1 COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE UNA MEZCLA PARA
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COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE UNA MEZCLA PARA CONCRETO USANDO NEUMÁTICOS TRITURADOS COMO REEMPLAZO DEL 15%, 25% Y 35% DEL VOLUMEN DEL AGREGADO FINO PARA UN CONCRETO CON FINES DE USO ESTRUCTURAL. HUGO ALEJANDRO HERNÁNDEZ MURCIA CÓDIGO: 503590 HERNAN DAVID SÁNCHEZ RAMÍREZ CÓDIGO: 502908 UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL MODALIDAD DE INVESTIGACIÓN BOGOTÁ 2015 1 COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE UNA MEZCLA PARA CONCRETO USANDO NEUMÁTICOS TRITURADOS COMO REEMPLAZO DEL 15%, 25% Y 35% DEL VOLUMEN DEL AGREGADO FINO PARA UN CONCRETO CON FINES DE USO ESTRUCTURAL. HUGO ALEJANDRO HERNÁNDEZ MURCIA CÓDIGO: 503590 HERNAN DAVID SÁNCHEZ RAMÍREZ CÓDIGO: 502908 Trabajo de Grado presentado como requisito para optar por el título de Ingeniero Civil Director de proyectos RICHARD MORENO BARRETO Ingeniero UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL MODALIDAD DE INVESTIGACIÓN BOGOTÁ 2015 2 3 Nota de aceptación: ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ __________________________________ Firma del presidente del jurado __________________________________ Firma del jurado __________________________________ Firma del jurado Bogotá D.C., 2015 4 Dedicatoria A mi padres Gloria Murcia Neira y Hugo Antonio Hernández Cubillos, personas honestas, trabajadoras y de muchos sacrificios que día tras día me motivaron a ser una persona con mentalidad positiva y de mucho empuje, siendo ellos quienes me fomentaron y apoyaron para sacar adelante esta hermosa carrera, para ellos esta dedicatoria. Hugo Alejandro Hernández Murcia 5 A mi esposa Luz Stella Zúñiga, mi madre Ana Ramírez y mis hijos Juan David y Julieta, personas que con su apoyo, palabras de fortalecimiento, honestidad, me motivaron para seguir adelante en esta bella profesión que hoy he adquirido, para ellos esta humilde dedicatoria. Hernán David Sánchez Ramírez 6 AGRADECIMIENTOS Primeramente a Dios porque sin él no sería posible llevar acabo el esfuerzo puesto en este camino para mi crecimiento personal y el de mi educación, gracias a él y a su amor por tan grande logro obtenido. A mis padres Gloria Murcia Neira y Hugo Antonio Hernández Cubillos, por su inagotable paciencia, compresión y amor, gracias a ese optimismo y esa energía fue posible llevar a cabo mi segunda carrera doy gracias a Dios por tenerlos. A mis hermanos que cada uno de ellos aporto un granito de arena y con sus conocimientos fueron de gran ayuda para fortalecer mi aprendizaje en este largo camino. A Ingrid Viviana Hernández Vélez por su intensa compañía y por esas palabras allegadas a Dios que me llenaron de mucha energía y apoyo en esos momentos difíciles donde sentía que todo era difícil, le doy gracias por ese amor que me brinda día tras día para alcanzar todos los proyectos que nos hemos pactado. Hugo Alejandro Hernández Murcia 7 AGRADECIMIENTOS A Dios por ser quien me guio con su sabiduría y amor, me dio fortalezas cuando más las necesite y me ilumino para escoger esta carrera y tener un crecimiento personal. A mi esposa Luz Stella Zúñiga y mi madre Ana Ramírez, personas que siempre estuvieron presentes a lo largo de mi época de estudios brindándome las palabras de fortalecimiento y los medios por los cuales hoy estoy culminando esta etapa de mi vida. A mis Hijos Juan David y Julieta por ser uno de los motivos para seguir adelante con el fin de brindarles un mejor futuro, a mis familiares, amigos, compañeros de estudio y en general a todas las personas que de una u otra forma colaboraron con mi formación como profesional integral. Hernán David Sánchez Ramírez 8 TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN……….………………………………………………………19 1. GENERALIDADES….………………………………………………………20 1.1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN….……..………………………..20 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.………………………………….20 1.2.1 Descripción del problema…………………………………………….20 1.2.2 Formulación del problema……..……………………………….…….20 1.3 OBJETIVOS………………………………………………………….…….20 1.3.1 Objetivo general………….…………………………………….….……20 1.3.2 Objetivos específicos………….………..………………………....….20 1.4 JUSTIFICACIÓN…..…………………………………………….………..22 1.5 DELIMITACIÓN…………………………………………………………...22 1.5.1 Espacio……………………………………………………………….….22 1.5.2 Recursos...………………………………………….……………….…..22 1.5.3 Tiempo………………………………………………………….………..23 1.6 ALCANCE…..………………………………………………….………….23 1.6.1Contenido…………………………………….………………….…….…23 2. MARCO REFERENCIAL…………………..……………………….……...24 2.1 MARCO HISTÓRICO……………………………………………………..24 2.2. MARCO CONCEPTUAL.………………………………………….…….24 1.2.1 El Concreto……..……………………………………………..……….24 2.2.1.1 Concreto estructural…………………………………………..……24 2.2.1.2 Concreto simple………...……………………………………….…..25 2.2.1.3 Concreto reforzado………………………………………………….25 9 2.2.2 Clasificación del concreto……………………………………………25 2.2.2.1 Clasificación según su peso unitario……………..…….………..25 2.2.3 Propiedades del concreto fresco……………………………..…….26 2.2.3.1 Trabajabilidad………………………………………………………...26 2.2.4 El Fraguado…….……………………………………………………….27 2.2.4.1 Fraguado inicial………………………………………………………27 2.2.4.2 Fraguado final……………….……………………………….……….27 2.2.5 El Curado. …………….…………………………………….………..27 2.2.6 Propiedades del concreto endurecido……………………………..28 2.2.7 Edad del concreto……………..……………………………………….29 2.2.8 El cemento……………………………………………………………….29 2.2.9 Agregados pétreos……………………………………………………..29 2.2.9.1 Agregados de origen natural………..……………………………..29 2.2.9.2 Agregados de origen artificial……..……………………………....29 2.2.9.3 Agregado grueso………………………………………………….....29 2.2.9.4 Agregado fino…………………………...……………………………29 2.2.10 Grano de Caucho Reciclado (GCR)………………………..……...30 2.2.10.1 Proceso de obtención del caucho reciclado………………….30 2.2.11 Ensayo a compresión………..……………………………………...31 2.2.12 Resistencia de diseño a la compresión del concreto (f´c)……31 3. METODOLOGÍA…..……………………………………………….………..32 3.1 DISEÑO METODOLÓGICO…….……………………………………….32 3.2 ETAPAS DE LA INVESTIGACIÓN…………………………………….33 3.2.1 Recopilación de la información………….…………………………..34 10 3.2.2 Selección de materiales convencionales…………………………..34 3.2.3 Compra del material reciclado……….…………………………….…34 3.2.4 Diseño de mezcla. ………………….…………………………….…...34 3.2.5 Elaboración de cilindros, ensayos y análisis de resultados....…34 4. MATERIALES….…………………………………………………………….35 4.1 AGUA………………………………………………………………………..35 4.1.1 Calidad y condiciones mínimas del agua de mezclado..………..35 4.2 CEMENTO….………………………………………………………………35 4.2.1 Cuidado y condiciones mínimas del cemento empleado……....36 4.2.2 Selección del cemento empleado…………………..………………..36 4.3 SELECCIÓN Y MUESTREO DE LOS AGREGADOS PETREOS……37 4.4 REQUERIMIENTOS GRANULOMÉTRICOS DEL AGREGADO FINO……………………………………………………………………………….37 4.5 REQUERIMIENTOS GRANULOMETRICOS DEL AGREGADO GRUESO…………………………………………………………………………38 4.6 GRANO DE CAUCHO RECICLADO……………………………………..38 5. DISEÑO DE LA MEZCLA…………………….……………………………..39 5.1 SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO…………………………………….40 5.2 SELECCIÓN DEL TAMAÑO MÁXIMO DE AGREGADO……………..41 5.3 ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AIRE……………………………..42 5.4 ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AGUA DE MEZCLADO…..…..43 5.5 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DE DISEÑO……………...44 5.6 RELACIÓN AGUA- CEMENTO….……………………………………...45 5.6.1 Cálculo de contenido de cemento…………..………..……………..45 5.7 VOLUMEN DE LOS AGREGADOS……..……………………………….45 11 5.8 DOSIFICACIÓN DE LA MEZCLA Y ELABORACIÓN DE MUESTRAS……………………………………………………………………..46 5.8.1 Especificaciones de diseño…..………………………………………47 5.8.2 Dosificación de la mezcla para concreto convencional…...……48 5.8.3 Sustitución de GCR en el agregado fino………………….………..48 5.8.4 Dosificación de la mezcla con cambio del 15% de arena………..49 5.8.5 Dosificación de la mezcla con cambio del 25% y 35% de arena……………………………………………………………………………..49 5.9 HOMOGENIZACIÓN DE LA MEZCLA…………………………………..49 6. ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESION……………………..50 6.1.1 Encofrado de los cilindros…………………………………………......50 6.1.2 Compactación del concreto en los moldes cilíndricos………..…51 6.1.3 Vibrado de los especímenes de concreto…………………………..51 6.1.4 Acabado de las muestras de concreto………………………..…….51 6.1.5 Almacenamiento de los cilindros…………………………………….52 6.1.6 Desencofrado de las muestras de concreto…………………….…52 6.1.7 Curado de los cilindros de concreto………………………………..52 6.2RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LAS MUESTRAS DE CONCRETO…………………………………………………………………….53 7. RESULTADOS…..…………………………………………………………..55 7.1 REGISTRO DE DATOS DE LOS CILINDROS………………………....55 7.2 COMPORTAMIENTO DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESION DE LAS MUESTRAS…………………………………………….………………..…56 7.2.1 Curva de resistencia a la compresión de la mezcla convencional…………….………………………………………………………56 12 7.2.2 Curva de resistencia a la compresión de la mezcla con relevo del 15% del volumen del agregado fino……….………………………………..57 7.2.3 Curva de resistencia a la compresión de la mezcla con relevo del 25% del volumen del agregado fino………………………………………..58 7.2.4 Curva de resistencia a la compresión de la mezcla con relevo del 35% del volumen del agregado fino……….………………………………..59 7.2.5 Variación de la resistencia con respecto a la mezcla convencional…………………………………………………………………...60 7.2.6 Comparación resultados de resistencia a la compresión……….62 7.2.7 Posibles causas de la variación de los resultados………………..63 7.3 PESO UNITARIO DE LAS MUESTRAS DE CONCRETO…………….63 7.4 ANALISIS DEL MODULO DE ELASTICIDAD DE LAS MUESTRAS DE CONCRETO……………………………………………………………………...63 7.5 MÉTODO GRAFICO…….………………………………………………….65 7.5.1 Tendencia de Ec para la mezcla convencional……………………65 7.5.2 Tendencia de Ec para la mezcla con relevo del 15% de GCR…..66 7.5.3 Tendencia de Ec para la mezcla con relevo del 25% de GCR…..66 7.5.4 Tendencia de Ec para la mezcla con relevo del 35% de GCR…..67 8. CONCLUSIONES…….....…………………………………………………..68 9. RECOMENDACIONES……...……………………………………………..69 BIBLIOGRAFIA….