LA CASCARILLA DE ARROZ COMO MATERIAL DE AGREGADO EN …

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LA CASCARILLA DE ARROZ COMO MATERIAL DE AGREGADO EN LA

PRODUCCIÓN DE PREFABRICADOS DE MORTERO SECO UTILIZADOS EN EL ALIGERAMIENTO DE LOSAS DE CONCRETO

LUIS JADER ÁLVAREZ GARCÍA ANDREA DEL PILAR ARDILA PÉREZ

UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ

2011

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LA CASCARILLA DE ARROZ COMO MATERIAL DE AGREGADO EN LA

PRODUCCIÓN DE PREFABRICADOS DE MORTERO SECO UTILIZADOS EN EL ALIGERAMIENTO DE LOSAS DE CONCRETO

LUIS JADER ÁLVAREZ GARCÍA 0510008

ANDREA DEL PILAR ARDILA PÉREZ 0510772

TRABAJO DE GRADO PRESENTADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

MAURICIO AYALA VILLARRAGA INGENIERO CIVIL

UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ

2011

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NOTA DE ACEPTACIÓN:

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____________________________ DIRECTOR DE INVESTIGACIÓN

____________________________ JURADO 1

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JURADO 2

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AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos a: A Dios por darnos la fuerza de terminar con éxito nuestros estudios profesionales. A nuestras familias por apoyarnos en todos los momentos de nuestra vida. A los ingenieros Mauricio Ayala Villarraga y Marisol Nemocon Ruiz por brindarnos su colaboración y conocimientos. A Oliverio Pinzón por su colaboración en la parte experimental de este proyecto. A todas aquellas personas que de una u otra manera, hicieron posible la realización de este proyecto.

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CONTENIDO INTRODUCCIÓN 1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 2. JUSTIFICACIÓN 3. OBJETIVOS 3.1. OBJETIVO GENERAL 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 4. MARCO REFERENCIAL 4.1 MARCO CONCEPTUAL 4.2 MARCO TEÓRICO 4.3 MARCO DE ANTECEDENTES 5. ESQUEMA TEMÁTICO 6. ANÁLISIS DE RESULTADOS 7. ANÁLISIS ECONÓMICO 8. CONCLUSIONES 9. RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS

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LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Tabla C.9.1 (a).

Tabla 2. Tabla C.9.1 (b). Tabla 3. NTC 127 Contenido aproximado de materia orgánica en arenas usadas en la preparación de morteros.

Tabla 4. NTC 77. Análisis granulométrico de agregados gruesos y finos. Tabla 5. NTC 78. Cantidad de material fino que pasa el tamiz de 75µm (Tamiz N° 200) en los agregados. Tabla 6. NTC 92. Peso unitario y porcentaje de vacios de los agregados. Tabla 7. NTC 237. Peso especifico de agregados finos. Tabla 8. NTC 33. Finura del cemento portland. Método del aparato de Blaine. Tabla 9. NTC 118. Tiempo de fraguado del cemento hidráulico. Método del aparato de Vicat. Tabla 10. NTC 221. Peso especifico del cemento hidráulico. Tabla 11. NTC 110. Consistencia normal del cemento. Tabla 12. NTC 111. Fluidez del mortero de cemento hidráulico. Tabla 13. NTC 220. Resistencia a la compresión de morteros de cemento hidráulico. Tabla 14. Resultados NTC 127. Tabla 15. Análisis granulométrico arena tipo 1. Tabla 16. Análisis granulométrico arena tipo 2. Tabla 17. Resultado NTC 78. Tabla 18. Resultado NTC 92. Arena tipo 1. Tabla 19. Resultado NTC 92. Arena tipo 2.

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Tabla 20. Resultados NTC 237. Arena tipo 1. Tabla 21. Resultados NTC 237. Arena tipo 2. Tabla 22. Resultados NTC 33. Tabla 23. Resultados NTC 118. Tabla 24. Resultados NTC 221. Tabla 25. Resultados NTC 110. Ensayo 1. Tabla 26. Resultados NTC 110. Ensayo 2. Tabla 27. Resultados NTC 111. Mezcla Ottawa. Tabla 28. Resultados NTC 111. Mezcla 0%. Tabla 29. Porcentaje de agregados para diseño de mezclas. Tabla 30. Resultados NTC 220. Mezcla Ottawa. Tabla 31. Resultados NTC 220. Mezcla 0%. Tabla 32. Resultados NTC 220. Mezcla 5%. Tabla 33. Resultados NTC 220. Mezcla 7,5%. Tabla 34. Resultados NTC 220. Mezcla 10%. Tabla 35. Resultados NTC 220. Mezcla 8%. Tabla 36. Resultados NTC 220. Mezcla 9%. Tabla 37. Variación de peso según % de cascarilla incluido. Tabla 38. Variación de resistencia a 28 días según % de cascarilla incluido. Tabla 39. NTC 220. Resistencia a la compresión de morteros de cemento hidráulico. Confirmación de resultados. Tabla 40. NTC 120. Resistencia a la flexión de morteros de cemento hidráulico. Tabla 41. Resultado NTC 220. Mezcla 8%. Confirmación de resultados.

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Tabla 42. Resultado NTC 120. Mezcla 8%. Tabla 43. Costos unitarios de producción de prefabricados. Mezcla 0%. Tabla 44. Costos unitarios de producción de prefabricados. Mezcla 8%. Tabla 45. Cuadro comparativo costos unitarios de producción de prefabricados entre mezcla 0% y mezcla 8%. Tabla 46. Cuadro comparativo de densidades entre mezcla 0% y mezcla 8%.

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LISTA DE GRÁFICOS Grafico 1. Curva granulométrica arena tipo 1.

Grafico 2. Curva granulométrica arena tipo 2. Grafico 3. Curva de penetración vs tiempo de fraguado. Grafico 4. Variación de peso. Mezcla Ottawa. Grafico 5. Comportamiento resistencia a compresión mezcla Ottawa. Grafico 6. Variación de peso. Mezcla 0%. Grafico 7. Comportamiento resistencia a compresión mezcla 0%. Grafico 8. Variación de peso. Mezcla 5%. Grafico 9. Comportamiento resistencia a compresión mezcla 5%. Grafico 10. Variación de peso. Mezcla 7,5%. Grafico 11. Comportamiento resistencia a compresión mezcla 7,5%. Grafico 12. Variación de peso. Mezcla 10%. Grafico 13. Comportamiento resistencia a compresión mezcla 10%. Grafico 14. Variación de peso. Mezcla 8%. Grafico 15. Comportamiento resistencia a compresión mezcla 8%. Grafico 16. Variación de peso. Mezcla 9%. Grafico 17. Comportamiento resistencia a compresión mezcla 9%. Grafico 18. Variación de peso según porcentaje de cascarilla incluido. Grafico 19. Variación de resistencia a compresión a 28 días según porcentaje de cascarilla incluido. Grafico 20. Variación de peso. Mezcla 8%. Confirmación de resultados.

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Grafico 21. Comportamiento resistencia a compresión mezcla 8%. Confirmación de resultados. Grafico 22. Variación de peso. Mezcla 8%. Confirmación de resultados. Grafico 23. Comportamiento resistencia a flexión mezcla 8%. Confirmación de resultados.

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INTRODUCCIÓN

La presente investigación busca estudiar el comportamiento de la cascarilla de arroz como agregado en porcentaje de peso dentro de una mezcla de mortero seco para la producción de prefabricados. Se establece como punto de partida un marco conceptual para contextualizar las propiedades de los agregados, del cemento y de la mezcla; luego un marco teórico que define los elementos estructurales utilizados en una estructura convencional. Se relacionan varios estudios en donde se ha utilizado con anterioridad la cascarilla de arroz. Se establece un esquema temático, en donde se relacionan los ensayos propuestos para realizar el estudio. Se presentan los resultados de ensayos a los agregados y al cemento para conocer sus propiedades antes de generar el diseño de mezcla. Partiendo del diseño de mezcla 0%, se generan 5 diseños de mezcla diferentes en los cuales varia el porcentaje adicionado de cascarilla de arroz mientras se reduce el porcentaje en peso de un agregado. Se presentan los resultados obtenidos así como las gráficas de variación de peso y resistencia a compresión vs días para los 6 diseños. Se analiza la reducción de peso y de resistencia según cada diseño, se escoge según estos parámetros un diseño para realizar la confirmación de los resultados. Se escoge un diseño de mezcla óptimo en cuanto a peso y resistencia, y se analiza si este beneficia económicamente la producción de los prefabricados.

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1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA Las cargas ejercidas sobre una estructura determinan la geometría y dimensión de los elementos que las soportaran, siendo así estas variables directamente proporcionales. Al requerir estructuras con mayores cargas, estamos en la necesidad de buscar sistemas que nos permitan construirlas de manera eficiente, llegando al equilibrio entre rapidez, calidad, economía, entre otras. Un sistema utilizado es el aligeramiento de los elementos que conformarán la estructura, reduciendo de esta manera las cargas. El aligeramiento de los elementos y el buen funcionamiento del sistema dependen del material con el que se aligere, este deberá cumplir con que su peso sea menor al del material utilizado en el elemento (Concreto o mortero), que su valor sea menor del material utilizado en el elemento (Concreto o mortero), que se adhiera y se mezcle al material utilizado en el elemento (Concreto o mortero), y que la relación de los dos materiales este definida como óptima. En la búsqueda de materiales que sirvan de aligeramiento se han encontrando algunos con buen comportamiento, sin embargo cada sitio geográfico está en la libertad de estudiar nuevos materiales que se ajusten a los requerimientos y sean de fácil consecución en el lugar.

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2. JUSTIFICACIÓN Siendo este un país productor de arroz que desecha la cascarilla sin aprovecharla, en la misma forma en que es producida, se propone utilizarla como material de agregado en los elementos prefabricados, que harán parte del aligeramiento de la losa, sin que esto repercuta en la resistencia de dichos elementos, para que soporten las cargas a las cuales van a ser sometidos. Ya que los elementos prefabricados aligerados con cascarilla de arroz no ejercen una función estructural dentro del sistema de losa aligerada, puede utilizarse en cualquier tipo de edificación sin importar los niveles a construir; teniendo como preferencia las zonas en donde, la producción de arroz es alta y el nivel de industrialización en la construcción es bajo o medio. Con estas características encontramos varios municipios en Colombia en los cuales se requiere un sistema de construcción que cumpla con las normas vigentes, las necesidades de la comunidad y sea de fácil adquisición económica.

