Estado Endurecido. ................. 17

Propiedades Del Concreto En Estado Fresco. .......................... 16

Diseño De Mezcla. ....................................................................... 18

Reología En El Concreto. ........................................................... 26

Reómetro ICAR 5000. ................................................................ 34

Método De Operación ...................................................... 35

Agregados Pétreos ....................................................................... 36

Reciclaje De Plástico. .................................................................. 37


XII

Ensayos Directos E Indirectos (Empíricos) A Un Concreto

Autocompactante. ................................................................................. 38

Comportamiento Reoespesante. ................................................ 41

Robustez De Los Concretos Autocompactantes. ...................... 43

Polietileno De Alta Densidad...................................................... 44

Concreto Modificado Con Polietileno De Alta Densidad. ....... 48

Marco Metodológico ....................................................................................................... 49

Tipo De Investigación ......................................................................................... 49

Diseño De Investigación ...................................................................................... 50

Hipótesis ............................................................................................................... 51

Variables .............................................................................................................. 51

Población Y Muestra .......................................................................................... 51

Plan Operativo. ................................................................................................... 53

Diseño De Mezcla ................................................................................................ 54

Descripción De Ensayos De Caracterización Física De Los Materiales ......... 58

Agregado Grueso...................................................................................... 59

Agregado Fino.......................................................................................... 59

Granulometría De Los Agregados. .......................................................... 59

Masa Unitaria .......................................................................................... 61

Masa Unitaria Compacta. .......................................................... 61

Masa Unitaria Suelta. ................................................................. 62

Densidad Y Absorción .............................................................................. 63

Contenido XIII

Contenido De Humedad........................................................................... 64

Propiedades Del Cemento ........................................................................ 65

Densidad....................................................................................... 66

Finura. .......................................................................................... 66

Masa Unitaria. ............................................................................. 67

Resistencia Del Cemento En Cubos De Morteros. ................... 67

Agua .......................................................................................................... 68

Ensayos A Evaluar ................................................................................... 69

Resultados De Ensayos De Caracterización Física De Agregados Y Diseño De

Mezcla .............................................................................................................................. 74

Ensayos De Caracterización Física De Agregados ........................................... 74

Granulometría. ......................................................................................... 74

Agregado Grueso. ....................................................................... 74

Agregado Fino. ............................................................................ 75

Arena. ............................................................................... 75

Polietileno De Alta Densidad (PEAD). ........................... 77

Masa Unitaria Suelta Y Compacta .......................................................... 77

Agregado Grueso.............................................................. 77

Agregado Fino. ............................................................................ 77

Arena. ............................................................................... 77

Polietileno De Alta Densidad. .......................................... 78

Densidad Y Absorción .............................................................................. 78

Agregado Grueso. ....................................................................... 78


XIV

Agregado Fino. ............................................................................ 79

Arena. ............................................................................... 79


Contenido De Humedad........................................................................... 80

Agregado Grueso. ....................................................................... 81

Agregado Fino. ............................................................................ 81

Arena. ............................................................................... 81


Diseño De Mezcla ................................................................................................ 82

Dosificación .............................................................................................. 83

Protocolo De Mezcla Y Ensayo. .............................................................. 86

Análisis De Resultados En Estado Fresco Y Endurecido. ........................................... 87

Ensayos Del Concreto Autocompactante .......................................................... 87

Mini Slump ............................................................................................... 87

Procedimiento. ............................................................................. 87

Resultados. ................................................................................... 89

Análisis De Resultados. ............................................................... 90

Flujo De Asentamiento (Slump Flow) .................................................... 92

Procedimiento. ............................................................................. 92

Resultados. ................................................................................... 94


Flujo De Asentamiento t50 ...................................................................... 97

Contenido XV

Procedimiento. ............................................................................. 97

Resultados. ................................................................................... 98


Resistencia Al Bloqueo Con La Caja En Forma De L (L-Box) ............. 99

Procedimiento. ........................................................................... 100

Resultados. ................................................................................. 101

Análisis De Resultados. ............................................................. 102

Resistencia Al Bloqueo Con El Anillo Japonés .................................... 102

Procedimiento ............................................................................ 103

Resultados. ................................................................................. 104


Resistencia A La Segregación Con La Columna De Segregación Estática.

........................................................................................................................ 108

Procedimiento. ........................................................................... 108

Resultados. ................................................................................. 109


Reología Por El Reómetro ICAR PLUS 5000....................................... 111

Procedimiento. ........................................................................... 112

Resultados. ................................................................................. 113

Determinación Del Esfuerzo De Fluencia Estático. .... 114

Reograma. ...................................................................... 117

Ajuste De Esfuerzo De Fluencia Dinámico Y Viscosidad.

.............................................................................................. 120


XVI


Resistencia A La Compresión ................................................................ 126

Procedimiento. ........................................................................... 127

Resultados. ................................................................................. 128


Conclusiones Y Recomendaciones ............................................................................... 133

Conclusiones ...................................................................................................... 133

Recomendaciones .............................................................................................. 139

Contenido XVII

Lista de Ilustraciones

Ilustración 1: Método dosificación ACI 211.1 ................................................................. 19

Ilustración 2: Método de dosificación ACI 237-07 para concretos autocompactantes .... 21

Ilustración 3: Deformación por cizallamiento de una capa de fluido delgada .................. 27

Ilustración 4: Curvas de flujo ............................................................................................ 28

Ilustración 5: Identificación de distintos reogramas de acuerdo a su forma característica.

................................................................................................................................. 29

Ilustración 6: Histéresis de curvas de flujos tixotrópicos. ................................................ 31

Ilustración 7: Reología del concreto convencional y autocompactante. ........................... 32

Ilustración 8: Ejemplos de cómo deformar un material entre dos superficies. ................. 33

Ilustración 9: Software Reómetro ICAR 5000.................................................................. 36

Ilustración 10: Clasificación internacional de plásticos. ................................................... 38

Ilustración 11: Ensayos directos e indirectos a realizar .................................................... 39

Ilustración 12: Representación gráfica de los “hidroclusters” formados por las partículas

bajo acción de un esfuerzo cortante ......................................................................... 42

Ilustración 13: Símbolo de reciclaje polietileno de alta densidad ..................................... 45

Ilustración 14: Polietileno de alta densidad. ..................................................................... 46

Ilustración 15: Diseño de la Investigación. ....................................................................... 50

Ilustración 16: Curva Granulométrica del Agregado Grueso ........................................... 75

Ilustración 17: Curva granulométrica de la arena ............................................................. 76

Ilustración 18: Parámetros de ensayo de la Caja en L .................................................... 101


XVIII

Ilustración 19: Curvas de flujo dinámico para el concreto convencional y autocompactante

............................................................................................................................... 112

Ilustración 20: Aumento de esfuerzo del concreto autocompactante sin adición de PEAD.

............................................................................................................................... 115

Ilustración 21: Aumento de esfuerzo del concreto autocompactante con 8% de adición de

PEAD. .................................................................................................................... 115


PEAD. .................................................................................................................... 116


PEAD. .................................................................................................................... 116

Ilustración 24: Datos adquiridos para la determinación del reograma del concreto

autocompactante sin adición de PEAD. ................................................................ 118


autocompactante con 8% de adición de PEAD. .................................................... 118


autocompactante con 10% de adición de PEAD. .................................................. 119


autocompactante con 12% de adición de PEAD. .................................................. 119

Ilustración 28: Diagrama Torque Vs Frecuencia Rotacional del concreto autocompactante

sin adición de PEAD. ............................................................................................ 123


con 8% de adición de PEAD. ................................................................................ 123

Contenido XIX


con 10% de adición de PEAD. .............................................................................. 124


con 12% de adición de PEAD. .............................................................................. 124

Ilustración 32: Esquema de los modelos de fractura típicos. .......................................... 127

Ilustración 33: Resistencia a la compresión .................................................................... 131

.


XX

Lista de tablas

Tabla 1: Tipos de concreto con polímeros y aplicaciones de estos. ................................. 10

Tabla 2: Procedimiento para diseño de mezcla según el ACI 211.1 ................................ 20

Tabla 3: Procedimiento diseño de mezcla concreto autocompactante .............................. 22

Tabla 4: Contenido de polvos sugeridos según ACI 237-07 ............................................ 22

Tabla 5: Proporciones para mezclas de prueba para concreto autocompactantes ............ 23

Tabla 6: Proporciones para mezclas de prueba para concreto autocompactantes (2) ....... 23

Tabla 7: Influencia de variables en la capacidad de llenado. ............................................ 24

Tabla 8: Influencia de variables en la capacidad de paso ................................................. 24

Tabla 9: Influencia de variables en la resistencia a la segregación................................... 25

Tabla 10: Criterios de aceptación para concretos autocompactantes (TM<20mm) ......... 25

Tabla 11: Normativa aplicada ........................................................................................... 39

Tabla 12: Variables de la investigación. ........................................................................... 51

Tabla 13: Muestras de concreto endurecido para resistencia a la compresión ................. 52

Tabla 14: Muestra concreto fresco .................................................................................... 52

Tabla 15: Guía para seleccionar el flujo de asentamiento de la mezcla ........................... 55

Tabla 16: Contenido de cemento recomendado. ............................................................... 56

Tabla 17: Proporciones para mezcla de prueba ................................................................ 56

Tabla 18: Tamaño mínimo de la muestra para el agregado grueso .................................. 60

Tabla 19: Masa mínima del agregado según su TMN ...................................................... 65

Tabla 20: Densidad del cemento Argos. ........................................................................... 66

Contenido XXI

Tabla 21: Superficie especifica del cemento Argos .......................................................... 67

Tabla 22: Masa unitaria suelta del cemento Argos ........................................................... 67

Tabla 23: Resistencia a la compresión de los morteros Argos a edades de 3, 7 y 28 días.

................................................................................................................................. 68

Tabla 24: Metodología general de ensayos ....................................................................... 70

Tabla 25: Análisis Granulométrico del Agregado Grueso ................................................ 74

Tabla 26: Análisis granulométrico y modulo del finura arena ......................................... 76

Tabla 27: Masa unitaria del agregado grueso ................................................................... 77

Tabla 28: Masa unitaria de la arena. ................................................................................. 78

Tabla 29: Masa unitaria del PEAD ................................................................................... 78

Tabla 30: Densidad y Absorción del agregado grueso ..................................................... 79

Tabla 31: Densidad y absorción de la arena. .................................................................... 79

Tabla 32: Densidad del PEAD. ......................................................................................... 80

Tabla 33: Contenido de humedad agregado grueso. ......................................................... 81

Tabla 34: Contenido de humedad de la arena. .................................................................. 81

Tabla 35: Cantidad de mezcla para ensayos en estado fresco. ......................................... 83

Tabla 36: Treceava dosificación ....................................................................................... 84

Tabla 37: Dosificaciones para ensayo de mini slump. ...................................................... 89

Tabla 38: Resultados de ensayo de mini slump. ............................................................... 90

Tabla 39: Índice de estabilidad visual. .............................................................................. 92

Tabla 40: Resultados de ensayo de Asentamiento (Slump Flow)..................................... 94

Tabla 41: Resultados ensayo flujo de asentamiento t50. .................................................. 98

Tabla 42: Resultados ensayo caja en L. .......................................................................... 101


XXII

Tabla 43: Evaluación de bloqueo según el anillo J. ........................................................ 103

Tabla 44: Resultados del ensayo anillo J. ....................................................................... 104

Tabla 45: Evaluación de bloqueo según el ensayo anillo J. ............................................ 107

Tabla 46: Resultados del ensayo columna de segregación. ............................................ 109

Tabla 47: Configuración de parámetros para la obtención del reograma con el reómetro

ICAR 5000............................................................................................................. 113

Tabla 48: Información del reómetro ICAR 5000 ............................................................ 114

Tabla 49: Esfuerzo cortante estático para cada mezcla. ................................................. 125

Tabla 50: Parámetros reológicos de cada mezcla. .......................................................... 126

Tabla 51: Edad de especímenes para el ensayo a compresión. ....................................... 127

Tabla 52: Resultados del ensayo resistencia a la compresión......................................... 130

Contenido XXIII

Lista de fotografías

Fotografía 1: Fotografías del polietileno de alta densidad mediante un microscopio óptico

................................................................................................................................. 47

Fotografía 2: Resultado del montaje del ensayo mini slump ............................................ 88

Fotografía 3: Asentamiento de dosificación 3 a los 10 min.............................................. 89

Fotografía 4: Asentamiento del concreto Sin adición de PEAD....................................... 94

Fotografía 5: Asentamiento del concreto con 12% de PEAD........................................... 95

Fotografía 6: Asentamiento del concreto con 10% de PEAD........................................... 95

Fotografía 7: Asentamiento del concreto con 8% de PEAD............................................. 96

Fotografía 8: Tomo de tiempo para concreto autocompactante con 10% de PEAD ........ 98

Fotografía 9: Tomo de tiempo para concreto autocompactante con 8% de PEAD .......... 99

Fotografía 10: Ensayo general de caja en L. ................................................................... 102

Fotografía 11: Ensayo anillo J sin adición de PEAD ...................................................... 105

Fotografía 12: Ensayo anillo J con 12% ......................................................................... 105

Fotografía 13: Ensayo anillo J con 10% de PEAD ......................................................... 106

Fotografía 14: Ensayo anillo J con 8% de PEAD ........................................................... 106

Fotografía 15: Ensayo general de columna de segregación. ........................................... 110

Fotografía 16: Agregado grueso y PEAD en el fondo del concreto con 12% de PEAD. 110

Fotografía 17: Ensayo con el reómetro ICAR 5000 ....................................................... 113

Fotografía 18: Fracturas típica. ....................................................................................... 129

Introducción

El concreto es un material versátil, el cual se puede encontrar en todo tipo de

construcciones y gran parte del avance humano en infraestructura se debe a él. Sin

embargo, esto ha creado la necesidad de hallar nuevas técnicas y tecnologías que permitan

que el concreto tenga un diseño de mezcla más adecuado, eficiente y económico sin dejar

de lado la responsabilidad ambiental ya que convencionalmente este necesita recursos

naturales no renovables como lo son la grava y arena.

El uso indiscriminado de plásticos en la vida cotidiana, la cantidad de objetos

creados con base en este y el tiempo necesario para degradarse han producido una

contaminación sin precedentes; Una noticia realizada por la BBC mundo en su diario

digital (2017) expresa unas cifras alarmantes sobre la amenaza que es el plástico para

nuestro planeta, en él se expone que hasta el año 2015 se generaron aproximadamente

6.300 millones de toneladas de residuos plásticos y de esta cifra solo se recicla el 6%; si

continua la producción y gestión de residuos para el año 2050 habrá aproximadamente

12.000 millones de toneladas de basura plástica. El diario el Tiempo (2013) expresa que a

nivel nacional cabe resaltar que solo en las ciudades de Bogotá, Cali, Medellín y

Barranquilla se producen semanalmente unas 88.100 toneladas de basuras y residuos

plásticos de las cuales solo es recogido el 70%. Además, en el 2013, el país demandó un

total de 150 millones de toneladas de agregados, de los cuales 31,3 millones

correspondieron al consumo de ocho ciudades (Bogotá, Medellín, Barranquilla,

Bucaramanga, Pereira, Manizales, Santa Marta y Armenia). Por tal motivo se busca

disminuir su explotación con la implementación de nuevos materiales (polímeros) que

tengan un comportamiento similar en el diseño de concretos convencionales.

Introducción 2

La presente investigación se refiere a la utilización del plástico recuperado

polietileno de alta densidad (PEAD o sus siglas en ingles HDPE) granulado, como parte

del diseño de mezcla necesario para construir un concreto autocompactante, resaltando que,

el material PEAD será incorporado a la mezcla como parte del agregado fino.

La investigación tiene como objetivo principal obtener propiedades en estado

fresco de un concreto autocompactante con adición PEAD granulado recuperado. En este

se compararán los resultados de los diversos ensayos requeridos para hallar las propiedades

en estado fresco como la capacidad de llenado, la capacidad de paso, la resistencia y la

segregación y las propiedades reológicas obtenidas con el reómetro ICAR 5000, además

se evaluó la resistencia a la compresión (propiedad en estado endurecido).

La investigación se realizó con base en la reglamentación colombiana e

internacional, en las cuales se encuentran las normas correspondientes para la aceptación

de los agregados pétreos, producción de concretos, práctica de ensayos para determinar las

propiedades en estado fresco y endurecido.

Con esta investigación se pretende obtener resultados positivos para generar una

opción viable a la hora de producir un concreto ligero que incorpore un material reciclado

y con ello presentar una solución amigable al medio ambiente, disminuyendo la

contaminación producida por los plásticos, no sin dejar de lado los beneficios otorgados

por la forma convencional.

Se decidió utilizar un 8%, 10% y 12% de Polietileno de alta densidad (PEAD) como

parte del agregado fino, ya que según la investigación de Palencia y Nuñez (Palencia Torres

& Nuñes Rangel, 2016) este porcentaje de adición presenta una disminución a la resistencia

a compresión aproximada del 10% a una edad de 28 días y efectivamente se presentó una

Introducción 3

disminución de la resistencia a la compresión y del módulo elástico con respecto a la

muestra patrón, pero no supera el porcentaje de disminución descrito anteriormente, por lo

tanto, es posible la utilización de este agregado en el concreto autocompactante bajo ciertos

parámetros.

Descripción Del Problema

Planteamiento Del Problema

Debido a la gran contaminación por plásticos y la incesante explotación de recursos

naturales no renovables; la ingeniería civil se verá obligada a la utilización de productos

reciclables en sus construcciones. Las nuevas mezclas de concreto con polímeros pueden

ser una solución a esta problemática ya que se disminuirá la explotación de recursos

naturales y se reutilizaran productos plásticos desechables.

Realizando una búsqueda en la literatura, se encontraron trabajos de grado, libros y

artículos científicos, basados en la comparación y elaboración de concretos modificados; sin

hallar muchas referencias basadas en la elaboración, revisión de propiedades frescas y

endurecidas de un concreto modificado con polietileno de alta densidad (PEAD) como parte

del agregado fino.

Formulación Del Problema.

¿Qué ventajas y desventajas se obtienen de la utilización del concreto modificado

con PEAD recuperado granulado en un concreto autocompactante?

Objetivos

General

Evaluar las propiedades en estado fresco de un concreto autocompactante con

adición de polietileno de alta densidad recuperado granulado.

Específicos

Evaluar la capacidad de llenado de un concreto autocompactante con adición de

polietileno de alta densidad (PEAD) recuperado granulado, mediante los ensayos de flujo

de asentamiento y flujo de asentamiento t50.


6

Evaluar la capacidad de paso de un concreto autocompactante con adición de PEAD

recuperado granulado, bajo los ensayos de anillo J (japonés) y Caja en L.

Determinar la resistencia a la segregación del concreto autocompactante con adición

de PEAD recuperado granulado, mediante el ensayo de columna de segregación.

Evaluar las propiedades reológicas del concreto autocompactante con PEAD

recuperado granulado, mediante los resultados obtenidos por el reómetro ICAR 5000.

Justificación

El principal impacto ambiental de la industria concretera es la contaminación

atmosférica que surge de la combustión al interior de los hornos de Clinker (Producto de un

horno parcialmente fundido que se muele para fabricar cementos; también otros materiales

vitrificados o calcinados), además, de la molienda y explotación de los recursos no

renovables o materia prima (Fernandez Bernal & Hernandez Saavedra, 2008).

Es una realidad que la industria del concreto afecta negativamente al ambiente, por

lo tanto, la ingeniería está en búsqueda de alternativas de nuevos materiales o dosificaciones

adecuadas, eficientes y económicas que puedan mitigar esta afectación, teniendo en cuenta

lo anterior, el propósito de esta investigación es encontrar que aportes genera la adición del

material reciclable polietileno de alta densidad (PEAD) como parte del agregado fino de un

concreto autocompactante en su estado fresco.

Se propone realizar esta investigación debido a que es necesario encontrar soluciones

a la problemática de disposición final de plásticos y posiblemente el concreto modificado

con PEAD puede ser catalogado como un concreto de bajo peso, el cual es de gran ayuda

tanto en trabajabilidad como en reducción de cargas debido al peso propio de la estructura.

7

Estructura Del Proyecto

El documento está organizado de la siguiente forma, en el primer capítulo llamado

“DESCRIPCION DEL PROBLEMA” pretende abordar lo concerniente a la problemática

en la cual se basa esta investigación, el alcance de la investigación, el marco teórico y

conceptual los cuales abordan los antecedentes bibliográficos, las bases teóricas

implementadas para el desarrollo de la investigación y los conceptos particulares

concernientes al tema de la investigación.

El SEGUNDO capítulo “MARCO METODOLOGICO” el cual expresa el diseño de

la investigación, contiene las variables, hipótesis y estructura de la investigación,

descripción de ensayos a realizar, normas aplicadas, entre otras.

El tercer capítulo “RESULTADOS DE ENSAYOS DE CARACTERIZACION

FISICA DE AGREGADOS Y DISEÑO DE MEZCLA”, como su mismo nombre lo expresa

este segmento contiene los resultados de los ensayos realizados a los agregados del concreto

(Arena y grava), ensayos estipulados por los entes internaciones ASTM (American Society

for Testing and Materials) o sus pares nacionales NTC (Normas Técnicas Colombianas),

además de presentar los resultados, expone el diseño de mezcla para las combinaciones de

ensayo y de diferentes porcentajes de utilización de PEAD.

El cuarto capítulo el cual lleva por título “ANALISIS DE RESULTADOS EN

ESTADO FRESCO Y ENDURECIDO”, expone los resultados obtenidos a partir de cada

ensayo y de cada mezcla en específico, allí se presenta una breve descripción del

procedimiento utilizado, resultados tabulados o graficados y el posterior análisis de


8

resultados, para consigo exponer las conclusiones del concreto construido, tanto en estado

fresco como endurecido.

El quinto capítulo o capítulo final “CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES”

expone una recopilación de conclusiones desarrolladas a lo largo de la investigación y

además presenta las recomendaciones para posteriores investigaciones.

Alcance Y Limitaciones

El proyecto pretende evaluar las propiedades en estado fresco de un concreto

autocompactante, según los ensayos flujo de asentamiento, anillo japonés, flujo de

asentamiento t50, caja en L, columna de segregación y datos obtenidos con el reómetro

ICAR 5000.

Se ensayará un concreto autocompactante ya que mantiene las prestaciones propias

de un concreto convencional como resistencia y durabilidad, pero incorpora su habilidad

para mantener condiciones de fluidez y uniformidad en la distribución de la mezcla, sin

necesidad de compactación por medios mecánicos.

El porcentaje en el que incidirá el PEAD en el concreto autocompactante será como

parte del agregado fino. Para esto se propone inicialmente utilizar el porcentaje ideal que

genere resistencias a compresión similar a las de un concreto convencional bajo

investigaciones anteriores.

Definido unos porcentajes óptimos se procederá a determinar las propiedades en

estado fresco de un concreto autocompactante con adición de PEAD recuperado granulado;

y con base a lo anterior, concluir las ventajas y desventajas que tiene la nueva alternativa de

diseño de mezcla con PEAD.

9

Marco Teórico

Antecedentes Bibliográficos

El siglo XXI ha conllevado un uso casi ilimitado e indiscriminado de plásticos; los

productos fabricados con este material se encuentran presente en la vida cotidiana como en

muebles, juguetes, bolígrafos, ropa, piezas de automóviles, recipientes de comida, entre

otros. Debido a la gran acogida de estos productos se llega a utilizar indiscriminadamente

los envases ‘desechables’ para transportar y contener toda clase de artículos, los que después

de una vida útil muy corta, se convierten en basura, contribuyendo al deterioro del medio

ambiente, ya que al degradarse entra en las cadenas alimenticias de las plantas, animales y

del ser humano (Martinez Barrera, Hernandez zaragoza, Lopez Lara, & Memchaca Campos,

2015).

