Estudio de Canteras

CAPITULO VII:ESTUDIO DE CANTERAS

1. 1.1. GENERALIDADES.

En este captulo, se dar a conocer las investigaciones de campo y ensayos realizados en laboratorio para el estudio de la Cantera de afirmado (Km 6+113.71), y de la Cantera Saulaca, para agregados.

Asimismo cabe referenciar que los materiales naturales, que presentan estas canteras tales como las rocas, gravas, arenas y suelos seleccionados, segn sus usos y aplicaciones (ya sea como afirmado o agregados), cumplirn un rol importante en la calidad, durabilidad y economa de la obra vial. Las tcnicas de diseo y construccin han establecido especificaciones bastante precisas para el uso de estos materiales, tanto en la ejecucin de los terraplenes y obras bsicas de la carretera, as como en las distintas capas del pavimento o en las obras de concreto, por lo tanto una de las tareas ms importantes de los proyectistas ser asegurar la existencia de "ridos o agregados" con calidad y en cantidad suficiente para cubrir las necesidades de la obra o identificar fuentes de las cuales puedan ser extrados materiales que una vez procesados satisfagan las especificaciones fijadas.

Se justifica una exploracin sistemtica del rea del proyecto, siempre que se puedan lograr reducciones razonables de las distancias de transporte y de los procesos de transformacin de los materiales. En tal sentido, este Captulo proporciona los criterios necesarios para clasificar y seleccionar las Fuentes de Materiales y Fuentes de Agua con fines de diseo de mezclas y de materiales para los componentes de las capas de la estructura del pavimento.

1.2. LOCALIZACION DE CANTERAS.

Es evidente que el proceso de exploracin y localizacin de fuentes de agregados requiere del conocimiento cabal de los fundamentos acerca de la naturaleza y origen geolgico de las rocas que generan los materiales ptreos e inertes que se requieren en la construccin vial, as como los criterios, que permitan evaluar la conveniencia de uso de esos materiales. La bsqueda e identificacin de dichas fuentes debe iniciarse por tanto a partir de la comprensin de los siguientes conceptos:

a) Naturaleza y tipo de los agregados o ridos requerido.

b) Volumen cantidades de cada tipo de material a ser empleado en la construccin y/o conservacin.

c) Clases de rocas y/o suelos que responden a las caractersticas de los materiales necesarios y formas de ocurrencia en el rea del proyecto.

d) Disponibilidad de medios de explotacin y procesamiento, es decir las canteras deben ser utilizadas de manera que su explotacin no conlleve a problemas legales que perjudique a la empresa contratista y/o habitantes de la zona.

Primordialmente, estos yacimientos debern cumplir exigencias de calidad y cantidad. La calidad se evala por medio de ensayos de laboratorio, entre ellos anlisis granulomtrico, peso especfico, resistencia a la abrasin, etc. Y la cantidad se sustenta con la potencia del yacimiento, que permita y asegure el volumen necesario para ser utilizado en toda la obra. Para el presente proyecto de tesis se ha considerado la localizacin de las siguientes canteras:

1.2.1. CANTERA DE AGREGADOS.

Se ha considerado la cantera de materiales del casero Saulaca, que se ubica a las mrgenes del rio Huancabamba y se encuentra a una distancia de 10 Km del distrito de Sallique y a 35.25 Km del centro poblado Chalanmache, que es donde se da inicio a la va en estudio. Si bien la distancia es notablemente larga para el traslado de los agregados, es la ms cercana a la zona de estudio y la nica como material apropiado que cumple con las especificaciones tcnicas necesarias para su uso tanto en agregado fino como agregado grueso.

CUADRO N-46: CARATERISTICAS DE CANTERA DE AGREGADOS.LUGAR DE UBICACIONNOMBRE DE CANTERATIPO DE MATERIAL COORDENADAS UTM

ESTENORTEALTITUD APROX.(m.s.n.m)

Casero SaulacaSaulaca- Agregado fino - Agregado grueso679690.00 9375166.001415

FUENTE: ELABORACION PROPIA

1.2.2. CANTERA DE AFIRMADO.

Se ha considerado la cantera del Km 6+113.71, ubicada a la margen derecha de la va en estudio en el sentido Chalanmache - Los Cocos, la cantera est ubicada a una distancia de 6+113.71 Km de Chalanmache y 5+886.29 Km de los cocos, para lo cual se vio conveniente su uso por ser la nica cantera ms cercana y adems se encuentra en un lugar intermedio para la distribucin del material de prstamo en la partida de afirmado de la va, posteriormente se ha realizado los ensayos de laboratorio respectivos para confirmar su calidad como afirmado y se ha concluido que el material proveniente de esta cantera tiene que ser mejorada con arena para que cumpla con las especificaciones tcnicas necesarias para su uso como afirmado en carretera.