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3. OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS

3.1. OBJETIVO GENERAL Generar un diseño de mezcla óptimo, en cuanto a economía y resistencia para prefabricados de mortero seco con cascarilla de arroz como aligerante en losas en una dirección, para su producción en el municipio de Maicao – La Guajira. 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Analizar las propiedades físicas y químicas de los agregados del diseño de mezcla de mortero seco más cascarilla de arroz.

Determinar el comportamiento e interacción del mortero seco con la cascarilla de arroz.

Determinar mediante la realización de ensayos de laboratorio las propiedades del diseño de mezcla de mortero seco más cascarilla de arroz y analizar los resultados.

Determinar mediante un análisis económico la viabilidad de producir los elementos prefabricados de mortero seco más cascarilla de arroz.

Comparar económicamente este estudio con otros sistemas de construcción en el municipio de Maicao.

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4. MARCO REFERENCIAL 4.1. MARCO CONCEPTUAL Siendo el objeto de este proyecto la utilización de la cascarilla de arroz como material de agregado generando un diseño de mezcla óptimo para prefabricados de mortero seco es necesario evidenciar conceptualmente el mortero y sus componentes. Agregados. Son materiales inertes granulares, pueden ser naturales o artificiales, que en presencia de agua y cemento conforman según la granulometría mortero o concreto. Estos materiales presentan propiedades o características que colaboran a la resistencia mecánica y garantizan adherencia en la mezcla.

Granulometría. Es la distribución de los agregados por su tamaño dividiéndose en agregado fino y agregado grueso, determinado por medio de tamices. El agregado fino comprende partículas entre 75 micrómetros (Tamiz No 200) y 4,75 milímetros (Tamiz No 4). El agregado grueso comprende partículas entre 19 milímetros (3/4”) y 75 milímetros (3”). Para establecerla utilizamos la norma NTC 77. Del análisis granulométrico se derivan el modulo de finura, que es una indicación del tamaño de las partículas que predominan en la muestra; el tamaño máximo, que indica el tamaño de la partículas más grande de la muestra; y el tamaño máximo nominal, que es el tamaño promedio de las partículas más grandes de la muestra.

Porosidad y absorción. Es la capacidad de los agregados en ser o no permeables. En el concreto o mortero, esta condición puede afectar la resistencia, adherencia, durabilidad y estabilidad. Se puede determinar fácilmente por la diferencia de pesos en estado saturado y seco.

Masa unitaria o peso volumétrico. Es la relación entre la cantidad de material requerida para llenar un recipiente y el volumen unitario de este. Esta relación depende de la acomodación de las partículas que pueden estar sueltas o compactas.

Tenacidad. Es la capacidad del agregado a soportar cargas de impacto.

Adherencia. Es la propiedad de los agregados que indica buena traba entre ellos y la pasta, dándole mayor resistencia al concreto o mortero. Esta depende de su forma, tamaño, rigidez y textura

Al igual que los agregados poseen propiedades beneficiosas, también pueden contener sustancias perjudiciales entre ellas están, la arcilla, la materia orgánica o la contaminación salina, que pueden llegar a afectar considerablemente las propiedades del concreto o mortero. Para evitar esto, se hace necesario conocer

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la procedencia de los agregados, llevar a cabo un proceso de selección y verificar por medio de ensayos su calidad. Cemento. Material conglomerante hidráulico con propiedades adhesivas y cohesivas que mezclado con agregados pétreos y agua, crea una mezcla uniforme que fragua adquiriendo resistencia y durabilidad. Existen diversos tipos que varían según el uso, el más utilizado es el cemento portland tipo 1 destinado a obras en general. El cemento presenta propiedades físicas que hablan acerca de su calidad como lo son, peso específico, superficie especifica, consistencia normal, fraguado, falso fraguado y resistencia mecánica.

Peso especifico. También llamado densidad es la relación que existe entre el peso y el volumen de una determinada cantidad de cemento. En Colombia varía entre 3,10 y 3,15 g/cm3. Para establecerlo utilizamos la norma NTC 221.

Superficie especifica. También llamada finura es el tamaño de los granos del cemento. Un cemento con un alto grado de finura da lugar a una buena hidratación reflejándose en un rápido desarrollo de resistencia. En Colombia varía entre 3 400 y 4 500 cm2/g. Para establecerla utilizamos la norma NTC 33.

Consistencia normal. Es la fluidez que tiene la pasta de cemento y es directamente proporcional al contenido de agua. En Colombia el contenido de agua en una pasta varía entre el 23 y el 33 por ciento. Para establecerla utilizamos la norma NTC 110.

Fraguado del cemento. Es el cambio que tiene la pasta de cemento de estado plástico a estado endurecido, permite determinar tiempos de fraguado inicial y fraguado final para disponer adecuadamente del mezclado, el transporte, la colocación, el vibrado, el afinado y el curado. Para establecerlo utilizamos la norma NTC 118.

Falso fraguado. Es la rigidez prematura y anormal de la pasta de cemento presentada a pocos minutos después de ser mezclada. Este se puede evitar extendiendo el tiempo de mezclado y no agregando agua a la pasta. Para establecerlo utilizamos la norma NTC 297.

Resistencia mecánica. Es la propiedad del mortero endurecido más importante estructuralmente e indica la capacidad de soportar cargas. Se ensaya por medio de probetas de pasta, mortero o concreto. Para establecerla utilizamos la norma NTC 220.

Mortero. Es la mezcla en diferentes proporciones de cemento, agregado fino, agua y ocasionalmente aditivos. Presenta en estado endurecido propiedades químicas, físicas y mecánicas comparables a las del concreto y es utilizado generalmente para pega de mampostería, revestimiento de paredes, elaboración de bloques, etc. Entre los tipos de mortero encontramos a los morteros calcáreos, los morteros de cal y cemento portland y los morteros de cemento.

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Mortero de cemento portland. Este mortero es la mezcla de cemento portland, agregado fino y agua; se ajusta a ciertas propiedades según su estado ya sea plástico o endurecido, y debido a su gran utilización en el medio, se ha creado al igual que para el concreto un procedimiento de diseño de mezcla.

Manejabilidad. Es la propiedad del mortero en estado plástico, que se puede definir como la facilidad de colocación en recubrimientos o sobre las unidades de mampostería. Esta propiedad está relacionada con la fluidez y la cohesión, si el mortero tiene buena cohesión permite buena manejabilidad.

Retención de agua. Es la capacidad de la mezcla para mantener su plasticidad al estar en contacto con superficies o unidades de mampostería absorbentes, que la deshidratan afectando la velocidad de endurecimiento y la resistencia final a la compresión del mortero.

Velocidad de endurecimiento. Se refiere al tiempo de fraguado inicial y final de la mezcla. Aunque las condiciones ambientales o las propiedades de los materiales pueden incidir en el proceso.

Retracción. Es la evidencia de la pérdida de humedad en el mortero, produciendo interiormente tensiones, que se observan en forma de grietas cuando el mortero está en estado endurecido.

Adherencia. Es la debida unión del mortero con la superficie o unidades de mampostería, que le proporciona la capacidad de absorber tensiones normales o tangenciales, resistiendo pandeo y cargas.

Resistencia. Propiedad del mortero que le permite soportar cargas altas y sucesivas. Se puede ver afectada por la cantidad de agua en la mezcla, los morteros secos al ser más densos dan mayores resistencias.

Durabilidad. Es la capacidad del mortero de mantener sus condiciones físico-químicas en el tiempo, resistiendo el envejecimiento, los cambios de clima, la penetración de agua, el desgaste por abrasión, los agentes corrosivos y los efectos nocivos de la intemperie durante su vida útil.

Apariencia. Propiedad que depende de la plasticidad de la mezcla y la buena selección y dosificación de los agregados, dando buen color, textura y acabado al mortero.

Losas aligeradas en una dirección. Son una combinación de viguetas espaciadas regularmente con una loseta superior donde ambas actúan en una dirección, estas pueden ser prefabricadas o fundidas en sitio. Viguetas (nervaduras). Elemento estructural que hace parte de la losa aligerada, el cual trabaja principalmente a flexión. Loseta Superior. Elemento estructural horizontal macizo, que cubre las viguetas, su espesor es pequeño con relación a sus otras dos dimensiones.

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Aligeramiento. Elemento liviano prefabricado, que reemplaza gran parte de masa de concreto en la losa. 4.2. MARCO TEÓRICO Para diseñar cualquier tipo de estructura en Colombia nos regimos por la NSR-10 (Normas Colombianas de diseño y Construcción sismo resistente). Estas nos muestran los requisitos que hay que tener en cuenta para poder diseñar una estructura confiable. Al diseñar la estructura se puede optar por un sistema de losa maciza o un sistema de losa aligerada, teniendo en cuenta que éste afectará las cargas de la edificación. “Al aumentar la luz, las losas macizas resultan de grandes espesores, con un considerable aumento en el peso del edificio, además de una sección transversal muy poco utilizada constituida por el área del concreto a compresión y el área de las barras de refuerzo a tracción. Se presenta entonces, como alternativa, la solución con losa aligerada o con nervaduras, concentrándose el refuerzo a tracción en los nervios y eliminando buena parte del concreto a tracción que no se considere estéticamente útil, remplazándolo por un aligeramiento en bloque de concreto, escoria, canastón de guadua o lona o simplemente utilizando una formaleta removible que deja los nervios o las viguetas a la vista.”1 El capítulo C.13 (Sistemas de losa en una y dos direcciones) de la NSR-10 nos guía a través de las generalidades, características y diseño de las losas aligeradas o con nervaduras, las cuales cumplen estructuralmente y benefician económicamente a la estructura. Existen algunas limitaciones en su geometría las cuales se describen a continuación. Losas aligeradas en una dirección. Estas losas surgen como una alternativa, aunque poseen algunas limitaciones dimensionales obtenidas del C.13.2.2 de la NSR-10. Viguetas (nervaduras). Su altura está definida en el capítulo C.9 de la NSR-10, tablas C.9-1(a) y C.9-1(b) dependiendo si soportan o no elementos frágiles que puedan dañarse en caso de una gran deflexión, facilitando el diseño ya que no es necesario el cálculo de las deflexiones, estas tablas están relacionadas directamente con la longitud que existe entre los apoyos, es así como entre mayor longitud el espesor de la losa será más grande aumentado el peso de la estructura y desperdiciando una gran masa de concreto. Su ancho superior no debe ser inferior a 10 cm y su ancho promedio no debe ser inferior a 8 cm. La separación de las nervaduras debe ser inferior a 2.5 veces el espesor total de la losa sin sobrepasar 1.20 m.