En la publicación “Los hormigones con polímeros en la construcción: propiedades

y aplicaciones” se presentan los tipos de concretos con resinas existentes en la construcción;

señalando las aplicaciones de estos según sus propiedades físico-mecánicas. En él se

exponen los polímeros trabajados hasta ese momento, los cuales se utilizan como ligante en

la matriz cementante. Esta investigación presento ventajas con respecto a la relación

resistencia a la compresión/peso, resistencia química, entre otras, y ciertas desventajas como

su costo elevado y baja resistencia al calor (Aguado & Salla, 1987). Las aplicaciones según

el tipo de concreto según esta publicación se encuentran en la Tabla 1.

Los resultados de la publicación “Mechanical Properties of Concrete Materials

Reinforced With Polypropylene or Polyethylene Fibers” concluyen que las fibras de

polipropileno y polietileno usados en fracciones de volumen relativamente bajos (0,1% de

volumen de concreto) y con longitudes entre 19 mm a 51 mm funcionan como adición al


10

concreto, ya que en algunos casos se aumentó su resistencia a flexión y presentó una mejora

considerable en la resistencia al impacto, sin embargo, decayo su resistencia a la compresión

en cada una de las mezclas estudiadas (Soroushian, Khan, & Hsu, 1992).

Tabla 1: Tipos de concreto con polímeros y aplicaciones de estos.

Nota: Adaptado de “Los hormigones con polímeros en la construcción: propiedades y

aplicaciones” (Aguado & Salla, 1987).

La investigación de Ismail & AL-Hashmi (2008) “Use of waste plastic in concrete

mixture as aggregate replacement” tenía por objeto determinar la eficiencia de los agregados

plásticos (polietileno y poliestireno) en el concreto con porciones de reemplazado (10%,

15% y 20%) del agregado fino (arena); Las fibras estudiadas tenían una dimensión variable

con una longitud entre 0.15-12 mm y un ancho entre 0.15-4mm. Se obtuvo que la resistencia

a la compresión decreció debido a la disminución de la fuerza adhesiva entre la superficie

TIPO DE HORMIGON APLICACIONES

- Tableros de puentes- Tuberías - Presas- Estructuras expuestas acondiciones agresivas

- Reparaciones- Recubrimientos - Elementos prefabricados: SanitariosPanelesBaldosas

- Tableros de puentes- Pavimentos de garaje- Suelos industriales- Reparación- Elementos prefabricados

HORMIGON IMPREGNADO CON

POLIMERO

HORMIGON DE POLIMERO

HORMIGON DE POLIMERO Y CEMENTO

11

del plástico y la pasta del cemento, al igual que la resistencia a la flexión en

aproximadamente un 30% para la mezcla con 20% de adición de plástico, la densidad seca

decayó con respecto a la mezcla convencional pero no alcanza para considerarse un concreto

de peso ligero y el asentamiento tiende a decrecer, pero a pesar de esto, las mezclas

estudiadas muestran una adecuada facilidad y viabilidad de trabajo.

Actualmente uno de los plásticos mayormente reciclados y por ende objeto de

muchas investigaciones es el Polietileno de Tereftalato (PET), por tal motivo, varios

investigadores publicaron sus estudios con base en este material proveniente de botellas

plásticas, bolsas, tubos, entre otros. A continuación, se mencionan las conclusiones más

relevantes: En la publicación “Characteristics of mortar and concrete containing fine

aggregate manufactured from recycled waste polyethylene terephthalate bottles” la

resistencia a compresión, flexión y tensión disminuyen a medida que su porcentaje de

utilización aumenta y se puede considerar o llegar a considerar un concreto de peso liviano

(Choi, Moon, Kim, & Lachemi, 2009); en el documento “Estudio del comportamiento del

concreto incorporando pet reciclado” de Miller Morales (2016) se evidencian valores

positivos en cuanto a trabajabilidad y una posible utilización en funciones no estructurales;

el porcentaje óptimo de reemplazo de este material en el concreto hidráulico varía entre 8%

al 15% (Zuñiga Diaz, 2015); y el estudio “Recycling of PET bottles as fine aggregate in

concrete” concluyo que para un porcentaje de reemplazo del 5% de agregado fino por PET,

se obtienen valores similares de trabajabilidad al de un concreto convencional (Frigione,

2010); en cuanto a durabilidad se menciona que las fibras PET se degradan en el ambiente

alcalino de la pasta de cemento y con ello la tenacidad de los compuestos cementosos


12

disminuye con el tiempo, al igual que su resistencia al sulfato, sin embargo, su resistencia

al congelamiento-descongelamiento es mejor que la del concreto convencional (Pacheco-

Torgal, Ding, & Jalali, 2012).

Una posible utilización del polietileno de alta densidad (PEAD) es como aditivo de

asfalto para vías de transporte y esto lo presenta Hinislioglu y Agar (2004) en su publicación

“Use of waste high density polyethylene as bitumen modifier in asphalt concrete mix”; esta

tiene como propósito evaluar el PEAD granulado que es retenido en el tamiz N°40 como

modificador de un asfalto; el porcentaje de utilización es del 4% y 8% sobre el contenido de

asfalto. se pudo evidenciar que los asfaltos con 4% de PEAD generan una mayor resistencia

contra las deformaciones permanentes debido a su alta estabilidad y alto cociente Marshall

por ello se puede considerar su utilización como aditivo asfaltico.

La investigación “Influencia Del Polietileno De Alta Densidad (PEAD) Usado

Como Adición En El Mortero De Cemento” tiene por objeto determinar las propiedades del

mortero de cemento con agregado PEAD en una proporción de 0.2%, 0.5% y 0.8% del peso

del cemento. Se evidencio una disminución en la resistencia a la compresión y a la flexión,

sin embargo, el agregado PEAD es beneficioso con respecto al efecto de carbonatación ya

que impide la penetración de CO2, en cuanto a la penetración de ion cloruro se presentó una

mejoría, pero no se eliminó completamente la penetración, además el PEAD contribuye a

disminuir la permeabilidad del concreto y según esta investigación el porcentaje óptimo de

utilización de PEAD como parte del peso del cemento para morteros es de 0.5% (Gómez,

Carvajal, & Santelices, 2011), además, se demostró que el mortero modificado con PEAD

es más ligero que el convencional (Badache, Benosman, Senhadji, & Mouli, 2018).

13

Con respecto al concreto reforzado con fibras, se presentó una investigación en el

2017 cuyo argumento era hallar el porcentaje óptimo de adición de fibras PEAD; el cual es

de 1.25% con respecto al volumen del concreto. Las propiedades mecánicas no cambian

respecto a los del concreto convencional es más algunas de ellas se aumentaron como lo fue

con la resistencia a la flexión, se reduce la permeabilidad del concreto y el agrietamiento

por contracción plástica (Pešić, Živanović, Garcia, & Papastergiou, 2016; She & Xu).

Según Thorneycrof, Orr, Savoikar y ball (2018) un porcentaje viable de reemplazo

de arena por plástico reciclado seria del 10%; basado en que a pesar de una disminución en

sus propiedades mecánicas este se puede considerar un concreto estructural y además se

produce un gran aprovechamiento del material contaminante.

El documento “Estudio comparativo del concreto modificado con hdpe (polietileno

de alta densidad) reciclado y concreto convencional” compara las propiedades físicas y

mecánicas de un concreto convencional con un concreto modificado con PEAD; en él se

halla un porcentaje relevante de reemplazo de arena por PEAD sin afectar demasiado su

resistencia a la compresión (25%) con ello se determinaron sus propiedades físicas y

mecánicas. Se llegó a la conclusión que evidentemente disminuían su resistencia a la

compresión y a la flexión, pero su trabajabilidad aparentemente aumentaba y se

recomendaba bajo ciertas circunstancias su utilización estructural (Palencia Torres & Nuñes

Rangel, 2016)

Los primeros resultados experimentales sobre las propiedades reológicas del

concreto con agregado reciclado datan del 2014 en la publicación “Rheology of fresh

concretes with recycled aggregates”, en este se estudiaron 16 mezclas y se concluyó que


14

este concreto de agregado reciclado se puede modelar como un fluido de Bingham, y la

viscosidad y la tensión de fluencia pueden describir adecuadamente su comportamiento

reológico (Faleschini et al.).

La problemática principal en casi la mayoría de las investigaciones mencionadas

anteriormente es la contaminación producida por la disposición final del plástico; por lo

tanto, se requiere idear una dosificación que mediante la adición de plástico recuperado en

la mezcla de concreto se llegue a reducir la contaminación y utilización de recursos no

renovables como la arena y grava. Considerando lo recopilado no hay suficientes

investigaciones que traten sobre las propiedades en estado fresco del concreto modificado

con polietileno de alta densidad, por tal motivo, se propone esta investigación.

Bases Teóricas Y Conceptuales

Concreto Hidráulico. El concreto hidráulico presenta una alta resistencia a la

compresión, pero una baja resistencia a la tracción (generalmente es un 10% de su resistencia

a los esfuerzos de compresión), por tal motivo se refuerza con acero, para que estos soporten

tales esfuerzos (concreto reforzado). El diseño de mezcla y producción del concreto es un

trabajo complejo en el que se debe seguir normas establecidas para el proceso de

dosificación adecuado para cada construcción. El concreto hidráulico, se podría subdividir

en dos categorías el concreto simple y los concretos especiales. A continuación, se presentan

una breve descripción del concreto simple y el concreto autocompactante

Concreto Simple. El concreto simple esta compuesto de cemento, agua, arena y

grava. Es actualmente el material más utilizado en la industria de la construcción por su

resistencia, duración, impermeabilidad, economía y facilidad de producción. Es una roca

15

fabricada por el hombre, producida y diseñada de acuerdo con las normas establecidas para

fines y aplicaciones que necesita un proyecto determinado. (Rivera, 2009)

Concreto Autocompactante. El concreto autocompactante es un concreto altamente

fluido, no segregante, que puede extenderse en su lugar, llenar el molde y encapsular el

acero de refuerzo, sin ninguna compactación mecánica (ACI 237R-07, 2007); con ello

mejorando la eficiencia general de un proyecto de construcción. Este tipo de concreto es

identificado por sus propiedades en estado fresco.

El concreto autocompactante se compone por cemento, agua, agregado grueso,

agregado fino, aditivos químicos y típicamente cementantes suplementarios como la escoria,

ceniza volante, humo de sílice, metacaolín, entre otros.

El concreto autocompactante se desarrolló originalmente en Japón, debido a una

creciente escasez de personal especializado, y esto fue posible gracias a un desarrollo en

aditivos al concreto como los plastificantes.

Los beneficios del concreto autocompactante (NRMCA) además de los del concreto

simple son:

- Reducción de los recursos humanos necesarios para colocar y consolidar

concreto.

- Colocación más rápida de concreto y construcción acelerada

- Facilidad de colocación y consolidación en situaciones difíciles debido a

limitaciones de acceso o configuración de encofrado y refuerzo de elementos

- Uso ampliado de concreto en aplicaciones arquitectónicamente desafiantes


16

- Reducción de las necesidades de equipamiento como vibradores y en algunos

casos bombas de concreto

- Reducción de equipos y mantenimiento de formularios y mantenimiento

- Acabado superficial mejorado

- Mejora la bombeabilidad

- Mejora la consolidación alrededor del refuerzo

Las limitaciones para su uso se pueden clasificar en: limitaciones del proyecto y

organizacionales. El primero se refiere a factores técnicos o económicos y organizativo a las

habilidades del productor de concreto en aplicar esta tecnología para crear un concreto

autocompactante de buena calidad.

Propiedades Del Concreto En Estado Fresco. Las propiedades en estado fresco

son muy importantes en términos del resultado final de diferentes aplicaciones de vaciado.

Para cualquier aplicación de vaciado dado, el concreto fresco debe fluir de cierta manera

para encapsular los refuerzos, llenar el molde y al endurecer crear una estructura densa, para

proporcionar de cierta forma durabilidad a la construcción.

La resistencia del concreto al flujo es importante ya que determina cuán fácil o difícil

será la operación de vaciado; sin embargo, si el concreto fluye demasiado pronto, puede ser

propenso a la segregación. El término "estabilidad" se usa para describir la capacidad de un

concreto para resistir la segregación, lo que resulta en una falta de uniformidad de los

agregados constituyentes del concreto. Cuanto más difícil es lanzar el concreto, o si muestra

una falta de estabilidad, mayor es el riesgo de un vaciado inadecuado y con ello obtener

problemas estructurales.

17

En resumen, el rendimiento del concreto fresco se puede describir utilizando dos

propiedades: su resistencia al flujo y su comportamiento cuando está fluyendo; ambas

propiedades influyen en el procedimiento de vaciado y su resultado; por lo tanto, para

diferentes aplicaciones, es importante diseñar mezclas de concreto para lograr propiedades

frescas óptimas. Existen varios procedimientos de métodos empíricos y científicos para

caracterizar las propiedades frescas del concreto.

La viabilidad de un concreto autocompactante según el ACI 237 (2007) se describe

en términos de habilidad de llenado (capacidad de llenado), habilidad de paso (capacidad de

paso) y estabilidad (resistencia a la segregación); la habilidad de llenado corresponde a la

capacidad de fluir y llenar completamente los espacios encofrados, la habilidad de paso se

refiere a la facilidad que posee el concreto de pasar entre obstáculos y la estabilidad describe

la capacidad del concreto para mantener una distribución homogénea de sus diversos

componentes durante su flujo.

El proyecto pretende realizar los ensayos de l-box, flujo de asentamiento (slump

flow), anillo japonés, flujo de asentamiento t-50, columna de segregación y resultados

obtenidos con el reómetro ICAR 5000; para con ello satisfacer las preguntas de capacidad

de llenado, capacidad de paso, resistencia a la segregación y reología, bajos estándares

nacionales e internacionales.

Propiedades Del Concreto En Estado Endurecido. El concreto es una roca que se

produce por la mezcla de ciertos materiales (agregados, agua, aditivos y cementantes) el

cual posee propiedades en estado fresco y endurecido.


18

La importancia de las propiedades del concreto en estado endurecido se puede

traducir en términos de resistencia y durabilidad. Entendemos por resistencia la capacidad

que tiene el concreto para soportar fuerzas de compresión, flexión, tensión, cortante, entre

otras (Sánchez De Guzmán, 2001).. Algunos factores que afectan esta propiedad son la

compactación inadecuada, pobre curado, relación agua/cemento inapropiado, entre otros.

La durabilidad se expresa como el comportamiento del material a la acción agresiva

del ambiente u otros factores como el desgaste, asegurando su integridad y la de los aceros

de refuerzo. Los factores que afectan la durabilidad son entre otros, el congelamiento y

deshielo, ambiente químico agresivo, abrasión, corrosión de acero en el concreto y

reacciones químicas en los agregados (Rivera, 2009).

Generalmente la resistencia del concreto en estado endurecido se mide por la

resistencia a la compresión y la durabilidad por medio de que tan permeable es el concreto;

Esta premisa nos da a entender que la densidad del concreto afecta la resistencia y la

durabilidad de este.

El proyecto, aunque no es su objetivo, pretende hallar la resistencia a la compresión

del concreto autocompactante con adición de PEAD.

Diseño De Mezcla. Una forma de hacer el concreto más económico y practico es

dosificar la mezcla; con ello se logra obtener una mayor eficiencia de agregados, agua,

cemente y en ciertos casos aditivos. Lo anterior se realiza con el fin de producir una mezcla

con trabajabilidad, resistencia y durabilidad, necesarias para la construcción de cualquier

estructura (Rivera, 2009).

19

NO

Cumple

Para obtener las cantidades óptimas segun el tipo de estructura a construir, será

necesario realizar varias mezclas de prueba, las cuales se calcularán con base en las

propiedades de los materiales y en la aplicación de principios básicos preestablecidos. Las

características o propiedades de las mezclas de prueba advertirán los ajustes pertinentes que

deben hacerse en el diseño de mezcla, de acuerdo con ciertas reglas empíricas.

El método utilizado para determinar la dosificación del concreto convencional,

según el método ACI 211.1 (ACI 211.1-91, 2009) es el presentado en la Ilustración 1.

Ilustración 1: Método dosificación ACI 211.1

Nota: Adaptado de “Estudio comparativo del concreto modificado con hdpe (polietileno de

alta densidad) reciclado y concreto convencional” (Palencia Torres & Nuñes Rangel,

2016).

Elegir el asentamiento

Elegir el tamaño maximo nominal

(TMN)

Estimar el contenido de aire

Estimar la cantidad de agua de mezclado

y aditivo

Calcular el contenido de

cemento y verificar aditivo

Verificar si los agregados cumplem las recomendaciones

granulometricas NTC 174

Estimar el contenido de agregado grueso

Estimar el contenido deagregado fino

Ajustar la cantidad de agua por el contenido de humedad del

agregado

Ajustar las mezclas de prueba

Corroborar excepciones en

NTC 174 ó Realizar nuevamente la granulometria variando el/los

agregado/s (nueva procedencia)

Cumple


20

Para realizar la dosificación se propone el procedimiento presentado en la Tabla 2,

adaptado del autor Sánchez de Guzmán en su libro “tecnología del hormigón”.

Tabla 2: Procedimiento para diseño de mezcla según el ACI 211.1

Con los resultados obtenidos de la primera mezcla de prueba se procede a ajustar las

proporciones o cantidades, para que cumplan con el asentamiento deseado y el grado de

manejabilidad requerido, posteriormente, se prepara una segunda mezcla de prueba con las

proporciones ajustadas.

ÍTEMTOMADO DE

LA TABLATOMADO DE LA FIGURA

Selección del asentamiento 11.1 -

Chequeo del tamaño máximo nominal

11.2 -

Estimación del contenido de aire

11.3 -

Estimación del agua de mezclado – tener en cuenta si

se utilizara algún aditivo11.4 11.2

Definir la resistencia a la compresión

- -

Selección de la relación agua/cemento (A/C)

11.5 11.3

Calculo del contenido de cemento y aditivo

- -

Calculo de la cantidad de cada agregado

11.9 Para el volumen de grava

-

Calculo de proporciones iniciales

- -

Ajuste por humedad de los agregados

- -

Primera mezcla de prueba - -

21

Se incluye el diseño de mezcla ACI 211.1 para concreto convencional debido a que

es el procedimiento base del diseño de mezcla del ACI 237-07 el cual es el empleado en la

investigación, además se expone para evidenciar sus similitudes, las cuales son que el primer

requerimiento “Seleccionar el asentamiento o flujo de asentamiento para el concreto

autocompactante” y que en cada diseño es necesario obtener “Mezclas de prueba”.

Para las mezclas autocompactantes se requiere un procedimiento con implicaciones

experimentales, con algunas similitudes al convencional presentado anteriormente. La

Ilustración 2 nos enmarca el procedimiento general para realizar un diseño de mezcla para

un concreto autocompactante.

Ilustración 2: Método de dosificación ACI 237-07 para concretos autocompactantes

Determinar los requisitos de asentamiento

Seleccion del agregado grueso

Estimar el contenido de cemento y agua

Calcular el volumen de paste y mortero

Seleccionar el aditivos y mezcla

Mezcla de prueba por lotes o mezclas de

prueba

Ensayos de trabajabilidad

Ajuste de proporciones, Segun

sea el caso


22

Para realizar la dosificación se propone el procedimiento presentado en laTabla 3,

adaptada del ACI 237-07 (ACI 237R-07, 2007), además de este procedimiento se debe tener

en cuenta el ACI 211.1 ya que este es un complemento de la dosificación para concretos

autocompactantes, por lo tanto, se propone seguir el procedimiento de dosificación

presentado en el ACI 237-07 en su numeral 4.4.

Tabla 3: Procedimiento diseño de mezcla concreto autocompactante

El documento ACI 237-07 presenta contenidos sugeridos de polvos, los cuales son,

el cemento y/o adiciones a este, como por ejemplo la ceniza volante, microsílice, escoria

granulada de alto horno, entre otros. La Tabla 4 muestra los contenidos sugeridos de polvos

según el flujo de asentamiento, propuestos por el ACI 237-07.

Tabla 4: Contenido de polvos sugeridos según ACI 237-07

Nota: Adaptado de “Self-Consolidating Concrete” (ACI 237R-07, 2007)

ITEM SECCION OBSERVACIONES

Determinar requisitos de asentamiento

Tabla 2.5 Presenta los objetivos de asentamientos

Selección del agregado grueso

4.4.1 Se Presentan 2 categorias.

Estimar contenido de cementante y agua

Tabla 4.1Presentta un contenido sugerido de polvo y agua según

su asentamiento.

Calcular volumen de pasta y mortero

Tabla 4.2 Resumen parametros de dosificacion

Seleccionar aditivo según mezcla

- Según el tipo de mezcla a realizar

Mezcla de prueba -Realizar las veces necesarias hasta llegar a los

parametros de diseño

Asentamiento <550 mm

Asentamiento 550-650 mm

Asentamiento >650 mm

Contenido de cemento (Kg/m3) 355 - 385 385 - 445 >458

23

De igual forma, el ACI 237-07 propone un resumen de proporciones para mezclas

de prueba de concretos autocompactantes, las cuales están enunciadas en la Tabla 5 adaptada

del ACI 237-07.

Tabla 5: Proporciones para mezclas de prueba para concreto autocompactantes


La federación europea dedicada a sistemas específicos de hormigón y productos

químicos especializados para la construcción (EFNARC) en su documento

“Especificaciones y directrices para el concreto autocompactante”, tiene por objetivos

definir los requisitos específicos para el concreto autocompactante, su composición y

aplicación. La Tabla 6 nos enseña la composición de la mezcla según el EFNARC, se puede

apreciar que los porcentajes descritos no varían en gran medida de los que presenta el ACI

237-07.

Tabla 6: Proporciones para mezclas de prueba para concreto autocompactantes (2)

Nota: Adaptado de “Especificaciones y directrices para el Hormigón autocompactable”

(EFNARC, 2003).

Volumen absoluto de agregado grueso* 28 a 32 % (TMN >12mm)

Fraccion de pasta (Calculada en volumen) 34 a 40 % (volumen total de mezcla

Fraccion de Mortero (Calculada en volumen) 68 a 72% (Volumen total de mezcla)

Relacion a/c Tipica 0,32 a 0,45

Contenido de cemento tipico (386 a 475 (Kg/m³)

* Hasta 50% (TMN = 3/8")

Agregado grueso <50%

Relacion agua/finos 0.8 -1.0

Contenido total de finos 400 a 600 Kg/m3

Contenido de arena >40% del volumen de mortero

Arena > 50% por peso del agregado total

Agua libre < 200 L

Pasta > 40% del volumen de la mezcla


24

La Tabla 7, Tabla 8 y Tabla 9 son adaptadas del ACI 237-07, las cuales proporcionan

información sobre la mezcla y las variables de aplicación que influyen en las características

de la capacidad de llenado, capacidad de paso y la resistencia a la segregación.

Tabla 7: Influencia de variables en la capacidad de llenado.