……………………………………………………………..70 13 LISTA DE TABLAS Tabla 1. Clasificación del concreto según su resistencia a la compresión……25 Tabla 2. Clasificación del concreto según su peso unitario….26 Tabla 3. Composición porcentual típica de llantas…..30 Tabla 4. Asentamientos recomendados según la clase de construcción y sistemas de colocación…..41 Tabla 5. Tamaños construcción…..42 máximos de agregado según tipo de Tabla 6. Cantidad de aire aproximada según tipo de agregado y niveles de aire……43 Tabla 7. Estimación del agua de mezclado según el tamaño nominal del agregado forma y textura……44 Tabla 8. Valores de f’cr cuando no hay datos para establecer la desviación estándar…..44 Tabla 9. Volumen de agregado grueso por volumen unitario del concreto….46 Tabla 10. Datos generales de la mezcla…..48 Tabla 11. Volumen de relevo con GCR respecto al fino para las mezclas experimentales….48 14 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Verificación del slump del concreto mediante el cono de Abrams…..27 Figura 2. Curado de especímenes de concreto……28 Figura. 3 Procedimiento del proyecto…….33 Figura. 4 Cemento seleccionado……36 Figura. 5 Cuarteo…..37 Figura 6 Requisito granulométrico para agregado fino NTC 174-94….38 Figura 7 Requisito granulométrico para agregado grueso NTC 17494…..38 Figura 8. Grano de caucho reciclado……39 Figura 9. Dosificación de la mezcla según diseño….47 Figura 10. Homogenización de la mezcla…..49 Figura 11.Encofrado de cilindros…..50 Figura 12.Acabado de muestras de concreto…..51 Figura 13.Almacenamiento de muestras de concreto…52 Figura 14.Desencofrado muestras de concreto….53 Figura 15.Curado de cilindros de concreto…..53 Figura 16. Ensayo de resistencia a la compresión….54 Figura 17. Registro de la masa de los cilindros….55 Figura 18. Determinación del volumen de los cilindros….55 Figura 19. Resistencia a la compresión mezcla convencional…57 Figura 20. Resistencia a la compresión mezcla con relevo del 15% del volumen del agregado fino……..58 Figura 21. Resistencia a la compresión mezcla con relevo del 25% del volumen del agregado fino…..59 15 Figura 22. Resistencia a la compresión mezcla con relevo del 25% del volumen del agregado fino…….60 Figura 23. Variación en % de la resistenca a la compresión respecto a la mezcla convencional a los 7 días……..61 Figura 24. Variación en % de la resistenca a la compresión respecto a la mezcla convencional a los 14 días….61 Figura 25. Variación en % de la resistenca a la compresión respecto a la mezcla convencional a los 28 días…..62 Figura 26. Comparacion de f´c de mezclas ensayadas….62 Figura 27. Comparación de densidades de mezclas….63 Figura 28. Comparación de módulo Ec a diferentes edades de ensayo….64 Figura 29. Módulo Ec en Mpa para mezcla convencional método grafico….65 Figura 30. Módulo Ec en Mpa para mezcla de 15% método grafico……66 Figura 31. Módulo Ec en Mpa para mezcla de 25% método grafico….67 Figura 32. Módulo Ec en Mpa para mezcla de 35% método grafico…..67 16 LISTA DE ANEXOS ANEXO A. DISEÑO DE LAS MEZCLAS……………………………………..71 ANEXO B. PESO UNITARIO DEL CONCRETO…………………...……….74 ANEXO C. RESISTENCIA DE LOS CILINDROS DE CONCRETO………76 ANEXO D. MODULO Ec DE LAS MEZCLAS ENSAYADAS…………...…78 17 RESUMEN En este proyecto investigativo buscamos determinar si es posible usar material reciclado (triturado de caucho de llanta) como agregado de reemplazo en porcentajes del 15%, 25% y 35% con respecto al volumen de arena en una mezcla para concreto con fines de uso estructural, el material reciclado proviene de llantas de todo tipo de carros, que ya cumplen con su tiempo de uso y son desechadas sin tener un objetivo final, y se vuelve en un problema que afecta al medio ambiente ya que no hay un control de estos residuos; la manera que se ha implementado para aprovechar estas llantas es moliéndolas y triturándolas convirtiéndolas en granulado de caucho reciclado conocido como GCR, el cual es separado de los demás elementos que componen la estructura de una llanta. En la actualidad estos desechos se aprovechan en diferentes aspectos de la ingeniería como son las mezclas bituminosas modificadas con polvo de neumático, vías de utilización del granulado en la construcción de césped artificial, mejoras en la seguridad derivadas de la utilización de mezclas abiertas o drenante, mezclas asfálticas, parques infantiles, canchas sintéticas, entre otras, todas estas aprovechando las cualidades del caucho para obtener mayor durabilidad, sin embargo el concreto estructural es de otro tipo de cualidades; como se sabe la resistencia del concreto sometido a grandes esfuerzos de compresión requiere de una composición de agregados de alta calidad, en esta investigación se remplaza un porcentaje de ese agregado fino para realizar las pruebas de resistencia a la compresión y determinar la comparación directa con una mezcla convencional elaborada bajos las mismas condiciones, y así mismo establecer si es viable usar el material reciclado y proponer si es necesario la profundización en la investigación con nuevos porcentajes. Las mezclas se diseñaron para adquirir una resistencia de 21 MPa y encontrar que tipo de mezcla satisfice y cumple con la resistencia para las que fueron diseñadas y visualizar los cambios frente a la mezcla convencional. PALABRAS CLAVES: Concreto, GCR, Mezclas, Resistencia a la compresión, Medio ambiente 18 INTRODUCCIÓN Debido a él gran problema ambiental que se presenta en la actualidad con el deposito final de los neumáticos usados, algunas de las propuestas planteadas por la industria para mitigar el impacto que estos productos tienen con el medio ambiente son la elaboración de alfombras, fabricación de parques infantiles, pistas de atletismo entre otros y por la Ingeniería civil como tal es la reutilización de este caucho como materia prima en la elaboración de concretos y asfaltos sustituyendo en sus volúmenes un porcentaje de agregado fino. Además de disminuir el impacto ambiental generado por la fabricación de neumáticos también se pretende con el uso de materiales reciclados dentro del diseño de una mezcla de concreto es minimizar el consumo de materiales pétreos tales como gravas, arenas y materias primas para la elaboración de cemento. Este proyecto pretende determinar si los porcentajes a utilizar de material reciclado (triturado de caucho granulado) dentro de la mezcla de concreto, no afectan las cualidades mecánicas de resistencia del concreto para establecer finalmente si el uso de este material como agregado alterno, resulta óptimo para el diseño de una mezcla destinada para uso estructural. En este proyecto para sustentar los resultados obtenidos se tendrá en cuenta los parámetros mecánicos de resistencia contemplados dentro de la norma NSR-10 y se elaboraran los ensayos de laboratorio que se requieran y que se establezcan por la normatividad. 19 1. GENERALIDADES 1.1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN. Día tras día se estudian técnicas en el diseño de mezclas asfálticas y de concreto con la incorporación de algunos desechos como son fibras de acero, fibras de vidrio, caucho triturado entre otros, estas mezclas por sus características tienen como fin lograr un cambio en los agregados convencionales ( materiales granulares) y una solución ecológica. Dicha técnica de acuerdo a resultados de estudios elaborados anteriormente ofrecen excelentes cualidades para ser usado como modificante para el concreto asfaltico y el concreto utilizado en estructuras convencionales, la reutilización de este residuo (llantas desechadas) logra ser muy propicia ya que año tras año el incremento es muy alto. La finalidad de este proyecto es analizar mediante ensayos de compresión a muestras de concreto de dosificación normal y compararlo con los resultados obtenidos de muestras modificadas con caucho reciclado en un 15%, 25% y 35% del volumen del agregado fino comparándolos entre si y determinar si estas sirven para uso como concreto estructural de 21 MPa cumpliendo con los valores exigidos en la norma NSR-10. 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA En Colombia de acuerdo a la Unidad Administrativa de Servicios Públicos indican que 3 de cada 10 llantas que cumplen su ciclo de vida por año, termina en andenes, separadores, humedales y ríos, cada día más de 2050 llantas terminan invadiendo el espacio público generando contaminación al medio ambiente y ocasionando problemas a la hora de eliminarlos. Según la Secretaria de Ambiente solo en Bogotá se generan 2.5 millones de llantas usadas al año, de las cuales 750,000 son botadas por sus dueños, pero los efectos de la disposición final o reutilización de estas no van solo a la estética de la ciudad sino también a los graves problemas de salud pública que podrían generar debido a que estas pueden ser fuente de incubación de enfermedades. 20 También coincide en afirmar que en países desarrollados se están implementando programas para la trituración masiva de llantas, los usos son muy variados, por ejemplo hacer parques infantiles o convertirlas en materia prima para hacer carreteras. En años recientes se han venido aprovechando las cualidades del caucho para el diseño de mezclas asfálticas y de concreto dándole un uso adecuado y eficaz. 1.2.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ¿Cumplirá con las especificaciones de resistencia a la compresión requeridas por la NSR-10, el uso de caucho reciclado como agregado fino de sustitución en el diseño de una mezcla para un concreto con fines estructurales? 1.3 OBJETIVOS 1.3.1 OBJETIVO GENERAL Observar el comportamiento del uso de grano de caucho reciclado (GCR) como un agregado fino dentro de una mezcla para concreto, con sustitución del 15%, 25% y el 35% del volumen de arena y determinar si compensa o no, los parámetros de resistencia establecidos por la normatividad, para proponer su uso como agregado de reemplazo en el diseño de mezclas para concreto estructural. 1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Elaborar una mezcla experimental donde se remplace el 15% del volumen del agregado fino de arena que requiere un concreto de 21 MPa con grano de caucho reciclado GCR. Elaborar una mezcla experimental donde se remplace el 25% del volumen del agregado fino de arena que requiere un concreto de 21 MPa con grano de caucho reciclado GCR. Elaborar una mezcla experimental donde se remplace el 35% del volumen del agregado fino de arena que requiere un concreto de 21 MPa con grano de caucho reciclado GCR. 21 Realizar los ensayos de laboratorio de resistencia a la compresión a los tipos de mezcla escogidos a las edades de 7, 14 y 28 días y analizar sus cambios en la resistencia en comparación con un concreto de diseño de mezcla convencional. Determinar las posibles causas y variables de cambios de resistencia a la compresión al utilizar un agregado de origen artificial en el diseño de la mezcla. 