1 Disponible: Estructuras de concreto I, Jorge I. Segura Franco, Pág. 205.

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Elemento

Espesor mínimo, h

Simplemente apoyados

Un apoyo continuo

Ambos apoyos continuos

Voladizos

Losas macizas

Vigas, o losas con

nervios, armadas en una dirección

Tabla 1. “Tabla C.9-1(a). Espesores mínimos h para que no haya necesidad de calcular deflexiones, de vigas y losas, no preesforzadas, que trabajen en una dirección y que sostengan muros divisorios y particiones frágiles susceptibles de dañarse debido a deflexiones grandes.”2

Elemento

Espesor mínimo, h

Simplemente apoyados

Un apoyo continuo

Ambos apoyos continuos

Voladizos

Losas macizas

Vigas, o losas con

nervios, armadas en una dirección

Tabla 2. “Tabla C.9-1(b). Espesores mínimos h para que no haya necesidad de calcular deflexiones, de vigas y losas, no preesforzadas, que trabajen en una dirección y que no sostengan muros divisorios y particiones frágiles susceptibles de dañarse debido a deflexiones grandes.”3 Loseta Superior. Su espesor mínimo se relaciona con la siguiente expresión 1/20 de la distancia libre de las viguetas pero no debe ser inferior a 4.5 cm; cuando se utilicen bloques de aligeramiento permanentes de concreto, arcilla o plaquetas prefabricadas el recubrimiento mínimo de la loseta superior puede ser de 4 cm. Según NSR – 10 C.13.2.2 Literal b.

2 Disponible en: NSR 10. Capitulo C.9 Requisitos de resistencia y servicio.

3 Disponible en: NSR 10. Capitulo C.9 Requisitos de resistencia y servicio.

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Aligeramiento. En la actualidad existen diversos entre los más conocidos están el casetón de guadua, el canastón de lona, los bloques de concreto o de arcilla cocida y el icopor; aunque la NSR-10 no exige el uso de un tipo en especial, se recomienda que el diseñador estructural de el aval al aligeramiento. Proceso de construcción.

Se instala todo el encofrado de la losa (formaletas).

Se ubica en el encofrado la tubería requerida.

Se instala la estructura de las viguetas si se funde en sitio o se colocan las viguetas si estas son prefabricadas.

Se instala los prefabricados.

Se funde la estructura de la loseta superior sobre los prefabricados. 4.3. MARCO DE ANTECEDENTES Dada la situación en la que se busca aligerar el peso de las estructuras teniendo como gran ventaja la disminución de los costos de construcción; se ha visto como estudios se encaminan a buscar una solución de aligeramiento apropiada. Un elemento aligerado es aquel que mediante un procedimiento cambia su densidad normal por una menor, para aligerarlo se puede llevar a cabo varios procedimientos como; realizar huecos en el elemento, incluir aire en su interior o aditivos, o modificar el material mediante la adición de materiales ligeros. En todos estos procedimientos se tienen antecedentes: Realizar huecos en el elemento: Se lleva a cabo en elementos prefabricados como ladrillos huecos o bovedillas. Incluir aire en su interior o aditivos: Se puede introducir aire o incorporar aditivos en la pasta, en el mortero o en el concreto fresco. Modificar el material mediante la adición de materiales ligeros: Estos pueden ser inorgánicos elaborados o no elaborados, orgánicos, industriales, áridos ligeros o granulados ligeros y ocupan parte del volumen convirtiendo al elemento en uno de menor densidad. Este último procedimiento se ha llevado a cabo con una gran variedad de materiales y han dado buenos resultados al aligerar los elementos. Entre ellos están la adición de materiales inorgánicos como las conchas machacadas, la piedra pómez, la arcilla o la perlita; o la adición de materiales orgánicos como el corcho, cáscaras de cereales, virutas de madera o cascarilla de arroz.

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Aligerar mediante cascarilla de arroz

Hormigón ecológico Este estudio se realizó en Uruguay donde un grupo de estudiantes pertenecientes al Liceo Rio Branco desarrollaron una mezcla compuesta de arena, cemento portland, cascara de arroz y algunos aditivos, que fue sometida a ensayos que concluyeron lo siguiente; “Se considera que es aislante térmico y de la humedad, debido a que la particular forma de la cáscara de arroz provoca la formación de burbujas de aire que rompen los capilares formados durante el fraguado del portland, y que son responsables de que el hormigón absorba la humedad. El hormigón ecológico puede ser utilizado de dos formas: viviendas de encofrado -aptas para colocarles un techo liviano- y de paneles prefabricados.”4

Cascara de arroz se usará como bloque para la construcción. El proyecto fue realizado por la Universidad del Espíritu Santo (Ecuador) donde participaron estudiantes de Arquitectura e Ingeniería Civil, el objetivo del proyecto era realizar paneles aglomerados y bloques elaborados principalmente de cascara de arroz para la construcción de viviendas y evitar la contaminación por la quema de esta. Desarrollaron muchas combinaciones de materiales y requirieron de muchos ensayos para poder concluir lo siguiente “Ya hemos comprobado que el producto final es barato y de excelentes cualidades mecánicas y térmicas. Los aglomerados y bloques con cáscara de arroz no propagan el fuego, son aislantes del frío y del calor, contienen la humedad e impiden el ataque de hongos y bacterias.”5

Arroz para nutrir el cemento Esta investigación fue realizada por Universidad del Valle, Arrocera La Esmeralda y Colciencias; el objetivo era mejorar la calidad del cemento tipo portland con la adición de la sílice que produce la quema de la cascarilla de arroz. “Un cemento de calidad. El proceso se inicia al realizar una quema especial de la cascarilla para eliminar el compuesto orgánico de la misma. Luego la ceniza se somete a un procedimiento químico para extraer una sustancia conocida como sílice. Pero no se trata de una sílice normal. La desarrollada por los investigadores de Univalle en compañía de la empresa arrocera es de color blanco y es amorfa. Y la diferencia radica en que este color no modifica la apariencia del concreto y, en caso de ser necesario, permite agregarle color. Y el hecho de ser amorfa le da al concreto una mayor resistencia.

4 Disponible en: http://www.diario-expreso.com/ediciones/2009/09/28/educacion/cascara-de-arroz-se-

usara-como-bloque-para-la-construccion/default.asp?fecha=2009/09/28 5 Disponible: http://www.diario-expreso.com/ediciones/2009/09/28/educacion/cascara-de-arroz-se-usara-

como-bloque-para-la-construccion/default.asp?fecha=2009/09/28

http://www.diario-expreso.com/ediciones/2009/09/28/educacion/cascara-de-arroz-se-usara-como-bloque-para-la-construccion/default.asp?fecha=2009/09/28




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Pero además de mejorar la compresión, es decir la capacidad de soportar carga que tiene el concreto, optimiza las propiedades relacionadas con el ambiente donde estará localizado. Así, por ejemplo, la mezcla del concreto con este producto genera una mayor resistencia al cloruro, sustancia común en ambientes marinos. Después de realizar las pruebas en laboratorio se hicieron pruebas en menor escala y los resultados en cuanto a resistencia y durabilidad son excelentes. Aunque en Asia han trabajado por muchos años con el arroz, nuestro producto tiene una característica que lo hace superior a cualquier componente, asegura Michael Ángelo Ospina, ingeniero de materiales de la Universidad del Valle y estudiante de Doctorado vinculado al proyecto.

Proyecciones Hasta el momento, las pruebas y el proceso se han realizado en bloques de concreto y cantidades de cemento pequeñas, pero la empresa y la universidad ya se encuentran desarrollando los equipos para producir el producto a gran escala. La idea es que a mediados del próximo año la maquinaria para producir este insumo se encuentre lista, para de esta manera empezar a mirar las estrategias de mercadeo y los canales de distribución que tendrá el nuevo invento. Un producto con sello vallecaucano destinado a mejorar la calidad de las obras civiles en el mundo y que surgió de una alianza estratégica que nunca debe terminar: universidad, empresa y Estado. ”6

6Disponible: http://www.elpais.com.co/paisonline/notas/Diciembre122007/eco01.html

http://www.elpais.com.co/paisonline/notas/Diciembre122007/eco01.html

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5. ESQUEMA TEMÁTICO Se escogió como tema de investigación la inclusión de la cascarilla de arroz como agregado en la producción de prefabricados de mortero seco utilizados en el aligeramiento de losas de concreto. Se recopiló información que nos permitió establecer que otras investigaciones se han realizado sobre el tema. Consultando trabajos de grado, investigaciones y artículos en bibliotecas universitarias y publicas. En la busca de antecedentes de estudios realizados anteriormente con cascarilla de arroz, no se obtuvo información del tema en específico. Al ver el problema presentado en el municipio de Maicao, donde se necesitaba un aligerante para los prefabricados y al mismo tiempo se desperdiciaba la cascarilla que quedaba como residuo de la producción de arroz, se decidió estudiar su comportamiento debido a su relación volumen-peso. Dando solución al problema se planteo como objetivo general la generación de un diseño de mezcla óptimo, en cuanto a economía y resistencia para prefabricados de mortero seco con cascarilla de arroz como aligerante en losas en una dirección, para su producción en el municipio de Maicao – La Guajira. Se decidió realizar ensayos para que nos permitieran clasificar y determinar la proporción de los materiales que utilizaríamos en el diseño de mezcla cumpliendo con nuestro objetivo. Se realizaron los ensayos necesarios para determinar la calidad del agregado según el libro morteros y concretos del autor Diego Sánchez de Guzmán.

OBJETO PROCEDIMIENTO RESULTADOS

Determinar la presencia y el contenido de

materia orgánica en las arenas usadas

en la preparación de morteros.

Se coloca en el frasco de ensayo un volumen

aproximado de 130 ml de arena. Se añade una

solución de hidróxido de sodio, hasta completar un

volumen de 200 ml. Se tapa el frasco y se agita.

Después de 24 horas se leen los resultados

según la carta de colores. Y se indica el contenido de materia orgánica de la arena

en una escala de 1a 5.