Tabla 8: Influencia de variables en la capacidad de paso


VARIABLES DE APLICACIÓN INFLUENCIA

Nivel de refuerzo Nivel de refuerzo alto inhibe el flujo

Complejidad de la forma del elemento Las formas complejas son mas dificiles de rellenar

Espesol de muro Secciones estrechas inhiben el flujo

Tecnica de colocacion El vertido lento y discontinuo disminuye la energia de colocacion

Longitud del elemento Las distancias mas largas son mas dificiles de llenar

VARIABLES DE LA MEZCLA

Nivel de fluidez (Slump Flow) La alta fluidez mejora la habilidad de llenado

Nivel de viscosidad La viscosidad demasiado alta puede limitar la habilidad de llenado

INFLUENCIA DE VARIABLES EN LA CAPACIDAD DE LLENADO


Nivel de refuerzoRefuerzos muy cercanos puede causar la acumulacion y el bloqueo de agregados del concreto

Encofrados estrechosLas secciones estrechas en el encofrado pueden casuar la acumulacion y el bloqueo de agregados del concreto


Nivel de fluidez (Slump Flow)La fluidez demasiado baja puede no permitir una deformabilidad suficiente, La fluidez demasiado alta pueed causar inestabilidad y separacion de la mezcla.

Nivel de viscosidad Nivel de viscosidad medido a la luz del nivel de fluidez

Tamaño de agregado grueso El agregado grueso muy grande aumentara la tendencia de bloque

Contenido de agregado grueso Demasiado agregado grueso aumentara la tendencia al bloqueo

INFLUENCIA DE VARIABLES EN LA CAPACIDAD DE PASO

25

Tabla 9: Influencia de variables en la resistencia a la segregación


El EFNAR propone criterios de aceptación para el concreto autocompactante,

haciendo la salvedad que estos criterios pueden ser modificados según sea el proyecto a

realizar. La Tabla 10 enuncia los criterios de aceptación.

Tabla 10: Criterios de aceptación para concretos autocompactantes (TM<20mm)

Nota: Adaptado de “Especificaciones y directrices para el Hormigón autocompactable”

(EFNARC, 2003).


Tecnica de colocacionUna alta energia de colocacion puede hacer q ue los materiales se separen

Nivel de refuerzoSI el concreto cae o fluye a traves del refuerzo, puede ocurrir una separacion de materiales

Altura del elementoLa profundidad de un elemento es proporcional a su potencial de asentamientos y sangrado


Nivel de fluidez (Slump Flow)Todas las demas cosas son iguales, a medida que aumenta la viscosidad disminuye

Nivel de viscosidad A medida que aumenta la viscosidad , aumenta la estabilidad

INFLUENCIA DE VARIABLES EN LA RESISTENCIA A LA SEGREGACION

METODO UNIDAD MINIMO MAXIMO

Flujo de asentamiento por cono de Abrams mm 650 800Flujo de asentamiento T50mm Segundos 2 5Anillo J mm 0 10Embudo V Segundos 6 12Embudo en V a T50mm Segundos 0 3Caja en L (h2/h1) 0.8 1Caja en U (h2-h1) mm 0 30Caja de relleno % 90 100Ensayo de estabilidad GTM % 0 15Orimet Segundos 0 5

MARGEN HABITUAL DE VALORES


26

El ACI 237-07 no contempla los criterios de aceptación, pero en las normas

individuales ASTM (American Society for Testing and Materials), encontramos estos

márgenes de aprobación y en cada norma se hace la salvedad que estos pueden variar

dependiendo a la estructura que se construirá.

Reología En El Concreto. Según el ACI (American Concrete Institute) la reología

es la ciencia que estudia el flujo de los materiales, incluyendo estudios de deformación del

concreto endurecido, el manejo y colocación del concreto fresco y el comportamiento de

lechadas, pastas y materiales similares.

La reología afecta la facilidad de mezclado, bombeo, flujo, segregación, lavado,

presión de encofrado, acabado superficial, desarrollo de microestructura, entre otros.

El concreto en su estado fresco presenta un flujo complejo, es decir, la solución está

compuesta por una suspensión compleja de partículas y por ello no podemos describir el

comportamiento reológico del concreto en estado fresco con la función de viscosidad

newtoniana, que es la más simple ecuación para describir el comportamiento del flujo de

líquidos; el comportamiento modelado por Bingham es la forma más simple de describir el

comportamiento de un flujo no newtoniano, se usa comúnmente y es satisfactorio para el

concreto convencional en estado fresco, pero para concretos autocompactantes a veces es

necesario describir el comportamiento mediante otros modelos (Galvez Moreno, 2015).

La hipótesis que explica las propiedades del fluido de Bingham supone que, esté en

reposo una estructura tridimensional, cuya resistencia es lo suficientemente alta para no

moverse hasta que el esfuerzo al corte aplicado supera el del esfuerzo de fluencia del

material. La estructura del fluido entonces se destruye al alcanzar el esfuerzo que excede la

27

fluencia y el fluido se transforma en uno newtoniano, el cual fluye linealmente. Las

propiedades reológicas de este fluido plástico están representadas por la ecuación 1. 𝜏 = 𝜂𝛾 + 𝜏𝑔 (1)

Donde τ es el esfuerzo cortante, η es la viscosidad, γ es la velocidad de corte y τg es

el esfuerzo de fluencia del material. Se puede observar que el modelo de Bingham es

simplemente la adición de un esfuerzo de fluencia al modelo de un fluido newtoniano. La

Ilustración 3 representa la deformación por cizallamiento de una capa de fluido delgado, la

cual es una forma de representar que, debido a una fuerza aplicada en la superficie del

líquido, la velocidad de corte disminuye a medida que aumenta su profundidad.

Ilustración 3: Deformación por cizallamiento de una capa de fluido delgada

Nota: Tomado de “Cement and concrete chemistry” (Kurdowski, 2014)

1. Placa móvil

2. Placa fija

La Ilustración 4 demuestra el comportamiento de fluidos newtonianos, no-

newtonianos.


28

Ilustración 4: Curvas de flujo

Nota: Adaptado de “Cement and concrete chemistry” (Kurdowski, 2014)

1. Modelo de Bingham

2. Fluido Pseudoplastico

3. Fluido Newtoniano

4. Fluido con dilatación

Como se observa en la Ilustración 4 el fluido newtoniano presenta una proporción

lineal de esfuerzo cortante-velocidad de corte, igualmente como el modelo de Bingham solo

que este para producir velocidad de corte es necesario un esfuerzo cortante diferente de cero.

En los fluidos Pseudoplastico su viscosidad aparente disminuye mientras aumenta la

velocidad de corte y los fluidos con propiedades diletantes su viscosidad aumenta con el

aumento de la velocidad de corte.

29

Los tipos de flujo más aplicables para el concreto son los esquematizados en la

Ilustración 5, la cual fue extraída del reporte del comité 238 del ACI (Galvez Moreno, 2015).

Ilustración 5: Identificación de distintos reogramas de acuerdo a su forma característica.

Nota: Tomado de “Robustez de un concreto autocompactable producido con

materiales disponibles en la región de monterrey, nuevo león” (Galvez Moreno, 2015)

1. Fluido newtoniano: La viscosidad diferencia y el coeficiente de viscosidad (τ/γ)

son constantes con la rapidez de deformación.


30

2. Reoespesante – Dilatante: La viscosidad diferencial y el coeficiente de

viscosidad incrementa continuamente con la rapidez de deformación, y carece

de esfuerzo de fluencia.

3. Reofludificante: La viscosidad diferencial y el coeficiente de viscosidad

disminuye conforme aumenta la rapidez de deformación y no hay presencia de

un esfuerzo de fluencia.

4. Reofludificante con esfuerzo de fluencia: La viscosidad diferencial y el

coeficiente de viscosidad diferencial disminuye conforme aumenta la rapidez de

deformación una vez que el esfuerzo de fluencia aparente ha sido superado.

5. Plástico de Bingham (ideal): Al ser sobrepasado el esfuerzo de fluencia la

viscosidad diferencial es constante y se le conoce como viscosidad plástica

mientras que el coeficiente de viscosidad disminuye constantemente hasta el

valor límite cuando la rapidez de deformación tiende a infinita.

6. Plástico de Bingham (No ideal): Por encima del esfuerzo de fluencia, el

coeficiente de viscosidad disminuye constantemente, mientras que la viscosidad

diferencial se aproxima a un valor constante conforme aumenta la rapidez de

deformación y se le llama viscosidad plástica. La interacción de la extrapolación

del reograma desde la parte lineal con el eje de esfuerzo cortante se le conoce

como esfuerzo de fluencia aparente.

Para el caso de los concretos autocompactantes se desarrolló una expresión

matemática (ecuación 2) para predecir y determinar el esfuerzo de fluencia de concretos

autocompactantes en función del radio del slump flow obtenido.

31

𝜏𝑜 = 225 ∗ 𝑝 ∗ 𝑔∗ 𝑉2128 ∗ 2 ∗𝑅5 (2)

Donde, τo es el esfuerzo de fluencia, p es la densidad, g la gravedad, V el volumen

de la muestra y R el radio de esparcimiento de la muestra (Slump flow).

El concreto al ser tixotrópico1 solo es posible considerar su reología en estado fresco

porque en este se puede romper su estado de reposo y con ello producir una excitación en la

mezcla que es medible con equipos electrónicos como el reómetro digital.

La curva de flujo de los fluidos tixotrópicos es opuesta a todos los tipos de fluidos

antes mencionados, pues la curva durante el aumento o disminución de la velocidad de corte

se superponen formando una sola curva; forman un ciclo de histéresis como se muestra en

la Ilustración 6; como resultado, la viscosidad aparente de los fluidos tixotrópicos disminuye

con el tiempo debido a la destrucción progresiva de la estructura del material.

Ilustración 6: Histéresis de curvas de flujos tixotrópicos.

Nota: Adaptado de “Cement and concrete chemistry” (Kurdowski, 2014)

1 Tixotropía: propiedad de un material que le permite rigidizarse en un período breve mientras está en reposo, pero adquirir una menor viscosidad al ser agitado mecánicamente.(American Concrete Institute) además su viscosidad aparente no solo depende de la velocidad de cizallamiento, sino también del tiempo.


32

1. Fluido tixotrópico.

2. Fluido tixotrópico plástico.

En la Ilustración 7, se pueden observar dos parámetros relativos para ciertos tipos de

concretos de acuerdo con sus aplicaciones (convencional, autocompactante, fluido y de alta

resistencia). En los concretos autocompactantes el esfuerzo de fluencia debe ser muy bajo,

aunque también se requiere un rango de viscosidades plásticas para cumplir con las

aplicaciones de este material.

Ilustración 7: Reología del concreto convencional y autocompactante.

Nota: Adaptado de “Advanced Concrete Technology” (Newman & Choo, 2003)

1. Concreto convencional.

2. Concreto autocompactante.

3. Concreto fluido.

4. Concreto de alta resistencia.

Actualmente para obtener concretos autocompactantes son necesarios aditivos

químicos modificadores de reología. Los aditivos plastificantes o superplastificantes son

33

modificadores de reología; conducen a la dispersión completa de los granos de cemento en

el agua sin formación de conglomerantes. Los aditivos dispersantes funcionan por absorción

en la superficie del cemento, en una manera que hace que las partículas de cemento se

distribuyan más uniformemente en toda la superficie, reduciendo el valor del asentamiento

para un contenido de agua dado y aumentando así la fluidez de la mezcla; también pueden

tener un pequeño efecto sobre la viscosidad plástica o la cohesión de la mezcla.

Existen diferentes formas de deformar un material de manera controlada, y algunas

de ellas se muestran en la Ilustración 8. Los instrumentos utilizados para las mediciones

reológicas se conocen como reómetros, y la mayoría de los reómetros comerciales para

concreto usan cilindros concéntricos o rotativos.

Ilustración 8: Ejemplos de cómo deformar un material entre dos superficies.

(a) (b) (c) (d)

Nota: Tomado de “Rheology using the ICAR Plus – An Introduction” (Germann

Instruments).

(a) Placas paralelas deslizantes

(b) Cilindros concéntricos

(c) Placa cónica

(d) Placa-placa (giratoria)


34

Reómetro ICAR 5000. El reómetro ICAR es un instrumento robusto y portátil para

medir las propiedades de flujo (reológicas) fundamentales del concreto fresco. Este equipo

fue desarrollado en el Centro Internacional de Investigación de Agregados (ICAR) ubicado

en la Universidad de Texas en Austin, para satisfacer la necesidad de un método para

caracterizar el verdadero comportamiento de flujo de las mezclas de concreto. Los métodos

tradicionales para medir el flujo de asentamiento o el asentamiento no son capaces de

caracterizar las propiedades reológicas fundamentales del concreto durante los procesos de

mezclado, transporte y colocación (Germann Instruments).

El reómetro ICAR fue diseñado para caracterizar el límite elástico estático, el límite

elástico dinámico y la viscosidad plástica del concreto. Es deseable un límite de fluencia

estático elevado porque reduce la presión del encofrado y aumenta la resistencia a la

segregación; pero para facilitar el bombeo, la colocación y la autoconsolidación, es

necesario un límite de fluencia dinámico bajo. La viscosidad dinámica proporciona cohesión

y contribuye a reducir la segregación cuando el concreto fluye. El concreto convencional

tiene un alto límite elástico dinámico y se necesita energía adicional (vibración) para la

consolidación después de que el concreto se coloca en las formas. Todas las mezclas

autocompactantes tienen un límite elástico dinámico bajo y se consolidarán debido al peso

propio, pero tienen propiedades reológicas diferentes. El concreto autocompactante con una

alta viscosidad plástica será pegajoso y difícil de terminar. Por otro lado, la mezcla con baja

viscosidad plástica será propensa a la segregación. De este modo, al determinar las curvas

de flujo dinámico de concretos con diferentes proporciones de mezcla y tipo de aditivos, se

puede lograr un equilibrio óptimo entre facilidad de flujo y resistencia a la segregación. Este

35

tipo de determinaciones no se pueden realizar mediante pruebas convencionales basadas en

el ensayo “flujo de asentamiento (slump flow)” (Germann Instruments).

Método De Operación. El Reómetro ICAR está compuesto por un contenedor para

retener el concreto fresco, un cabezal impulsor que incluye un motor eléctrico, un medidor

de torque, una paleta de cuatro palas que se sujeta por el mandril del impulsor; un marco

para sujetar el conjunto impulsor/paleta a la parte superior del contenedor y una

computadora portátil para operar el controlador para registrar el torque durante la prueba y

calcular los parámetros de flujo. El contenedor tiene una serie de varillas verticales alrededor

del perímetro para evitar el deslizamiento del concreto a lo largo de la pared del contenedor

durante la prueba. El tamaño del contenedor y la longitud del eje de la paleta se seleccionan

en función del tamaño máximo nominal del agregado y la paleta tiene un diámetro y una

altura de 127 mm (Germann Instruments).

Con el Reómetro ICAR 5000 se pueden realizar dos tipos de pruebas. La primera es

una prueba de crecimiento bajo tensión en la que la paleta gira a una velocidad lenta

constante de 0,025 rev/s; el aumento inicial de torque se mide en función del tiempo y el

torque máximo medido durante la prueba se utiliza para calcular el límite elástico estático.

El otro tipo de prueba es una prueba de curva de flujo para determinar el límite elástico

dinámico y la viscosidad plástica; la prueba de la curva de flujo comienza con un período

de “ruptura” en el que la paleta gira a la velocidad máxima, esto se hace para descomponer

cualquier estructura tixotrópica que pueda existir y para proporcionar un historial de

cizallamiento consistente antes de medir los parámetros de Bingham; luego, la velocidad de

la paleta se reduce en un número específico de pasos, que es seleccionado por el usuario (al


36

menos seis pasos); durante cada paso, la velocidad se mantiene constante y se registran la

velocidad y el torque promedio, finalmente estos se reproducen en laa gráfica del torque

frente a la velocidad de rotación de la paleta (Germann Instruments).

El software del reómetro ICAR realiza todas las funciones necesarias: opera el

controlador, registra el par, calcula los resultados de la prueba y almacena datos. Para

simplificar, todo el programa se opera desde una sola pantalla como se muestra en la

Ilustración 9.

Ilustración 9: Software Reómetro ICAR 5000.

Nota: Tomado de “ICAR Rheometer” (Germann Instruments).

Agregados Pétreos.Según el ACI (American Concrete Institute) son un material

granular, tal como grava, arena, concreto hidráulico molido, entre otros; que empleado junto

a un medio cementante se elabora lo que conocemos como concreto o mortero.

37

Los agregados utilizados en la elaboración del concreto poseen una resistencia

propia llamada resistencia del grano; las propiedades intrínsecas del agregado o del grano,

no afectan las características y propiedades del concreto, sin embargo, si garantizan una

adherencia suficiente con la pasa endurecida del cementante.(Sánchez De Guzmán, 2001).

Reciclaje De Plástico. El reciclaje consiste en obtener un nuevo producto mediante

procesos fisicoquímicos o mecánicos a partir de productos utilizados o en desuso; con esto,

conseguimos alagar la vida útil del plástico, beneficiando al medio ambiente, ya que este es

uno de los mayores creadores de contaminación a nivel mundial.

Los plásticos son una gran amenaza al medio ambiente principalmente por dos

motivos: su lenta degradación y su utilización masiva en una gran variedad de productos. Se

estima que el plástico tarda aproximadamente 180 años en descomponerse, aunque este

periodo varía en función al tipo de plástico que se emplee. Actualmente los plásticos más

comunes que se reciclan son el PET y el PVC, siendo el segundo mucho más contaminante

para el medio ambiente. La Ilustración 10 se presenta la clasificación internacional de

plásticos reciclables.

El proceso para el reciclaje del plástico comúnmente consiste en recolectar el

material de contenedores o industrias, limpiar con productos químicos, seleccionar y agrupar

por tipo y por último se funden para obtener una nueva materia prima, la cual se puede

moldear de nuevo.

En el presente proyecto se procede a recolectar de un desecho industrial el polietileno

de alta densidad (PEAD), posteriormente se degrada de forma mecánica hasta obtener un


38

tamaño máximo nominal que pase por el tamiz N°4 para así ser considerado como agregado

fino.

Ilustración 10: Clasificación internacional de plásticos.

Nota: Tomado de “Guía Inteligente sobre Plásticos” (Sea Studios Foundation)

Ensayos Directos E Indirectos (Empíricos) A Un Concreto Autocompactante.

Los ensayos indirectos se refieren a los procedimientos por los cuales la mezcla de concreto

llega a un resultado (viscosidad, fluidez, entre otras cosas), de forma empírica, es decir, de

una manera subjetiva que no se pueden confirmar mediante datos, sino que se basan en la

utilización de mezclas anteriores que cumplen con ciertos parámetros visuales; mientras

tanto, los métodos directos relacionan propiamente los valores que comprende la reología

como la velocidad de corte. La clasificación de los ensayos directos e indirectos que

abordara este documento, son los presentados en la Ilustración 11.

Los ensayos indirectos es el flujo de asentamiento o slump flow, el cual de forma

indirecta relaciona la fluidez de la mezcla, el ensayo flujo de asentamiento t50 conduce a un

concepto indirecto de la viscosidad de la mezcla, mientras que el anillo japonés representa

un valor indirecto de la resistencia al bloqueo y fluidez, la caja en L a la fluidez y la columna

de segregación mide indirectamente la segregación de la mezcla. Los métodos de prueba

39

empíricos brindan resultados de un solo punto y, por lo tanto, no pueden dar una concepción

completa de las propiedades del concreto en estado fresco.

El ensayo directo (Científico) se realizará con el equipo ICAR 5000, el cual nos

darán basado en un modelo de Bingham modificado un vistazo de las propiedades reológicas

del concreto autocompactante utilizado, con él, se estudiará la robustez del concreto

autocompactante.

Ilustración 11: Ensayos directos e indirectos a realizar

Para obtener mayor información acerca de la metodología de ensayos expuestos en

la Ilustración 11, se recomienda ver la Tabla 11, donde se presenta la normativa utilizada en

el proyecto.

Tabla 11: Normativa aplicada

DESCRIPCIÓN NORMA

INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA. ELABORACIÓN Y

CURADO DE ESPECÍMENES DE CONCRETO PARA ENSAYOS

EN EL LABORATORIO (2010)

NTC1377

Ensayos a realizar

Indirectos

Slump Flow

Anillo Japones

Columna de segragacion

Caja en L

Directos Reometri ICAR 5000


40

INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA. PRÁCTICA PARA LA

REDUCCIÓN DEL TAMAÑO DE LAS MUESTRAS DE

AGREGADOS, TOMADAS EN CAMPO, PARA LA REALIZACIÓN

DE ENSAYOS (2001)

NTC3674

CONCRETOS. MÉTODO DE ENSAYO PARA EL ANÁLISIS POR

TAMIZADO DE LOS AGREGADOS FINOS Y GRUESOS (2007)

NTC77

INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA. MÉTODO PARA

DETERMINAR LA DENSIDAD Y LA ABSORCIÓN DEL

AGREGADO FINO (2001)

NTC237

INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA. DETERMINACIÓN DE

LA MASA UNITARIA Y LOS VACÍOS ENTRE PARTÍCULAS DE

AGREGADOS (1995)

NTC92

INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA. MÉTODO DE ENSAYO

PARA DETERMINAR LA DENSIDAD Y LA ABSORCIÓN DEL

AGREGADO GRUESO (1995)

NTC176

INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA. MÉTODO PARA

DETERMINAR LA DENSIDAD Y LA ABSORCIÓN DEL

AGREGADO FINO (2001)

NTC237

CONCRETOS. ESPECIFICACIONES DE LOS AGREGADOS PARA

CONCRETO (2000)

NTC174

ESPECIFICACIÓN DE DESEMPEÑO PARA CEMENTO

HIDRÁULICO (2014)

NTC121

CONCRETOS. AGUA PARA LA ELABORACIÓN DE CONCRETO

(2001)

NTC3459

INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA. MÉTODO DE ENSAYO

PARA DETERMINAR EL ASENTAMIENTO DEL CONCRETO

(1992)

NTC396

STANDARD PRACTICE FOR SELECTING PROPORTIONS FOR

NORMAL, HEAVYWEIGHT, AND MASS CONCRETE

ACI-211.1

41

CONCRETOS. MÉTODOS DE ENSAYO PARA MEDIR EL FLUJO

LIBRE, FLUJO RESTRINGIDO Y SEGREGACIÓN EN

CONCRETOS AUTOCOMPACTANTES (2003)

NTC5222

STANDARD TEST METHOD FOR PASSING ABILITY OF SELF-

CONSOLIDATING CONCRETE BY J-RING (2014)

ASTMC1621

STANDARD TEST METHOD FOR SLUMP FLOW OF SELF-

CONSOLIDATING CONCRETE (2009)

ASTMC1611

CONCRETOS. ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

DE ESPECIMENES CILÍNDRICOS DE CONCRETO (2010)

NTC673

ACI 237R-07 SELF-CONSOLIDATING CONCRETE (ACI 237R-07,

2007)

ACI 237-07

STANDARD TEST METHOD FOR STATIC SEGREGATION OF

SELF-CONSOLIDATING CONCRETE USIOG COLUMN

TECHNIQUE

ASTMC1610

EFNARC ESPECIFICACIONES Y DIRECTRICES PARA EL

HORMIGON AUTOCOMPACTANTE (EFNARC, 2003)

EFNARC

Comportamiento Reoespesante. El comportamiento reoespesante se asocia con

una expansión de volumen de la parte solida de una suspensión para lograr el inicio del flujo.