1.4 JUSTIFICACIÓN El trabajo está basado en el desarrollo y estudio de mezclas con material reciclado variando el porcentaje de este el cual permitirá desarrollar nuevos avances en este campo para mejorar la reutilización de estos productos, la cual está en gran auge debido a las políticas de desarrollo sostenible y cuidado del medio ambiente. Debido al alto consumo de neumáticos en Colombia y a su vez la lenta biodegradación que estos materiales sufren, el ser humano se ve en la necesidad de desarrollar nuevas tecnologías para la reutilización de estos desechos en las diferentes áreas de aplicación que estos podrían llegar a tener, por esto la gran importancia de este trabajo el cual está basado en el análisis del comportamiento del grano de caucho reciclado en una mezcla el cual reemplazará un porcentaje en volumen del agregado fino en el diseño de una mezcla de concreto de resistencia de 21 Mpa y se concluirá si este cumple o no con los requisitos para usar en un diseño estructural. 1.5 DELIMITACIÓN 1.5.1 Espacio. La ejecución de las muestras de las mezclas experimentales cilíndricas de concreto y los ensayos de resistencia a la compresión se realizaron en el laboratorio de la Universidad Católica de Colombia. 1.5.2 Recursos. La obtención de los diferentes materiales involucrados en una mezcla de concreto en especial el grano triturado de caucho ya que en la ciudad de Bogotá no hay empresas que vendan este tipo de material. 22 1.5.3 Tiempo. Desde el semestre pasado se tenía como tema de proyecto “Aguas subterráneas en Colombia” el cual fue cancelado por motivos de falta de director de proyecto, motivo por el cual nos vimos obligados a cambiar nuestro tema de proyecto de grado el cual fue asignado por el Ing. Richard Moreno el día 11 de Agosto de 2015, por el poco tiempo de investigación se han generado limitaciones. 1.6 ALCANCE Este proyecto concluirá si mediante el uso de grano de caucho reciclado existe la posibilidad de usarlo en el diseño de una mezcla para concreto con sustituciones del 15%, 25% y 35% del volumen del agregado fino; esto con el fin de que se elaboren nuevos estudios con diferentes porcentajes puedan mejorar el comportamiento de la mezcla. 1.6.1CONTENIDO. La investigación de este trabajo comprenderá el siguiente listado y desarrollo de actividades: Diseño de las diferentes mezclas experimentales y sus respectivos ensayos de laboratorio. Muestreo de datos y resultados. Elaboración de informe, conclusiones y recomendaciones. 23 2. MARCO REFERENCIAL 2.1 MARCO HISTÓRICO Ingenieros de vías alrededor del mundo han experimentado incorporando GCR en pavimentos asfálticos desde la década de los cincuenta. Algunos de estos primeros experimentos involucraron la adición de caucho natural con el objetivo de aprovechar su flexibilidad en una superficie de pavimento eficiente y duradera1.; para el uso del reciclaje en el concreto estructural se debe tener en cuenta que se requiere una resistencia a la compresión mayor que para los pavimentos, sabemos que el concreto es una Mezcla de cemento portland o cualquier otro cemento hidráulico, agregado fino, agregado grueso y agua con o sin aditivos2 cada agregado tiene su función específica y obviamente al ser remplazado debe proporcionar unas condiciones similares para un resultado óptimo y determinar si cumple con el comportamiento que requiere un concreto estructural. 2.2. MARCO CONCEPTUAL 2.2.1 El Concreto. El concreto es una mezcla de diversos elementos utilizada en la construcción. La adecuada dosificación es indispensable para poder preparar un concreto con las normas de calidad requeridas; es la unión de cemento, agua, aditivos, grava y arena lo que nos da una mezcla llamada concreto. El cemento representa sólo el 15% en la mezcla del concreto por lo que es el que ocupa menor cantidad en volumen; sin embargo su presencia en la mezcla es esencial. Al concreto se le agrega un aditivo el cual tiene diferentes funciones tales como reducir el agua, acelerar la resistencia, incrementar su trabajabilidad, etc. 2.2.1.1 CONCRETO ESTRUCTURAL: Es aquel tipo de concreto que es utilizado con fines estructurales los cuales pueden ser concretos simples o reforzados. 1 http://www.idu.gov.co/documents/20181/362981/mejoras_mecanicas_mezclas_asfalticas_desech os_llantas_segunda.pdf/4fceb51b-6243-472f-8797-ff56af269924 2 Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10 Titulo C 24 2.2.1.2 CONCRETO SIMPLE: Es aquel concreto que en su mezcla es hecho con cemento, agregados pétreos y agua para uso estructural pero en los elementos estructurales donde es colocado no hay acero de refuerzo. 2.2.1.3 CONCRETO REFORZADO: Es aquel concreto que en los elementos estructurales donde es colocado hay acero de refuerzo con el fin de resistir los esfuerzos de tensión. 2.2.2 CLASIFICACIÓN DEL CONCRETO. El concreto es clasificado de 2 formas, la primera es según su resistencia a la comprensión a los 28 días (véase Tabla 1 Clasificación del concreto según su resistencia a la compresión) y la segunda es según su peso unitario, los cuales son los factores determinantes cuando se hace la elaboración de un diseño de mezcla de concreto. Tabla 1. Clasificación del concreto según su resistencia a la compresión Fuente3 2.2.2.1 CLASIFICACIÓN SEGÚN SU PESO UNITARIO. Debido al desarrollo de diferentes tecnologías para fabricar concretos, los concretos se clasifican según su peso unitario en 3 grandes grupos (véase Tabla 2 Clasificación del concreto según su peso unitario), debido a esto se toma como promedio de peso unitario para concreto el valor de 2300 Kg7m3. 3 MONTEJO FONSECA, Alfonso. MONTEJO PIRATOVA, Francy y MONTEJO PIRATOVA, Alejandro. Tecnología y patología del concreto armado. Bogotá D.C.: Universidad Católica de Colombia ediciones, 2013.p. 30 25 Tabla 2. Clasificación del concreto según su peso unitario Fuente4 2.2.3 PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO. Estas propiedades de este material dependen de la relacion agua-cemento escogida en el diseño de la mezcla, tambien dependen de el control que se le haga al cemento fresco ya que este es el que absorve el agua de amasado. 2.2.3.1 TRABAJABILIDAD . Esta propiedad es definida como la mayor o menor dificultad de mezclado, transporte, colocación y compactación del concreto, dicha propiedad se ve fuertemente influenciada por la pasta de cemento, la relación agua-cemento escogida en el diseño de la mezcla, el equilibrio entre los agregados gruesos y finos. El método usado para determinarla es el ensayo de asentamiento o slump el cual se mide por el cono de Abrams. 4 MONTEJO FONSECA, Alfonso. MONTEJO PIRATOVA, Francy y MONTEJO PIRATOVA, Alejandro. Tecnología y patología del concreto armado. Bogotá D.C.: Universidad Católica de Colombia ediciones, 2013.p. 30 26 Figura 1. Verificación del slump del concreto mediante el cono de Abrams Fuente: El autor 2.2.4 EL FRAGUADO. El fraguado del concreto es un proceso en el que se pierde manejo y donde se experimenta un proceso exotérmico en el que el concreto pasa del estado plástico a sólido, además de un proceso de pérdida de manejabilidad, con el fin de adquirir una resistencia a través del tiempo. 2.2.4.1 FRAGUADO INICIAL. Es el tiempo que transcurre desde el momento que se agrega el agua, hasta que la pasta pierde su viscosidad y eleva su temperatura, este proceso indica que la pasta esta semidura y parcialmente hidratada. 2.2.4.2 FRAGUADO FINAL. Es el tiempo transcurrido desde que se agrega el agua a la mezcla hasta que se vuelve rígida, llega al mínimo de temperatura y deja de ser susceptible a deformaciones por cargas mínimas. 2.2.5 EL CURADO. El curado consiste en el mantenimiento de contenidos de humedad y de temperaturas satisfactorios en el concreto durante un periodo definido inmediatamente después de la colocación y acabado, con el propósito que se desarrollen las propiedades deseadas. Nunca se 27 exagerara al enfatizar la necesidad de un curado adecuado. Figura 2. Curado de especímenes de concreto Fuente: El autor 2.2.6 PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO. El concreto en estado endurecido tiene como sus propiedades más importantes la resistencia y la durabilidad; por lo general se determina por la resistencia final del ensayo de cilindros a compresión. Como el concreto suele aumentar su resistencia con el paso del tiempo, la resistencia a la compresión a los 28 días es el tiempo más común de esta propiedad y así se obtiene la resistencia real de esta propiedad de dicho diseño de mezcla. La durabilidad en cambio es la capacidad del concreto a resistir los ataques de los diferentes agentes en la intemperie, productos químicos que será sometido durante su periodo de vida. 28 Una vez el concreto se encuentra en estado endurecido después de terminado su fraguado empieza a adquirir sus propiedades por esto es necesario hacer sus pruebas después de los 28 días de elaborado. 2.2.7 EDAD DEL CONCRETO . Dependiendo del diseño de la mezcla la edad comúnmente usada es la de 28 días de fraguado ya que de esta dependen sus propiedades físicas mecánicas, por esta razón la mayor resistencia deberá ser alcanzada en este tiempo. 2.2.8 EL CEMENTO. El Cemento es el producto resultante de la cocción de caliza y arcilla, los cuales son triturados y calcinados en un horno de alta temperatura, luego se enfrían y se muelen para formar el polvo gris, es el conglomerante más usado en fabricación de morteros y concretos para diferentes usos en la industria de la construcción y para estas actividades se emplea el cemento tipo Portland que debe su nombre a una piedra de color semejante a las canteras inglesas de la cuidad de Portland, debido a sus propiedades físico químicas este material debe cumplir estándares de calidad que para nuestro medio es la norma NTC 30, 31, 121 y 321. 2.2.9 AGREGADOS PÉTREOS . Los agregados pétreos son materiales inorgánicos compuestos de arenas y gravas los cuales influyen notablemente en las características del concreto debido a que gran parte de un volumen de concreto está hecho de estos. Según su origen se pueden clasificar en naturales y artificiales y según su tamaño se pueden clasificar en agregados finos y gruesos y sus características están definidas en la NTC 174. 2.2.9.1 AGREGADOS DE ORIGEN . Estos materiales son aquellos encontrados tal cual en sus fuentes de origen los cuales pueden ser clasificados como material de cantera o material de rio, dichos materiales para ser utilizados en la fabricación de concreto pueden sufrir pequeñas transformaciones en su tamaño. 2.2.9.2 AGREGADOS DE ORIGEN ARTIFICIAL. Son aquellos materiales producto de procesos industriales hechos por el hombre, en la actualidad y mediante estudios hechos estos materiales se usan por lo general en la fabricación de concretos ligeros ya que suelen tener una alta porosidad. 