Tabla 3. NTC 127 Contenido aproximado de materia orgánica en arenas usadas en la preparación de morteros.

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Determinar los tamaños de las partículas de

agregados gruesos y finos de un

material, por medio de tamices.

Mediante cuarteo se obtiene una muestra de material

representativa. Se pasa la muestra por la serie de tamices según el

agregado.

Se pesa el material que quedo en cada tamiz incluyendo el

fondo. Con una curva de

gradación se evidencia la

distribución de tamaños de la

muestra.

Tabla 4. NTC 77 Análisis granulométrico de agregados gruesos y finos.


Determinar mediante lavado, la cantidad de material

fino que pasa el tamiz Nº 200 en un

agregado.

Mediante cuarteo se obtiene una muestra. Después de

secada y pesada, se agrega agua hasta cubrirla. Se agita para lograr la separación del material fino y se pasa por la serie de tamices, hasta que

el agua salga limpia.

Se pesa el material que se separo.

Partículas como arcillas, agregados

muy finos y materiales solubles en el agua.

Tabla 5. NTC 78 Cantidad de material fino que pasa el tamiz de 75 µm (Nº 200) en los agregados.


Determinar el peso unitario y porcentaje

de vacios de los agregados.

Se llena el recipiente en tres capas de igual volumen de agregado. Cada una de las capas se apisona con 25

golpes utilizando el extremo semiesférico de la varilla. La última capa se enrasa y se

determina el peso del recipiente lleno.

Se compara el peso del recipiente lleno de material compactado,

con el peso del recipiente lleno de

material suelto.

Tabla 6. NTC 92 Peso unitario y porcentaje de vacios de los agregados.

25


Determinar el peso específico aparente

y real de los agregados finos.

(Tamaño menor a tamiz Nº 4).

Se selecciona una muestra de agregado fino la cual se

seca en el horno hasta lograr un peso constante.

Se introducen 500 g de material en el picnómetro y se le añade agua hasta un

90% de capacidad. Se lleva durante 1 hora al baño María.

Se calculan los pesos específicos aparente, saturado superficie

seca y real.

Tabla 7. NTC 237 Peso especifico de agregados finos.


Determinar por medio del aparato de Blaine la finura del cemento. Dada

como superficie especifica en cm2/g.

Se coloca el disco perforado en el reborde de la cámara de permeabilidad. Se pone un disco de papel de filtro

sobre el disco perforado y se añade el cemento

asegurándose que la capa quede nivelada. Se conecta la cámara al manómetro y

con el cronometro se toman las lecturas de tiempo.

Con el tiempo que demora el liquido entre la segunda y tercera

marca, se determina la superficie especifica

del cemento.

Tabla 8. NTC 33 Finura del cemento portland. Método del aparato de Blaine.


Determinar el tiempo de fraguado

del cemento hidráulico mediante el aparto de Vicat.

Deben mezclarse 500 g de cemento. A la pasta debe dársele forma esférica y

lanzarse de una mano a otra, seis veces. La pasta debe colocarse en el molde y su

base mayor sobre la placa de vidrio.

Se debe tomar la penetración de la

ajuga de Vicat en la pasta. La primera

lectura se debe hacer a 30 minutos y luego

repetirse cada 15 minutos hasta que se

obtenga una penetración de 25

mm.

Tabla 9. NTC 118 Tiempo de fraguado del cemento hidráulico. Método del aparato de Vicat.

26


Determinar el peso específico del

cemento hidráulico.

Llenar el frasco de ensayo con kerosene hasta el nivel señalado y luego secarse. Agregar 64 g de cemento

evitando que se adhiera en las paredes. Girar el frasco y

llevar al baño María.

Se debe tomar la lectura inicial y final,

que representa el volumen del líquido desplazado por el peso del cemento.

Tabla 10. NTC 221 Peso especifico del cemento hidráulico.


Determinar la consistencia normal

del cemento hidráulico,

estableciendo la cantidad de agua

requerida para preparar pastas.

Deben mezclarse 500 g de cemento. La pasta debe

colocarse en el molde y su base mayor sobre la placa de

vidrio. Se considera que la pasta tiene consistencia

normal cuando la penetración es 10 + 1 mm.

Se debe repetir la muestra variando la

cantidad de agua hasta obtener la

penetración indicada.

Tabla 11. NTC 110 Consistencia normal del cemento.


Determinar la fluidez de morteros

de cemento hidráulico, utilizando

la mesa de flujo.

Se coloca el molde en la mesa de flujo, se vierte una

capa de mortero y se apisona con 20 golpes, se llena el

molde con una segunda capa y se enrasa. Un minuto

después se retira el molde y se deja caer la mesa de flujo

25 veces.

Se mide el diámetro de la base de la

muestra en puntos equidistantes y se calcula el diámetro

promedio. La fluidez de la muestra se

expresa en porcentaje.

Tabla 12. NTC 111 Fluidez de morteros de cemento hidráulico.


Determinar el esfuerzo de

compresión de morteros de

cemento hidráulico, usando cubos de 2”

de lado.

Debe mezclarse 1 parte de cemento por 2.75 partes de arena, usando la relación de agua obtenida en el ensayo de fluidez. Se llenaran los

moldes en dos capas compactadas con 32 golpes.

Se deben ensayar las muestras a 1, 3, 7 y 28 días. La máquina

de ensayo da la carga máxima a compresión que resiste el mortero.

Tabla 13. NTC 220 Resistencia a la compresión de morteros de cemento hidráulico.

27

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS Ensayos a los agregados Para realizar un diseño de mezcla óptimo, se requiere conocer con anterioridad ciertas propiedades de los agregados que influirán en el comportamiento de la mezcla. Los agregados utilizados fueron identificados de la siguiente manera: Arena Tipo 1: Procedencia: Guajira. Cantera: Arroyos de la Guajira. Color: Amarillo rojizo claro. Arena Tipo 2: Procedencia: Guajira. Cantera: Rio Galán. Color: Amarillo rojizo oscuro con puntos blancos.

Contenido aproximado de materia orgánica en arenas usadas en la preparación de morteros.

Considerado como un ensayo de gran importancia ya que permite establecer la presencia y el contenido de materia orgánica posiblemente perjudicial, en las arenas usadas en la preparación de morteros.

Agregado Arena Tipo 1 Arena Tipo 2 Cascarilla de Arroz

Método de ensayo

Carta de Colores

Carta de Colores

Carta de Colores

Resultado

# 1 # 0 # 3

Tabla 14. Resultados NTC 127. Haciendo referencia a la tabla 4.26 “Valores del contenido de materia orgánica en el agregado fino según NTC 127”7, tenemos que los valores obtenidos para las tres muestras no son superiores a 3 y que el contenido de materia orgánica que presentan no es perjudicial para el diseño de mezcla.

Análisis granulométrico de agregados gruesos y finos. Utilizado para determinar la distribución de los tamaños de las partículas de un material propuesto como agregado en una mezcla y verificar el cumplimiento de las especificaciones.

7 Tecnología del concreto y el mortero. Diego Sánchez de Guzmán. Pág. 101.

28

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO ARENA TIPO 1

Muestra (kg) 450,70

Tamiz (pulg) Tamiz (mm) Peso Retenido (kg) % Retenido % Retenido Acumulado % Pasa

3/8" 9,510 0,00 0,0% 0,0% 100,0%

4 4,760 0,00 0,0% 0,0% 100,0%

8 2,380 2,30 0,5% 0,5% 99,5%

16 1,190 3,70 0,8% 1,3% 98,7%

30 0,595 20,30 4,5% 5,8% 94,2%

50 0,297 212,30 47,1% 52,9% 47,1%

100 0,149 173,90 38,6% 91,5% 8,5%

200 0,075 36,00 8,0% 99,5% 0,5%

Fondo 0,000 2,20 0,5% 100,0% 0,0%

Total 450,70 100,0% - -

Tabla 15. Análisis granulométrico arena tipo 1.

29

Grafico 1. Curva granulometrica arena tipo 1.

Modulo de Finura

0,02

De acuerdo con la granulometría este agregado es una arena fina ya que el mayor porcentaje retenido queda en el tamiz # 50 equivalente a 0.297 mm. Con la determinación del modulo de finura se corrobora lo anterior donde se concluye que este es un agregado fino ya que su valor es cercano a 0.

0,0%

20,0%

40,0%

60,0%

80,0%

100,0%

120,0%

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

Po

rce

nta

je q

ue

Pas

a (%

)

Tamiz (mm)

CURVA GRANULOMETRICA ARENA TIPO 1

Arena Tipo 1

30

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO ARENA TIPO 2

Muestra (kg) 600,00

Tamiz (pulg) Tamiz (mm) Peso Retenido (kg) % Retenido % Retenido Acumulado % Pasa

3/8" 9,510 0,0 0,0% 0,0% 100,0%

4 4,760 14,4 2,4% 2,4% 97,6%

8 2,380 74,7 12,5% 14,9% 85,2%

16 1,190 193,6 32,3% 47,1% 52,9%

30 0,595 193,2 32,2% 79,3% 20,7%

50 0,297 108,2 18,0% 97,4% 2,6%

100 0,149 13,4 2,2% 99,6% 0,4%

200 0,075 2,2 0,4% 100,0% 0,0%

Fondo 0,000 0,3 0,1% 100,0% 0,0%

Total 600,00 100% - -

Tabla 16. Análisis granulométrico arena tipo 2.

31

Grafico 2. Curva granulometrica arena tipo 2.

Modulo de Finura

0,03

Este agregado aunque fino, es relativamente más grueso que el anterior, según la curva granulométrica tiene una mejor distribución de tamaños, ya que el peso retenido se distribuye en los diferentes tamices con un porcentaje considerable. Aún así con la determinación del modulo de finura se corrobora que este es un agregado fino ya que su valor es cercano a 0.

0,0%

20,0%

40,0%

60,0%

80,0%

100,0%

120,0%

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

Po

rce

nta

je q

ue

Pas

a (%

)

Tamiz (mm)

CURVA GRANULOMETRICA ARENA TIPO 2

Arena Tipo 2

32

Cantidad de material fino que pasa el tamiz de 75 µm (N° 200).