El término “dilatante” no debe utilizarse para referirse a un fluido reoespesante, ya que cada

uno describe un comportamiento distinto (Galvez Moreno, 2015)

Existen dos teorías con las cuales el comportamiento reoespesante podría ser

explicado; la primera atribuye el origen del comportamiento reoespesante a la formación de

“hidroclusters”. De acuerdo con esta teoría, el comportamiento reoespesante comienza con

un esfuerzo cortante crítico, en el cual las fuerzas de lubricación entre las partículas dominan

sobre las fuerzas de repulsión causando que las particas se aglomeren temporalmente


42

formando partículas de mayor tamaño, que al aumentarse en número como se observa en la

Ilustración 12, pueden incluso trabar el flujo haciendo que la viscosidad tienda a infinito. El

esfuerzo cortante crítico aumenta al disminuir el tamaño de las partículas, aumentando la

polidispersión del tamaño de partículas y también al uso de recubrimientos poliméricos

(superplastificantes), mientras que la intensidad del efecto incrementa con un aumento de la

fracción de volumen de sólidos y es dependiente del tipo de fuerzas de repulsión. (Galvez

Moreno, 2015)

Ilustración 12: Representación gráfica de los “hidroclusters” formados por las partículas

bajo acción de un esfuerzo cortante

Nota: Tomado de “Robustez De Un Concreto Autocompactable Producido Con Materiales

Disponibles En La Región De Monterrey, Nuevo León” (Galvez Moreno, 2015)

La segunda teoría establece que el comportamiento reoespesante puede ser causado

por la transferencia de movimiento entre las partículas suspendidas, esta teoría también es

conocida como “Inercia de Grano”. Para determinar si la inercia domina sobre las fuerzas

viscosas, se debe calcular el número de Reynolds (relación entre la inercia y la viscosidad),

si este es menor a 0.1, la inercia es dominada por las fuerzas viscosas y puede ser

43

despreciada. La premisa de esta teoría es que las partículas grandes son las responsables del

comportamiento reoespesante.

Debido a que dos procesos importantes para la industria del concreto ocurren con

una alta rapidez de deformación, el mezclado y el bombeo, un concreto reoespesante

presenta más desventajas que ventajas. No considerar el comportamiento reoespesante del

concreto puede ocasionar la destrucción de equipos, pérdidas económicas y aumentar el

riesgo en el sitio de trabajo. (Galvez Moreno, 2015)

Robustez De Los Concretos Autocompactantes. La robustez es la capacidad de

que una mezcla tolera cambios y variaciones en sus componentes y procedimiento de

producción que son inevitables durante su elaboración, sin alterar significativamente sus

propiedades hasta su colocación. El estudio de la robustez depende de los materiales

disponibles de cada región y sus características particulares, de esta manera, se puede decir

que el estudio de este comportamiento es específico para cada diseño de mezcla, sin

embargo, las metodologías de estudio son aplicables para cualquier diseño de mezcla

(Galvez Moreno, 2015). En la actualidad existen pocas investigaciones sobre la robustez.

La robustez de una mezcla de concreto es la tolerancia total de sus propiedades en

estado fresco a fluctuaciones causadas por variaciones en los materiales constituyentes,

condiciones de humedad de los agregados, temperatura del concreto o alguna combinación

de estas. (Galvez Moreno, 2015). La falta de robustez de un concreto autocompactante puede

resultar en una segregación y sangrado significativo. Un concreto autocompactante robusto

permite que el productor sea más consistente respecto de las propiedades del concreto que

entrega; debido a que su producto es menos susceptible a variaciones debido a fluctuaciones


44

en las propiedades de los materiales y proceso de fabricación, pero para productores de

concreto premezclado es problemático, debido a que hay más factores en juego que

requieren ser controlados con mayor precisión. Algunos de estos factores son:

- Humedad en los agregados

- Densidad de la pasta

- Distribución granulométrica

- Energía de mezclado

- Imprecisión al dosificar los ingredientes

La EFNARC (2003), sugirió que una mezcla robusta debe tolerar cambios en su

dosificación de agua de mezcla hasta de ± 10 litros/m3. En el documento “” (2015) realizó

un estado del arte de los últimos 10 años y encontró que, ha existido un esfuerzo por parte

de diversos investigadores por cuantificar la robustez de los concreto autocompactante, así

como también delimitar rangos de fluctuación para una gran diversidad de variables y

materiales de distintas características en los cuales las mezclas mantienen sus propiedades.

Como factor común, se destaca la existencia de una combinación de métodos empíricos y

estadísticos para lograr identificar los límites máximos de tolerancia dentro de los cuales las

mezclas se mantienen robustas. Además, se destaca el uso de la evaluación directa de

parámetros reológicos para caracterizar el impacto de las inconsistencias presentes en varias

etapas del proceso de producción y en las propiedades de los materiales en el flujo del

concreto autocompactante.

Polietileno De Alta Densidad. El polietileno de alta densidad (PEAD) es un

termoplástico los cuales necesitan calor para deformarse y después enfriarse para mantener

45

la forma en la cual fueron moldeados. Algunas de sus propiedades mecánicas son, su

elongación, tensión, resistencia a la fatiga, resistencia al impacto, resistencia al rasgado,

resistencia a la abrasión y dureza.

El polietileno de alta densidad es el polímero sintético de mayor producción en el

mundo. Tiene la característica de ser inodoro, incoloro, no es tóxico y se obtiene a baja

presión.

Este polímero se caracteriza por ser menos dúctil que el polietileno de baja densidad,

aunque es más duro, más fuerte y cuatro veces menos permeable. Por su composición física

y química es sumamente resistente a los golpes y a productos químicos.

Las aplicaciones más comunes del PEAD son en la producción de botellas flexibles,

tubos, recipientes, materiales de revestimientos para tanques, aislantes eléctricos, laminas

para la construcción de edificios, entre otros.

El símbolo de reciclaje del PEAD se presenta en la Ilustración 13.

Ilustración 13: Símbolo de reciclaje polietileno de alta densidad

Nota: Tomado de “Guía Inteligente sobre Plásticos” (Sea Studios Foundation)

La Ilustración 14, presenta el plástico PEAD recuperado granulado con el cual se

realizó la investigación, el tamaño, en su gran mayoría el tamaño de partícula es inferior a


46

6mm y pasan por el tamiz Nº4, por este motivo, se dice que se utilizara como parte del

agregado fino o Arena.

Ilustración 14: Polietileno de alta densidad.

Las fotografías presentadas a continuación, son las realizadas con un microscopio

electrónico perteneciente a la Universidad Nacional de Colombia, con el podemos

evidenciar que el plástico PEAD tiene rugosidades, las cuales pueden ser provechosas para

la adherencia con la matriz cementante del concreto y con este llegar a no obtener

resistencias mayormente inferiores al concreto sin esta adicción.

47

Fotografía 1: Fotografías del polietileno de alta densidad mediante un microscopio óptico.

*Escala 10:1

*Escala 60:1


48

Concreto Modificado Con Polietileno De Alta Densidad. El concreto modificado

con polietileno de alta densidad tratado en esta investigación se conforma como un concreto

hidráulico (cemento, agua, agregados pétreos y aditivos). La diferencia radica es que en el

concreto modificado con PEAD se reemplaza un porcentaje del agregado fino por

polietileno de alta densidad.

En este proyecto se presentarán algunas propiedades en estado fresco del concreto

modificado con polietileno de alta densidad.

49

Marco Metodológico

Tipo De Investigación

El estudio se clasifico como investigación experimental o de laboratorio.

Un estudio experimental según la publicación “Metodología De La Investigación”,

se caracteriza por la introducción y manipulación de un factor para determinar un efecto

positivo o negativo según sean su conclusión, proponen organizar la muestra en dos grupos;

Uno es el grupo "experimental" y el otro es el grupo "control" (Canales, Alvarado, & Pineda,

1994). En el primero se aplica la variable independiente, es decir, el factor de riesgo, para

luego evaluar el efecto o variable dependiente; en este caso es la mezcla con concreto

autocompactante con adición de PEAD. En el otro, no se aplica la variable independiente,

solo se mide el efecto “concreto autocompactante sin adición de PEAD”. Un estudio

experimental pretende comparar este efecto en ambos grupos (Canales et al., 1994).

Tomando como efecto los datos arrojados por los ensayos propuestos en el título “Alcance

Y Limitaciones” de la investigación. El proceso implementado por el diseño experimental

clásico se presenta en la Ilustración 15.

El diseño de una investigación experimental por la cual se rige esta investigación, se

realiza dentro de un lugar donde ocurre el fenómeno o en un laboratorio que para este caso

es el laboratorio de materiales el cual pertenece a la universidad Nacional de Colombia

donde el investigador parte de una hipótesis de trabajo presentada en título “Hipótesis“ el

cual pretende comprobar y explicar el fenómeno a estudiar “evaluar las propiedades en

estado fresco de un concreto autocompactante con adición de PEAD recuperado granulado”.


50

Ilustración 15: Diseño de la Investigación.

Nota: Adaptado de “Metodología De La Investigación” (Canales et al., 1994)

Diseño De Investigación

El diseño de la investigación es cuasi-experimental, Estos se consideran como

esquemas de investigación no aleatorias y por ello no es posible establecer de forma exacta

la equivalencia inicial de los grupos (Bono Cabre, 2012), es decir, aunque ambos grupos

tengan similares agregados (Fino, Grueso y Cementante) en este caso los resultados

arrojados en proyectos anteriores no presentan similitud entre ellos.

En este tipo de diseño se tiene un grupo control que en este caso estará conformado

por las muestras de concreto autocompactante y un grupo experimental que estará

conformado por la muestra de concreto autocompactante modificado con adición de PEAD.

Los grupos que serán sometidos a los ensayos nombrados anteriormente en el título

“Alcance Y Limitaciones” de este proyecto y con ello realizar una comparación entre los

grupos (control-vs-experimental).

Grupo de estudio experimental

Factor con variable independiente (PEAD)

Efecto

•Positivo•Negativo

Grupo Control Factor (Concreto autocompactante)

Efecto

•Positivo•Negativo

Medición

Variable Independiente

Medición

Variable Dependiente

51

Hipótesis

El concreto autocompactante con adición de PEAD con porcentaje de reemplazo de

8%, 10% y 12% del agregado fino tendrán propiedades en estado fresco y endurecido

explicados en el título “Bases Teóricas Y Conceptuales”, con diferencias despreciables a las

del concreto autocompactante sin esta modificación, con el fin de proponer su posible

utilización en construcciones civiles.

Variables

Las variables presentes en el estudio se reflejan en la Tabla 12.

Tabla 12: Variables de la investigación.

Población Y Muestra

Para esta investigación se tiene una población infinita que resulta ser todo volumen

de concreto vaciado con la resistencia de diseño a utilizar y una muestra establecida, según

normas internacionales y/o nacionales que se pueden observar en el título “Ensayos A

Porcentaje de PEAD X X

Resistencia al bloqueo L-box X X

Flujo de aentamiento X X

Resistencia al bloqueo AnilloJaponés

X X

Flujo de asentamiento t50 X XColumna de segregación X XReología con el EquipoReómetro ICAR 5000

X X

Resistencia a la compresión X X

Cualitativa Cuantitativa Dependiente Independiente


52

Evaluar”. Las muestras para a resistencia a la compresión se visualizan en la Tabla 13 y las

muestras de concreto en estado fresco se visualizan en la Tabla 14.

Las descripciones planteadas a continuación sobre las muestras son solo explicativas

no reflejan el procedimiento de ensayo en los cuales se evaluaron.

Tabla 13: Muestras de concreto endurecido para resistencia a la compresión

La muestra total de prueba es de 12 cilindros de prueba de dimensiones de diámetro

de 100mm y de alto 200mm. Los cuales representan 3 cilindros de prueba por mezcla. La

edad por evaluar es a los 28 días.

Tabla 14: Muestra concreto fresco

Especimenes al menos 2 cilindros por edad Al menos 3cilindros por edad

Dimensiones Diametro:150mm; Alto:300mm Diametro:100mm; Alto:200mmEnsayoEncofrado

Fundicion

Curado

Resistencia a la compresion, Resistencia a la tension* Asegurar bisagras * Verificar forma y dimensionesVaciar el concreto en 3 capas iguales, compactar con 25 golpes dados con una barra de acero por cada capa.Almacenar los especimenes en sus moldes hasta 48 horas en un ambiente que prevenga la perdida de humedad, remover los especimenes del molde y sumergirlos en un tanque de almacenamiento

Ensayos

Resitencia al bloqueo L-boxFlujo libre (Slump) Resitencia al bloqueo Anillo Japonés

Escurrimiento bajo el T50

Reología con el Equipo Reómetro ICAR 5000

Columna de segregacion

Muestra

Se requieren aproximadamente 30 litros de mezcla

Se requieren aproximadamentte 12,7 Litros de mezcla (NTC 5222)Se requieren aproximadamente 5 Litros de mezcla (NTC 5222)Se requieren aproximadamente 9,5 Litros de mezcla

Se requieren aproximadamente 5 Litros de mezcla (NTC 5222)

Se requieren aproximadamente 2 Litros de mezcla y TMN menores a 32mm

53

Plan Operativo.

El plan operativo que se presenta a continuación es el procedimiento general de la

investigación:

1. Identificación de las propiedades y características generales del concreto

autocompactante y el polietileno de alta densidad (PEAD).

1.1. Concreto convencional.

1.2. Concreto autocompactante.

1.3. Polietileno de alta densidad.

1.4. Concreto con adición de PEAD.

2. Determinación del diseño de la mezcla adecuada para el concreto con adición de

PEAD.

2.1. Ensayos y pruebas de calidad de los agregados, agua, PEAD y cemento.

2.2. Diseño de mezcla de un concreto autocompactante modificado con PEAD

con porcentajes de reemplazo del 12%, 10% Y 8% de su agregado fino.

3. Determinación de las propiedades en estado fresco del concreto autocompactante

con adición de PEAD.

3.1. Ensayos de propiedades en estado fresco del concreto autocompactante con

adición de PEAD.

4. Conclusiones de la evaluación de las propiedades en estado fresco de un concreto

autocompactante con adición de PEAD como porcentaje de su agregado fino.

4.1. Tabulación y representación gráfica de los datos obtenidos en los ensayos.

4.2. Análisis de los resultados.


54

Diseño De Mezcla

La base teórica del diseño de mezcla utilizada en este proyecto es la descrita en el

título “Bases Teóricas Y Conceptuales” para el concreto autocompactante. Para fines

prácticos, se diseñara la mezcla en base a lo presentado en el ACI 237 (2007) y para ellos

seguimos el procedimiento de Ilustración 2.

La Tabla 15 adaptada del ACI 237 proporciona una guía para seleccionar el objetivo

inicial del diseño, el cual es el flujo de asentamiento o asentamiento de la mezcla; en ella se

presentan los flujos de asentamiento para ciertas características de los elementos. Las áreas

resaltadas representan un problema potencial y deberían ser evitadas.

Se seleccionó un flujo de asentamiento entre 550mm a 650mm, el cual es un flujo

de asentamiento utilizado comúnmente y para ello se deben evitar las altas complejidades

de forma en elementos, un acabado de superficie alto, una gran longitud del elemento, un

bajo espesor y una baja energía de colocación.

La resistencia a la compresión puede no ser un factor decisivo al momento de

seleccionar la cantidad de cemento o polvos para diseñar una mezcla de concreto

autocompactante, a diferencia de como sucede en un diseño de mezcla de un concreto

convencional.

La relación a/c puede permanecer relativamente constante, pero el volumen de esta

relación puede aumentar, es decir, a medida que aumenta el asentamiento, los contenidos de

cemento o polvos y agua, también deben aumentar, y con ello lograr la habilidad de paso y

estabilidad requerida.

55

Tabla 15: Guía para seleccionar el flujo de asentamiento de la mezcla


Para realizar una mezcla de prueba se tomará un valor promedio de los

recomendados en la Tabla 16 adaptada del ACI 237 y a partir de estos se calibró la mezcla

hasta obtener el flujo de asentamiento proyectado para la mezcla sin adición de PEAD igual

a 600mm.

<550mm 550 a 650 mm >650mm

Bajo

Medio

Alto

Bajo

Medio

Alto

Bajo

Medio

Alto

Bajo

Medio

Alto

Bajo

Medio

Alto

Bajo

Medio

Alto

Bajo

Medio

Alto

Bajo

Medio

Alto

Car

acte

rist

icas

del

ele

men

to

Asentamiento

Espesor

Contenido de agregado grueso

Energia de colocacion

Nivel de Refuerzo

Complejidad de la forma del elemento

Profundidad del elemento

Importancia de acabado de la superificie

Longitud del elemento


56

Tabla 16: Contenido de cemento recomendado.


El ACI 237R-07 en su numeral 4.4.3 recomienda una guía de proporciones para la

construcción de una mezcla de prueba, la cual se resume en la Tabla 17.

Tabla 17: Proporciones para mezcla de prueba


Se tomó un valor entre los rangos expresados en la Tabla 17 para realizar la

evaluación del concreto autocompactante, teniendo en cuenta que no se debe tomar como

una dosificación única ya que está sujeta a muchas variables (Contenido de humedad,

Calidad del aditivo, entre otros) que pueden ocasionar cambios en su condición final, cabe

aclarar que los agregados a utilizar deben cumplir con los lineamientos de la NTC174.

Para mejorar la plasticidad de la mezcla se empleó un aditivo reductor de agua,

ASTM C 494, estos pueden reducir la mezcla de agua en un 2 por ciento o más y aumentar

la extensibilidad del flujo; además, se utilizó un aditivo modificar de viscosidad para que no

se presente segregación o sangrado en el concreto, cabe aclarar que el volumen de los

aditivos líquidos se incluye como parte del volumen total del agua de mezcla.

Asentamiento <550 mm

Asentamiento 550-650 mm

Asentamiento >650 mm

Contenido de cemento (Kg/m3) 355 - 385 385 - 445 >458

Volumen absoluto de agregado grueso* 28 a 32 % (TMN >12mm)

Fraccion de pasta (Calculada en volumen) 34 a 40 % (volumen total de mezcla

Fraccion de Mortero (Calculada en volumen) 68 a 72% (Volumen total de mezcla)

Relacion a/c Tipica 0,32 a 0,45

Contenido de cemento tipico (386 a 475 (Kg/m3)

* Hasta 50% (TMN = 3/8")

57

Los materiales utilizados en esta investigación fueron cemento grado estructural

(ARGOS), agregado grueso de ½”, arena lavada, un aditivo en base polycarboxilato de

TOXEMENT S.A (PLASTOL 7000) y un aditivo modificador de viscosidad de

TOXEMENT S.A (EUCON ABS) para el concreto autocompactante sin adición de PEAD,

y para el concreto autocompactante con adición de PEAD, se necesitaron los materiales

expuestos anteriormente , con la adición del plástico polietileno de alta densidad granulado

recuperado.

Las propiedades del aditivo superplastificante y el aditivo modificador de viscosidad

se obtienen de la ficha técnica de cada producto específico.

El procedimiento utilizado para el diseño de mezcla del presente proyecto es el

siguiente:

1. Realizar los ensayos de caracterización física de los agregados, en especial los

de masa unitaria y densidad y para el cemento realizar el ensayo de densidad.

2. Realizar el ensayo de humedad natural cada día que se realizase la mezcla.

3. Fijar el flujo de asentamiento deseado.

4. Con los porcentajes fijados en la Tabla 17, fijar las propiedades deseadas.

5. Con los valores fijados en el paso anterior hallar la cantidad de la mezcla en

volumen, para obtener 1m3 de mezcla. Se debe tener en cuenta que el PEAD

hace parte del agregado fino.

6. Determinar las densidades de la mezcla de agregados arena y grava.

7. Determinar la cantidad de materiales por metro cubico.

8. Realizar la corrección por humedad en los agregados.


58

9. Definir la cantidad de utilización de aditivos.

10. Contrastar los porcentajes de la nueva mezcla por corrección de humedad con

los presentados en la Tabla 17.

11. Realizar mezcla de prueba.

Si el flujo de asentamiento de la mezcla de prueba no es el del diseño, se procede a

variar la cantidad de aditivos, sin superar los máximos sugeridos en la ficha técnica.

Si se desea se puede verificar el diseño de mezcla, bajos los estándares presentados

por la federación europea dedicada a sistemas específicos de concreto y productos químicos

especializados para la construcción (EFNARC, 2003) que están consignados en la Tabla 6

La dosificación presentada en el título “Resultados De Ensayos De Caracterización

Física De Agregados Y Diseño De Mezcla” se encuentra bajo los estándares mencionados

anteriormente de la ACI-237.

Descripción De Ensayos De Caracterización Física De Los Materiales

El concreto como se mencionó en el título “Bases Teóricas Y Conceptuales” está

constituido por una serie de materiales los cuales son: cemento, arena, triturado, agua y

aditivos. Esta investigación tendrá como premisa reemplazar un porcentaje de arena por

polietileno de alta densidad (PEAD) a esta mezcla. Los materiales que se utilizaron deben

pasar por una verificación de calidad para que se puedan considerar aptos en cualquier tipo

de construcción. Los resultados arrojados por los ensayos de calidad se encuentran en el

título “Ensayos De Caracterización Física De Agregados” de esta investigación.

59

Agregado Grueso

Para esta investigación se tendrá un agregado grueso de Tamaño Máximo Nominal

(TMN) de ½” (12,7mm) ya que es el tamaño más común que se presenta en la región y es

utilizado comúnmente en la industria de la construcción.

Agregado Fino

Para esta investigación se proponen dos agregados finos los cuales son: Arena y

polietileno de alta densidad (PEAD).

Granulometría De Los Agregados.

La granulometría está definida como la distribución de los tamaños de partículas que

constituyen una masa de agregados. El análisis granulométrico consiste en dividir una parte

o muestra del agregado en fracciones de igual tamaño; la cuantía obtenida de cada fracción

se le conoce como granulometría (American Concrete Institute, 2002)

La muestra del material se obtiene a partir de los descrito en la norma NTC 3674

(Practica para la reducción del tamaño de las muestras de agregados, tomada en campo, para

la realización de ensayos); esta norma describe tres métodos de reducción del tamaño de la

muestra y la utilizada en esta investigación fue por el método del cuarteo; el cual consiste

en que la muestra principal se mezcla hasta que posea un aspecto uniforme, en el caso del

agregado fino se humedece para evitar la segregación del material, luego, se amontona en

forma cónica y se procede a revolver con la pala para formar un nuevo cono, este proceso

se repite dos veces; el último paso consiste en aplanar el cono y dividirlo en cuatro, se

procede a descartar dos opuestos y los otros dos forman la muestra de ensayo.

El análisis granulométrico consiste en hacer pasar una muestra del agregado por

tamices que tienen una abertura cuadrada y cuyas características deben ajustarse a la NTC


60

32 (Tejidos de alambre y tamices para propósito de ensayo). La operación del tamizado debe

ejecutarse bajo la norma NTC 77 (Método para el análisis por tamizado de los agregados

finos y gruesos). El fin de este método es hallar el porcentaje de material retenido dada por

la ecuación 3, para posteriormente con los datos obtenidos por el ensayo y los limites

propuestos por la NTC 174 (Especificaciones de los agregados para el concreto) se procede

a aprobar o rechazar el uso del agregado. %𝑅𝑒𝑡 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 ∗ 100 (3)

Según la Tabla 18, tomada de la NTC 77; la cantidad de la muestra estudiada para el

agregado grueso de esta investigación es de 2 Kg.

Tabla 18: Tamaño mínimo de la muestra para el agregado grueso

Nota: Tomado de “Concretos. Método de ensayo para el análisis por tamizado de los

agregados finos y gruesos” (NTC 77, 2007)

Es necesario conocer el módulo de finura del agregado fino el cual es un índice para

determinar las características granulométricas y se calcula con la ecuación 4:

Tamaño maximo nominal aberturas cuadradas (mm)

Masa minima Muestra de ensayo (Kg)

9.5 1

12.5 2

19 525 10

37.5 1550 2063 3575 6090 100

100 150125 300

61

𝑀. 𝐹 = 𝛴 % 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑡𝑎𝑚𝑖𝑐𝑒𝑠100 (4)

Según la NTC 77, el tamaño de la muestra de ensayo debe ser de mínimo 300g, pero

se cree que no es una muestra representativa del agregado por lo tanto se tomara una muestra

de 800g.