CUADRO N-47: CARATERISTICAS DE CANTERA DE AFIRMADOLUGARDE UBICACIONNOMBREDE CANTERATIPODE MATERIALCOORDENADASUTM

ESTENORTEALTITUDAPROX.(m.s.n.m)

Km 6+113.71 Carretera: Chalanmache Los CocosCantera Km 6+113.71Afirmado

684759.479385116.212340

FUENTE: ELABORACION PROPIA1.3. INVESTIGACIONES GEOTCNICAS.

Estas investigaciones se realizaron para obtener una mayor informacin sobre la calidad del material de Cantera, para lo cual mediante una exploracin de campo y ensayos de laboratorio, se determinaran las propiedades fsico mecnicas de los materiales.

1.3.1. TRABAJOS DE CAMPO.

Trabajos realizados por los responsables del presente proyecto de tesis. Consisti en determinar el tipo de material de Cantera, tanto para afirmado como para agregados, el cual se proyecta utilizarlo como mejoramiento de sub rasante, como carpeta de rodadura (afirmado y/o relleno) en el caso del afirmado, as tambin en lo que respecta a los agregados su uso combinado para producir concreto para obras de arte.

Las muestras representativas del sub suelo de las Canteras, consistieron en muestras alteradas, para sus respectivos anlisis de laboratorio y su correspondiente clasificacin.

Las investigaciones de campo fueron realizadas, siguiendo los siguientes procedimientos. Evaluacin y seleccin de las excavaciones (calicatas), siguiendo los procedimientos de las Normas Tcnicas para el Diseo de Caminos Vecinales del Ministerio de Transportes y Comunicaciones.

Excavacin, registro y muestreo de las excavaciones, de acuerdo a las Normas A.S.T.M. D 420 y A.S.T.M. D 2488.

Conservacin y Transporte de muestras de Suelos A.S.T.M. D 4220.

1.3.2. ENSAYOS REALIZADOS PARA LOS MATERIALES DE LA CANTERA DE AGREGADOS.

Realizados por los responsables del presente proyecto de tesis y con asesoramiento de tcnicos de Laboratorio de Ensayo de Materiales y Laboratorios de Mecnica de Suelos y Pavimentos de la Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo (UNPRG). 1.3.2.1. CONTENIDO DE HUMEDAD. Norma: (ASTM D 2216-71) Y (NPT 339.185 2002)

Es la relacin entre el peso del agua contenida en la muestra y el peso de la muestra secada al horno expresado en porcentaje.

Donde:

1.3.2.2. ANLISIS GRANULOMTRICO DE AGREGADO FINO Y GRUESO.Norma: (NTP 400.012:2001)

Esta Norma Tcnica se aplica para determinar la gradacin de materiales propuestos para su uso como agregados o los que estn siendo utilizados como tales. Los resultados sern utilizados para determinar el cumplimiento de la distribucin del tamao de partculas con los requisitos que exige la especificacin tcnica de la obra y proporcionar los datos necesarios para el control de la produccin de agregados. Los datos tambin pueden ser utilizados para correlacionar el esponjamiento y el embalaje.

La determinacin exacta del material ms fino que la malla de 75 m (N 200) no puede ser obtenida por esta NTP. Se utilizar la NTP 400.018.

La serie de tamices utilizados para agregado grueso son 3", 2", 1", 1", ", ", 3/8", # 4 y para agregado fino son # 4, # 8, # 16, # 30, # 50, # 100, # 200.

La serie de tamices que se emplean para clasificar agrupados para concreto se ha establecido de manera que la abertura de cualquier tamiz sea aproximadamente la mitad de la abertura del tamiz inmediatamente superior, o sea, que cumplan con la relacin 1 a 2.

Siguiendo la respectiva recomendacin, en la columna 1 se indica la serie de tamices utilizada en orden descendente. Despus de tamizar la muestra como lo estipula la Norma Tcnica Peruana se toma el material retenido en cada tamiz, se pesa, y cada valor se coloca en la columna 2. Cada uno de estos pesos retenidos se expresa como porcentaje (retenido) del peso total de la muestra.