Arena Tipo 1 Arena Tipo 2

Muestra Descripción Peso (g) Muestra Descripción Peso (g)

P1 Material Seco

Sucio 585,60 P1

Material Seco Sucio

711,2

P2 Material Seco

Limpio 563,50 P2

Material Seco Limpio

710

Porcentaje de Material Fino Arena Tipo 1 (%)

3,77 Porcentaje de Material Fino Arena Tipo 2 (%)

0,17

Tabla 17. Resultado NTC 78 El porcentaje de finos que presentan los agregados son bajos, lo que significa que no habrá inconvenientes como separación de partículas en la mezcla y que por el contrario habrá una buena adherencia de los materiales.

Peso unitario y porcentaje de vacios de los agregados. Peso Recipiente: 1,92 Kg Peso Recipiente + Agua: 4,72 Kg Temperatura del Agua: 18,00 °C Densidad del Agua a 18°C: 1000 Kg/m3 Volumen del Recipiente: 0,0028 m3

Arena Tipo 1

Descripción Suelta Compacta

Peso Recipiente + Material (Kg) 5,61 6,07



Promedio Peso Recipiente + Material (Kg)

5,64 6,15

Peso Unitario (Kg/m3) 1328,21 1507,96

Tabla 18. Resultado NTC 92. Arena tipo 1.

Arena Tipo 2

Descripción Suelta Compacta




Promedio Peso Recipiente + Material (Kg)

6,04 6,30

Peso Unitario (Kg/m3) 1470,33 1563,79

Tabla 19. Resultado NTC 92. Arena tipo 2. El peso unitario de los agregados nos muestra la capacidad de acomodación de las partículas sueltas y compactadas. Para la arena tipo 1 la variación de los

33

pesos unitarios es de 179,75 Kg/m3 y para la arena tipo 2 es de 93,46 kg/m3. Esto nos indica que las partículas de la arena tipo 2 tienen una mejor acomodación, sin tener que ser necesariamente compactadas, que las partículas de la arena tipo 1.

Peso específico y absorción de agregados finos.

Arena Tipo 1

Muestra (g) 500

Peso del Picnómetro (g) 144,80

Peso del Picnómetro + Agua (g) 648,90

Peso del Picnómetro + Agua + Arena (g) 949,80

Peso del Recipiente (g) 112,50

Peso del Recipiente + Arena Seca (g) 584,3

Peso especifico aparente (g/cm3) 2,37

Peso especifico nominal (g/cm3) 2,57

Absorción 5,98%

Tabla 20. Resultados NTC 237. Arena tipo 1.

Arena Tipo 2

Muestra (g) 500

Peso del Picnómetro (g) 144,80

Peso del Picnómetro + Agua (g) 657,10

Peso del Picnómetro + Agua + Arena (g) 960,70

Peso del Recipiente (g) 109,00

Peso del Recipiente + Arena Seca (g) 585,7

Peso especifico aparente (g/cm3) 2,43

Peso especifico nominal (g/cm3) 2,55

Absorción 4,89%

Tabla 21. Resultados NTC 237. Arena tipo 2.

El peso específico de los agregados, nos da como resultado la relación entre su peso y su volumen. Para la arena tipo 1 el peso especifico es de 2370 Kg/m3 y para la arena tipo 2 es de 2430 kg/m3. Con el peso específico de los agregados podemos acercarnos a su origen, la tabla 4.23 “Densidad aparente seca de algunas de las rocas”8, nos muestra valores de densidad en (g/cm3) con los cuales podemos aproximarnos al grupo de roca del cual provienen nuestros agregados. Según esta, la arena tipo 2 puede tener su origen en un grupo de roca pedernalino o esquistoso. En cuanto a la absorción de los agregados, estos se encuentran en valores normales apropiados para agregados pétreos de peso normal.


34

Ensayos al Cemento

Finura del Cemento.

Tiempos

Minutos Segundos

3'02''61 182,61

3'10''21 190,21

3'06''84 186,84

3'10''15 190,15

Promedio 187,45

Superficie Especifica (cm2/g) 4603,23

Tabla 22. Resultados NTC 33. La superficie específica obtenida para este tipo de cemento, aproximada a las 10 unidades más cercanas, es de 4610 cm2/g. La norma NTC 121 establece como valor mínimo 2800 cm2/g, aunque la superficie especifica del cemento este muy por encima de lo requerido por norma, no significa necesariamente que tiene una buena molienda de clinker, ya que este valor puede ser alterado por adiciones realizadas al cemento.

Tiempo de Fraguado del cemento hidráulico. Método del aparato de Vicat.

Hora Tiempo Penetración

08:50 00:00 40

09:05 00:15 40

09:20 00:30 40

09:35 00:45 40

09:50 01:00 40

10:05 01:15 40

10:20 01:30 40

10:35 01:45 40

10:50 02:00 39

11:05 02:15 35

11:20 02:30 27

11:35 02:45 23

11:50 03:00 18

12:05 03:15 7

12:20 03:30 1

12:35 03:45 0

12:50 04:00 0

Tabla 23. Resultados NTC 118.

35

Grafico 3. Curva de penetracion vs tiempo de fraguado. Cuando la penetración es de 25 cm, se considera que es el fraguado inicial de este tipo de cemento y cuando la penetración es 0 cm obtenemos el fraguado final. Estos tiempos nos dan una idea del tiempo que tenemos disponible para la colocación del mortero.

Fraguado Inicial 2:30 Fraguado Final 3:45

Peso especifico del cemento hidráulico.

Peso del Cemento (g) 64

Lectura Inicial (ml) 0,50

Lectura Final (ml) 23,40

Densidad (g/cm3) 2,79

Tabla 24. Resultados NTC 221. La densidad de este tipo de cemento es de 2.79 g/cm3 lo que significa que su contenido de clinker por tonelada es bajo.

Consistencia Normal del cemento

Ensayo 1

Muestra Cemento (g) 650

Agua 175,5

% Agua Respecto al Peso del cemento 27%

Penetración (mm) 6

Tabla 25. Resultados NTC 110. Ensayo 1. Al realizar el ensayo con un 27% de agua con respecto al peso del cemento, se ve que la penetración no cumple para obtener la consistencia normal del cemento.

0 5

10 15 20 25 30 35 40 45

00:00 00:28 00:57 01:26 01:55 02:24 02:52 03:21 03:50 04:19

Pe

ne

trac

ion

(cm

)

Tiempo (horas : minutos)

PENETRACION VS TIEMPO DE FRAGUADO

Penetracion Vs Tiempo de Fraguado

36

Ensayo 2

Muestra Cemento (g) 650

Agua 182

% Agua Respecto al Peso del Cemento 28%

Penetración (mm) 9

Tabla 26. Resultados NTC 110. Ensayo 2. Al realizar el ensayo con un 28% de agua con respecto al peso del cemento, se obtiene una penetración de 10 + 1 mm, con lo cual se cumple la consistencia normal del cemento. Ensayos al diseño de mezcla Mezclas a analizar: Ottawa: Cemento + Agua + Arena normalizada (Ottawa). Mezcla 0%: Cemento + Agua + Arena tipo 1 + Arena tipo 2. Mezcla X%: Cemento + Agua + Arena tipo 1 + Arena tipo 2 + X% cascarilla.

Fluidez de morteros de cemento hidráulico. Haciendo referencia a la tabla 14.5 Fluidez recomendada del mortero para diversos tipos de estructura y condiciones de colocación9, el porcentaje que se recomienda para el tipo de diseño de mezcla está entre 80% - 100%.

Mezcla Agua (g) A/C Fluidez

Ottawa 242,50 0,49 73,5%

Ottawa 260,00 0,52 84,0%

Tabla 27. Resultados NTC 111. Mezcla Ottawa. Realizando el ensayo de la mesa de flujo, la mezcla Ottawa necesita 260 g de agua para obtener la fluidez recomendada.

Mezcla Agua (g) A/C Fluidez

Mezcla 0% 350,00 0,70 -

Mezcla 0% 300,00 0,60 123,5%

Mezcla 0% 260,00 0,52 74,0%

Mezcla 0% 285,00 0,57 104,0%

Mezcla 0% 275,00 0,55 90,0%

Tabla 28. Resultados NTC 111. Mezcla 0%. Realizando el ensayo de la mesa de flujo, la Mezcla 0% necesita 275 g de agua para obtener la fluidez recomendada. Con el resultado del ensayo de fluidez se obtiene el agua necesaria para los diseños de mezcla correspondientes. En la siguiente tabla se encuentran los diseños correspondientes para cada porcentaje de inclusión de cascarilla.


37

PORCENTAJE DE AGREGADOS PARA DISEÑO DE MEZCLAS

MEZCLA Arena Ottawa (g) Arena Tipo 1 (g) Arena Tipo 2 (g) Cascarilla (g) Cemento (g) Agua (g)

Ottawa 1375 - - - 500 260

Mezcla (0%) - 275 1100 - 500 275

Mezcla (5%) - 275 1045 55 500 275

Mezcla (7,5%) - 275 1018 83 500 275

Mezcla (8%) - 275 1012 88 500 275

Mezcla (9%) - 275 1001 99 500 275

Mezcla (10%) - 275 990 110 500 275

Tabla 29. Porcentaje de agregados para diseño de mezclas.

38

Resistencia a la compresión de morteros de cemento hidráulico.

Mezcla Ottawa. Arena Ottawa: 1375 g. Cemento: 500 g. Agua: 260 g.

Resultados a Compresión

Día L1 (mm) L2 (mm) L3 (mm) Peso (g) Resistencia (MPa)

1 50,11 50,39 51,22 279,90 5,72

1 50,28 50,15 51,41 279,60 5,92

1 50,39 50,22 51,50 279,50 5,92

3 50,42 50,45 50,69 287,80 19,12

3 51,03 50,98 51,14 292,60 20,40

3 50,64 50,95 50,73 288,20 21,88

7 50,83 50,48 50,55 285,90 24,84

7 50,97 50,79 50,78 290,00 25,44

7 50,36 50,42 50,32 286,20 27,64

28 51,10 50,97 51,75 292,20 22,88

28 51,00 51,10 51,67 294,50 29,20

28 50,73 50,70 51,49 289,90 36,32

Tabla 30. Resultados NTC 220. Mezcla Ottawa.