Cabe resaltar que Según la ASTM C125 (ASTM Standard C125, 2010) un agregado

fino pasa casi completamente por el tamiz N° 4. Las partículas PEAD pasan completamente

por el tamiz ¾” y la mayoría por el Tamiz N°4, pero no pasan por el tamiz N° 8, por lo tanto,

se considera agregado fino, pero no es posible realizar su granulometría.

Los resultados obtenidos se visualizan en el título “Ensayos De Caracterización

Física De Agregados.”

Masa Unitaria

Se define masa unitaria como una cantidad de masa por unidad de volumen. Para

más información acerca de la determinación de la masa unitaria de agregados se pueden

dirigir a la NTC 92. Los resultados obtenidos del ensayo de masa unitaria se encuentran en

el título “Ensayos De Caracterización Física De Agregados”.

Masa Unitaria Compacta. Se entiende por masa unitaria compacta, al grado de

acomodamiento del agregado, cuando se ha sometido a compactación por vibración, por lo

tanto, aumenta la masa unitaria.

La importancia de este factor radica en que con él se determinan los volúmenes

absolutos de agregados en el diseño de mezcla; ya que el agregado va a quedar confinado

dentro de la masa de concreto (Sánchez De Guzmán, 2001).

El ensayo de masa unitaria compacta se llevó a cabo bajo la acción de compactación

y su procedimiento se describe de la siguiente manera; se procede a llenar una tercera parte


62

del molde y se nivela (enrasa) la superficie, luego, se compacta la primera capa del agregado

con 25 golpes distribuidos uniformemente sobre la superficie dados con una barra de

apisonamiento definida por la norma NTC 92, acto seguido se completan las dos terceras

partes del molde, se nivela y se compacta nuevamente y finalmente, se llena el molde

completo, se compacta de nuevo en la forma descrita anteriormente, se nivela la superficie

del agregado, de tal forma que las partes sobresalientes de las partículas más grandes que

conforman el agregado grueso, compensen aproximadamente los vacíos dejados en la

superficie bajo el borde del molde.

Se debe tener especial cuando a la hora de compactar ya que cuando se realice este

procedimiento en la primera capa, no se debe golpear el fondo del molde, en la compactación

de la segunda y última capa, se aplica un esfuerzo considerable, evitando que la penetración

de la barra de apisonamiento no penetre la capa anteriormente compactada.

Para calcular los factores se hace necesario determinar la masa del molde vacío y la

masa del molde más el agregado, con esto se registra los valores con una aproximaci6n de

0,05 kg. A continuación, se presenta la ecuación 5 con la cual se halla el factor de masa

unitaria compacta (M.U.C) (NTC174, 2000). 𝑀. 𝑈. 𝐶 = 𝑀𝐴𝑆𝐴 𝐷𝐸𝐿 𝐴𝐺𝑅𝐸𝐺𝐴𝐷𝑂∗(𝑀𝐴𝑆𝐴 𝐷𝐸𝐿 𝐴𝐺𝑅𝐸𝐺𝐴𝐷𝑂+𝑀𝑂𝐿𝐷𝐸)𝑉𝑂𝐿𝑈𝑀𝐸𝑁 𝐷𝐸𝐿 𝑀𝑂𝐿𝐷𝐸 (5)

Masa Unitaria Suelta. Se denomina masa unitaria suelta al material que se

encuentra en estado normal de reposo, debido a esto, su masa unitaria es menor con respecto

a la masa unitaria compacta.

El valor de la masa unitaria suelta es de vital importancia cuando se van a manejar

los agregados, por ejemplo para su transporte (Sánchez De Guzmán, 2001).

63

El procedimiento a seguir es el catalogado como “paleo”; el cual consiste en llenar

completamente el molde con una pala, descargando el agregado desde una altura que no

exceda los 50 mm sobre el borde del molde, luego, se nivela la superficie del agregado, de

tal forma que las partes sobresalientes de las partículas más grandes que conforman el

agregado, compensen aproximadamente los vacíos dejados en la superficie bajo el borde del

molde.

Se pesa el molde más su contenido y el molde vacío; se registran los valores con una

precisión de 0,05 kg (NTC174, 2000) y el cálculo se realiza como se plantea en la ecuación

5.

Densidad Y Absorción

Las normas en la cual está basado el ensayo de densidad y absorción de los

agregados son la NTC 176 (Método de ensayo para determinar la densidad y la absorción

del agregado grueso) y la NTC 237 (Método de ensayo para determinar la densidad y la

absorción del agregado fino). A continuación, se presenta una breve descripción de los tipos

de densidades y absorción.

La densidad aparente es la relación entre la masa en el aire de un volumen dado de

agregado, incluyendo sus poros saturables y no saturables, (pero sin incluir vacíos entre

partículas) y la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a temperatura

establecida (NTC176, 2019).

La densidad aparente saturada superficialmente seca (SSS), se describe como la

relación entre la masa en el aire de un volumen dado de agregado, incluyendo la masa del

agua dentro de los poros saturables, (después de la inmersión en agua durante


64

aproximadamente 24 h), pero sin incluir los vacíos entre partículas; con la masa de un

volumen igual de agua destilada libre de gas a una temperatura establecida (NTC176, 2019).

Se denomina densidad nominal a la relación entre la masa en el aire de un volumen

dado de agregado, incluyendo los poros no saturables, y la masa de un volumen igual de

agua destilada libre de gas a una temperatura establecida (NTC176, 2019).

La absorción, se define como el aumento de la masa del agregado debido al agua que

se encuentra en los poros del material, pero sin incluir el agua adherida a la superficie

exterior de las partículas del agregado. El agregado se considera como "seco" cuando se ha

mantenido a una temperatura de 110 °C ± 5 °C por suficiente tiempo para remover toda el

agua no combinada (NTC176, 2019).

En el título “Ensayos De Caracterización Física De Agregados” se encuentran los

resultados correspondientes a la densidad y absorción de los agregados.

Contenido De Humedad

El contenido de humedad natural, se define como el porcentaje de humedad que

posee el agregado en estado de reposo a temperatura ambiente. La muestra debe ser

representativa según el lugar de abastecimiento que se va a ensayar y en el caso de agregados

de masa normal, la masa de la muestra no debe ser menor que la cantidad especificada en la

Tabla 19.

En el título “Ensayos De Caracterización Física De Agregados” se encuentran los

resultados correspondientes al contenido de humedad de los agregados.

65

Tabla 19: Masa mínima del agregado según su TMN

Nota: Tomado de “Método de ensayo para determinar la densidad y la absorción del

agregado grueso” (NTC176, 2019)

El contenido de humedad en los agregados se puede calcular mediante la utilización

de la ecuación 6. 𝐻 = 𝑊−𝐷𝐷 ∗ 100 (6)

Donde,

H: es el contenido de humedad, %.

W: es la masa inicial de la muestra, g.

D: es la masa de la muestra seca, g.

Propiedades Del Cemento

La mayor parte de las especificaciones para cemento Portland establecen límites a la

composición química y algunas propiedades físicas (NTC 121 y 321). A continuación, se

mostrarán las propiedades físicas y químicas de distintos cementos fabricados en Colombia,

realizados por Edwin Alberto Cortes Gomez y Jorge Enrique Perilla Sastoque de la

Tamaño maximo nominal (mm)

Masa Mínima de la muestra (grs)

6.3 500

9.5 1500

12.5 2000

19 300025 4000

37.5 600050 800063 1000075 13000


66

Universidad Militar Nueva Granada del año 2014. Gracias a este estudio se eligió el cemento

Argos porque es el comercial en la ciudad de Bogotá y presenta unas propiedades

aconsejables para la construcción.

Densidad. Las densidades encontradas por la investigación “Estudio comparativo

de las características fisico-mecanicas de cuatro cementos comerciales portland tipo I” la

cual se mencionó en el título “Propiedades Del Cemento”, se presentan en la Tabla 20.

Tabla 20: Densidad del cemento Argos.

Nota: Tomado de “Estudio comparativo de las características fisico-mecanicas de cuatro

cementos comerciales portland tipo I” (Cortes & Perilla, 2014)

Finura. La superficie especifica encontrada por la investigación “Estudio

comparativo de las características fisico-mecanicas de cuatro cementos comerciales portland

tipo I” la cual se mencionó en el título “Propiedades Del Cemento”, se presentan en la Tabla

21.

PARAMETROS ESTADISTICOS ARGOS

Valor promedio (Kg/m³) 2937Valor máximo (Kg/m³) 2957Valor mínimo (Kg/m³) 2910Desviasion estándar (Kg/m³) 14.86Coeficiente de variacion (%) 0.51

67

Tabla 21: Superficie especifica del cemento Argos



Masa Unitaria. Las masas unitarias encontradas por la investigación “Estudio

comparativo de las características fisico-mecanicas de cuatro cementos comerciales portland

tipo I” la cual se mencionó en el título “Propiedades Del Cemento”, se presentan en la Tabla

22.

Tabla 22: Masa unitaria suelta del cemento Argos



Resistencia Del Cemento En Cubos De Morteros. Las resistencias a la compresión

encontradas por la investigación “Estudio comparativo de las características fisico-

mecanicas de cuatro cementos comerciales portland tipo I” la cual se mencionó en el título

“Propiedades Del Cemento”, se presentan en la Tabla 23.


Promedio (cm²/gr) 4589.59Valor máximo (cm²/gr) 4597.2Valor mínimo (cm²/gr) 4578.04Desviasion estándar (cm²/gr) 5.37Coeficiente de variacion (%) 0.12


Promedio (Kg/m³) 825.91Valor máximo (Kg/m³) 846.22Valor mínimo (Kg/m³) 812.37Desviasion estándar (Kg/m³) 10.7Coeficiente de variacion (%) 1.3


68

Tabla 23: Resistencia a la compresión de los morteros Argos a edades de 3, 7 y 28 días.



Agua

El agua de mezcla cumple dos funciones muy importantes, permitir la hidratación

del cementante y hacer la mezcla manejable. El agua que se utiliza en la preparación de un

concreto o un mortero, parte cumple con la función de hidratar el cemento y el agua restante

no proporciona ninguna finalidad y con el tiempo se evapora, debido a esto, deja vacíos en

el concreto o mortero, por tal motivo, se disminuye la resistencia y la durabilidad (Rivera,

2009).

La cantidad de agua que requiere el cemento para hidratarse se encuentra alrededor

del 25% al 30% de la masa del material cementante, sin embargo, con esta cantidad la

mezcla no es manejable; para que la mezcla sea manejable, se requiere como mínimo una

cantidad de agua del orden del 40% de la masa del material cementante, por tal motivo, se

recomienda colocar la menor cantidad posible de agua para hacer manejable la mezcla y no

impacte de manera positiva las propiedades que se desean en el concreto o mortero (Rivera,

2009).

3 DIAS 7 DIAS 28 DIAS

Promedio (Mpa) 12.5 20.6 18.6Valor máximo (Mpa) 13 21.5 29.7Valor mínimo (Mpa) 12 19.1 27.7Desviasion estándar (Mpa) 0.4 0.8 0.7Coeficiente de variacion (%) 2.8 4 2.5

PARAMETROS ESTADISTICOSARGOS

69

El libro “Concreto simple” de Gerardo Rivera (2009) argumenta que “el agua de

mezclado es adecuada para producir concreto o mortero si su composición química indica

que es apta para el consumo humano”, es decir, el agua natural que se pueda beber y que no

tenga un olor o un sabor notable, podría servir para mezclar el concreto o el mortero; no

obstante, el agua que sirve para preparar estas mezclas puede que no sea apta para el

consumo.

Los requerimientos del agua para la elaboración de concreto se encuentran en la NTC

3459 “Agua para la elaboración de concreto” (NTC3459, 2001).

El agua proveniente del acueducto de Bogotá es de calidad; ya que, mediante control

y seguimiento permanente, se da cumplimiento a los estándares según el Decreto 1575/07 y

la Resolución 2115/07, además, la secretaria distrital de salud evalúa y otorga la

certificación del agua para el consumo humano; actualmente está en proceso de certificación

y el ultimo certificado fue otorgado el mes de junio del año 2018.

Ensayos A Evaluar

Los ensayos realizados en esta investigación son utilizados para medir las

propiedades del concreto en estado fresco y endurecido, tales ensayos se resumen en la Tabla

24.

Los ensayos mencionados en la Tabla 24, están plasmados en las normas

internacionales ASTM y en algunos casos en sus pares nacionales las normas técnicas

colombianas NTC; Dichas normas se encuentran consignadas en la Tabla 11 de esta

investigación.


70

Tabla 24: Metodología general de ensayos

ENSAYO FOTOGRAFIA* DESCRIPCION**

Resistencia al

bloqueo L-box

El ensayo de L-box consiste en

un contenedor en forma de L

dividido en dos secciones, una

vertical y la otra horizontal. Tres

barras de refuerzo se instalan

perpendicularmente a el numeral

horizontal adyacente a la puerta

corredera y estas hacen de

obstáculos. El numeral vertical

se llena con concreto,

inmediatamente se retira la

puerta corrediza, permitiendo

que el concreto fluya a través del

obstáculo hacia el numeral

horizontal. Se miden la altura del

concreto en el numeral vertical

(h1) y al final de el numeral

horizontal (h2). Se calcula la

relación de bloqueo igual a

h2/h1

71

Slump Flow

El Slump Flow se relación con la

capacidad de llenado de la

mezcla de concreto. Este ensayo

se realiza de forma similar al

ensayo usando el cono de

Marshall en la ASTM C143. Sin

embargo, en vez de medir la

distancia de caída, se mide la

distancia horizontal de la torta de

concreto. Daczño y Kurt en

2001 propusieron un índice de

estabilidad visual a través de la

calificación aparente de la torta

de concreto.

Resistencia al

bloque Anillo

Japonés

EL Anillo Japonés o Anillo-J

consiste en un anillo de barras de

refuerzo que se ajustan alrededor

de la base del cono de

asentamiento estándar

(Marshall). El cono se llena de

concreto, se levanta y se mide

horizontalmente la extensión

final de la torta de concreto y se

calcula la diferencia ente el valor

del Slump Flow y el Anillo-J


72

Flujo de

asentamiento t50

Se utiliza el mismo

procedimiento del Slump Flow.

Solo que en vez de medir

distancias se mide el tiempo que

la mezcla liquida tarda en ocupar

un círculo de 50cm de radio

Reología con el

Equipo Reómetro

ICAR 5000

El reómetro ICAR 5000 es un

equipo utilizado para medir la

reología de diferentes flujos.

Resistencia a la

compresión

La resistencia a la compresión de

un concreto se realiza llenando

unos encamisados cilíndricos, se

espera que este endurezca y se

procede a aplicar presión axial

en su cara superior. Con ello se

establece una resistencia última

del concreto bajo cargas axiales

de compresión

73

Columna de

Segregación

Este método de prueba cubre la

determinación de la segregación

estática del concreto

autocompactante midiendo el

contenido de agregado grueso en

las partes superior e inferior de

una muestra cilíndrica (o

columna).

*Fotografías de ensayos realizados con los equipos existentes. ** Las normas por las cuales se rigen estos ensayos se encuentran en Tabla 11.

La descripción particular y resultados obtenidos de los ensayos realizados en este

proyecto se encuentra consignados en el título “Análisis De Resultados En Estado Fresco Y

Endurecido.”.


74

Resultados De Ensayos De Caracterización Física De Agregados Y Diseño De Mezcla

En el presente capítulo se realizarán los ensayos pertinentes para la aprobación de

los materiales teniendo como base las normas técnicas internacionales ASTM (American

Society for Testing and Materials) o sus pares colombianos NTC (Normas Técnicas

Colombianas) y se diseñara la mezcla de cada concreto autocompactante.

Ensayos De Caracterización Física De Agregados

A continuación, se presentan los resultados de los ensayos de caracterización física

de los agregados gruesos y finos, de acuerdo, a las normas técnicas colombianas (NTC),

como se especifica en el título “Descripción De Ensayos De Caracterización Física De Los

Materiales”.

Granulometría.

Agregado Grueso. En la Tabla 25, Se presenta el análisis granulométrico con base

en la NTC 174 la cual nos da el límite superior e inferior para que un agregado grueso sea

aceptable para mezclas de concreto.

Tabla 25: Análisis Granulométrico del Agregado Grueso

TAMIZ PESO RETENIDO (g) % RETENIDO % RET ACU. % PASA

1" 0.00 0.00 0.00 100.00

3/4" 0.00 0.00 0.00 100.00

1/2" 23.90 0.96 0.96 99.04

3/8" 734.00 29.36 30.32 69.68

n° 4 1583.50 63.34 93.66 6.34

n° 8 157.70 6.31 99.96 0.04

fondo 0.00 0.00 99.96 0.04

total 2499.10 99.96

e(%) 0.04

75

En la Ilustración 16 se detalla el porcentaje de agregado que pasa vs la abertura del

tamiz, la cual es llamada curva granulométrica.

Ilustración 16: Curva Granulométrica del Agregado Grueso

Como se observa en la Ilustración 16 el agregado grueso es apto para la producción

de concreto ya que su el porcentaje de agregado que pasa por los tamices se encuentra dentro

de los lineamientos de la norma, por lo tanto, la curva granulométrica esta entre los límites

de aceptación estipulados por la NTC 174.

Agregado Fino. Según la NTC 77 el tamaño de la muestra de ensayo debe ser de

mínimo 300g, pero se cree que no es una muestra representativa del agregado por lo tanto

se tomara una muestra de 800g.

Arena. En la Tabla 26, Se presenta el análisis granulométrico con base en la NTC

174 la cual da el límite superior e inferior para que un agregado fino sea aceptable para

mezclas de concreto, además, se muestra el módulo de finura de este agregado.


76

Tabla 26: Análisis granulométrico y modulo del finura arena

En la Ilustración 17 se detalla el porcentaje de agregado que pasa vs la abertura del

tamiz, la cual es llamada curva granulométrica.

Ilustración 17: Curva granulométrica de la arena

TAMIZ PESO RETENIDO (g) % RETENIDO % RET ACU. % PASA

3/8" 0.00 0.00 0.00 100.00

N° 4 12.30 1.54 1.54 98.46

N° 8 146.80 18.35 19.89 80.11

N° 16 174.50 21.81 41.70 58.30

N° 30 153.50 19.19 60.89 39.11

N° 50 138.90 17.36 78.25 21.75

N° 100 99.00 12.38 90.63 9.38

Fondo 70.80 8.85 99.48 0.53

total 795.80 99.48

e(%) 0.53

2.93MODULO DE FINURA=

77

Como se observa en la Ilustración 17 la arena es apta para la producción de concreto

ya que su el porcentaje de agregado que pasa por los tamices se encuentra dentro de los

lineamientos de la norma, por lo tanto, la curva granulométrica esta entre los límites de

aceptación estipulados por la NTC 174.

Polietileno De Alta Densidad (PEAD). Según la ASTM C125 (ASTM Standard

C125, 2010) un agregado fino pasa casi completamente por el tamiz N° 4. Las partículas

PEAD pasan casi por completo por el tamiz N° 4 pero no pasan por el tamiz N° 8, por lo

tanto, se considera agregado fino, aunque no es posible realizar su granulometría.

Masa Unitaria Suelta Y Compacta

A continuación, se presentan los resultados obtenidos mediante los ensayos de masa

unitaria suelta (M.U.S) y masa unitaria compacta (M.U.C) descritos en el título “Descripción

De Ensayos De Caracterización Física De Los Materiales” de la presente investigación.

Agregado Grueso. En la Tabla 27 se presentan los resultados obtenidos bajo el

ensayo de masa unitaria compacta y suelta para el agregado grueso.

Tabla 27: Masa unitaria del agregado grueso

Agregado Fino. Los resultados de masa unitaria suelta y compacta del agregados

grueso y agregado fino se presentan a continuación.

Arena. En la Tabla 28 se presentan los resultados obtenidos bajo el ensayo de masa

unitaria compacta y suelta para la arena.

2811.71 cm³

2716.00 g

6452.00 g

6944.00 g

1.50 g/cm³

1.33 g/cm³

VOLUMEN DEL MOLDE

PESO MOLDE

PESO MOLDE + M SUELTA

PESO MOLDE + M COMPACTA

M.U.C

M.U.S


78

Tabla 28: Masa unitaria de la arena.

Polietileno De Alta Densidad. En la Tabla 29 se presentan los resultados obtenidos

bajo el ensayo de masa unitaria compacta y suelta para el PEAD.

Tabla 29: Masa unitaria del PEAD

Densidad Y Absorción

A continuación, se presentan los resultados obtenidos bajo el ensayo de

densidad y absorción descrito en el título “Descripción De Ensayos De Caracterización

Física De Los Materiales” de esta investigación.


ensayo de densidad y absorción para el agregado grueso.

2811.71 cm³

2716.00 g

6416.00 g

6950.00 g

1.51 g/cm³

1.32 g/cm³


VOLUMEN DEL MOLDE

PESO MOLDE


M.U.C

M.U.S

2811.71 cm³

2716.00 g

4164.00 g

4268.00 g

0.55 g/cm³

0.51 g/cm³


M.U.C

M.U.S

VOLUMEN DEL MOLDE

PESO MOLDE


79

Tabla 30: Densidad y Absorción del agregado grueso

Agregado Fino. A continuación, se presentarán los resultados obtenidos para el

ensayo de densidad y absorción, tanto para la arena, como para el PEAD

Arena. En la Tabla 31 se presentan los resultados obtenidos bajo el ensayo de

densidad y absorción para la arena.

Tabla 31: Densidad y absorción de la arena.

Polietileno De Alta Densidad. Para el agregado fino PEAD se realizó el siguiente

procedimiento para obtener su densidad, Se pesa el molde vacío, luego se pesa el molde, el

siguiente paso es pesar el molde con el PEAD y por último pesar el molde con agua y el

PEAD; para realizar este último paso es necesario colocarle una tapa al molde para que no

flote el plástico. Las ecuaciones 7 a la 9 son las utilizadas para este procedimiento. 𝑉𝑎𝑔𝑢𝑎 = (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑃𝐸𝐴𝐷 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎+𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒+𝑡𝑎𝑝𝑎+𝑎𝑔𝑢𝑎)−(𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑃𝐸𝐴𝐷 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑡𝑜+𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒+𝑡𝑎𝑝𝑎) ϒ𝑎𝑔𝑢𝑎 (7)

A 2299.20 g

B 2340.40 g

C 1427.00 g

2.56 g/cm³

1.79 %

2.63 g/cm³

2.51 g/cm³

ABSORSION=

MASA EN EL AIRE DE LA MUESTRA SECADA AL HORNO=

MASA EN EL AIRE DE LA MUESTRA SSS=

MASA EN EL AGUA DE LA MUSTRA SATURADA=

DENSIDAD APARENTE (SSS)=

DENSIDAD NOMINAL=

DENSIDAD APARENTE=

A 454.9 g

B 1209.9 cm³

S 495 g

C 1501.6 g

2.43 g/cm³

8.82 %

2.78 g/cm³

2.23 g/cm³

MASA EN EL AIRE DE LA MUESTRA SECADA AL HORNO=

DENSIDAD APARENTE=

MASA DEL PICNÓMETRO LLENO CON AGUA

MASA DE LA MUESTRA S.S.S

MASA DEL PICNÓMETRO CON LA MUESTRA Y AGUA

DENSIDAD APARENTE (SSS)=

ABSORSION=

DENSIDAD NOMINAL=


80

𝑉𝑝𝑒𝑎𝑑 = (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜)−(𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒+𝑎𝑔𝑢𝑎) ϒ𝑎𝑔𝑢𝑎 − 𝑉𝑎𝑔𝑢𝑎 (8)

𝐷𝑝𝑒𝑎𝑑 = (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑃𝐸𝐴𝐷 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎+𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒)−(𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜) 𝑉𝑝𝑒𝑎𝑑 (9)

Donde, Vagua es el volumen del agua, Vpead es el volumen del PEAD, Dpead es

la densidad del PEAD, ϒ𝑎𝑔𝑢𝑎 es la densidad del agua.