2.2.9.3 AGREGADO GRUESO. Los agregados gruesos son aquellos que quedan retenidos hasta el tamiz No 4, en el proceso de elaboración de concreto se usa por lo general material que va desde el tamiz 1” hasta el No 4, se pueden usar materiales de diferente origen los cuales deben garantizar la resistencia mecánica de este. 2.2.9.4 AGREGADO FINO . Son aquellos materiales retenidos desde el tamiz 29 No 4 hasta el tamiz No 200, el material más común dentro de esta gradación son las arenas que son el producto de la desintegración de los agregados gruesos, estas deben pasar antes por ciertas pruebas estándar tales como consistencia, impurezas orgánicas, etc., para poder ser utilizadas en la fabricación de concreto. 2.2.10 GRANO DE C AUCHO RECICLADO (GCR). Proviene básicamente de las llantas que desechan y se puede obtener de diferentes tamaños, en nuestro país se está aplicando desde hace unos años para la elaboración de canchas sintéticas, mezclas asfálticas y en diferentes suministros donde las cualidades son básicamente el caucho. 2.2.10.1 PROCESO DE OBTENCIÓN DEL CAUCHO RECICLADO . Básicamente el material de caucho reciclado tiene 2 proceso básicos en su obtención: Acopio y clasificación de neumáticos. Las llantas están compuestas de una gran cantidad de materiales también dependen del uso al cual se destinan, sus características especiales como resistencia a la carga, posibilidad de manejar alta presión, características de adherencia, entre otros. La Tabla No 3 presenta la composición porcentual típica de las llantas discriminando automóviles y camiones (Secretaria de Medio Ambiente De Bogotá, 2006). Tabla 3. Composición porcentual típica de llantas. Fuente 5 Proceso de trituración de los neumáticos para su reciclaje. El proceso de trituración consiste que a través de máquinas trituradoras se separe el caucho de elementos como el acero y los textiles, este grano de caucho triturado se puede emplear para la elaboración de nuevos productos. Actualmente se encuentran dos métodos de trituración que son la trituración mecánica y la trituración criogénica. 5 http://www.ambientebogota.gov.co/c/document_library/get_file?uuid=ab80a611-f997-4864bd6e-7aa0d8680067&groupId=10157 30 Trituración mecánica. La trituración mecánica emplea cuchillas para desmenuzar las llantas; por lo general este tipo de trituración se realiza en cascada, es decir, se trituran paulatinamente las llantas hasta alcanzar el tamaño mínimo requerido (ver figura 1) y luego se emplean clasificadores neumáticos y magnéticos para separar el textil y el acero presentes. Trituración criogénica. Este método necesita unas instalaciones muy complejas lo que hace que tampoco sean rentables económicamente y el mantenimiento de la maquinaria y del proceso es difícil. La baja calidad de los productos obtenidos y la dificultad material y económica para purificar y separar el caucho y el metal entre si y de los materiales textiles que forman el neumático provoca que este sistema sea poco recomendable. 2.2.11 ENSAYO A COMPRESIÓN . Este tipo de ensayo realizado al concreto sirve para verificar mediante el uso de cargas axiales aplicadas a cilindros fabricados de este material la resistencia máxima a la compresión, en Colombia dicho ensayo se debe realizar cumpliendo la norma NTC 673. 2.2.12 RESISTENCIA DE DISEÑO A LA COMPRESIÓN DEL CONCRETO (F´C). La resistencia a la compresión a la cual se diseña por lo general un concreto es a la edad de 28 días ya que es la edad en la cual un concreto de características normales llega a una resistencia del 99%. “Resistencia a la compresión del concreto empleada en el diseño…, expresada en mega páscales (MPa). Cuando la cantidad f’c esté bajo un signo radical, se quiere indicar solo la raíz cuadrada del valor numérico, por lo que el resultado está en mega páscales (MPa)”6 6 REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE. Concreto estructural –NSR10-Titulo C. Bogotá DC.: 2010.p. C-38 31 3. METODOLOGÍA Esta investigación se inicia pensando en atender la necesidad de utilizar un material reciclado en este caso el triturado de caucho de llanta para la elaboración de una mezcla de concreto modificada, la cual se evaluara mediante ensayos y se determinara si dicho desecho reciclado es aceptable a las cualidades requeridas y si cumple la resistencia apta para un concreto con fines estructurales. La metodología a usar es la siguiente: Elaboración y curado de especímenes de concreto para ensayos de laboratorio. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1994. 17 p. (NTC 1377). Ensayo de resistencia a la compresión de cilindros normales de concreto. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1994. 17 p. (NTC 673). Análisis, conclusiones y recomendaciones. Por otra parte también se piensa en el medio ambiente ya que como se sabe el problema de llantas desechadas crece día a día en nuestro país, creando una gran contaminación. 3.1 DISEÑO METODOLÓGICO. El proyecto tiene un diseño metodológico tipo cualitativo “La investigación cualitativa, en sus diversas modalidades: investigación participativa, investigación de campo, participación etnográfica, estudio de casos, etc., “tienen como característica común referirse a sucesos complejos que tratan de ser descritos en su totalidad, en su medio natural. No hay consecuentemente, una abstracción de propiedades o variables para analizarlas mediante técnicas estadísticas apropiadas para su descripción y la determinación de correlaciones.”7 Se trabajó siguiendo cada una de las 7 https://metodologiaecs.wordpress.com/2013/12/06/investigacion-cualitativa-metodologia-de-lainvestigacion/ 32 etapas para un excelente desarrollo, permitiendo el cumplimiento de los objetivos Figura. 3 Procedimiento del proyecto. Fuente: Autor 3.2 ETAPAS DE LA INVESTIGACIÓN. El tutor el Ingeniero Richard Moreno mostro diferentes temáticas, se Conforme con las diferentes temáticas propuestas por el director de grado, se eligió por la investigación de diseñar una mezcla con agregados de 33 origen artificial con el fin de determinar su viabilidad en el concreto estructural, el agregado escogido es el triturado de llantas recicladas con porcentajes de reemplazo al 15%, 25% y 35% respecto al agregado fino (arena) los cuales fueron sugeridos por el Ingeniero Richard Moreno (tutor). 3.2.1 RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN. Se basó en diferentes Fuentes de apoyo para la investigación del proyecto algunas fueron textos científicos, libros, tesis, páginas web y algunas normas las cuales fueron de gran aporte para dar inicio al proyecto. 3.2.2 SELECCIÓN DE MATERIALES CONVENCIONALES . Los materiales convencionales fueron adquiridos con diferentes proveedores confiables, se puntualiza que dichos materiales no son objeto de investigación en el presente trabajo. 3.2.3 COMPRA DEL MATERIAL RECICLADO. El grano de caucho reciclado (GCR), a diferencia del material convencional no fue de fácil consecución, este fue adquirido por una empresa especializada en el proceso de la recolección y tratamiento en la trituración del caucho de llantas. 3.2.4 DISEÑO DE MEZCLA. Tal como lo indica el Ingeniero Richard Moreno (Tutor) el diseño de mezcla se realizara para un concreto normal cuya resistencia es de 21MPa y siguiendo sus indicaciones se usara la metodología del libro de “Diego Sánchez de Guzmán Tecnología del concreto y del mortero”. 3.2.5 ELABORACIÓN DE CILINDROS , ENSAYOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS . Tanto los ensayos toma de datos y análisis de resultados se realizaron siguiendo los procedimientos indicados por el Instituto colombiano de normas técnicas y certificación NTC-1377 y NTC-673. 34 4. MATERIALES. 4.1 AGUA Elemento importante para la confección y curado del hormigón, se puede utilizar en su forma natural o tratada, es de total importancia que en el momento de uso en las mezclas este limpia y fresca hasta donde sea posible y no deberá contener residuos de aceites, ácidos, sulfatos de magnesio, sales, limo, materias orgánicas u otras sustancias dañinas, arcilla, lodo y algas. 4.1.1 CALIDAD Y CONDICIONES MÍNIMAS DEL AGUA DE MEZCLADO. El agua empleada en el mezclado del concreto debe cumplir con las disposiciones de la norma NTC 3459 (BS3148) o de la norma ASTM C1602M cuando sean menos exigentes que los de la norma NTC 3459. “Casi cualquier agua natural que se pueda beber (potable) y que no tiene un sabor u olor marcado, puede utilizarse como agua de mezclado en la elaboración del concreto. Las impurezas excesivas en el agua de mezclado, pueden afectar no solo el tiempo de fraguado, la manejabilidad, la resistencia del concreto y la estabilidad volumétrica, sino que también pueden provocar eflorescencia o corrosión en el refuerzo. Siempre que sea posible debe evitarse el agua con altas concentraciones de solidos disueltos” La norma ASTM C1602M permite el uso de agua potable sin practicarle ensayos e incluye métodos para calificar las fuentes de agua impotable, considerando los efectos en el tiempo de fraguado y la resistencia8 4.2 CEMENTO. El más comercial es el cemento Portland, es un cemento hidráulico compuesto principalmente de silicatos de calcio hidráulicos, fraguan y endurecen al reaccionar químicamente con el agua en un tiempo mínimo de 45 min., las especificaciones del cemento Portland deben cumplir con los valores de la norma Colombiana NTC 121, adicionalmente, en la elaboración de concretos se recomienda la versión y aplicación de la NTC 8 REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE. Concreto estructural. –NSR10-Titulo C. Bogotá DC.: 2010. C-43 35 3318 y NSR-10; requisitos de producción, calidad y durabilidad 4.2.1 CUIDADO Y CONDICIONES MÍNIMAS DEL CEMENTO EMPLEADO. El cemento es de fácil almacenamiento y básicamente hay que tener cuidado con la humedad, debido a que el cemento reacciona con el agua, la humedad contenida en un ambiente puede dañar el concreto y crear grumos, lo cual es un fenómeno que nos indica que el cemento fue afectado por la humedad, también es total importancia conseguirlo en su empaque original, ya que en la mayoría de ferreterías se vende por kilogramos y se es difícil tener conocimiento de la fecha de caducidad, se aconseja comprarlo el mismo día que será usado, por otro lado es importante la marca del cemento, cada industria cementera está regida por las normas de control de calidad, cemento fabricado bajo las normas NTC 121y NTC 321 y también se permite el uso de cementos fabricados bajo la norma ASTM C150. 