Grafico 4. Variación de peso. Mezcla Ottawa. Desviación estándar (Peso): 4,97

278

280

282

284

286

288

290

292

294

296

0 2 4 6 8 10 12 14

Pe

so (

g)

VARIACION DE PESO

Mezcla Ottawa

39

Grafico 5. Comportamiento resistencia a compresión. Mezcla Ottawa. Desviación estándar (Resistencia 1 día): 0,09 Desviación estándar (Resistencia 3 días): 1,13 Desviación estándar (Resistencia 7 días): 1,20 Desviación estándar (Resistencia 28 días): 5,49 La mezcla Ottawa se realiza con una arena normalizada para tener un patrón de comparación. Se obtuvieron resistencias a 28 días mayores a 21 MPa (3000 PSI), mostrando su buena resistencia mecánica. Las muestras en cuanto a peso, muestran una desviación estándar tolerable lo que hace que sean aceptadas para el proyecto. Los resultados de la resistencia a 1, 3 y 7 días, presentan una desviación estándar baja; mientras que a 28 días el valor aumenta sin que esto signifique la no aceptación de los resultados.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30

Re

sist

en

cia

(Mp

a)

Dias

RESISTENCIA A COMPRESION MEZCLA OTTAWA

Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

40

Mezcla 0% Arena Tipo 1: 275 g. Arena Tipo 2: 1100 g. Cemento: 500 g. Agua: 275 g.



1 50,14 51,70 51,00 282,40 6,24

1 51,13 50,85 50,88 283,20 6,92

1 50,13 50,63 51,24 282,50 7,00

3 51,03 51,06 50,97 293,30 18,44

3 50,51 50,41 50,46 289,60 19,28

3 50,84 50,79 50,95 291,10 19,96

7 51,11 50,83 50,65 285,50 28,20

7 50,45 50,63 50,41 290,20 28,40

7 50,92 51,25 51,37 295,00 26,68

28 50,73 50,81 51,93 287,40 32,64

28 51,09 51,11 52,05 294,80 35,64

28 50,70 50,60 52,00 288,50 37,48

Tabla 31. Resultados NTC 220. Mezcla 0%.

Grafico 6. Variación de peso. Mezcla 0%.

Desviación estándar (Peso): 4,35

280

282

284

286

288

290

292

294

296

0 2 4 6 8 10 12 14

Pe

so (

g)

VARIACION DE PESO

Mezcla 0%

41

Grafico 7. Comportamiento resistencia a compresión. Mezcla 0%. Desviación estándar (Resistencia 1 día): 0,34 Desviación estándar (Resistencia 3 días): 0,62 Desviación estándar (Resistencia 7 días): 0,77 Desviación estándar (Resistencia 28 días): 1,99 La mezcla 0% realizada con la arena tipo 1 y tipo 2, es la que nos va a permitir comparar la reducción de peso y de resistencia según porcentaje adicionado de cascarilla de arroz a la mezcla. Se obtuvieron resistencias a 28 días mayores a 21 MPa (3000 PSI), mostrando la buena resistencia mecánica de las arenas utilizadas. Las muestras en cuanto a peso, muestran una desviación estándar tolerable lo que hace que sean aceptadas para el proyecto. Los resultados de la resistencia a 1, 3, 7 y 28 días, presentan una desviación estándar baja por lo tanto se aceptan los resultados para su estudio como válidos.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30

Re

sist

en

cia

(MP

a)

Dias

RESISTENCIA A COMPRESION MEZCLA 0%

Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

42

Mezcla 5% Arena Tipo 1: 275 g. Arena Tipo 2: 1045 g. Cascarilla: 55 g. Cemento: 500 g. Agua: 275 g.



1 51,60 50,60 52,70 268,60 4,84

1 52,10 50,65 51,16 273,00 4,92

1 52,28 51,00 50,94 265,80 5,60

3 50,89 50,75 52,28 270,80 11,60

3 50,64 51,18 51,98 270,00 13,32

3 51,53 51,31 52,00 277,80 14,32

7 51,69 52,46 51,32 276,10 15,08

7 51,53 52,09 51,28 271,10 18,96

7 50,35 50,66 52,27 268,80 19,12

28 50,51 50,49 52,29 268,80 20,92

28 50,73 51,59 50,50 270,20 21,88

28 50,49 52,37 50,35 267,70 22,08




264

266

268

270

272

274

276

278

280

0 2 4 6 8 10 12 14

Pe

so (

g)

VARIACION DE PESO

Mezcla 5%

43

Grafico 9. Comportamiento resistencia a compresión. Mezcla 5%. Desviación estándar (Resistencia 1 día): 0,34 Desviación estándar (Resistencia 3 días): 1,12 Desviación estándar (Resistencia 7 días): 1,87 Desviación estándar (Resistencia 28 días): 0,51 La mezcla 5% mantiene la cantidad de arena tipo 1, cemento y agua; mientras que reemplaza un porcentaje de arena tipo 2 por cascarilla de arroz. Se obtuvieron resistencias a 28 días cercanas a 21 MPa (3000 PSI), mostrando la buena resistencia mecánica de las arenas utilizadas y la influencia de la adición de la cascarilla de arroz. Las muestras en cuanto a peso, muestran una desviación estándar tolerable lo que hace que sean aceptadas para el proyecto. Los resultados de la resistencia a 1, 3, 7 y 28 días, presentan una desviación estándar baja por lo tanto se aceptan los resultados para su estudio como válidos.

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25 30

Re

sist

en

cia

(MP

a)

Dias


Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

44

Mezcla 7,5% Arena Tipo 1: 275 g. Arena Tipo 2: 1018 g. Cascarilla: 83 g. Cemento: 500 g. Agua: 275 g.



1 52,00 51,34 51,40 254,40 2,88

1 51,40 52,30 51,57 254,20 2,96

1 51,40 52,30 51,20 253,70 3,36

3 50,23 50,43 51,94 243,20 8,08

3 50,60 50,52 52,28 250,20 8,44

3 50,36 50,64 52,05 246,50 8,56

7 50,38 50,55 51,89 246,10 9,72

7 50,39 50,37 51,90 246,30 11,72

7 52,01 50,80 50,60 250,80 12,52

28 51,04 50,46 51,85 251,20 12,80

28 50,33 50,72 51,88 252,90 13,12

28 50,78 51,00 51,90 253,10 13,24

Tabla 33. Resultados NTC 220. Mezcla 7,5%.

Grafico 10. Variación de peso. Mezcla 7,5%.


242

244

246

248

250

252

254

256

0 2 4 6 8 10 12 14

Pe

so (

g)

VARIACION DE PESO

Mezcla 7,5%

45

Grafico 11. Comportamiento resistencia a compresión. Mezcla 7,5%. Desviación estándar (Resistencia 1 día): 0,21 Desviación estándar (Resistencia 3 días): 0,20 Desviación estándar (Resistencia 7 días): 1,18 Desviación estándar (Resistencia 28 días): 0,19 La mezcla 7,5% mantiene la cantidad de arena tipo 1, cemento y agua; mientras que reemplaza un porcentaje de arena tipo 2 por cascarilla de arroz. Se obtuvieron resistencias a 28 días cercanas a 13 MPa (1860 PSI), mostrando el efecto de la adicción de la cascarilla de arroz, que hace que la resistencia disminuya considerablemente, acercándose a los límites requeridos. Las muestras en cuanto a peso, muestran una desviación estándar tolerable lo que hace que sean aceptadas para el proyecto. Los resultados de la resistencia a 1, 3, 7 y 28 días, presentan una desviación estándar baja por lo tanto se aceptan los resultados para su estudio como validos.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30

Re

sist

en

cia

(MP

a)

Dias

RESISTENCIA A COMPRESION MEZCLA 7,5%

Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

46




1 51,26 51,17 51,84 226,90 2,44

1 52,14 51,09 51,47 221,70 2,44

1 51,83 52,11 51,40 226,80 2,44

3 50,62 50,10 52,07 214,70 3,88

3 50,76 50,81 52,90 213,10 3,92

3 50,33 50,40 52,20 215,70 4,16

7 51,35 50,81 52,33 217,90 4,16

7 51,01 50,75 52,43 219,60 4,44

7 51,48 50,92 52,92 220,50 4,44

28 52,39 50,87 50,81 211,90 3,48

28 51,94 51,30 53,00 219,20 4,00

28 50,32 50,44 52,07 220,80 4,68




210

212

214

216

218

220

222

224

226

228

0 2 4 6 8 10 12 14

Pe

so (

g)

VARIACION DE PESO

Mezcla 10%

47

Grafico 13. Comportamiento resistencia a compresión. Mezcla 10%. Desviación estándar (Resistencia 1 día): 0,00 Desviación estándar (Resistencia 3 días): 0,12 Desviación estándar (Resistencia 7 días): 0,13 Desviación estándar (Resistencia 28 días): 0,49 La mezcla 10% mantiene la cantidad de arena tipo 1, cemento y agua; mientras que reemplaza un porcentaje de arena tipo 2 por cascarilla de arroz. Se obtuvieron resistencias a 28 días cercanas a 4 MPa (580 PSI), mostrando el efecto de la adicción de la cascarilla de arroz. La resistencia no es aceptada para el proyecto, por lo cual el porcentaje de adicción de cascarilla de arroz se rechaza. Se decide bajar el porcentaje de adición de cascarilla en la mezcla un 2%.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0 5 10 15 20 25 30

Re

sist

en

cia

(MP

a)

Dias


Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

48




1 50,86 50,66 52,22 243,90 3,72

1 50,36 50,56 51,80 239,00 3,76

1 50,74 50,67 52,20 241,90 4,04

3 50,67 50,62 52,08 242,50 7,56

3 52,37 50,38 50,32 245,90 8,16

3 51,43 50,26 50,57 242,90 9,84

7 51,80 51,10 52,00 251,30 13,32

7 50,60 50,40 53,00 239,60 14,56

7 50,50 50,40 53,00 254,80 14,80

28 51,50 52,08 53,28 252,40 13,50

28 50,40 50,37 51,80 239,50 16,04

28 52,06 51,41 53,30 241,90 17,20




238

240

242

244

246

248

250

252

254

256

258

0 2 4 6 8 10 12 14

Pe

so (

g)