Este valor de % retenido se coloca en la columna 3.En la columna 4 se van colocando los porcentajes retenidos acumulados.En la columna 5 se registra el porcentaje acumulado que pasa, que ser simplemente la diferencia entre 100 y el porcentaje retenido acumulado.

Los resultados de un anlisis granulomtrico tambin se pueden representar en forma grfica y en tal caso se llaman curvas granulomtricas.

1.3.2.3. PESO UNITARIO DE LOS AGREGADOS.Norma: (NTP 400.017:1999)

Este ensayo cubre la determinacin del peso unitario suelto o compactado y el clculo de vacos en el agregado fino, grueso o en una mezcla de ambos, basados en la misma determinacin. Este mtodo se aplica a agregados de tamao mximo nominal de 150mm.

Se denomina peso volumtrico del agregado, al peso que alcanza un determinado volumen unitario. Generalmente se expresa en kilos por metro cbico. Este valor es requerido cuando se trata de agregados ligeros o pesados y para convertir cantidades en volumen y viceversa, cuando el agregado se maneja en volumen.

Agregado de peso normal: para concreto de peso normal.

Peso unitario suelto: 15001700kg/ m3 Peso unitario varillado: 1600 1800 kg/ m3

El peso unitario est influenciado por:

Su gravedad especifica. Su granulometra. Su perfil y textura superficial. Su condicin de humedad. Su grado de compactacin de masa.

1.3.2.4. PESO ESPECFICO DE LOS AGREGADOS. Norma: (NTP 400.021)

Es la relacin a temperatura estable de la masa de un volumen unitario del material, a la masa del mismo volumen en agua destilada libre de gas. El peso especfico es un indicador de diferentes propiedades. Para el agregado fino su peso especfico debe oscilar entre 2.5 -2.8 y para el agregado grueso su peso especfico debe oscilar entre 2.6-3.0 siendo los ms empleados:

Basalto2.80Arena y grava2.65

Granito2.69Pedernal2.54

Caliza2.66Prfido2.73

Cuarcita2.62Arenisca2.50

El Peso especfico se divide en dos tipos:

a) Peso especfico aparente.-aquel que incluye en su volumen los vacos accesibles al agua.b) Peso especfico nominal.-aquel que excluye de este volumen los vacos

1.3.2.5. GRADO DE ABSORCIN DE LOS AGREGADOS. Norma: (NTP 400.022)

La absorcin es una medida de la porosidad del agregado estimndose que valores de 2%-3% es un ndice de porosidad alta.

Estos agregados pueden aceptarse si el tamao de los poros es grande, de lo contrario (para un tamao de poros son debajo de 0.004mm a 0.005mm) no se aceptara el agregado porque el agua no drena.

El agregado puede estar bajo los siguientes requisitos:

Seco al horno: no hay agua en el interior ni en el exterior. El agregado debe estar en el horno por 24 horas a una temperatura de 110C. El %humedad=0.

Semi-saturado: agua en % de poros y vacos pero no hay agua en el exterior, es el agregado natural puesta al sol a secar, su % humedad < % absorcin.

Saturado con superficie seca (s.s.s): hay agua 100% en el interior (poros y vacos) y % en el exterior, ocurre cuando el estado es ideal, su % humedad = % absorcin.

Sobre saturado: hay agua 100% en el interior y % en el exterior, ocurre cuando el natural del agregado est sumergido en agua, su % humedad > % absorcin.

1.3.3. ENSAYOS REALIZADOS PARA LOS MATERIALES DE LA CANTERA DE AFIRMADO.

1.3.3.1. CONTENIDO DE HUMEDAD NATURALNorma: (ASTM D 2216-71).Es la relacin entre el peso del agua contenida en la muestra y el peso de la muestra secada al horno expresado en porcentaje.

Donde:

La determinacin de la humedad natural permitir comparar con la humedad ptima que se obtendr en los ensayos Prctor para obtener el CBR del suelo. S la humedad natural resulta igual o inferior a la humedad ptima, el Proyectista propondr la compactacin normal del suelo y el aporte de la cantidad conveniente de agua. S la humedad natural es superior a la humedad ptima y segn la saturacin del suelo, se propondr, aumentar la energa de compactacin, airear el suelo, o reemplazar el material saturado.

1.3.3.2. ANLISIS GRANULOMTRICO POR TAMIZADO.Normas: (ASTM D-422, MTC E107).

Representa la distribucin de los tamaos que posee los suelos mediante el tamizado segn especificaciones tcnicas. A partir de la cual se puede estimar, con mayor o menor aproximacin, las dems propiedades que pudieran interesar.