La densidad del plástico Polietileno de alta densidad recuperado no se altera, y esta

densidad es igual a 0.9g/cm3. Al realizar el procedimiento descrito en esta sección, se

obtuvo una densidad igual a 0.88g/cm3; al ver que la densidad no varía en gran cantidad se

optó por dejar la calcula.

La Tabla 32 nos presenta los resultados obtenidos debido al procedimiento anterior.

Tabla 32: Densidad del PEAD.

Contenido De Humedad

A continuación, se presentan los resultados obtenidos bajo el ensayo de contenido

de humedad descrito en el título “Descripción De Ensayos De Caracterización Física De Los

Materiales” de esta investigación. Los contenidos de humedad deben realizarse cada día en

2716.00 g

5522.00 g

21.00 °C

0.998 g/cm³

2806.00 g

4094.00 g

4100.00 g

5348.00 g

1378.00 g

1248.00 g

1250.54 ml

1561.17 ml

0.88 g/cm³

PESO DEL MOLDE VACIO

DENSIDAD DEL AGUA

PESO DEL AGUA

PEASO MASA SUELTA PEAD + MOLDE

PESO MASA SUELTA+MOLDE+TAPA

PESO DEL MOLDE CON AGUA

TEMPERATURA

DENSIDAD APARENTE PEAD

PESO MASA SUELTA PEAD+MOLDE+TAPA+AGUA

PESO MASA SUELTA PEAD

PESO MASA DE AGUA

VOLUMEN DE AGUA

VOLUMEN DE PEAD

81

los cuales se mezclará. Se recomienda realizar este ensayo cada vez que se realizara una

mezcla, ya que el contenido de agua es una variable muy sensible a la hora de realizar el

diseño de mezcla de un concreto autocompactante; se recomienda hallar tomar el promedio

de mínimo 2 muestras de cada agregado, si un ensayo vario demasiado con respecto al otro,

se recomienda realizar un tercer ensayo.


ensayo de contenido de humedad para el agregado grueso.

Tabla 33: Contenido de humedad agregado grueso.

Agregado Fino. A continuación, se presentarán los resultados obtenidos para el

ensayo de densidad y absorción, tanto para la arena, como para el PEAD

Arena. En la Tabla 34 se presentan los resultados obtenidos bajo el ensayo de

contenido de humedad para la arena.

Tabla 34: Contenido de humedad de la arena.

Polietileno De Alta Densidad. El PEAD al ser un pastico no presenta humedad

natural, por lo tanto, cuando se realizado el cálculo de este dio igual a cero o muy cercano a

este.

PESO DEL RECIPIENTE (g)

RECIPIENTE + M. HUMEDA(g)

FRECIPIENTE + M. SECA(g)

HUMEDADHUMEDAD PROMEDIO

219.40 1782.50 1777.70 0.31%

222.80 1783.40 1778.90 0.29%0.30%

PESO DEL RECIPIENTE (g)

RECIPIENTE + M. HUMEDA(g)

FRECIPIENTE + M. SECA(g)

HUMEDADHUMEDAD PROMEDIO

236.50 1844.00 1824.00 1.26%

179.50 1690.00 1667.00 1.55%1.40%


82

Diseño De Mezcla

En el título “Marco Metodológico” se encuéntrala metodología con la cual se diseñó

la mezcla. Fueron necesarias 7 mezclas de prueba para obtener el flujo de asentamiento para

el concreto autocompactante si adición de PEAD, a partir de esta dosificación se ajustó el

contenido de agua y aditivo superplastificantes PLASTOL 7000, para obtener la

dosificación de los concretos autocompactantes con reemplazo de agregado fino por PEAD.

Las mezclas no se realizaron en el mismo día, por lo tanto, fue necesario realizar el

contenido de humedad cada día de mezclado; por este motivo, los agregados podrían no

tener la misma humedad natural.

El diseño de mezcla para en concreto autocompactante sin adición de PEAD es el

siguiente:

1. Ingresar los parámetros de los materiales (Masa unitaria, Densidad, porcentaje de

humedad y porcentaje de absorción).

2. Fijar el flujo de asentamiento igual a 600mm.

3. Elección del Tamaño máximo nominal del agregado grueso igual a 1//2”.

4. Porcentajes iniciales en volumen (Volumen absoluto de agregado grueso, fracción

de pasta en volumen, fracción de mortero en volumen, relación a/c, contenido de

cemento en Kg/m3)

5. Con los porcentajes definidos anteriormente se calcula cantidad el volumen del

agregado grueso, pasta, agregado fino y mortero.

83

6. El PEAD formará parte del agregado fino y se reemplazará en 8%, 10% y 12% del

volumen del agregado fino calculado en el paso anterior, este paso solo se realizará

para las mezclas modificadas con PEAD.

7. Calcular la densidad y masa de la mezcla de arena y grava en conjunto, para luego

hallar la masa de arena y grava por separado.

8. Calcular las cantidades en masa de los materiales para la mezcla

9. Realizar la corrección por humedad natural presente en los agregados

10. Definir la cantidad de aditivos para este caso, el superplastificante PLASTOL 7000

y el modificador de reología EUCON ABS de TOXEMENT S.A.

Dosificación

Para hallar la dosificación, en primer lugar, es necesario conocer la cantidad de

mezcla para cada ensayo, la cantidad de mezcla se presenta en la Tabla 35 y las

dosificaciones que se presentan en la Tabla 36 se incluyó la ceniza volante o fly ash, porque

aumenta la fluidez de la mezcla, debido a su geometría esférica y composición.

Tabla 35: Cantidad de mezcla para ensayos en estado fresco.

Litros/EnsayoFlujo de Asentamiento 17J-Ring 17Flujo de asentamiento t50 17Caja en L 18Columna de segregacion 30Reometro 20


84

Tabla 36: Treceava dosificación

5.865 Kg1.955 Kg4.182 Kg0.023 Kg0.009 Kg8.323 Kg9.981 Kg

Sumatoria 30.339 Kg

CONVENCIONAL

Cemento=

EuconABS=

Flujo de Asentamiento; J-Ring; t-50

Fly ash=Agua=

Plastol=

Agregado grueso=Arena=

6.210 Kg2.070 Kg4.428 Kg0.025 Kg0.009 Kg8.813 Kg

10.569 Kg

Sumatoria 32.124 Kg

EuconABS=

Caja en L

Agua=Plastol=

Arena=

Cemento=Fly ash=

Agregado grueso=

10.350 Kg3.450 Kg7.381 Kg0.041 Kg0.015 Kg

14.688 Kg17.614 Kg

Sumatoria 53.539 Kg

Columna de Segregacion


Fly ash=Agua=

Plastol=

Cemento=

EuconABS=

6.900 Kg2.300 Kg4.920 Kg0.028 Kg0.010 Kg9.792 Kg

11.743 Kg

Sumatoria 35.693 Kg

Plastol=


Reometro

Cemento=Fly ash=

Agua=

EuconABS=

5.865 Kg1.955 Kg4.097 Kg0.027 Kg0.009 Kg8.322 Kg8.768 Kg

0.643 Kg

Sumatoria 29.686 Kg


PEAD=


12%

Cemento=Fly ash=

Agua=Plastol=

EuconABS=

6.210 Kg2.070 Kg4.338 Kg0.029 Kg0.009 Kg8.811 Kg9.284 Kg

0.681 Kg

Sumatoria 31.432 Kg

EuconABS=

Caja en L

Plastol=

Cemento=Fly ash=

Agua=

PEAD=


10.350 Kg3.450 Kg7.230 Kg0.048 Kg0.015 Kg

14.685 Kg15.473 Kg

1.135 Kg

Sumatoria 52.387 Kg

Cemento=Fly ash=

Plastol=



Agua=

PEAD=

EuconABS=

6.900 Kg2.300 Kg4.820 Kg0.032 Kg0.010 Kg9.790 Kg

10.315 Kg

0.757 Kg

Sumatoria 34.925 Kg

Arena=

PEAD=

Reometro

Cemento=Fly ash=

Agua=Plastol=

Agregado grueso=EuconABS=

85

5.865 Kg1.955 Kg4.114 Kg0.027 Kg0.009 Kg8.322 Kg8.973 Kg

0.536 Kg

Sumatoria 29.801 Kg

10%


Cemento=Fly ash=

Agua=Plastol=


PEAD=

EuconABS=

6.210 Kg2.070 Kg4.357 Kg0.028 Kg0.009 Kg8.811 Kg9.501 Kg

0.568 Kg

Sumatoria 31.554 Kg

EuconABS=

Caja en L

Cemento=Fly ash=

Agua=Plastol=


PEAD=

10.350 Kg3.450 Kg7.261 Kg0.047 Kg0.015 Kg

14.685 Kg15.835 Kg

0.946 Kg

Sumatoria 52.589 Kg

PEAD=

Cemento=Fly ash=

Agua=Plastol=



EuconABS=

6.900 Kg2.300 Kg4.841 Kg0.031 Kg0.010 Kg9.790 Kg

10.557 Kg

0.631 Kg

Sumatoria 35.060 Kg

Reometro


PEAD=

Cemento=Fly ash=

Agua=Plastol=

EuconABS=

5.865 Kg1.955 Kg4.176 Kg0.026 Kg0.009 Kg8.323 Kg9.148 Kg

0.429 Kg

Sumatoria 29.930 Kg

8%


Cemento=Fly ash=

Agua=Plastol=


PEAD=

EuconABS=

6.210 Kg2.070 Kg4.422 Kg0.027 Kg0.009 Kg8.812 Kg9.687 Kg

0.454 Kg

Sumatoria 31.691 Kg

EuconABS=

Agua=Plastol=


PEAD=

Caja en L

Cemento=Fly ash=

10.350 Kg3.450 Kg7.369 Kg0.046 Kg0.015 Kg

14.687 Kg16.144 Kg

0.757 Kg

Sumatoria 52.818 Kg


PEAD=

EuconABS=


Cemento=Fly ash=

Agua=Plastol=

6.900 Kg2.300 Kg4.913 Kg0.030 Kg0.010 Kg9.791 Kg

10.763 Kg

0.505 Kg

Sumatoria 35.212 Kg


PEAD=

Reometro

Cemento=Fly ash=

Agua=

EuconABS=Plastol=

Protocolo De Mezcla Y Ensayo.

Para que los ensayos en estado fresco tengan igualdad de condiciones, se propuso el

siguiente protocolo de mezcla y ensayo.

1. Pesar todos los materiales para cada dosificación.

2. Mezclar con la planetaria los agregados (arena, grava y PEAD) durante

aproximadamente 1 minuto.

3. Adicionar a la mezcla entre el 60 y 70% del agua de mezclado, y dejar girar por otro

minuto aproximadamente. Con este contenido de agua, se puede decir que el

agregado se encuentra en su estado saturado superficialmente seco.

4. Adicionar los cementantes (Cemento y Ceniza Volante) en la mezcla y girar durante

30 segundos aproximadamente.

5. Adicionar el agua de mezclado restante.

6. Realizar el ensayo pasados aproximadamente 10 minutos de adicionado el agua de

mezclado restante.

87

Análisis De Resultados En Estado Fresco Y Endurecido.

A continuación, se presentan los resultados obtenidos de los ensayos en estado fresco

y resistencia a la compresión de las dosificaciones descritas en el título “Resultados De

Ensayos De Caracterización Física De Agregados Y Diseño De Mezcla”.

Ensayos Del Concreto Autocompactante

A continuación, se presentan los ensayos realizados a las diferentes mezclas de

concreto.

Mini Slump

El ensayo del mini slump, es un excelente punto de partida para dar una idea del

efecto del aditivo superplastificante o de los aditivos en general; por tal motivo, se consideró

realizar este ensayo.

Procedimiento. El siguiente procedimiento fue tomado del documento Identifying

incompatible combinations of concrete materials – Volume II – Test Protocol (Kozikowski

& Zemajtis, 2006).

1. Pese los materiales cementosos (aproximadamente 600 g es suficiente para una

mezcla típica) y agua para lograr la relación a/c requerida.

2. Mida la cantidad apropiada de aditivos químicos. Si las dosis son muy bajas, diluya

los aditivos y permita el exceso de agua en la medición de agua total.

3. Vierta los materiales secos en el tazón y encienda la mezcladora.

4. Agregue agua y comience el temporizador.

5. Mezcle durante 30 segundos y apague la batidora hasta 1 minuto y 30 segundos en

el temporizador.


88

6. Reinicie el mezclador y mezcle durante 30 s.

7. Coloque la pasta dentro del cono sobre una lámina acrílica en una sola capa. Sin

compactar.

8. Levante el molde rápidamente.

9. Mida y registre el diámetro de la torta de pasta en milímetros a través de dos ejes

perpendiculares.

10. Repita los pasos 6 a 9 para que el molde se levante a los 5, 10 y 30 minutos, o en

otros intervalos según sea necesario.

En la fotografía se observa el resultado del montaje del ensayo mini slump.

Fotografía 2: Resultado del montaje del ensayo mini slump

89

Fotografía 3: Asentamiento de dosificación 3 a los 10 min

Resultados. En la Tabla 37 encontramos las dosificaciones iniciales del ensayo con

el mini slump y en la Tabla 38 se presentan los resultados de su ensayo.

Tabla 37: Dosificaciones para ensayo de mini slump.

Cemento 540.00 gplastol 0.90 gAgua 239.10 gCeniza 60.00 gUtilizacion PlastolUtilizacion Ceniza 10.00%

Dosificacion 1 (A/C=0.40)

0.15%

Cemento 540.00 gplastol 1.20 gAgua 238.80 gCeniza 60.00 gUtilizacion PlastolUtilizacion Ceniza


0.20%10.00%


90

El porcentaje de utilización del Plastol 7000 y de ceniza volante en la Tabla 37, se

obtiene de la masa del cemento.

Tabla 38: Resultados de ensayo de mini slump.

La Tabla 38 nos presenta el radio de la muestra en mm, para los tiempos de 2, 5, 10

y 30 minutos, esto con el fin de hallar un diámetro de asentamiento de la pasta para iniciar

las mezclas de prueba con el concreto.

Análisis De Resultados. El objetivo de asentamiento para el concreto

autocompactante sin adición de PEAD es de 600mm, por lo tanto, mediante el asentamiento

en el mini slump se pretendía obtener un porcentaje de utilización de ceniza volante y aditivo

superplastificante (PLASTOL 7000).


0.25%10.00%

Dosificacion 3 (A/C=0.40)Cemento 540.00 gplastol 1.80 gAgua 238.20 gCeniza 60.00 gUtilizacion PlastolUtilizacion Ceniza


0.30%10.00%


0.30%25.00%


Dosificacion 1 Dosificacion 2 Dosificacion 3 Dosificacion 4 Dosificacion 5

2 27 37 80 130 1305 26 33 72 125 12010 26 31 70 125 14030 20 26 60 80 140

Tiempo (min)Radio (mm)

91

Como se observa en la Tabla 37 a medida que se incrementa una variable

(PLASTOL) la se obtiene un mayor asentamiento, pero a cierto tiempo de mezclados este

comienza a decrecer su propiedad o a mantenerse estable.

Se inició la mezcla de concreto autocompactante con la dosificación 3, donde se

tenía una utilización de Plastol al 0.30% de la masa del cemento y un para la ceniza volante

un 10%, pero no fue posible llegar al asentamiento requerido; por lo tanto, se optó por

realizar otra mezcla con la dosificación 4, pero igual no se logró el objetivo; debido a esto

se optó a cambiar la cantidad de utilización de la ceniza volante, y en la literatura se habla

que un porcentaje de utilización aceptable es de hasta 25%; se decidió hacer esto porque

dada la forma redondeada de la ceniza volante, tiene la propiedad de hacer fluir un poco más

la mezcla de concreto.

La fotografía se observa el asentamiento de la mezcla para la dosificación 3 y en la

fotografía se observa el asentamiento de la mezcla con la dosificación 5.

Para llegar a diseño de mezcla definitivo fue necesario realizar varias mezclas de

prueba variando la cantidad de ceniza volante.

Se concluye que este ensayo es de gran ayuda a la hora de hacer un concreto

autocompactante, ya que da un punto de partida para la mezcla de prueba; además se

propone que al realizar este ensayo el asentamiento de la pasta debe ser como mínimo la

quinta parte del asentamiento proyectado de diseño, es decir que el radio de la torta del mini

slump en milímetros debe ser la quinta parte del diámetro del asentamiento proyectado para

el concreto autocompactante.


92

Flujo De Asentamiento (Slump Flow)

Este ensayo se utiliza para evaluar la capacidad de flujo en ausencia de obstrucción

de un concreto autocompactante, además, proporciona información acerca de la consistencia

y cohesividad del concreto, y como se expresó en el título “Ensayos A Evaluar” se puede

medir la segregación de la mezcla con el índice de estabilidad visual, el cual consiste en:

1. La cantidad visual de agregado grueso en los bordes de la mezcla con respecto a

la cantidad que se encuentra en el centro de la mezcla.

2. La formación de un halo de pasta alrededor de la mezcla.

Los valores y clasificación del índice de estabilidad se encuentran consignados en la

Tabla 39.

Tabla 39: Índice de estabilidad visual.

Procedimiento. El siguiente procedimiento fue adaptado del documento NTC 5222

“Métodos de ensayo para medir el flujo libre, flujo restringido y segregación en concretos

autocompactantes” (NTC5222, 2003)

1. Verificar que la base esté en una superficie horizontal nivelada y estable.

INDICE DE ESTABILIDAD VISUAL

CRITERIO

0 = Altamente Estable No se evidencia segregación o sangrado

1 = EstableNo se evidencia segregación y se observa un ligero sangrado como un brillo en la masa de concreto

2 = InestableSe evidencia un ligero halo* de mortero <= 10 mm y/o una pila de agregados en el centro de la masa de concreto

3 = Altamente InestableSeguramente segregado por evidencia de un halo de mortero > 10 mm y/o una gran pila de agregados en el centro de la masa de concreto

halo= anillo o circulo de mortero en la parte más alejada del centro de la muestra

93

2. Humedecer el cono y la superficie de la base (eliminar el exceso de agua con un

trapo).

3. Colocar y centrar el cono de asentamiento en la base (en posición normal). Según la

ASTM se pueden seguir 2 procedimientos de llenado, el procedimiento A con el

diámetro superior contra la base nivelada, o el procedimiento B con el diámetro

inferior contra la base nivelada.

4. Tomar una muestra representativa del concreto y homogeneizarla en el recipiente.

5. Llenar en una sola capa el cono sin ningún tipo de consolidación.

6. Enrasar o eliminar cualquier exceso de concreto en el cono y limpiar la superficie de

la base con un trapo húmedo, si es necesario.

7. Levantar el cono verticalmente, en forma lenta, tomándolo por las dos agarraderas.

8. Cuando el concreto se haya esparcido en la tabla y se haya estabilizado el flujo,

medir el diámetro final (D); efectuar dos mediciones ortogonales sobre la torta de

concreto.

9. Registrar el resultado de las medidas de los dos diámetros, y el promedio de ambos

es el asentamiento del concreto.

Para la NTC 5222 Las dos lecturas no deben diferir en más de 50 mm, para que el

ensayo no es válido, sin embargo el EFNARC (2003) dice que nos enuncia que no existe un

consejo general sobre las tolerancias razonables, aunque 50mm puede ser un valor adecuado.

Según el EFNARC (2003), se requiere un asentamiento de por lo menos 650 mm,

para que con su peso propio sea capaz de llenar el encofrado.


94

Resultados. La Tabla 40 contiene los resultados para el ensayo de asentamiento, y

mediante las fotografías se puede inferir el índice de estabilidad visual.

Tabla 40: Resultados de ensayo de Asentamiento (Slump Flow).

Fotografía 4: Asentamiento del concreto Sin adición de PEAD

ASENTAMIENTO (cm)

ASENTAMIENTO (cm)

595857575858625659616263

SIN ADICION DE PEAD

12% PEAD

10% PEAD

8% PEAD

58.0

57.7

59.0

62.0

95

Fotografía 5: Asentamiento del concreto con 12% de PEAD



96


Análisis De Resultados. Los asentamientos entre el menor y mayor valor varían en

aproximadamente 5cm, por lo tanto, se propone que son comparables.

Los concretos llegaron aproximadamente al asentamiento propuesto, y según la

Tabla 39 el índice estabilidad visual es estable. Se observa que para el concreto

autocompactante sin adición de PEAD, no se observa signos de sangrado o segregación,

pero se observa un agrupamiento de finos en el centro de la torta, para el concreto

autocompactante con 12% y 10% de PEAD, se observa un leve agrupamiento de agregado

grueso en el centro de la torta, y para el concreto autocompactante con 8% de PEAD, se

observa un mayor agrupamiento de agregado grueso con respecto a los concretos con 12%

y 10% de PEAD; sin embargo, no se considera inestable.

97

Flujo De Asentamiento t50

Este ensayo al igual que el Asentamiento, es de utilidad ya que proporciona

información acerca de la capacidad de llenado, y como se expresó en el título “Ensayos A

Evaluar” su procedimiento es idéntico al del flujo de asentamiento.

Según la NTC 5222 el tiempo usual para alcanzar un diámetro de 500mm es de

menos de 3 segundos, la norma ASTM C1611(2009) no estima un tiempo usual y el

EFNARC (2003) menciona el trabajo de Brite EuRam el cual sugiere que un tiempo de 2-5

segundos es correcto para aplicaciones en edificaciones, mientras que un tiempo de 3-7

segundos es aceptable en otras aplicaciones de ingeniería civil.




1. Verificar que la base esté en una superficie horizontal nivelada y estable.

2. Humedecer el cono y la superficie de la base (eliminar el exceso de agua con un

trapo).

3. Colocar y centrar el cono de asentamiento en la base (en posición normal). Según la

ASTM se pueden seguir 2 procedimientos de llenado, el procedimiento A con el

diámetro superior contra la base nivelada, o el procedimiento B con el diámetro

inferior contra la base nivelada.

4. Tomar una muestra representativa del concreto y homogeneizarla en el recipiente.

5. Llenar en una sola capa el cono sin ningún tipo de consolidación.

6. Enrasar o eliminar cualquier exceso de concreto en el cono y limpiar la superficie de

la base con un trapo húmedo, si es necesario.


98

7. Levantar el cono verticalmente, en forma lenta, tomándolo por las dos agarraderas.

Medir el tiempo para el cual la torta de concreto alcanza 500 mm de diámetro.

Resultados. La Tabla 41 contiene los resultados para el ensayo flujo de asentamiento

t50.

Tabla 41: Resultados ensayo flujo de asentamiento t50.

Fotografía 8: Tomo de tiempo para concreto autocompactante con 10% de PEAD

SIN ADICION DE PEAD

12% PEAD 10% PEAD 8% PEAD

t50 (seg) 1.35 1.18 1.87 1.19

99

Fotografía 9: Tomo de tiempo para concreto autocompactante con 8% de PEAD

Análisis De Resultados. Como se indica en la Tabla 41, ningún concreto

autocompactante paso los 3 segundos que sugiere la norma NTC 5222, por lo tanto, se

concluye que la capacidad de llenado bajo la consideración del ensayo flujo de asentamiento

t50 es aceptable.

Resistencia Al Bloqueo Con La Caja En Forma De L (L-Box)

Este ensayo está basado en un diseño japonés y evalúa la capacidad de paso. El

concreto es capaz de fluir ayudado por su propio peso y con ello superar el boque que genera

el refuerzo.