VARIACION DE PESO

Mezcla 8%

49

Grafico 15. Comportamiento resistencia a compresión. Mezcla 8%. Desviación estándar (Resistencia 1 día): 0,14 Desviación estándar (Resistencia 3 días): 0,96 Desviación estándar (Resistencia 7 días): 0,65 Desviación estándar (Resistencia 28 días): 1,55 La mezcla 8% mantiene la cantidad de arena tipo 1, cemento y agua; mientras que reemplaza un porcentaje de arena tipo 2 por cascarilla de arroz. Se obtuvieron resistencias a 28 días cercanas a 15 MPa (2150 PSI), mostrando el efecto de la adicción de la cascarilla de arroz. Con este porcentaje la resistencia aumenta dejándonos cercanos a los límites requeridos. Las muestras en cuanto a peso, muestran una desviación estándar tolerable lo que hace que sean aceptadas para el proyecto. Los resultados de la resistencia a 1, 3, 7 y 28 días, presentan una desviación estándar baja por lo tanto se aceptan los resultados para su estudio como válidos. Ya que la resistencia a 28 días aún tiene un margen considerable con los límites, se propone subir el porcentaje de adición de cascarilla un 1% para verificar el comportamiento de la resistencia.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 5 10 15 20 25 30

Re

sist

en

cia

(MP

a)

Dias


Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

50




1 51,71 51,20 51,73 245,30 2,84

1 50,70 50,57 52,50 244,10 2,84

1 51,27 51,60 52,11 236,20 3,24

3 50,66 51,03 51,76 237,30 7,56

3 51,50 51,00 51,54 240,30 7,68

3 50,60 50,83 51,98 240,50 8,92

7 50,40 50,60 52,30 243,30 9,48

7 50,80 50,60 52,00 248,40 9,64

7 50,60 50,90 52,00 246,60 10,76

28 50,70 50,90 52,35 246,60 10,04

28 50,70 50,30 52,19 243,20 11,16

28 50,50 50,66 52,50 245,70 12,16




234

236

238

240

242

244

246

248

250

0 2 4 6 8 10 12 14

Pe

so (

g)

VARIACION DE PESO

Mezcla 9%

51

Grafico 17. Comportamiento resistencia a compresión. Mezcla 9%.

Desviación estándar (Resistencia 1 día): 0,19 Desviación estándar (Resistencia 3 días): 0,61 Desviación estándar (Resistencia 7 días): 0,57 Desviación estándar (Resistencia 28 días): 0,87 La mezcla 9% mantiene la cantidad de arena tipo 1, cemento y agua; mientras que reemplaza un porcentaje de arena tipo 2 por cascarilla de arroz. Se obtuvieron resistencias a 28 días cercanas a 11 MPa (1570 PSI), mostrando el efecto de la adicción de la cascarilla de arroz. Con este porcentaje la resistencia disminuye quedando por debajo del límite requerido, por lo tanto no es aceptada para el proyecto y el porcentaje de adicción de cascarilla de arroz se rechaza. Las muestras en cuanto a peso y resistencia a 1, 3, 7 y 28 días, muestran una desviación estándar tolerable; lo que hace los resultados sean aceptados para su estudio como válidos.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30

Re

sist

en

cia

(MP

a)

Dias


Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

52

REDUCCIÓN DE PESO Y RESISTENCIA Al incluir la cascarilla de arroz como un agregado en el diseño de la mezcla, se buscaba obtener una reducción de peso considerable que nos permitiera aligerar el peso total de la estructura, trayendo con esto beneficios económicos. Aunque en la búsqueda de esta solución, se ve afectada la resistencia de los elementos.

VARIACIÓN DE PESO (SEGÚN % CASCARILLA INCLUIDO)

MEZCLA

0% MEZCLA

5% MEZCLA

7,5% MEZCLA

8% MEZCLA

9% MEZCLA

10%

Peso (g) (28 días) 287,40 268,80 251,20 252,40 246,60 211,90

Peso (g) (28 días) 294,80 270,20 252,90 239,50 243,20 219,20

Peso (g) (28 días) 288,50 267,70 253,10 241,90 245,70 220,80

Peso promedio 290,23 268,90 252,40 244,60 245,17 217,30

% REDUCCIÓN 0,00% 7,35% 13,04% 15,72% 15,53% 25,13%

Tabla 37. Variación de peso según % de cascarilla incluido.

Grafico 18. Variación de peso según % de cascarilla incluido.

VARIACIÓN DE RESISTENCIA A 28 DÍAS (SEGÚN % CASCARILLA INCLUIDO)

MEZCLA

0% MEZCLA

5% MEZCLA

7,5% MEZCLA

8% MEZCLA

9% MEZCLA

10%

Resistencia (MPa) 32,64 20,92 12,80 13,50 10,04 3,48

Resistencia (MPa) 35,64 21,88 13,12 16,04 11,16 3,48

Resistencia (MPa) 37,48 22,08 13,24 17,20 12,16 3,48

Resistencia promedio 35,25 21,63 13,05 15,58 11,12 3,48

% REDUCCIÓN 0,00% 38,65% 62,97% 55,81% 68,46% 90,13%

Tabla 38. Variación de resistencia a 28 días según % de cascarilla incluido.

0

50

100

150

200

250

300

350

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12%

Pe

so (

g)

Adiccion de cascarilla

VARIACION DE PESO

REDUCCION DE PESO

53

Grafico 19. Variación de resistencia a 28 días según % de cascarilla incluido. Vemos en la gráfica de variación de peso, que al incluir la cascarilla de arroz a la mezcla el peso se ve reducido considerablemente. Sin embarga, el porcentaje de adición debe estar estrechamente vinculado con la resistencia, por esto y según la gráfica variación de resistencia esta también se reduce. Teniendo en cuenta los ensayos realizados a las muestras con diferentes porcentajes de adición de cascarilla, se acepta el diseño de mezcla 8% el cual cumple satisfactoriamente la resistencia requerida, teniendo un buen porcentaje de reducción de peso. CONFIRMACIÓN DE RESULTADOS.

Se realizó al diseño de mezcla escogido los ensayos aplicados al mortero.


Determinar el esfuerzo de

compresión de morteros de

cemento hidráulico, usando cubos de 2”

de lado.




de ensayo da la carga máxima a compresión que resiste el mortero.

Tabla 39. NTC 220 Resistencia a la compresión de morteros de cemento hidráulico.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12%

Re

sist

en

cia

(MP

a)

Adicion de cascarilla

VARIACION DE RESISTENCIA

REDUCCION DE RESISTENCIA

54


Determinar la resistencia a la

flexión, de morteros de cemento

hidráulico, usando prismas de 40 x 40

x 160 mm.




de ensayo da la carga máxima a flexión que

resiste el mortero.

Tabla 40. NTC 120 Resistencia a la flexión de morteros de cemento hidráulico. Mezcla 8% Arena Tipo 1: 275 g. Arena Tipo 2: 1012 g. Cascarilla: 88 g. Cemento: 500 g. Agua: 275 g.

Resultados a compresión


1 50,88 51,43 51,50 237,60 3,16

1 51,47 51,25 51,99 237,90 3,28

1 49,90 51,32 51,23 232,90 3,52

3 51,32 51,21 51,48 239,30 4,52

3 51,30 51,33 52,64 243,70 5,80

3 51,64 51,64 52,00 231,40 6,28

7 51,60 51,31 51,28 244,20 5,48

7 51,26 51,99 51,40 237,90 5,84

7 51,90 51,36 51,48 237,50 6,88

28 51,23 51,20 51,21 237,40 14,98

28 51,76 51,90 51,30 239,20 15,12

28 50,38 51,49 51,99 238,90 16,08

Tabla 41. Resultado NTC 220. Mezcla 8%. Confirmación de resultados.

55

Grafico 20. Variación de peso. Mezcla 8%. Confirmación de resultados. Desviación estándar (Peso): 3,48

Grafico 21. Comportamiento resistencia a compresión. Mezcla 8%. Confirmación de resultados. Desviación estándar (Resistencia 1 día): 0,15 Desviación estándar (Resistencia 3 días): 0,74 Desviación estándar (Resistencia 7 días): 0,59 Desviación estándar (Resistencia 28 días): 0,49 La mezcla 8% mantiene la cantidad de arena tipo 1, cemento y agua; mientras que reemplaza un porcentaje de arena tipo 2 por cascarilla de arroz. Se

230

232

234

236

238

240

242

244

246

0 2 4 6 8 10 12 14

Pe

so (

g)

VARIACION DE PESO

Mezcla 8%

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

0 5 10 15 20 25 30

Re

sist

en

cia

(MP

a)

Dias


Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

56

obtuvieron resistencias a 28 días cercanas a 15 MPa (2150 PSI), mostrando el efecto de la adicción de la cascarilla de arroz. Las muestras en cuanto a peso, muestran una desviación estándar tolerable lo que hace que sean aceptadas para el proyecto. Los resultados de la resistencia a 1, 3, 7 y 28 días, presentan una desviación estándar baja por lo tanto se aceptan los resultados para su estudio como válidos.

Resultados a flexión


1 160.12 41.11 39.95 449.80 0.12

1 160.13 41.03 40.20 451.30 0.12

1 160.15 41.03 39.96 448.50 0.14

3 161.08 43.49 41.87 462.40 0.14

3 160.55 43.36 40.02 468.40 0.16

3 160.22 40.93 39.92 466.60 0.17

7 160.43 40.00 40.37 464.90 0.32

7 160.20 40.03 41.58 470.50 0.80

7 160.97 40.00 41.31 451.80 0.81

28 160.49 40.97 41.62 461.29 2.44

28 160.82 41.38 41.86 470.54 2.84

28 160.32 40.23 41.21 462.00 2.88

Tabla 42. Resultado NTC 120. Mezcla 8%. Confirmación de resultados.

Grafico 22. Variación de peso. Mezcla 8%. Confirmación de resultados. Desviación estándar (Peso): 7.88

445

450

455

460

465

470

475

0 2 4 6 8 10 12 14

Pe

so (

g)

VARIACION DE PESO

Mezcla 8%

57

Grafico 23. Comportamiento resistencia a flexion. Mezcla 8%. Confirmación de resultados. Desviación estándar (Resistencia 1 día): 0.01 Desviación estándar (Resistencia 3 días): 0.01 Desviación estándar (Resistencia 7 días): 0.23 Desviación estándar (Resistencia 28 días): 0.20 Se obtuvieron resistencias a 28 días cercanas a 2,5 MPa (360 PSI), lo que corresponde al 16,74% de la resistencia a compresión, mostrando el efecto de la adicción de la cascarilla de arroz. Las muestras en cuanto a peso, muestran una desviación estándar tolerable lo que hace que sean aceptadas para el proyecto. Los resultados de la resistencia a 1, 3, 7 y 28 días, presentan una desviación estándar baja por lo tanto se aceptan los resultados para su estudio como válidos.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

0 5 10 15 20 25 30

Re

sist

en

cia

(Mp

a)

Dias

RESISTENCIA A FLEXION MEZCLA 8%

Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

58

7. ANÁLISIS ECONÓMICO Al incluir la cascarilla de arroz como un agregado en el diseño de mezcla, remplazándolo por la arena tipo 2, los costos de producción del elemento prefabricado varían. A continuación se relaciona el costo de producción de la unidad prefabricada en este momento en el municipio de Maicao, teniendo en cuenta materiales y mano de obra. Diseño de mezcla 0%.