4.2.2 SELECCIÓN DEL CEMENTO EMPLEADO. El cemento seleccionado para el ensayo es de marca Cemex; Las especificaciones del Cemento Gris de Uso Estructural producido por Cementos Cemex S.A. cumple con los valores de la norma colombiana NTC 121 y 321 y de la norma americana ASTM C1157 Figura. 4 Cemento seleccionado. Fuente: El autor. 36 4.3 SELECCIÓN Y MUESTREO DE LOS AGREGADOS PETREOS. Los agregados pétreos convencionales para la mezcla experimental fueron seleccionados y adquiridos con un proveedor calificado, el cual da garantía de las propiedades como, peso específico, humedad natural y absorción, cualidades físicas que dependen del origen mineralógico del agregado, cabe aclarar que no se realizaron pruebas a este material por la limitación de tiempo y espacio esto nos obligó a conseguir la materia prima con un proveedor que de acuerdo a sus políticas realiza dichas pruebas en este caso particular con la cadena de almacenes Constructor. Se realizaron las correspondientes pruebas de los agregados finos y gruesos de la mezcla, para verificar su granulometría y establecer si cumplían con los requerimientos establecidos por la normatividad. Figura. 5 Cuarteo Fuente: El autor 4.4 REQUERIMIENTOS GRANULOMÉTRICOS DEL AGREGADO FINO. A continuación se muestra las curvas de los ensayos de granulometría que verifican la uniformad de los tamaños y garantizan los lineamientos de la norma. 37 Figura 6 Requisito granulométrico para agregado fino NTC 174-94. Fuente: El autor 4.5 REQUERIMIENTOS GRANULOMETRICOS DEL AGREGADO GRUESO. A continuación se observa la curva para el agregado grueso que garantiza los lineamientos de la norma. “el agregado grueso puede ser grava triturada, roca triturada, escoria de alto horno enfriada al aire), concreto triturado (fabricado con cemento hidráulico) o una combinación de ellos”9 Figura 7 Requisito granulométrico para agregado grueso NTC 174-94. Fuente: El autor 4.6 GRANO DE CAUCHO RECICLADO. Para la mezcla experimental se utilizó triturado de caucho de llanta de 9 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS Y CERTIFICACIÓN. Ingeniería civil y arquitectura: especificaciones de los agregados para concreto. NTC 174. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1994.p. 7. 38 origen artificial y como se constata en este trabajo va a sustituir el agregado fino en porcentajes del 15%, 25% y 35%, con cada porcentaje de cambio se realizara una mezcla distinta (Ver diseño de mezcla), dentro de lo que investigamos no se encontró información específica de este agregado en mezclas para concreto, pero su análisis para la dosificación fue manera independiente de los demás agregados teniendo en cuenta el peso específico aproximado de 0,9 gr/cm3 brindado por el proveedor del material. Figura 8. Grano de caucho reciclado. Fuente: El autor 5. DISEÑO DE LA MEZCLA Es importante saber que se han realizado una gran cantidad de trabajos relacionados con los aspectos teóricos del diseño de mezclas de concreto, en buena parte se entiende que el diseño de mezcla es un procedimiento empírico, y aunque hay muchas propiedades importantes del concreto, la mayor parte de procedimientos de diseño están basados principalmente en lograr una resistencia a compresión para una edad determinada así como la manejabilidad apropiada para un tiempo determinado. Una mezcla se debe diseñar tanto para estado fresco como para estado endurecido. Las principales exigencias que se deben cumplir para lograr una dosificación apropiada en estado fresco son las de manejabilidad, resistencia, durabilidad y economía, además se debe diseñar para unas propiedades que el concreto debe cumplir cuando una estructura se coloca en servicio. Una mezcla se debe diseñar tanto para estado fresco como para estado 39 endurecido. Las principales exigencias que se deben cumplir para lograr una dosificación apropiada en estado fresco son las de manejabilidad, resistencia, durabilidad y economía10 Para nuestro caso investigativo se diseñara una mezcla convencional con condiciones normales a su uso, las cuales serán descritas en cada uno del pasos del diseño, al no haber una especificación o norma donde indique puntualmente el diseño de una mezcla con el material (caucho granulado) usado para sustitución siempre habrá preguntas referentes a su aplicación y dosificación, material que es de origen artificial, y el cual es la base del ensayo que se describe en esta investigación en donde se evalúan los resultados de resistencia adquiridos por el concreto, con porcentajes de cambio del 15%, 25% y 35% respecto al agregado fino. 5.1 SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO Para una primera perspectiva se realiza la verificación del asentamiento con cono de Abrams en el momento de la colocación (véase figura 1) , por otro lado el aspecto del que depende el asentamiento, es el método de compactación, (véase tabla 4) asentamientos recomendados según la clase de construcción y sistemas de colocación) de no revisarse estos aspectos inmediatamente podemos sacar conclusiones a la hora del mezclado, es importantes la realización de esta verificación ya que hay secciones de difícil acceso y podemos encontrar irregularidades y lo más importante es definir la consistencia del cemento ya que el concreto debe ser diseñado para tener una adecuada manejabilidad. 10 http://blog.360gradosenconcreto.com/diseno-de-mezclas-de-concreto-conceptos-basicos/ 40 Tabla 4. Asentamientos recomendados según la clase de construcción y sistemas de colocación. Fuente11. 5.2 SELECCIÓN DEL TAMAÑO MÁXIMO DE AGREGADO Los agregados bien graduados de tamaño máximo tienen menos vacíos que los de tamaños menores. De aquí que los concretos con agregado mayor 11 SÁNCHEZ DE GUZMAN, Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 2 ed. Bogotá: Bhandar Editores LTDA., 2001. P. 228. 41 tamaño requieren menos mortero por unidad de volumen de concreto. Generalmente, el tamaño máximo de agregado debe ser el mayor que se encuentre disponible económicamente y el que resulte compatible con las dimensiones de la estructura. En algunas ocasiones estas limitaciones se descartan si la trabajabilidad y los métodos de compactación son tales que el concreto puede ser colocado sin que se formen cavidades o vacíos. Para lograr mejores resultados cuando se desea obtener un concreto de alta resistencia, deben reducirse los tamaños máximos de los agregados, ya que estos producen mayores resistencias con una relación agua/cemento dada12. Tabla 5. Tamaños máximos de agregado según tipo de construcción. Fuente13 5.3 ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AIRE Es importante anotar que cuando se prevea que la estructura no estará expuesta a ambientes severos, la incorporación de aire incluido es notoriamente menor. El aire incluido beneficia la manejabilidad y la cohesión de la mezcla, con la mitad de los valores de contenido de aire que se recomienda para concretos con aire incluido14. (Véase tabla 6 Cantidad de aire aproximada según tipo de agregado y niveles de aire incluido para diferentes tamaños de agregado). 12 : http://www.arqhys.com/contenidos/agregados-tamano.html 13 SÁNCHEZ DE GUZMAN, Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 2 ed. Bogotá: Bhandar Editores LTDA., 2001. p. 230. 14 : http://www.arqhys.com/construccion/estimacion-contenido-concreto.html 42 Tabla 6. Cantidad de aire aproximada según tipo de agregado y niveles de aire incluido para diferente tamaño de agregado. Fuente: Adaptado del A.C.I.-211 y del A.C.I.-318 (11.2, 11.4) 5.4 ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AGUA DE MEZCLADO Se puede anotar que la cantidad de agua por volumen unitario de concreto que se requiere para producir un asentamiento dado depende del tamaño máximo del agregado, la forma y textura de las partículas así como de la gradación de los agregados, de la cantidad de aire incluido y de los aditivos reductores de agua cuando son utilizados15. (Véase tabla 7 Estimación del agua de mezclado según el tamaño nominal del agregado forma y textura). En particular y para este trabajo, se escogió un tamaño máximo de agregado de 3⁄4" cuyas partículas eran de forma angular y textura rugosa, también se seleccionó un asentamiento estimado de 3” para una consistencia de mezcla media 15 http://www.arqhys.com/construccion/estimacion-contenido-concreto.html 43 Tabla 7. Estimación del agua de mezclado según el tamaño nominal del agregado forma y textura. Fuente16 5.5 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DE DISEÑO Se determina la resistencia de diseño teniendo presente cada disposición de la Norma NSR-10, el concreto no debe tener una resistencia a la compresión menor a 17 Mpa, para establecer dicha conclusión se debe realizar por lo menos 30 pruebas, los cuales aseguran que se está siguiendo cada parámetro que exige la NCR-10. En caso de no tener registros de más pruebas en donde se evalué la resistencia promedio (f’cr) se utilizaran los siguientes valores. Tabla 8. Valores de f’cr cuando no hay datos para establecer la desviación estándar. Fuente17 16 SÁNCHEZ DE GUZMAN, Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 2 ed. Bogotá: Bhandar Editores LTDA., 2001. P. 233. 17 adaptado de REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE –NSR-10-Titulo C. Bogotá DC.: 2010. C-72 44 5.6 RELACIÓN AGUA- CEMENTO. La relación agua/cemento conocida como a/c, es la proporción utilizada para obtener las diferentes mezclas tanto para la obtención de morteros como de hormigones. El agua-cemento se trata de la relación peso del agua al peso del cemento utilizado en una mezcla de hormigón. Tiene una influencia importante en la calidad del hormigón producido. La menor proporción de agua-cemento conduce a la mayor resistencia y durabilidad, pero puede hacer la mezcla más difícil de manejar y verter. Las dificultades de colocación se pueden resolver mediante el uso de plastificante. La relación agua-cemento es independiente del contenido total de cemento (y en el total contenido de agua) de una mezcla 18. Para el desarrollo del trabajo se siguió con la metodología propuesta para la ejecución de cálculos y dosificaciones. 5.6.1 CÁLCULO DE CONTENIDO DE CEMENTO. El contenido cemento se calcula una vez especificados los valores de agua de mezclado y la relación agua cemento, en donde para su cálculo se tiene la siguiente expresión: 𝐶 = 𝐴𝐴 ⁄𝐶 Dónde: C= Contenido de cemento, en Kg/m3. A= Requerimiento de agua de mezclado, en Kg/m3. 𝐴⁄𝐶 =Relación agua cemento. 