El EFNARC (2003) nos expresa que cuanto más cerca este el valor dela relación de

bloqueo a la unidad mejor será el flujo del concreto. El equipo de investigación de la UE


100

sugirió un valor mínimo de 0.8. Para los periodos T20 y T40 no hay un acuerdo sobre los

valores adecuados, sin embargo, ofrecen una indicación sobre la capacidad de fluir.




1. Humedecer la caja en forma de L (eliminar el exceso de agua con un trapo).

2. Verificar que la caja en forma de L se encuentra nivelada y estable.

3. Tomar una muestra representativa del concreto con el balde o recipiente.

4. Llenar la parte vertical de la caja en una sola capa, vertiendo el concreto

continuamente hasta que alcance el borde superior de la caja, manteniendo la

compuerta cerrada. Se requieren aproximadamente 12,7 L de mezcla.

Experimentalmente fue necesario mezclar aproximadamente 25 L.

5. Enrasar o eliminar cualquier exceso de concreto en el embudo y dejar el conjunto en

reposo por cerca de 1 min.

6. Levantar la compuerta de la L, permitiendo el flujo del concreto en la parte

horizontal de la caja a través del refuerzo.

7. Medir el tiempo que transcurre desde que se levanta la compuerta hasta que el

concreto fluye una distancia de 400 mm (a partir de la compuerta). Y una vez el

concreto se ha detenido, medir las alturas Ho y Hx (ver la

8. Ilustración 18 expresando el resultado como una fracción decimal.

9. Registrar el resultado de la relación Hx/Ho y la medida del tiempo en segundos. Para

la normativa europea h2/h1.

101

Ilustración 18: Parámetros de ensayo de la Caja en L

Nota: Tomado de “Métodos de ensayo para medir el flujo libre, flujo restringido y

segregación en concretos autocompactantes” (NTC5222, 2003)

Resultados. La Tabla 42 contiene los resultados para el ensayo de Caja en L.

Tabla 42: Resultados ensayo caja en L.

Ho (cm)PROMEDIO

Ho (cm)Hx (cm)

PROMEDIO Hx (cm)

RELACION Hx/Ho

7.3 57 5.5

7.3 69 8.5

8.3 8.39 8.3

8.8 9.38.5 9.28.8 9.28.5 9.18.3 98 8.8

SIN ADICION DE PEAD

12% PEAD

10% PEAD

8% PEAD

7.20

8.77

8.70

8.27

5.50

8.37

9.23

8.97

0.7639

0.9544

1.0613

1.0847


102

Fotografía 10: Ensayo general de caja en L.

Análisis De Resultados. Como se observa en la Tabla 42 el valor de Hx/Ho, el cual

es la relación de alturas dentro de la caja en L, se aproxima a 1, por lo tanto, se concluye la

mezcla de concreto es capaz de llenar un elemento horizontal a partir del llenado de un

elemento vertical con obstáculos.

Resistencia Al Bloqueo Con El Anillo Japonés

Este ensayo se ha desarrollado en la universidad de Paisley y tiene por objeto evaluar

la capacidad de paso del concreto autocompactante.

103

La norma ASTM C1621 (ASTMC1621, 2014), identifica una evaluación de

bloqueo, en la cual se relaciona el asentamiento en el anillo japonés y el asentamiento en el

cono de Marshall; Los valores de la evaluación de bloqueo se encuentran en la Tabla 43.

Tabla 43: Evaluación de bloqueo según el anillo J.

Nota: Adaptado de “Standard test method for passing ability of self-consolidating concrete

by J-Ring” (ASTMC1621, 2014)

Procedimiento. El siguiente procedimiento fue adaptado del documento EFNARC

(2003). Se requieren 6 litros de concreto para realizar el ensayo.

1. Nivelar y humedecer la placa base de asiento y el interior del cono de asentamiento.

2. Colocar el Anillo J centrado en la placa base y el cono centrado en el Anillo J,

mantenerlo sujeto hacia abajo con firmeza. Al igual que el ensayo de asentamiento

se debe escoger alguno de los 2 procedimientos de llenado; el llenado A consiste en

que el diámetro superior del cono se encuentra contra la base y el B consiste en que

el diámetro menor se encuentra contra la base.

3. Llenar el cono con la pala. Sin ningún tipo compactación, y enrasar la parte superior

del cono.

4. Quitar el concreto sobrante de alrededor de la base del cono.

5. Elevar el cono verticalmente y permita que el concreto fluya hacia el exterior.

DIFERENCIA ENTRE EL ASENTAMIENTO Y EL

ASENTAMIENTO EN EL ANILLO J

EVALUACION DE BLOQUEO

0 a 25 mm Sin bloqueo visible > 25 a 50 mm Bloqueo minimo

> 50 mm Bloqueo extremo


104

6. Medir el diámetro final del concreto en dos direcciones perpendiculares.

7. Calcular el promedio de los dos diámetros medidos (en mm).

8. Calcular la diferencia de promedios entre flujo de asentamiento y el flujo de

asentamiento en el anillo J.

9. Medir la diferencia de altura entre el concreto justo en el interior de las barras y el

que se encuentra justo en el exterior de estas. Calcular el promedio de la diferencia

de altura en cuatro lugares (en mm).

10. Verificar la estabilidad visual descrita en el título “Flujo De Asentamiento (Slump

Flow)”.

Resultados. La Tabla 44 contiene los resultados para el ensayo Anillo J.

Tabla 44: Resultados del ensayo anillo J.

51 58 4 2.5 1.5 3.5 3 0.554 60 4.2 3 1.2 3 2.5 0.5

52.5 60 3.5 2.5 1 3.2 2.7 0.549 55 3.5 3 0.5 3.8 3.6 0.251 57 3.8 3 0.8 3.5 3.4 0.154 58 4.6 2.9 1.7 3.3 3.2 0.148 43 4.3 3.2 1.1 4.5 3 1.547 44 4.5 3.3 1.2 4.5 3 1.549 45 4.1 3 1.1 5 3 242 48 4.8 2.1 2.7 5.5 3 2.541 45 4.8 3.1 1.7 5 3 242 47 5 3 2 5.5 3.5 2

Primer ensayo Segundo ensayoPrimer ensayo Segundo ensayo

8% PEAD 41.67 46.67

hint-hext (1) (mm)

hint-hext (2) (mm)

12% PEAD 51.33 56.67

10% PEAD 48.00 44.00

h interior (1) (mm)

h exterior (1) (mm)

h interior (2) (mm)

h exterior (2) (mm)

SIN ADICION DE PEAD

52.50 59.33

Flujo de Asentamiento

Anillo J (1) (cm)


Anillo J Promedio (1) (cm)


Anillo J (2) (cm)


Anillo J Promedio (2) (cm)

105

Fotografía 11: Ensayo anillo J sin adición de PEAD

Fotografía 12: Ensayo anillo J con 12%


106

Fotografía 13: Ensayo anillo J con 10% de PEAD

Fotografía 14: Ensayo anillo J con 8% de PEAD

La Tabla 45 nos enseña en la evaluación de bloqueo de los concretos

autocompactantes.

107

Tabla 45: Evaluación de bloqueo según el ensayo anillo J.

Análisis De Resultados. Según la Tabla 45 todas las mezclas tienen bloqueo a

excepción de la sin adición de PEAD, sin embargo, se llegó a la conclusión que, debido a la

variación de resultados entre las dos pruebas, se considera que la mezcla sin adición de

PEAD presenta un bloqueo mínimo al igual q la mezcla con 12% de PEAD y para los

concretos con 10% y 8% de PEAD un bloqueo máximo.

Los concretos en general se observan estables según, la estabilidad visual que se

explica en el título “Flujo De Asentamiento (Slump Flow)”; según la Tabla 45 para que los

concretos tengan un vaciado exitoso es necesario aplicarle una leve energía de colocación

como se expone en la Tabla 15.

El concreto con 12% de PEAD es el más similar al concreto sin adición de PEAD,

debido a que contiene una mayor utilización del aditivo PLASTOL 7000, por tal motivo, se

recomienda utilizar este concreto bajo los estándares del ensayo anillo J, además que la

utilización del material PEAD es mayor que las otras mezclas.

En general el polietileno de alta densidad (PEAD), disminuye la habilidad de paso,

es necesario aumentar el contenido de plastificantes para obtener un buen comportamiento

bajo el ensayo de anillo en J.

DIFERENCIA ENTRE EL FLUJO DE ASENTAMIENTO Y FLUJO DE ASENTAMIENTO

EN EL ANILLO J (cm)

EVALUACION DE BLOQUEO

SIN ADICION DE PEAD 2.08 SIN BLOQUEO VISIBLE

12% PEAD 3.67 BLOQUEO MINIMO

10% PEAD 13.00 BLOQUEO EXTREMO

8% PEAD 17.83 BLOQUEO EXTREMO


108

Resistencia A La Segregación Con La Columna De Segregación Estática.

Este ensayo determina la segregación estática del concreto autocompactante,

midiendo el contenido de agregado grueso en las partes superior e inferior de una columna.

El porcentaje de segregación estática se calcula mediante la ecuación 10. 𝑆 = 2 ∗ [𝐶𝐴𝐵−𝐶𝐴𝑇𝐶𝐴𝐵+𝐶𝐴𝑇] ∗ 100, 𝑆𝑖 𝐶𝐴𝐵 > 𝐶𝐴𝐵 𝑆 = 0, 𝑠𝑖 𝐶𝐴𝐵 ≤ 𝐶𝐴𝑇 (10)

Donde, S es la segregación estática expresada como porcentaje, CAB es la masa del

agregado grueso en la parte superior de la columna, y CAT es la masa del agregado grueso

en la parte inferior de la columna. De igual forma, se utiliza la ecuación 10 para hallar la

segregación estática del PEAD, con la aclaración de que las masas utilizadas son las del

plástico en la parte superior e inferior de la columna.

La norma ASTM C1610, no presenta un rango de acertamiento para el valor de

segregación estático, sin embargo, la literatura nos presenta que un valor menor de 20 % es

aconsejable (Benito, Parra, Valcuende, Miñano, & Rodríguez López, 2015), para que el

concreto no tenga problemas debidas a la segregación.

Procedimiento. El siguiente procedimiento fue adaptado del documento ASTM

C1610 (2015) “Standard Test Method for Static Segregation of Self-Consolidating Concrete

Using Column Technique”.

1. Nivelar la superficie de trabajo.

2. Remezclar la muestra. Es necesario tener aproximadamente 28 Litros de muestra.

3. Humedecer el interior del molde y eliminar el agua en la placa base de la columna.

4. Llenar el molde en aproximadamente en 2 minutos.

5. Enrasar la superficie de la columna.

109

6. Dejar reposar la mezcla dentro de la columna en aproximadamente 15 minutos.

Los pasos 7 y 8 deben realizarse antes de transcurrir 20 minutos.

7. Retirar la parte superior de la columna.

8. Retirar la parte central de la columna.

9. Lavar la parte superior e inferior de la columna sobre el tamiz N°4.

10. Secar el agregado grueso en un paño absorbente hasta que se eliminen todas las

impurezas visibles.

11. Determinar la masa de agregado grueso de la sección superior e inferior de la

columna.

Para esta investigación también se propone:

12. Lavar la masa pasante del tamiz N°4 proveniente del paso 9 por el tamiz N°8, para

obtener toda la masa del PEAD.

13. Determinar la masa del PEAD de la sección superior e inferior de la columna.

Resultados. La Tabla 46 se encuentra la tabulación de resultados del ensayo

columna de segregación.

Tabla 46: Resultados del ensayo columna de segregación.

PESO GRAVA SUPERIOR (g)

PESO GRAVA

INFERIOR (g)

PORCENTAJE DE

EGRAGACION ESTATICA (%)

PESO PEAD SUPERIOR (g)

PESO DEL PEAD

INFERIOR (g)

PORCENTAJE DE

EGRAGACION ESTATICA (%)

SIN ADICION DE PEAD

3392.8 2443.5 0 - - 0

12% PEAD 3134.5 2443.5 0 244.4 318.9 13.2

10% PEAD 3086.5 2649.7 0 223.7 237.6 3.0

8% PEAD 2926.6 2540.4 0 189.8 181.7 0


110

Fotografía 15: Ensayo general de columna de segregación.

Fotografía 16: Agregado grueso y PEAD en el fondo del concreto con 12% de PEAD.

111

Análisis De Resultados. Según la Tabla 46, no se encuentra segregación estática del

agregado grueso en ninguna mezcla, sin embargo, en la realización de la segregación estática

del PEAD se encontró que el plástico recuperado tiende a quedarse en el fondo de la columna

y que a mayor cantidad de plástico, mayor es su porcentaje de segregación estática.

Según lo presentado en la literatura los concretos estudiados con adición de PEAD

presentan un valor menor al recomendado del 20%, por lo tanto, se consideran como aptos

para su uso.

Reología Por El Reómetro ICAR PLUS 5000

Como se describió anteriormente, las propiedades del concreto fresco pueden

describirse como una resistencia al flujo y al comportamiento cuando el concreto fluye. En

términos reológicos, la resistencia al flujo se llama tensión de fluencia, o (Pa), y el

comportamiento de control de la propiedad durante el flujo se llama viscosidad plástica, η

(Pa.s). Estos parámetros se pueden obtener a partir de pruebas reológicas, como la Prueba

de crecimiento de estrés y la Curva de flujo con el ICAR Plus.

El reómetro ICAR está diseñado para caracterizar el límite elástico estático, el límite

dinámico y viscosidad plástica del concreto. La Ilustración 19 muestra curvas de flujo

dinámico para concreto convencional y diferentes tipos de mezclas de concreto

autocompactante.


112

Ilustración 19: Curvas de flujo dinámico para el concreto convencional y autocompactante

Nota: Adaptado de “ICAR rheometer” (Germann Instruments)

Procedimiento. El procedimiento de ensayo es muy simple, en primera instancia se

introduce la mezcla de concreto en el balde, que debe estar en una superficie nivelada; luego

se introduce la paleta con compuesta de cuatro (4) cuchillas, se asegura la viga que sostiene

la paleta y el motor y se enciende el equipo desde el software en el computador. La

Fotografía 17 presenta como debe estar el equipo para una correcta lectura.

113

Fotografía 17: Ensayo con el reómetro ICAR 5000

Resultados. A continuación, se presentan los datos configurados en el reómetro

ICAR 5000. La Tabla 47 presenta los parámetros para la obtención del reograma y la Tabla

48 presenta la información del equipo.

Tabla 47: Configuración de parámetros para la obtención del reograma con el reómetro

ICAR 5000

0.50 rps20 s

Inicial: 0.50 rps

Final: 0.03 rps7

5 s

Frecuencia rotacional para rompimiento estructural :Tiempo de ruptura :

Número de puntos: Tiempo por punto:

Frecuencia rotacional:


114

Tabla 48: Información del reómetro ICAR 5000

Los resultados obtenidos del reómetro son en formato RAW, por lo tanto, es

necesario hacer una validación de datos.

Determinación Del Esfuerzo De Fluencia Estático. Este ensayo consiste en hacer

girar la paleta del reómetro ICAR 5000 dentro de una muestra de concreto a una velocidad

constante, esta prueba se realizó con una frecuencia rotacional de 0.025 rps y por 20

segundos. Posteriormente se efectuó un análisis de datos y con ello se calculó la línea de

tendencia que tuviera el mejor ajuste por medio de una regresión no lineal. Con base en los

coeficientes de la regresión efectuada, se estimó el valor máximo de torque necesario para

hacer fluir a la mezcla de concreto y se estimó el esfuerzo de fluencia estático.

El esfuerzo de fluencia máximo se obtiene a partir de la siguiente ecuacion:

𝑜 = 𝑇2 ∗ 𝑅𝑖2∗ ℎ (11)

Donde, 𝑜 es el esfuerzo de fluencia, T es el torque, Ri el radio interior y h la altura

del cilindro.

A continuación, se presentan los resultados provenientes del aumento de esfuerzo.

Radio de la Palate: 63.8 mmAltura de la paleta: 127.0 mm

Radio del contendor: 143.0 mm

115

Ilustración 20: Aumento de esfuerzo del concreto autocompactante sin adición de PEAD.


PEAD.


116


PEAD.


PEAD.

117

La Ilustración 20, Ilustración 21, Ilustración 22 y la Ilustración 23 presentan el

crecimiento del esfuerzo cortante; el mayor esfuerzo cortante se encuentra en el valle de la

línea de tendencia y se reportaran en el título “Reología Por El Reómetro ICAR PLUS

5000”.

Reograma. Esta prueba consiste en determinar la relación existente entre el esfuerzo

cortante y la rapidez de deformación. Como resultado se obtiene el reograma a partir del

cual se puede calcular el esfuerzo de fluencia dinámico y la viscosidad plástica en función

de un modelo reológico conocido. Para ello, es necesario registrar las mediciones de torque

generadas a distintas frecuencias rotacionales de forma escalonada y decreciente. Los

parámetros utilizados para el desarrollo de esta prueba se encuentran la Tabla 47.

A continuación, se presentan los resultados provenientes de la curva de flujo. Para

la construcción de la curva se utilizó como base el modelo presentando por Bingham.


118


autocompactante sin adición de PEAD.


autocompactante con 8% de adición de PEAD.

119






120

Ajuste De Esfuerzo De Fluencia Dinámico Y Viscosidad. Para llevar a cabo este

ajuste, se deben registrar los datos de torque para frecuencias rotacionales de forma

escalonada y decreciente, tal como se presenta en la Ilustración 24, Ilustración 25,

Ilustración 26 y la Ilustración 27.

En la Ilustración 24, se observan los 7 escalones de frecuencia rotacional. El escalón

0 finaliza para un tiempo de 20 s, periodo en el cual el cilindro interior del reómetro rota a

la frecuencia máxima (0,5 rps), produciendo inicialmente un torque máximo que se va

reduciendo hasta encontrar una condición estable, evidenciando la cedencia de las fuerzas

entre partículas, que aumentan la viscosidad aparente en el fluido cuando este se encuentra

en reposo, eliminando así el efecto de la tixotropía (Gómez Nemocón, 2019).

Después de transcurridos los 20 segundos iniciales, se toman datos en escalones de

frecuencia rotacional, cuya duración corresponde a 5 s cada uno, y posteriormente se calcula

una rotación y un torque promedio asociado a cada escalón, despreciando los valores

presentes en el primer segundo de cada intervalo ya que se busca una condición estable. A

partir de estos resultados, se determina la desviación estándar (𝜎) correspondiente, para

seleccionar los valores de torque que se encuentren dentro del intervalo comprendido entre

± 1,5𝜎 (Galvez Moreno, 2015).

Se procede a graficar el torque y frecuencia rotacional con el fin de evaluar el modelo

reológico que mejor se ajusta a la mezcla. En esta investigación solo se compararon dos (2)

modelos, el primero de ellos es el modelo de Bingham y el modelo de Bingham modificado.

El modelo reológico modificado de Bingham se define a través de una ecuación polinómica

de segundo orden.

121

Si los datos obtenidos a partir del ensayo se ajustan al modelo de Bingham

modificado, se tendría una función de aproximación como la que se presenta a continuación. 𝑇 = 𝐺 + 𝐻𝑁 + 𝐶𝑁2 (12)

Donde, T es el torque, N la frecuencia rotacional, G es la intersección del reograma

con el eje T, H es el coeficiente del termino de primer orden en el reograma y C es el

coeficiente del termino de segundo orden en el reograma.

Actualmente fue posible transformar los términos G, H y C a unidades

reológicas fundamentales que no dependan de la geometría del equipo con el que se

midieron. (Galvez Moreno, 2015), la cual dio como resultado la siguiente ecuación.

𝑇 = 4∗ℎ∗ln(𝑅𝑜𝑅𝑖 )1𝑅𝑖2− 1𝑅𝑠2 𝑜 + 82∗ℎ1𝑅𝑖2− 1𝑅𝑜2 𝑁 + 83∗ℎ1𝑅𝑖2− 1𝑅𝑠2 ∗ 𝑅𝑠+𝑅𝑖𝑅𝑠−𝑅𝑖 𝑐𝑁2 (13)

Donde, T es el torque (N m), N la frecuencia rotacional (s-1), 𝜏0 es el esfuerzo de

fluencia, es el termino lineal del modelo de Bingham modificado (Pa s), c es el termino

de segundo orden del modelo de Bingham modificado (Pa s2), h es la altura del cilindro

interior (m), Ri es el radio del cilindro interior (m) y Rs es el radio que delimita la frontera

entre el material deformado y sin deformar (radio de zona muerta) (m). En consecuencia, se

tiene las siguientes igualdades:

𝑜(𝑃𝑎) = [ ( 1𝑅𝑖2− 1𝑅𝑠2)(4∗ℎ∗ln(𝑅𝑜𝑅𝑖 ) )] ∗ 𝐺 (14)

(𝑃𝑎 𝑠) = [ 1𝑅𝑖2− 1𝑅𝑜282∗ℎ ] ∗ 𝐻 (15)

𝑐(𝑃𝑎 𝑠2) = [ 1𝑅𝑖2− 1𝑅𝑠283∗ℎ ] ∗ 𝑅𝑠+𝑅𝑖𝑅𝑠−𝑅𝑖 ∗ 𝐶 (16)


122

Donde, 𝜏0 es el esfuerzo de fluencia dinámico, representa la viscosidad plástica,

mientras que 𝑐 es un factor que permite clasificar el comportamiento del fluido, en

Reoespesante (𝑐 > 0), en Reofludificante (𝑐 < 0) o asociarlo al modelo plástico de Bingham

(𝑐 = 0) (Gómez Nemocón, 2019).

El radio de zona muerta, Rs, se define como: 𝑅𝑠 = √ 𝑇2∗ℎ∗𝑜 ≤ 𝑅𝑜 (17)

Donde, Rs es el radio de zona muerta (m), T es el torque (N m), 𝜏0 es el esfuerzo de

fluencia (Pa), h es la altura del cilindro interior (m) y Ro es el radio del cilindro exterior o

del contenedor igual a 0.143m.

Por tal motivo, cuando se presentan zonas muertas es necesario corregir los datos

obtenidos, variando los parámetros 𝜏0, , c y Rs en la ecuación 14, por medio de iteraciones

como el que es descrito en la investigación “Robustez de un concreto autocompactable

producido con materiales disponibles en la región de Monterrey, Nuevo León” realizada por

el ingeniero Daniel Galvez Moreno (Galvez Moreno, 2015).

123


sin adición de PEAD.


con 8% de adición de PEAD.


124


con 10% de adición de PEAD.

Ilustración 31: Diagrama Torque Vs Frecuencia Rotacional del concreto


125

La Ilustración 28, Ilustración 29,, Ilustración 30 y la Ilustración 31 presentan el

torque promedio vs la frecuencia rotacional promedio obtenidas de los datos arrojados por

el Reómetro ICAR 5000 , con la correlación lineal y polinómica de segundo orden, las cuales

nos presentan de una forma gráfica los modelos de Bingham y Bingham modificado.

Análisis De Resultados. Como se observa en la Ilustración 28, Ilustración 29,,

Ilustración 30 y la Ilustración 31, las líneas de tendencia reflejan similitudes.

El esfuerzo de fluencia estático se presenta en Tabla 49 para cada una de las mezclas

estudiadas.

Tabla 49: Esfuerzo cortante estático para cada mezcla.

Como se observa en la tabla anterior el esfuerzo de fluencia es mayor en la mezcla

sin adición de PEAD, lo cual nos permite deducir, que la mayor utilización de aditivo

superplastificante y la adición de PEAD, disminuye el esfuerzo cortante.

A continuación, se presenta la variación de esfuerzos cortantes vs la frecuencia

rotacional en todas las mezclas, para el modelo lineal de Bingham.