COSTO DE PRODUCCIÓN

Arena Tipo 1 $ 1,040


Cemento $ 16,000

Agua $ 2,000

Mano de obra $ 6,000

Valor 40 Unidades $ 33,040

Valor x Unidad $ 826

Tabla 43. Costos unitarios de producción de prefabricados. Mezcla 0%. Fuente: ASOTECMA A continuación se relaciona el costo de producción para cada prefabricado, incluyendo la cascarilla de arroz, en el porcentaje establecido. Diseño de mezcla 8%.

COSTO DE PRODUCCIÓN



Cemento $ 16,000

Agua $ 2,000

Mano de obra $ 6,000

Cascarilla $ 90

Valor 40 Unidades $ 32,490

Valor x Unidad $ 812

Tabla 44. Costos unitarios de producción de prefabricados. Mezcla 8%. La diferencia entre el costo de producción de la mezcla 0% y la mezcla 8% se muestra a continuación.

COMPARATIVO COSTOS UNITARIOS DE PRODUCCIÓN

Mezcla 0% Mezcla 8%

Arena Tipo 1 $ 1,040 $ 1,040

Arena Tipo 2 $ 8,000 $ 7,360

Cemento $ 16,000 $ 16,000

Agua $ 2,000 $ 2,000

59

Mano de obra $ 6,000 $ 6,000

Cascarilla $ 0 $ 90

Valor 40 Unidades $ 33,040 $ 32,490

Valor x Unidad $ 826 $ 812

Diferencia x unidad $ 14

Ahorro x unidad 1.69 %

Tabla 45. Cuadro comparativo costos unitarios de producción de prefabricados entre mezcla 0% y mezcla 8%.

El beneficio económico, de la producción de prefabricados con el diseño de mezcla 8%, es un ahorro del 1.69% por cada unidad producida. Además del ahorro en los costos de producción, la inclusión de la cascarilla de arroz como agregado en el diseño de mezcla influye en la disminución del peso de la estructura, este beneficio se ve reflejado al momento de calcular los elementos estructurales y cimentación de la estructura.

MEZCLA 0% 8%

Peso promedio muestra (Kg) 0.29 0.24

Volumen promedio muestra (m3) 0.00013 0.00014

Densidad de la muestra (Kg/m3) 2185.3 1809.5

Tabla 46. Cuadro comparativo de densidades entre mezcla 0% y mezcla 8%. La densidad tiene una disminución de 375.8 kg/m3, lo que beneficiará a la estructura al momento de calcular su carga muerta.

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8. CONCLUSIONES

Después de realizados los ensayos de resistencia a compresión, se definió como óptimo el diseño de mezcla 8%.

Para confirmar los resultados se realizó una nueva serie de muestras que falladas a compresión permitió la confirmación del diseño, con estos resultados y el diseño de mezcla óptimo, se le realizó a las muestras el ensayo a flexión. Este ensayo no se llevó a cabo para todos los diseños de mezcla por la difícil obtención de los moldes.

Al analizar los resultados de peso y resistencia de las muestras, se ve que las desviaciones estándar son bajas lo que nos permite aceptar estadísticamente los resultados arrojados en el proyecto.

Después de realizados los ensayos a los agregados, arena tipo 1 y arena tipo 2, se debe resaltar la calidad de estos, ya que su contenido de materia orgánica es bajo, tiene buena adherencia y acomodación de partículas y presenta un contenido de finos bajo.

Al incluir la cascarilla de arroz en el diseño de mezcla, se decidió reemplazarla por la arena tipo 2, de esta manera se afectaba el costo de producción de los prefabricados ya que este agregado es el más costoso.

Los resultados del diseño de mezcla 0%, como actualmente se están trabajando en el municipio de Maicao, son excelentes dando resistencias aproximadas de 35 MPa (5000 PSI). Al adicionar progresivamente cascarilla a la mezcla, la resistencia disminuye. El diseño de mezcla 8% tiene buena resistencia dando como resultados 15 MPa (2150 PSI), los cuales son aceptables para elementos prefabricados no estructurales.

Aunque la adición de cascarilla de arroz no tiene un beneficio económico representativo en los costos de producción de los elementos prefabricados, se manifiesta en la disminución del peso total de la estructura. Lo que conlleva a otros ahorros mencionados anteriormente como dimensiones y cantidad de elementos estructurales, y cantidad de refuerzo.

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9. RECOMENDACIONES

Ya que el diseño de mezcla se utilizará para la producción de prefabricados, la fluidez debe estar en un rango de 80% - 100%. Al adicionar la cascarilla de arroz como agregado a la mezcla, esta pierde la manejabilidad conseguida en el diseño de mezcla 0%. Aún así es necesario mantener siempre la relación agua-cemento inicial, para no perder resistencia.

Después de curadas las muestras y antes de fallarlas se evidencio el gran contenido de agua que presentaban, de esta manera se debía esperar de 30 a 45 minutos mientras que la muestra se secaba para poder pesarla y fallarla.

Se debe realizar una mezcla muy homogénea es decir que los agregados queden lo mejor distribuidos posibles, ya que si un gran porcentaje de cascarilla queda en un sitio al momento de la falla el resultado no será el esperado.

Se deben realizar diseños utilizando diferentes tipos de cascarilla, en razón que se cuenta con casi 200 variedades de arroz en el mundo así como se debe tener presente la composición del suelo sin perder de vista que se trata de materia orgánica, lo que nos debe llevar a comportamientos diferentes en la mezcla.

Los diseños de mezclas tradicionales sirven tan solo como punto de partida para los diseños que incluyen cascarilla de arroz. Para obtener parámetros de diseño se deben construir gráficas y tablas con variedad de combinaciones que permitan tener certeza de conceptos como la dosificación, relación agua-cemento, tiempos de fraguado, etc.

Se deja abierta la posibilidad de un estudio de durabilidad del diseño de mezcla propuesto en este proyecto.

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BIBLIOGRAFÍA ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERÍA SÍSMICA. Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo-Resistente (NSR 10). GÓMEZ, José Gabriel, Tecnología del concreto, Santafé de Bogotá D.C.: Ediciones Librería del profesional, 1998. 600 p. INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Normas de ensayo de materiales para carreteras. Tomo II: cementos y morteros. Santafé de Bogotá D.C. Ministerio de transporte, 1998. 170 p. SÁNCHEZ DE GUZMÁN, Diego. Tecnología del concreto y del mortero. Quinta edición. Santafé de Bogotá D.C.: Bhandar editores, 2001. 349 p. SEGURA FRANCO, Jorge. Estructuras de concreto I. Sexta Edición. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia, 2006. 508 p. UNIVERSIDAD DEL VALLE, Con cascarilla de arroz se hacen concretos de alta resistencia, Versión PDF [ON LINE]. Cali. 2000.

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ANEXOS REGISTRO FOTOGRÁFICO DE MATERIALES Y ENSAYOS

Foto 1. Arena tipo 1. Foto 2. Arena tipo 2.

Foto 3. Cascarilla de arroz. Foto 4. Arena normalizada.

Foto 5. Agregados utilizados en el proyecto.

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Foto 6. NTC 127. Preparación de la solución.

Foto 7. NTC 127. Muestras a ensayar.

Foto 8. NTC 127. Muestras en la solución.

Foto 9. NTC 127. Comparación con carta de colores.

Foto 10. NTC 127. Cascarilla de arroz en la solución.

Foto 11. NTC 127. Comparación con carta de colores.

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Foto 12. NTC 78. Preparación de la muestra.

Foto 13. NTC 78. Preparación de la muestra.

Foto 14. NTC 78. Lavado sobre tamiz No 200.

Foto 15. NTC 92. Muestras a ensayar.

Foto 16. NTC 92. Peso unitario suelto. Foto 17. NTC 92. Peso unitario compactado.

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Foto 18. NTC 237. Muestra arena tipo 1.

Foto 19. NTC 237. Muestra arena tipo 2.

Foto 20. NTC 237. Cono de absorción.

Foto 21. NTC 237. Muestra en el picnómetro.

Foto 22. NTC 237. Muestra para secado.

Foto 23. NTC 33. Muestra para ensayo.

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Foto 24. NTC 33. Se lleva la muestra a la cámara de permeabilidad.

Foto 25. NTC 33. Aparato de Blaine.

Foto 26. NTC 118. Preparación de la pasta.

Foto 27. NTC 118. Preparación de la pasta.

Foto 28. NTC 118. Muestra en el aparato de Vicat.

Foto 29. NTC 221. Frasco de Le Chatelier.

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Foto 30. NTC 221. Frasco de Le Chatelier con muestra de cemento.

Foto 31. NTC 221. Muestra al baño María.

Foto 32. NTC 110. Pasta de cemento. Foto 33. NTC 110. Muestra para ensayo.

Foto 34. NTC 110. Muestra ensayada con aparato de Vicat.

Foto 35. NTC 111. Arena Ottawa.

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Foto 36. NTC 111. Mezclado de la muestra.

Foto 37. NTC 111. Fluidez de la muestra.

Foto 38. NTC 111. Arena tipo 1 y arena tipo 2.



Foto 41. NTC 111. Arena tipo 1 y arena tipo 2.

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Foto 42. NTC 111. Cascarilla de arroz.





Foto 47. NTC 220. Moldes para ensayo.

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Foto 48. NTC 220. Muestras para ensayo.






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Foto 54. NTC 220. Peso de las muestras para ensayo.

Foto 55. NTC 220. Medida de las muestras para ensayo.

Foto 56. NTC 220. Ensayo a compresión.

Foto 57. NTC 220. Ensayo a compresión.

Foto 58. NTC 220. Falla de las muestras.


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Foto 64. NTC 220. Máquina para ensayos.

Foto 65. NTC 220. Resultados obtenidos para el ensayo.

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