5.7 VOLUMEN DE LOS AGREGADOS Siguiendo con la metodología el tamaño máximo seleccionado para el diseño es de 3⁄4”, con este tamaño y en relación al módulo de finura de la arena (2.40) se escogen los porcentajes de agregado grueso (véase tabla 9 Volumen de agregado grueso por volumen unitario del concreto); “los volúmenes están basados en agregados secos compactados con varilla, como se describe en la norma A.S.T.M C-29”22 19 18 http://masconstruccion.com/relacion-agua-cemento.html 19 SÁNCHEZ DE GUZMAN, Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 2 ed. Bogotá: Bhandar Editores LTDA., 2001. P. 241. 45 Tabla 9. Volumen de agregado grueso por volumen unitario del concreto. Fuente20 Inicialmente se calcula el volumen de los agregados que se requiere para una mezcla de 1m3, para luego obtener los valores de dosificación para los distintos tipos de mezcla. Dónde: V agregados= 1m3- Vaire- Vagua- Vcemento (1) V.aire = Volumen del aire. V.agua = Volumen del aire. V.cemento= Volumen del cemento. 5.8 DOSIFICACIÓN DE LA MEZCLA Y ELABORACIÓN DE MUESTRAS Siguiendo la metodología del volumen absoluto, se prosigue con la dosificación y posterior mezclado para la elaboración de los cilindros, con la dosificación se busca básicamente tener las proporciones óptimas de todos los elementos de la mezcla “La mejor dosificación del concreto es aquella que admite pequeñas variaciones en la dosificación de los constituyentes 20 SÁNCHEZ DE GUZMAN, Diego. Tecnología del concreto y del mortero. 2 ed. Bogotá: Bhandar Editores LTDA., 2001. P. 241 46 sin modificación notable de las características, tanto del concreto fresco como del concreto endurecido”21 como también, establecer el comportamiento según las características de cada composición. Figura 9. Dosificación de la mezcla según diseño. Fuente: El autor 5.8.1 ESPECIFICACIONES DE DISEÑO. Partiendo de que el diseño para la mezcla de concreto es un diseño convencional y siguiendo con la metodología escogida para el diseño de las mezclas, se relaciona el 21 MONTEJO FONSECA, Alfonso. MONTEJO PIRATIVA, Francy y MONTEJO PIRATOVA, Alejandro. Tecnología y patología del concreto armado. Bogotá D.C.: Universidad Católica de Colombia ediciones, 2013.p. 29 47 siguiente resumen dosificaciones. de los datos generales requeridos para las Tabla 10. Datos generales de la mezcla. TAMAÑO MAXIMO AGREGADO ASENTAMIENTO RELACION AGUA-CEMENTO AGUA CEMENTO TOTAL AGREGADOS AGREGADO GRUESO AGREGADO FINO CAUCHO RECICLADO 3/4" 4" 0.56 183 326.786 1787.172 1070.604 716.568 950 Lt KG KG 59.90% KG 40.10% KG KG Fuente: El autor 5.8.2 DOSIFICACIÓN DE LA MEZCLA PARA CONCRETO CONVENCIONAL. Se diseña la mezcla para 1m3 de concreto convencional, no se realiza ningún cambio y sin aditivos y se calcula el total de las proporciones de agregados agua y cemento requeridas. 5.8.3 SUSTITUCIÓN DE GCR EN EL AGREGADO FINO . Partiendo de la dosificación de agregado fino requerido para una mezcla normal, se prosigue haciendo el cálculo del valor del volumen del cambio de arena correspondiente al 15%, 25% y 35% para las respectivas mezclas. Tabla 11. Volumen de relevo con GCR respecto al fino para las mezclas experimentales. CANTIDADES DE MATERIAL POR CILINDRO MATERIAL AGUA (Lt) CEMENTO (Kg) AGREGADO GRUESO (Kg) AGREGADO FINO (Kg) GRANO CAUCHO RECICLADO (Kg) MEZCLA CONVENCIONAL 0.970 1.732 5.676 3.799 MEZCLA 15% RELEVO 0.970 1.732 5.676 3.229 MEZCLA 25% RELEVO 0.970 1.732 5.676 2.849 MEZCLA 35% RELEVO 0.970 1.732 5.676 2.469 0.235 0.392 0.549 Fuente: El autor 48 5.8.4 DOSIFICACIÓN DE LA MEZCLA CON CAMBIO DEL 15% DE ARENA. Después de haber obtenido el dato del volumen de arena requerido para cada tipo de mezcla y los valores para las proporciones de cambio con GCR respecto al agregado fino, se continuó con la dosificación para este tipo de mezcla donde se busca la sustitución del 15%. (Véase ANEXO A). 5.8.5 DOSIFICACIÓN DE LA MEZCLA CON CAMBIO DEL 25% Y 35% DE ARENA. Para estos cálculos se sigue el mismo procedimiento del numeral anterior, teniendo en cuenta los datos de arena total requerida y cambio con GCR para este tipo de mezcla, (véase ANEXO A). 5.9 HOMOGENIZACIÓN DE LA MEZCLA. Primero se debe hacer un mezclado en seco para tener uniformidad y queden bien repartidos para la aplicación del agua, al incluir el grano de caucho reciclado se puede notar la mezcla de un color más oscuro (Véase la Figura 10), se espera que con esta adición haya inconvenientes en la adherencia de la pasta cementante, ya que no es un material de origen pétreo. Figura 10. Homogenización de la mezcla. Fuente: El autor. 49 6. ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESION Una vez se tiene la tabla de diseño de la mezcla de concreto con sus respectivos valores para cada tipo de material se procede a elaborar y curar las muestras de cilindros con los cuales se mide la resistencia a la compresión siguiendo los lineamientos de la norma 22 NTC 550, todos los procesos descritos a continuación para la elaboración de las muestras de concreto fueron realizados en los laboratorios de la facultad de Ingeniería de la Universidad Católica de Colombia. 6.1.1 ENCOFRADO DE LOS CILINDROS. Según la norma NTC 550 los especímenes cilíndricos en concreto deben tener un diámetro de 150 mm por 300 mm de altura, en caso de usar moldes más pequeños se debe garantizar como mínimo que el molde tenga 3 veces el tamaño máximo nominal del agregado grueso, para esta tesis se usaron moldes metálicos de 150 mm de diámetro por 300 mm de altura y se fabricaron 2 probetas para cada edad a ensayar de cada tipo de mezcla, estos fueron limpiados y lubricados para evitar cambios en los resultados. Figura 11.Encofrado de cilindros Fuente: El autor 22 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Ingeniería civil y arquitectura: elaboración y curado de especímenes de concreto en obra. NTC-550. Bogotá D.C.: ICONTEC, 2000. p. 3-11 50 6.1.2 COMPACTACIÓN DEL CONCRETO EN LOS MOLDES CILÍNDRICOS . Para la compactación de las muestras se utilizó una varilla compactadora en acero lisa de diámetro 16 mm con cabeza redondeada y de altura 600 mm, compactando dicha mezcla en 3 capas, cada capa se debe compactar de acuerdo al asentamiento escogido en el diseño de la mezcla, para esta investigación se realizaron 25 golpes por cada capa sin profundizar en la capa anterior. 6.1.3 VIBRADO DE LOS ESPECÍMENES DE CONCRETO . Con el fin de que no queden vacíos en los especímenes de concreto y liberar las posibles burbujas que puedan quedar atrapadas en él, las cuales pueden afectar la resistencia a la compresión, se deben golpear los moldes en la parte exterior con un martillo de cabeza de goma, para este procedimiento se hicieron de 10 a 15 golpes por capa de acuerdo a la manejabilidad y trabajabilidad de cada muestra de concreto. 6.1.4 ACABADO DE LAS MUESTRAS DE CONCRETO. Una vez terminada la actividad de compactación se debe proceder a allanar la superficie de cada cilindro de concreto ya sea con una espátula o llana de madera, se puede utilizar un poco de cemento tipo Portland para facilitar y mejorar el acabado de la superficie y así garantizar que no haya excesos de mezcla en las muestras. Figura 12.Acabado de muestras de concreto Fuente: El autor 51 6.1.5 ALMACENAMIENTO DE LOS CILINDROS . Las muestras de concreto deben ser almacenadas en un lugar donde se garantice el proceso de fraguado en estas, libres de posibles humedades, filtraciones, etc., las cuales pueden afectar los resultados del ensayo. Figura 13.Almacenamiento de muestras de concreto Fuente: El autor 6.1.6 DESENCOFRADO DE LAS MUESTRAS DE CONCRETO . Pasadas como mínimo 20 horas después de fundidas las muestras, se deben remover de los cilindros metálicos, para esta actividad se debe tener especial cuidado de no ir a dañar las muestras esto con el fin de garantizar la uniformidad en la geometría de cada cilindro. Figura 14.Desencofrado muestras de concreto Fuente: El autor 6.1.7 CURADO DE LOS CILINDROS DE CONCRETO . Para este proceso básico en la obtención de la resistencia a la compresión de cada muestra, se deben poner los cilindros en un tanque con agua y cal a una temperatura de 52 23 °C ± 2°C y dicha agua debe fluir libremente por encima de la superficie de cada muestra. Figura 15.Curado de cilindros de concreto Fuente: El autor 6.2 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LAS MUESTRAS DE CONCRETO. Para determinar la resistencia a la compresión de las muestras de concreto se han realizado 2 cilindros para ensayar a los 7, 14 y 28 días y así determinar el promedio de resistencia (véase figura 11), con una velocidad de carga ya predeterminada en la maquina hasta que cada cilindro falle, la carga máxima en cada cilindro se determina dividiendo la fuerza aplicada en el área transversal de cada cilindro, estos ensayos se hicieron siguiendo los parámetros de las normas NTC 1377 y NTC 673- Ensayo de resistencia a la compresión de cilindros de concreto. Donde: f=Fuerza aplicada al cilindro en N, Kg o lbf. A= Área transversal del cilindro en cm2, in2 o m2. = Resistencia del cilindro a la compresión en Kg/cm2, PSI o Mpa. 53 Figura 16. Ensayo de resistencia a la compresión Fuente: El autor 54 7. RESULTADOS 7.1 REGISTRO DE DATOS DE LOS CILINDROS Para la realización del ensayo se tomaron los datos de la masa y volumen de los cilindros en concreto (véase ANEXO B) con el fin de hallar su densidad y volumen individual y promedio a cada edad ensayada. Obteniendo la densidad promedio de todas las muestras se clasifico como un concreto de densidad normal (véase tabla 1 Clasificación del concreto según su peso unitario). Figura 17. Registro de la masa de los cilindros Fuente: El autor Figura 18. Determinación del volumen de los cilindros. Fuente: El autor 55 Para hallar la densidad de los cilindros se tomaron 3 alturas y 3 diámetros y se promediaron, luego para hallar la densidad de la muestra se usó la siguiente ecuación: Donde: W=Masa de cada cilindro en Kg V= Volumen del cilindro en m3 7.2 COMPORTAMIENTO DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESION DE LAS MUESTRAS Teniendo en cuenta que el concreto es la mezcla de varios materiales y que para esto el pasa primero por un estado plástico cuyas cualidades principales son la manejabilidad y moldeabilidad, después de este el concreto debido a las múltiples reacciones físico químicas de sus materiales pasa a un estado sólido donde es capaz de resistir grandes esfuerzos a la compresión. Con los resultados obtenidos en los ensayos de laboratorio de cada muestra y tipo de mezcla se determinara si las mezclas con un cambio de reemplazo del volumen del agregado fino por GCR en un 15%, 25% y 35% respectivamente cumplen con los requisitos para ser usadas como concreto estructural y se compararan todos estos resultados con una mezcla de concreto convencional. 