La variación de esfuerzos fluencia dinámico y viscosidad de las mezclas se expresan

en la siguiente Tabla 50.

MezclaEsfuerzo de fluencia

estatico (Pa)Sin Adicion de

PEAD376.94

Con 8% de Adicion de PEAD

239.78


252.38


316.75


126

Tabla 50: Parámetros reológicos de cada mezcla.

La viscosidad presentada en el modelo Bingham Modificado es una viscosidad

diferencial, por lo tanto, se tendrán en cuenta los valores del modelo Bingham para este

parámetro.

En cuanto a la viscosidad se puede apreciar un aumento en las mezclas con adición

de PEAD debido a que estas tienen un porcentaje mayor de aditivo superplastificante.

Según los parámetros reológicos plasmados en la expresan en la Tabla 50, los

concretos con adición de PEAD son concretos reoespesante y el concreto sin adición de

PEAD es Reofludificante, aunque estos al ser tan cercanos a cero, podrían cambiar

rápidamente su comportamiento.

El modelo reológico de Bingham es una aproximación aceptable para el concreto

autocompactante, pero si se desea obtener una mayor precisión se debe utilizar el modelo

de Bingham modificado.

Resistencia A La Compresión

La investigación no tiene un objetivo como la resistencia a la compresión de la

mezcla, este ensayo se realizó este ensayo con el fin, de calcular el porcentaje de reducción

τo (Pa) μ (Pa*s) τo (Pa) μ (Pa*s) c (Pa*s^2)

Sin Adicion de PEAD

275.34 1.96 147.99 9.31 -0.09


150.34 2.90 87.80 5.33 0.74


161.90 2.52 92.34 5.88 0.53


163.03 3.03 94.44 6.24 0.66

MezclaBingham Bingham Modificado

127

de resistencia a la compresión del concreto autocompactante con adición de PEAD con

respecto al concreto autocompactante sin adición de PEAD.


“Ensayo de resistencia a la compresión de especímenes de cilindros de concreto” (NTC673,

2010).

1. Realizar los especímenes de ensayo con las dimensiones provistas en la NTC 673.

2. Los especímenes de ensayo deben permanecer húmedos y deben ser ensayados en

esta condición.

3. Los especímenes deben ensayarse según las tolerancias de tiempo admisibles,

prescritas en la Tabla 51.

Tabla 51: Edad de especímenes para el ensayo a compresión.

Nota: Tomado de “Ensayo de resistencia a la compresión de especímenes

cilíndricos de concreto” (NTC673, 2010)

4. Ubicar el espécimen Limpiar las superficies del espécimen y bases de la máquina.

5. Verificar el indicador de carga en cero y asentamiento del bloque de asiento.

6. Aplicar la carga continuamente y sin impactos como se expresa en la norma.

7. Registrar la carga máxima soportada por el espécimen y anotar el tipo de fractura

según la Ilustración 32.

Ilustración 32: Esquema de los modelos de fractura típicos.

EDAD DE ENSAYO TOLERANCIA ADMISIBLE

24 horas 0.5 horas o 2.1%3 dias 2 horas o 2.8%7 dias 6 horas o 3.6%28 dias 20 horas 0 3.0%90 dias 2 dias o 2.2%


128

Nota: Tomado de “Ensayo de resistencia a la compresión de especímenes

cilíndricos de concreto” (NTC673, 2010)

Resultados. La Tabla 52 se encuentra la tabulación de resultados del ensayo

Resistencia a la compresión y en las siguientes fotografías se presentan las fracturas típicas

de cada mezcla estudiada.

129

Fotografía 18: Fracturas típica.


130

Tabla 52: Resultados del ensayo resistencia a la compresión.

En la Ilustración 33 se observa la comparación de resistencias a la compresión de las

diferentes mezclas estudiadas.

Φ SUP. (mm)

Φ MEDIO. (mm)

Φ INF. (mm)

Φ PROMEDIO

(mm)

ALTURA PREVIA

(mm)

ALTURA FINAL (mm)

PESO (kg)

RESISTENCIA (kN)

RESISTENCIA PROMEDIO

(Kn)

DIFERENCIA (%)

102.19 101.89 103.65 199.15 204.72102.18 102.32 102.16 200.11 202.76102.02 103.27 102.14 199.74 203.51102.12 102.08 103.17 199.92 200.83102.49 101.84 102.73 197.05 201.38102.12 102.78 101.72 196.06 201.68101.95 102.72 102.09 202.01 204.96102.05 102.23 102.81 201.41 205.03102.49 102.04 102.43 201.77 204.31

102.16 102.25 103.29 206.63 210.62102.38 102.42 102.31 206.82 210.22102.05 103.32 102.19 206.16 209.92101.81 101.82 102.69 202.51 204.93102.00 102.22 102.69 201.72 205.72101.81 102.55 102.48 202.11 205.01102.34 102.07 101.64 196.32 201.96101.79 102.45 101.93 195.95 202.90102.04 100.74 103.07 196.68 202.50

102.45 101.52 102.35 202.71 205.60103.13 102.19 101.25 202.42 206.28101.60 102.62 101.86 202.68 205.42102.14 101.66 102.02 199.15 202.05102.68 101.90 101.92 199.46 201.78101.67 102.28 101.48 198.45 202.01101.73 102.54 101.51 200.54 206.18102.23 101.66 102.32 201.76 206.13102.86 101.98 101.73 202.79 206.61

100.80 101.44 101.53 201.59 204.63100.78 100.62 101.29 200.47 204.90100.00 101.65 100.65 202.32 205.12103.06 102.40 102.44 205.64 209.09102.81 102.86 102.11 205.57 210.25102.48 102.54 102.47 205.86 209.70102.75 101.72 102.42 199.19 202.68102.47 102.42 102.27 197.28 203.30102.12 102.66 102.65 197.48 203.35

SIN ADICION DE PEAD

SIN ADICION DE PEAD

SIN ADICION DE PEAD

8% PEAD

102.42 3564.00 216.96

213.54 -102.34 3530.00 209.37

102.31 3586.00 214.28

102.49 3618.00 174.75

177.27 16.988% PEAD 102.23 3498.00 177.67

8% PEAD 102.01 3432.00 179.39

15.7910% PEAD 101.97 3472.00 190.44

10% PEAD 102.06 3432.00 178.00

10% PEAD 102.11 3482.00 171.01

179.82

15.8612% PEAD 102.57 3626.00 179.47

12% PEAD 102.39 3394.00 187.83

12% PEAD 100.97 3422.00 171.72

179.67

131

Ilustración 33: Resistencia a la compresión

Análisis De Resultados. Como se observa en la Ilustración 33, el concreto

autocompactante con adición de PEAD disminuye su resistencia en aproximadamente 16%

con respecto al concreto autocompactante sin adición de PEAD, Pero no es significativa la

diferencia entre concretos con adición de PEAD.

Se concluye que el concreto autocompactante con 12% de adición con PEAD es apto

para utilización estructural, se recomienda este porcentaje ya que la utilización de material

reciclado es mucho mayor y no varía con respecto a porcentajes inferiores.

La fractura típica de los concretos modificados con PEAD es de tipo 4, la cual, nos

puede demostrar que esta fractura no se asocia con la utilización del plástico, sino más bien

es un resultado propio de un concreto convencional.

Debido a que el concreto autocompactante tiene una mayor utilización de agregado

fino, la fuerza máxima es menor con respecto a la presentada por Palencia y Núñez (2016)


132

en su trabajo “Estudio comparativo del concreto modificado con PEAD (polietileno de alta

densidad) reciclado y concreto convencional.”.

133

Conclusiones Y Recomendaciones

Conclusiones

El proyecto satisfizo con los objetivos propuestos, se evaluó la capacidad de llenado

de un concreto autocompactante con adición de polietileno de alta densidad (PEAD)

recuperado granulado, mediante los ensayos de flujo de asentamiento y flujo de

asentamiento t50. Se evaluó la capacidad de paso de un concreto autocompactante

con adición de PEAD recuperado granulado, bajo los ensayos de anillo J (japonés)

y Caja en L. Se determinó la resistencia a la segregación del concreto

autocompactante con adición de PEAD recuperado granulado, mediante el ensayo

de columna de segregación y se evaluaron las propiedades reológicas del concreto

autocompactante con PEAD recuperado granulado, mediante los resultados

obtenidos por el reómetro ICAR 5000, de forma satisfactoria.

El efecto de la adición del Polietileno de alta densidad (PEAD) al concreto

autocompactante plasmado bajo los parámetros de esta investigación fue positivo,

ya que, las propiedades en estado fresco y endurecido evaluadas no presentaron una

mayor disminución con respecto al concreto autocompactante patrón, por lo tanto,

se considera apta su utilización y elaboración en construcciones donde no demanden

una gran resistencia a la compresión.

El concreto autocompactante modificado con PEAD presento las propiedades

comunes en un concreto autocompactante bajo las normas presentadas en el título

“Ensayos A Evaluar” y además no afecta negativamente a la reología del concreto,


134

por lo tanto, es posible su utilización en un concreto autocompactante bajo los

parámetros provistos en esta investigación

Los concretos autocompactantes modificados con PEAD, obtenidos pueden ser

fabricados y colocados manualmente con menor esfuerzo que los concretos

convencionales, ya que la energía para mover cierto volumen de arena siempre será

mayor que la empleada para mover el mismo volumen de plástico, es decir, la

manejabilidad del concreto con HDPE se ve afectada favorablemente.

El ensayo de mini-slump es de gran ayuda a la hora de realizar un concreto

autocompactante, ya que da un punto de partida para la mezcla de prueba; además

se propone que al realizar este ensayo el radio de asentamiento de la muestra debe

ser como mínimo la quinta parte del diámetro del asentamiento proyectado de

diseño, es decir, que el radio de la torta del mini-slump en milímetros debe ser la

quinta parte del diámetro del asentamiento proyectado en milímetros para el concreto

autocompactante.

En el concreto autocompactante sin adición de PEAD, no se observan signos de

sangrado o segregación, sin embargo, se evidencia un agrupamiento de finos en el

centro de la muestra, para el concreto autocompactante con 12% y 10% de PEAD,

se observa un leve agrupamiento de agregado grueso en el centro de la muestra, y

para el concreto autocompactante con 8% de PEAD, se observa un mayor

agrupamiento de agregado grueso con respecto a los concretos con 12% y 10% de

PEAD; sin embargo, no se considera una condición inestable según las condiciones

expuestas en la Tabla 39.

135

Ningún concreto autocompactante sobrepaso los 3 segundos que sugiere la norma

NTC 5222, por lo tanto, se concluye que la capacidad de llenado bajo la

consideración del ensayo flujo de asentamiento t50 es aceptable y con ello se

considera que los concretos autocompactantes tienen una capacidad de llenado

aceptable.

La relación de alturas dentro de la caja en L, se aproxima a 1, por lo tanto, la mezcla

de concreto es capaz de llenar un elemento horizontal a partir del llenado de un

elemento vertical con obstáculos.

Las mezclas autocompactantes con o sin adición se PEAD presentan bloqueo, los

concretos sin adición de PEAD y con 12% de PEAD tienen un bloque mínimo y para

los concretos con 10% y 8% de PEAD un bloqueo máximo, pero en todas las mezclas

el índice de estabilidad visual es estable, por lo cual se hace necesario aplicar energía

de colocación (vibrado).

El polietileno de alta densidad (PEAD) utilizado en esta investigación, disminuye la

habilidad de paso, se recomienda aumentar el contenido de plastificantes para este

tipo de agregado, para obtener un buen comportamiento bajo el ensayo anillo

japonés.

Las mezclas no presentan segregación estática del agregado grueso en ninguna

mezcla, sin embargo, en la realización de la segregación estática del PEAD se

encontró que el plástico recuperado tiende a quedarse en el fondo de la columna, sin

embargo, es menor que el valor recomendado del 20%, por lo tanto, estos porcentajes

de utilización del plástico se consideran aptos para su uso.


136

Como se observa en la Ilustración 34, el esfuerzo cortante de fluencia estático es

mayor en la mezcla sin adición de PEAD, lo cual nos permite deducir, que la mayor

utilización de aditivo superplastificante y la adición de PEAD, genera un menor

esfuerzo cortante de fluencia estático,

Ilustración 34: Esfuerzo de fluencia estático

El esfuerzo de fluencia dinámico es mayor en la mezcla sin adición de PEAD, lo

cual nos permite deducir, que la mayor utilización de aditivo superplastificante y

adición de PEAD, genera un menor el esfuerzo dinámico. En cuanto a la viscosidad

presenta un aumento en las mezclas con adición de PEAD debido a que estas tienen

un porcentaje mayor de aditivo superplastificante, esto se evidencia en la Ilustración

35.

137

Ilustración 35: Esfuerzo de fluencia dinámico y viscosidad (Bingham Modificado)

El concreto autocompactante con adición de PEAD disminuye su resistencia en

aproximadamente 16% con respecto al concreto autocompactante sin adición de

PEAD, Pero no es significativa la diferencia entre concretos con adición de PEAD,

como se observa en la Ilustración 33.


138

Se concluye que el concreto autocompactante con 12% de adición con PEAD es apto

para utilización estructural, se recomienda este porcentaje ya que la utilización de

material reciclado es mucho mayor y no varía con respecto a porcentajes inferiores.

El diseño de mezclas desarrollado en esta investigación, aunque disminuyeron las

resistencias del concreto autocompactante modificado con PEAD con respecto al

concreto autocompactante patrón, dichas resistencias son admisibles para el diseño

de estructuras.

139

Recomendaciones

Se recomienda realizar futuras investigaciones con diferentes grados de trituración

y otros porcentajes de utilización del material PEAD, además de anexar otros

ensayos de estado fresco y endurecido, como el ensayo del embudo en forma de “V”,

Caja en “U”, Caja de relleno, Ensayo de estabilidad GTM, Ensayo Orimet,

resistencia a la tensión, resistencia al desgaste, entre otros.

Se recomienda hacer un análisis de costos en el cual él se haga el proceso de

recolección y trituración del material PEAD.

El modelo reológico de Bingham es una aproximación aceptable para el concreto

autocompactante, pero para llegar a tener una mayor precisión se recomienda utilizar

el modelo de Bingham modificado.

Se recomienda para futuras investigaciones se realicen más puntos de lectura en el

reómetro, además, de realizar la medición después de mínimo 15 minutos de

mezclado.

Se recomienda realizar futuras investigaciones donde se obtengan una mayor

cantidad datos, para correlacionar de una manera más acertada la utilización del

material y se proponga su utilización plena en estructuras sismoresistentes.

Se recomienda para futuras investigaciones se realicen más puntos de lectura en el

reómetro, además, de realizar la medición después de mínimo 15 minutos de

mezclado.

Bibliografía

ACI 211.1-91. (2009). Standard Practice For Selecting Proportions For Normal,

Heavyweight, And Mass Concrete, 0–15.

ACI 237R-07. (2007). Self-Consolidating Concrete, 0–15.

Aguado, A., & Salla, J. M. (1987). Los Hormigones Con Polímeros En La Construcción:

Propiedades Y Aplicaciones. Informes de la Construcción, 39(389), 61–72.

American Concrete Institute. (2002). ACI 116R Terminología Del Cemento Y El

Hormigón, 1–124.

ASTM Standard C125. (2010). Standard Terminology Relating To Concrete And Concrete

Aggregate. ASTM International, (C), 1–6.

ASTMC1610. (2015). Standard Test Method For Static Segregation Of Self-Consolidating

Concrete Using Column Technique. ASTMC1610, i(c), 4.

https://doi.org/10.1520/C1610

ASTMC1611. (2009). Standard Test Method For Slump Flow Of Self-Consolidating

Concrete. Annual Book of ASTM Standards Volume 04.02, 1–6.

ASTMC1621. (2014). Standard Test Method For Passing Ability Of Self-Consolidating

Concrete By J-Ring. Annual Book of ASTM Standard, i, 5.

Badache, A., Benosman, A. S., Senhadji, Y., & Mouli, M. (2018). Thermo-Physical And

Mechanical Characteristics Of Sand-Based Lightweight Composite Mortars With

Recycled High-Density Polyethylene (HDPE). Construction and Building Materials,

163, 40–52.

Benito, F., Parra, C., Valcuende, M., Miñano, I., & Rodríguez López, C. (2015). Método

para cuantificar la segregación en hormigones autocompactantes. Concreto y

cemento: Investigación y desarrollo, 6(2), 48–63.

Bono Cabre, R. (2012). Diseños Cuasi-Experimentales Y Longitudinales. Universidad de

Barcelona. Facultad de Psicología., 1–85.

Canales, F. H. De, Alvarado, E. L. De, & Pineda, E. B. (1994). Metodologia De La

Investigacion (Vol. 35).

Choi, Y. W., Moon, D. J., Kim, Y. J., & Lachemi, M. (2009). Characteristics Of Mortar

And Concrete Containing Fine Aggregate Manufactured From Recycled Waste

Polyethylene Terephthalate Bottles. Construction and Building Materials, 23(8),

2829–2835.

Cortes, E., & Perilla, J. (2014). Estudio Comparativo De Las Características Fisico-

Mecanicas De Cuatro Cementos Comerciales Portland Tipo I.

EFNARC. (2003). Especificaciones Y Directrices Para El Hormigón Autocompactable,

44(0), 1–33.

Faleschini, F., Jiménez, C., Barra, M., Aponte, D., Vázquez, E., & Pellegrino, C. (2014).

Rheology Of Fresh Concretes With Recycled Aggregates. Construction and Building

Materials, 73, 407–416.

Fernandez Bernal, B., & Hernandez Saavedra, K. (2008). Diagnóstico De La Industria Del

Cemento En Colombia Y Evaluación De Alternativas Tecnológicas Para El

Cumplimiento De La Norma De Emisión De Fuentes Fijas. Universidad De La Salle.

Frigione, M. (2010). Recycling Of PET Bottles As Fine Aggregate In Concrete. Waste

Management, 30(6), 1101–1106.

142 Evaluación de las propiedades en estado fresco de un concreto

autocompactante con adición de polietileno de alta densidad recuperado

granulado

Galvez Moreno, D. (2015). Robustez De Un Concreto Autocompactable Producido Con

Materiales Disponibles En La Región De Monterrey, Nuevo León.

Germann Instruments. (s/f-a). ICAR Rheometer. Product Specifications, 71–75.

Germann Instruments. (s/f-b). Rheology Using The ICAR Plus – An Introduction, 1–10.

Gómez, M. S., Carvajal, A. M., & Santelices, V. (2011). Influencia Del Polietileno De Alta

Densidad (PEAD) Usado Como Adición En El Mortero De Cemento. Revista de la

Construccion, 10(3), 110–121.

Gómez Nemocón, S. A. (2019). Efectos De La Adición De Microesferas Huecas De Vidrio

En Concreto Hidráulico.

Hinislioglu, S., & Agar, E. (2004). Use Of Waste High Density Polyethylene As Bitumen

Modifier In Asphalt Concrete Mix. Materials Letters, 58(3–4), 267–271.

Ismail, Z. Z., & AL-Hashmi, E. A. (2008). Use Of Waste Plastic In Concrete Mixture As

Aggregate Replacement. Waste Management, 28(11), 2041–2047.

Kozikowski, R. L., & Zemajtis, J. Z. (2006). Identifying Incompatible Combinations Of

Concrete Materials : - Volume II – Test Protocol

Kurdowski, W. (2014). Cement And Concrete Chemistry. Cement and Concrete Chemistry,

9789400779, 1–700.

Martinez Barrera, G., Hernandez zaragoza, J. B., Lopez Lara, T., & Memchaca Campos,

C. (2015). Materiales Sustentables Y Reciclados En La Construcción.

Morales Carhuayano, M. R. (2016). Estudio Del Comportamiento Del Concreto

Incorporando Pet Reciclado. Universidad Nacional De Ingenieria Peru.

Newman, J., & Choo, B. seng. (2003). Advanced Concrete Technology. Adimxtures for

concrete, mortar and grout, 1–69.

NRMCA. (s/f). CIP 37 - Concreto Autocompactante (CAC). Concrete.

NTC121. (2014). Especificación De Desempeño Para Cemento Hidráulico. NTC121,

(571), 17.

NTC1377. (2010). Ingeniería Civil Y Arquitectura. Elaboración Y Curado De

Especímenes De Concreto Para Ensayos En El Laboratorio, (571).

NTC174. (2000). Concretos. Especificaciones De Los Agregados Para Concreto.

Concreto, 22.

NTC176. (2019). Ingeniería Civil Y Arquitectura. Método De Ensayo Para Determinar La

Densidad Y La Absorción Del Agregado Grueso.

NTC237. (2001). Ingeniería Civil Y Arquitectura. Método Para Determinar La Densidad

Y La Absorción Del Agregado Fino.

NTC3459. (2001). Concretos. Agua Para La Elaboración De Concreto.

NTC3674. (2001). Ingeniería Civil Y Arquitectura. Práctica Para La Reducción Del

Tamaño De Las Muestras De Agregados, Tomadas En Campo, Para La Realización

De Ensayos.

NTC396. (1992). Ingeniería Civil Y Arquitectura. Método De Ensayo Para Determinar El

Asentamiento Del Concreto.

NTC5222. (2003). Concretos. Métodos De Ensayo Para Medir El Flujo Libre, Flujo

Restringido Y Segregación En Concretos Autocompactantes.

Bibliografía 143

NTC673. (2010). Concretos. Ensayo De Resistencia A La Compresión De Especimenes

Cilíndricos De Concreto.

NTC77. (2007). Concretos. Método De Ensayo Para El Análisis Por Tamizado De Los

Agregados Finos Y Gruesos.

NTC92. (1995). Ingeniería Civil Y Arquitectura. Determinación De La Masa Unitaria Y

Los Vacíos Entre Partículas De Agregados.

Pacheco-Torgal, F., Ding, Y., & Jalali, S. (2012). Properties And Durability Of Concrete

Containing Polymeric Wastes (Tyre Rubber And Polyethylene Terephthalate Bottles):

An Overview. Construction and Building Materials, 30, 714–724.

Palencia Torres, D. G., & Nuñes Rangel, J. J. (2016). Estudio Comparativo Del Concreto

Modificado Con Hdpe (Polietileno De Alta Densidad) Reciclado Y Concreto

Convencional. Universidad Francisco de Paula Santander.

Pešić, N., Živanović, S., Garcia, R., & Papastergiou, P. (2016). Mechanical Properties Of

Concrete Reinforced With Recycled HDPE Plastic Fibres. Construction and Building

Materials, 115, 362–370.

Rivera, G. A. (2009). Concreto Simple. Universidad del cauca.

Sánchez De Guzmán, D. (2001). Tecnología del concreto y del mortero (Quinta). Bhsnda.

Sea Studios Foundation. (s/f). Guía Inteligente sobre Plásticos.

She, B., & Xu, B. (2017). Research On Mechanical Properties Of HDPE Plastic Fiber

Reinforced Concrete Structure. Revista de la facultad de ingenieria U.V.C, 32, 669–674.

Soroushian, P., Khan, A., & Hsu, J. (1992). Mechanical Properties Of Concrete Materials

Reinforced With Polypropylene Or Polyethylene Fibers. ACI Materials Journal,

89(6), 1–6.

Thorneycroft, J., Orr, J., Savoikar, P., & Ball, R. J. (2018). Performance Of Structural

Concrete With Recycled Plastic Waste As A Partial Replacement For Sand.

Construction and Building Materials, 161, 63–69.

Zuñiga Diaz, F. A. (2015). Evaluación Del Tereftarato De Polietileno (Pet) Como

Agregado En La Elaboración De Mortero Para Ladrillos Y Concreto. Universidad de

la salle Colombia.

evaluacion de las propiedades en

Documents

Transcript of evaluacion de las propiedades en