7.2.1 CURVA DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LA MEZCLA CONVENCIONAL . La evolución de la curva de la resistencia de la mezcla convencional mostro la siguiente tendencia (véase figura 19. Resistencia a la compresión mezcla convencional) donde se evidencio que sin realizar ningún cambio en los volúmenes de agregado fino se obtuvo un valor máximo de f´c de 21,03 Mpa a los 28 días, donde alcanzo una resistencia de 100,16% con respecto a la resistencia de diseño, cumpliendo con los valores estimados de resistencia . 56 Figura 19. Resistencia a la compresión mezcla convencional Fuente: El autor 7.2.2 CURVA DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LA MEZCLA CON RELEVO DEL 15% DEL VOLUMEN DEL AGREGADO FINO La evolución de la curva de la resistencia de la mezcla convencional mostro la siguiente tendencia (véase figura 20. Resistencia a la compresión mezcla con relevo del 15% del volumen del agregado fino) donde se evidencio que realizando el cambio en los volúmenes de agregado fino del 15% por GCR se obtuvo un valor máximo de f´c de 9,58 Mpa a los 28 días, donde alcanzo una resistencia de 45,61% con respecto a la resistencia de diseño, valores que no cumplen con la resistencia de diseño. 57 Figura 20. Resistencia a la compresión mezcla con relevo del 15% del volumen del agregado fino Fuente: El autor 7.2.3 CURVA DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LA MEZCLA CON RELEVO DEL 25% DEL VOLUMEN DEL AGREGADO FINO La evolución de la curva de la resistencia de la mezcla convencional mostro la siguiente tendencia (véase figura 21. Resistencia a la compresión mezcla con relevo del 25% del volumen del agregado fino) donde se evidencio que realizando el cambio en los volúmenes de agregado fino del 25% por GCR se obtuvo un valor máximo de f´c de 5,86 Mpa a los 28 días, donde alcanzo una resistencia de 27,92% con respecto a la resistencia de diseño, valores que no cumplen con la resistencia de diseño. 58 Figura 21. Resistencia a la compresión mezcla con relevo del 25% del volumen del agregado fino Fuente: El autor 7.2.4 CURVA DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LA MEZCLA CON RELEVO DEL 35% DEL VOLUMEN DEL AGREGADO FINO La evolución de la curva de la resistencia de la mezcla convencional mostro la siguiente tendencia (véase figura 22. Resistencia a la compresión mezcla con relevo del 35% del volumen del agregado fino) donde se evidencio que realizando el cambio en los volúmenes de agregado fino del 35% por GCR se obtuvo un valor máximo de f´c de 5,29 Mpa a los 28 días, donde alcanzo una resistencia de 25,20% con respecto a la resistencia de diseño, valores que no cumplen con la resistencia de diseño. 59 Figura 22. Resistencia a la compresión mezcla con relevo del 25% del volumen del agregado fino Fuente: El autor 7.2.5 V ARIACIÓN DE LA RESISTENCIA CON RESPECTO A LA MEZCLA CONVENCIONAL. El diseño de la mezcla convencional fue elaborada con las mismas proporciones para poder establecer el punto de comparación con las mezclas modificadas. Los resultados de estas graficas( vease Figura 23. Variación en % de la resistencia a la compresión respecto a la mezcla convencional a los 7 días, Figura 24. Variación en % de la resistencia a la compresión respecto a la mezcla convencional a los 14 días, Figura 25. Variación en % de la resistencia a la compresión respecto a la mezcla convencional a los 28 días ) indican que la variación de la resistencia a la compresión de las mezclas modificadas con GCR son demasiado altas, por tal motivo no cumplen con la resistencia de diseño. 60 Figura 23. Variación en % de la resistencIa a la compresión respecto a la mezcla convencional a los 7 días Fuente: El autor Figura 24. Variación en % de la resistenca a la compresión respecto a la mezcla convencional a los 14 días Fuente: El autor 61 Figura 25. Variación en % de la resistenca a la compresión respecto a la mezcla convencional a los 28 días Fuente: El autor 7.2.6 COMPARACIÓN RESULTADOS DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN . De acuerdo a lo anteriormente mencionado en puntos anteriores reiteramos que las mezclas que tienen % de relevo de GCR siguen la misma metodología que la mezcla convencional, a continuación comparamos los resultados en las diferentes edades de ensayo. Figura 26. Comparacion de f´c de mezclas ensayadas Fuente: El autor 62 7.2.7 POSIBLES CAUSAS DE LA VARIACIÓN DE LOS RESULTADOS. Existen múltiples causas que pueden afectar la resistencia del concreto, desde la selección del tamaño del agregado, la elaboración en sitio de las muestras y el curado del concreto hasta el transporte de las muestras. Una de las posibles causas en la reducción de la resistencia a la compresión del concreto las cuales no son objeto de este trabajo, pero que a opinión de nosotros puede ser que debido a la naturaleza del origen de los agregados ya que estos son materiales pétreos y el GCR es un material derivado del petróleo, esto puede ocasionar que no sean compatibles y así generar aislamientos entre las diferentes moléculas del material. 7.3 PESO UNITARIO DE LAS MUESTRAS DE CONCRETO Según los resultados obtenidos de las distintas muestras de mezclas y las pruebas realizadas a las diferentes edades de ensayo (véase ANEXO B), podemos concluir que dichas muestras cumplen con los valores de concretos de densidades normales. Figura 27. Comparación de densidades de mezclas Fuente: El autor 7.4 ANALISIS DEL MODULO DE ELASTICIDAD DE LAS MUESTRAS DE CONCRETO Para hallar los valores de los módulos de elasticidad Ec para los diferentes tipos de mezclas y edades de ensayo, teniendo solamente el resultado de la 63 resistencia máxima a la compresión se utilizó la formula encontrada en la Norma Sismo resistente del 2010 NSR-10, “para concretos de densidad normal Ec puede tomarse como”23. Donde: f¨c= Resistencia especificada a la compresión del concreto en Mpa Ec= Modulo de elasticidad del concreto en Mpa Se hallaron los diferentes módulos de elasticidad de los diferentes tipos de mezclas obteniendo como resultado que solo la mezcla convencional cumple con las especificaciones. Figura 28. Comparación de módulo Ec a diferentes edades de ensayo Fuente: El autor 23 REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCION SISMORRESISTENTE. Concreto estructural. NSR10- Titulo C. Bogotá D.C.: 2010. P. C-112 64 7.5 MÉTODO GRAFICO Para la obtención de los valores de la deformación en cada muestra ensayada se utilizó la ecuación de Thomas Young, teniendo los datos completos se determinara la pendiente de la gráfica de la curva esfuerzo vs deformación (véase ANEXO D). A partir de la ecuación se tiene: Donde: E= Modulo de elasticidad del concreto en Mpa δ= Presión ejercida en el área transversal en Mpa e=Deformación unitaria 7.5.1 TENDENCIA DE EC PARA LA MEZCLA CONVENCIONAL La tendencia de esta gráfica que relaciona el esfuerzo y la deformación y que por definición se tiene que el valor de la pendiente es igual al módulo de elasticidad del concreto a los 28 días cuyo valor para la mezcla convencional es de 20514 Mpa, muy cercano al valor calculado que fue de 21555 Mpa como se muestra en la figura 29. Figura 29. Módulo Ec en Mpa para mezcla convencional método grafico Fuente: El autor 65 7.5.2 TENDENCIA DE EC PARA LA MEZCLA CON RELEVO DEL 15% DE GCR La tendencia de esta gráfica que relaciona el esfuerzo y la deformación y que por definición se tiene que el valor de la pendiente es igual al módulo de elasticidad del concreto a los 28 días cuyo valor para la mezcla con relevo del 15% de GCR es de 13583 Mpa, muy por debajo del valor esperado para concreto de f´c de 21 Mpa como se muestra en la figura 32. Figura 30. Módulo Ec en Mpa para mezcla de 15% método grafico Fuente: El autor 7.5.3 TENDENCIA DE EC PARA LA MEZCLA CON RELEVO DEL 25% DE GCR La tendencia de esta gráfica que relaciona el esfuerzo y la deformación y que por definición se tiene que el valor de la pendiente es igual al módulo de elasticidad del concreto a los 28 días cuyo valor para la mezcla con relevo del 25% de GCR es de 10656 Mpa, muy por debajo del valor esperado para concreto de f´c de 21 Mpa como se muestra en la figura 33. 66 Figura 31. Módulo Ec en Mpa para mezcla de 25% método grafico Fuente: El autor 7.5.4 TENDENCIA DE EC PARA LA MEZCLA CON RELEVO DEL 35% DE GCR La tendencia de esta gráfica que relaciona el esfuerzo y la deformación y que por definición se tiene que el valor de la pendiente es igual al módulo de elasticidad del concreto a los 28 días cuyo valor para la mezcla con relevo del 35% de GCR es de 10083 Mpa, muy por debajo del valor esperado para concreto de f´c de 21 Mpa como se muestra en la figura 34. Figura 32. Módulo Ec en Mpa para mezcla de 35% método grafico Fuente: El autor 67 8. CONCLUSIONES. En base al desarrollo de este trabajo, se concluye; que las mezclas de concreto donde se busca la sustitución del 15%, 25% Y 35% de agregado fino con GCR, no logran alcanzar la resistencia a la compresión de diseño en ninguna edad, de acuerdo con los resultados encontrados las diferencias con el concreto convencional en cuanto a resistencia están por debajo del 28,31% para la edad de 7 días, 28,75% para la edad de 14 días y 32,86% para la edad de 28 días; en cuanto a la resistencia a la compresión requerida se concluye que el agregado de reemplazo no cumple con las características para emplearse en la mezcla de concreto. Para las mezclas que buscan el cambio del 25% y 35% de agregado fino por GCR, estuvo muy por debajo de la resistencia a la compresión requerida de acuerdo a la norma; para una edad de 28 días el concreto obtuvo una diferencia cercana al 74,84%, siendo las mezclas con el menor comportamiento de resistencia a la compresión. Por lo tanto no se recomiendan este volumen de sustitución para el diseño de mezclas de concreto. Se realizaron los ensayos de compresión para los especímenes cilíndricos de concreto elaborados para cada una de las diferentes mezclas con valores de sustitución del 35%, 25%, 15% y 0% donde se fallaron a las edades de 7, 14 y 28 días respectivamente, siguiendo las distintas normatividades para este fin. Una vez conocidas los resultados donde se observaba las diferencias de las resistencias a la compresión se puede conjeturar algunas causas por las cuales pudieron generar la disminución de la resistencia en las mezclas: Densidad del reciclado de caucho Incompatibilidad con los demás materiales El reciclado de caucho no cumple con las características mecánicas para tal fin. Los porcentajes utilizados como remplazo para la investigación son bastantes altos. 68 9. RECOMENDACIONES De acuerdo a los resultados de la investigación NO se recomienda como remplazo el reciclado de caucho del volumen del agregado fino para un concreto en los porcentajes del 15%, 25% y 35%, ya que se evidencia su baja resistencia a la compresión en cualquier edad. Se recomienda hacer investigaciones con porcentajes de remplazo menores al 15% ya que observando los resultados, entre menos cantidad de GCR la resistencia a la compresión aumenta. Para la mezclas con sustituciones de GCR mayores al 10% y menores al 35% se recomienda la adición de otro residuo que pueda ser utilizado de manera homóloga y en conjunto con el GCR, e indagar en los resultados para determinar si se obtiene o no, una mayor resistencia con el fin de poder aprovechar más de estos residuos sin afectar las cualidades mecánicas del concreto y llegar a mejorarlas. Se recomienda continuar el estudio con una investigación que permita evaluar la resistencia a la flexión y a la tracción de las mezclas con las mismas sustituciones de fino con GCR, elaboradas en este trabajo; un estudio de compatibilidad química como también evaluar resultados con mismos valores de relevo respecto a la arena pero con diferentes granulometrías del grano de caucho. Dado el trabajo y esfuerzo que se llevó acabo para determinar los resultados y por lo que pudimos investigar se recomienda para un próximo estudio, disminuir los relevos por debajo al 5% en la sustitución del agregado fino con GCR, constatando que la resistencia mínima de acuerdo a la NSR-10 es de 17 MPa. 69 9. BIBLIOGRAFIA COLOMBIA. DESARROLLO MINISTERIO DE TERRITORIAL. AMBIENTE, Reglamento VIVIENDA colombiano Y de construcción sismo resistente NSR-10. Bogotá D.C.: El ministerio, 2010. 1625 p. INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Cemento portland: Clasificación y nomenclatura. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1966. 2 p. (NTC 30). _____._____: Especificaciones físicas y mecánicas del cemento. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1982. 6 p. (NTC 121). _______. Ingeniería Civil y arquitectura: Agua para la elaboración de concreto Bogotá D.C.: ICONTEC, 1982. 6 p. (NTC 3459). _____._____: Especificaciones de los agregados para concreto. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1994. 17 p. (NTC 673), 1994. 21 p. (NTC 174). _____._____: Método de ensayo para determinar el asentamiento del concreto. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1994. 17 p. (NTC 673), 1994. 21 p. (NTC 396) _____._____: Elaboración y curado de especímenes de concreto para ensayos de laboratorio. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1994. 17 p. (NTC 1377). _____._____: Ensayo de resistencia a la compresión de cilindros normales de concreto. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1994. 17 p. (NTC 673). Tesis “VALORACIÓN DE PROPIEDADES MECÁNICAS Y DE DURABILIDAD DE CONCRETO ADICIONADO CON RESIDUOS DE LLANTAS DE CAUCHO” Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito. _____._____: Tamizado de materiales granulados, Análisis granulométrico. NTC – Norma Técnica Colombiana: NTC 77, 1995. 70 ANEXOS ANEXO A. DISEÑO DE LAS MEZCLAS Tabla A1. Volumen de cilindros en m3 y litros. ALTURA (m) DIAMETRO (m) VOLUMEN CILINDRO EN LITROS VOLUMEN CILINDRO EN m3 0.30 0.15 5.301 0.0053 Fuente: El autor Tabla A2. Datos generales de la mezcla. TAMAÑO MAXIMO AGREGADO ASENTAMIENTO RELACION AGUA-CEMENTO AGUA CEMENTO TOTAL AGREGADOS AGREGADO GRUESO AGREGADO FINO 3/4" 4" 0.56 183 326.786 1787.172 1070.604 716.568 Lt KG KG 59.90% KG 40.10% KG Fuente: El autor Tabla A3. Diseño de la mezcla convencional. MATERIAL Cemento Agua Agregado Fino Agregado Grueso TOTAL VOLUMEN PESO ABSOLUTO (Lt) VOLUMEN ESPECIFICO PESO SECO PARA 1 m3 DE ABSOLUTO (Lt) (gr/cm3) (Kg/m3) MEZCLA POR CILINDRO 3.00 326.786 108.93 0.58 1.00 183 183 0.97 2.30 716.568 311.55 1.65 2.70 1070.604 396.52 2.10 2296.96 1000.00 5.30 Fuente: El autor 71 PESO MATERIAL (Kg) POR CILINDRO 1.73 0.97 3.80 5.68 12.18 Tabla A4. Volumen de relevo del GCR respecto al agregado fino para las mezclas a ensayar. % DE RELEVO 0 15 25 35 RELEVO GCR (Kg por m3) ARENA TOTAL (Kg por m3) 0 716.568 44.396 609.083 73.993 537.426 103.591 465.769 Fuente: El autor Tabla A5. Diseño de la mezcla con relevo del 15% del volumen del agregado fino con GCR. MATERIAL Cemento Agua Agregado Fino Agregado Grueso GCR 15% TOTAL VOLUMEN PESO PESO ABSOLUTO (Lt) VOLUMEN MATERIAL ESPECIFICO PESO SECO PARA 1 m3 DE ABSOLUTO (Lt) (Kg) POR (gr/cm3) (Kg/m3) MEZCLA POR CILINDRO CILINDRO 3.00 326.786 108.93 0.58 1.73 1.00 183 183 0.97 0.97 2.30 609.08 264.82 1.40 3.23 2.70 1070.60 396.52 2.10 5.68 0.95 44.40 46.73 0.25 0.24 2233.87 1000.00 5.30 11.84 Fuente: El autor Tabla A6. Diseño de la mezcla con relevo del 25% del volumen del agregado fino con GCR. MATERIAL Cemento Agua Agregado Fino Agregado Grueso GCR 25% TOTAL VOLUMEN PESO PESO ABSOLUTO (Lt) VOLUMEN MATERIAL ESPECIFICO PESO SECO PARA 1 m3 DE ABSOLUTO (Lt) (Kg) POR (gr/cm3) (Kg/m3) MEZCLA POR CILINDRO CILINDRO 3.00 326.786 108.93 0.58 1.73 1.00 183 183 0.97 0.97 2.30 537.43 233.66 1.24 2.85 2.70 1070.60 396.52 2.10 5.68 0.95 73.99 77.89 0.41 0.39 2191.81 1000.00 5.30 11.62 Fuente: El autor 72 Tabla A7. Diseño de la mezcla con relevo del 35% del volumen del agregado fino con GCR. MATERIAL Cemento Agua Agregado Fino Agregado Grueso GCR 35% TOTAL VOLUMEN PESO PESO ABSOLUTO (Lt) VOLUMEN MATERIAL ESPECIFICO PESO SECO PARA 1 m3 DE ABSOLUTO (Lt) (Kg) POR (gr/cm3) (Kg/m3) MEZCLA POR CILINDRO CILINDRO 3.00 326.786 108.93 0.58 1.73 1.00 183 183 0.97 0.97 2.30 465.77 202.51 1.07 2.47 2.70 1070.60 396.52 2.10 5.68 0.95 103.59 109.04 0.58 0.55 2149.75 1000.00 5.30 11.40 Fuente: El autor 73 ANEXO B. PESO UNITARIO DEL CONCRETO Tabla B1. Densidad de la mezcla convencional. GCR DIAS 0% RELEVO PROMEDIO AREAS ALTURA VOLUMEN PESO PROMEDIO PROMEDIO CILINDROS CILINDROS DENSIDAD (m2) (m) (m3) (Kg) (Kg/m3) 7 0.01779 0.3005 0.00534585 12.113 2265.999 14 0.01767 0.3000 0.00530144 12.008 2265.046 28 0.01795 0.3007 0.00539617 12.250 2270.129 2267.058 Fuente: El autor Tabla B2. Densidad de la mezcla con relevo del 15% del volumen del agregado fino con GCR. GCR DIAS 15% RELEVO PROMEDIO AREAS ALTURA VOLUMEN PESO PROMEDIO PROMEDIO CILINDROS CILINDROS DENSIDAD (m2) (m) (m3) (Kg) (Kg/m3) 7 0.01819 0.3022 0.0054951 11.928 2170.685 14 0.01771 0.3005 0.00532207 11.805 2218.123 28 0.01775 0.3015 0.00535164 12.093 2259.695 2216.168 Fuente: El autor Tabla B3. Densidad de la mezcla con relevo del 25% del volumen del agregado fino con GCR. GCR DIAS 25% RELEVO PROMEDIO AREAS ALTURA VOLUMEN PESO PROMEDIO PROMEDIO CILINDROS CILINDROS DENSIDAD (m2) (m) (m3) (Kg) (Kg/m3) 7 0.01815 0.3035 0.00550725 11.749 2133.362 14 0.01783 0.3022 0.00538731 11.809 2192.013 28 0.01791 0.3015 0.00539922 11.971 2217.130 2180.835 Fuente: El autor 74 Tabla B4. Densidad de la mezcla con relevo del 35% del volumen del agregado fino con GCR. GCR DIAS 35% RELEVO PROMEDIO AREAS ALTURA VOLUMEN PESO PROMEDIO PROMEDIO CILINDROS CILINDROS DENSIDAD (m2) (m) (m3) (Kg) (Kg/m3) 7 0.01791 0.3000 0.00537246 11.310 2105.409 14 0.01799 0.3000 0.00539613 11.275 2089.410 28 0.01795 0.3000 0.00538423 11.245 2088.522 2094.447 Fuente: El autor 75 ANEXO C. RESISTENCIA DE LOS CILINDROS DE CONCRETO Tabla C1. Resultados de resistencia mezcla convencional. DIAS No CILINDRO 7 14 28 1 2 3 4 5 AREA (cm2) 179.08 176.71 176.71 176.71 179.08 6 179.87 CARGA RESISTENCIA APLICADA RESISTENCIA RESISTENCIA PROMEDIO (Kg) (Kg/cm2) (Mpa) (Mpa) 26000 145.19 14.52 25500 144.30 14.43 14.47 33500 189.57 18.96 33200 187.87 18.79 18.87 37500 209.41 20.94 38000 211.26 21.13 21.03 Fuente: El autor Tabla C2. Resultados de resistencia mezcla de la mezcla con relevo del 15% del volumen del agregado fino con GCR. DIAS No CILINDRO 7 14 28 1 2 3 4 5 AREA (cm2) 182.26 181.46 176.71 177.50 178.29 6 176.71 CARGA RESISTENCIA APLICADA RESISTENCIA RESISTENCIA PROMEDIO (Kg) (Kg/cm2) (Mpa) (Mpa) 9000 49.38 4.94 9500 52.35 5.24 5.09 13000 73.56 7.36 13000 73.24 7.32 7.34 17000 95.35 9.54 17000 96.20 9.62 9.58 Fuente: El autor Tabla C3. Resultados de resistencia mezcla de la mezcla con relevo del 25% del volumen del agregado fino con GCR. DIAS No CILINDRO 7 14 28 1 2 3 4 5 6 CARGA RESISTENCIA AREA APLICADA RESISTENCIA RESISTENCIA PROMEDIO (cm2) (Kg) (Kg/cm2) (Mpa) (Mpa) 180.66 7000 38.75 3.87 182.26 7000 38.41 3.84 3.86 179.08 8500 47.47 4.75 177.50 8500 47.89 4.79 4.77 179.08 10000 55.84 5.58 179.08 11000 61.43 Fuente: El autor 76 6.14 5.86 Tabla C4. Resultados de resistencia mezcla de la mezcla con relevo del 35% del volumen del agregado fino con GCR. DIAS 7 14 28 No CILINDRO 1 2 3 4 5 6 AREA (cm2) 177.50 180.66 180.66 179.08 179.87 179.08 RESISTENCIA CARGA RESISTENCIA RESISTENCIA PROMEDIO APLICADA (Kg) (Kg/cm2) (Mpa) (Mpa) 6000 33.80 3.38 6000 33.21 3.32 3.35 7000 38.75 3.87 8000 44.67 4.47 4.17 10000 55.60 5.56 9000 50.26 5.03 5.29 Fuente: El autor Tabla C5. Variación de la resistencia en % respecto a una mezcla convencional. DIAS GCR 15% GCR 25% GCR 35% 7 64.86 73.35 76.85 14 61.11 74.74 69.89 28 54.47 72.12 74.84 Fuente: El autor 77 ANEXO D. MODULO EC DE LAS MEZCLAS ENSAYADAS Tabla D1. Módulo Ec para mezcla convencional. GCR% f´c CONVENCIONAL Ec (Mpa) DIAS Mpa GCR 0% e 0 0 0 0 7 14.47 17881.264 0.00080947 14 18.87 20417.8297 0.0009243 0% 28 21.03 21555.2458 0.00097579 Fuente: El autor Tabla D2. Módulo Ec para mezcla con relevo del 15% del volumen del agregado fino con GCR. GCR% f´c CONVENCIONAL DIAS Mpa 0 0 7 5.09 14 7.34 15% 28 Ec (Mpa) GCR 0% e 0 0 10600.2936 0.00047987 12733.6191 0.00057644 9.58 14545.3874 0.00065846 Fuente: El autor Tabla D3. Módulo Ec para mezcla con relevo del 25% del volumen del agregado fino con GCR. GCR% f´c CONVENCIONAL Ec (Mpa) DIAS Mpa GCR 0% e 0 0 0 0 7 3.86 9231.27061 0.00041789 14 4.77 10262.387 0.00046457 25% 28 5.86 11380.7431 Fuente: El autor 78 0.0005152 Tabla D4. Módulo Ec para mezcla con relevo del 35% del volumen del agregado fino con GCR. GCR% f´c CONVENCIONAL DIAS Mpa 0 0 7 3.35 14 4.17 35% 28 5.29 Ec (Mpa) GCR 0% e 0 0 8603.28467 0.00038947 9598.77639 0.00043453 10812.703 0.00048948 Fuente: El autor Tabla D5. Diferencia Ec mezcla respecto a la mezcla convencional. Ec en Mpa Ec en Mpa Ec en Mpa Ec en Mpa DIFERENCIA EN % RESPECTO AL DE LA MEZCLA CONVENCIONAL mezcla relevo 15% relevo 25% relevo 35% convencional GCR GCR GCR 15% GCR 25% GCR 35% GCR 17881.26 10600.29 9231.27 8603.28 -40.72 -48.37 -51.89 20417.83 12733.62 10262.39 9598.78 -37.63 -49.74 -52.99 21555.25 14545.39 11380.74 10812.70 -32.52 -47.20 -49.84 Fuente: El autor 79