El anlisis granulomtrico de un suelo tiene por finalidad determinar la proporcin de sus diferentes elementos constituyentes, clasificados en funcin de su tamao.La descripcin de un suelo de acuerdo al tamao de sus partculas es:a) Rocas:

Las partculas mayores de 15 cm. hasta 30 cm. se les denomina Piedras o Bolos. Las partculas mayores de 30 cm. se denominan Bloques.

b) Suelos:

Es considerado suelo, aquel cuyo dimetro mximo es 7.5 cm.

CUADRO N-48: CLASIFICACIN DE SUELOS SEGN TAMAO DE PARTCULASTIPO DE MATERIALTAMAO DE LAS PARTCULAS

Grava75 mm - 4.75 mm

ArenaArena gruesa: 4.75 mm - 2.00 mm

Arena media: 2.00mm - 0.425mm

Arena fina: 0.425 mm - 0.075 mm

Material FinoLimo0.075 mm-0.005 mm

ArcillaMenor a 0.005 mm

FUENTE: MANUAL DE CARRETERAS, SUELOS, GEOLOGIA, GEOTECNIA Y PAVIMENTOS

1.3.3.3. PESO ESPECFICO RELATIVO.Norma: (ASTM D854-58)

El peso especfico relativo o gravedad especfica de un suelo se toma como el valor promedio para los granos del suelo. Este valor es necesario para calcular la relacin de vacos de un suelo. La gravedad especifica de cualquier sustancia de define como El peso unitario del material en cuestin dividido por el peso unitario del agua destilada a cuatro grados Celsius.

CUADRO N-49: PESO ESPECFICO DEL AGUA SEGN TEMPERATURATEMPERATURA CPESO ESPECFICO G/cm3

41.0

60.999968

80.999876

100.999728

120.39526

140.39273

160.99897

180.99862

200.99823

230.99756

260.99681

290.99597

FUENTE:http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/espM3.htm

1.3.3.4. CONTENIDO DE SALES TOTALES.Norma: (BS 1377- MTC E219)

Este ensayo relaciona el peso de la sal, respecto al agua expresada en porcentaje y ppm, y permite determinar la cantidad de sales solubles que se encuentran en el suelo de nuestra zona. Para nuestro caso, lo hemos considerado necesario, ya que es de especial inters para precisar la cantidad de sales y sulfatos ya que al estar en contacto con el concreto y si se tuviera en alto porcentaje cmo se comportar ante este ataque. El valor desde el cual se tiene que hacer otro tipo de ensayo para determinar que clases de sales tenemos es del 0.2%.

CUADRO N-50: CONCRETO EXPUESTO A SOLUCIONES DE SULFATOEXPOSICION ASULFATOSSULFATO SOLUBLE EN AGUA, PRESENTE EN EL SUELO COMO SO4% EN SECOSULFATOS EN AGUA COMO SO4 p.p.m.CEMENTOTIPO

DESPRECIAB LE0.00-0.100-150I

MODERADA0.10-0.20150- 1500II

SEVERA0.20-2.001500- 10000V

MUY SEVERASOBRE 2.00SOBRE 10000V+PUZO LANA

FUENTE: NORMA TECNICA PERUANA E-060

1.3.3.5. LIMITES DE CONSISTENCIA (LMITES DE ATTERBERG).

1.3.3.5.1. LMITE LQUIDO (L.L.) (ASTM 42366, MTC E110)

Consiste en el grado de cohesin de las partculas de un suelo y su resistencia a aquellas fuerzas exteriores que tienden a deformar y destruir su estructura. El lmite lquido es el contenido de humedad que corresponde al lmite arbitrario entre los estados de consistencia lquida y plstica del suelo.

1.3.3.5.2. LMITE PLSTICO (L.P.) (ASTM D42459, MTC E111)

Consiste en el grado de cohesin de las partculas de un suelo y su resistencia a aquellas fuerzas exteriores que tienden a deformar y destruir su estructura. El Lmite Plstico es el contenido de humedad que tiene el suelo al momento de pasar del estado plstico al semislido.

1.3.3.5.3. NDICE DE PLASTICIDAD (IP).

Se denomina ndice de Plasticidad, al valor numrico de la diferencia de las cantidades de agua entre el lmite lquido y el lmite plstico.

El ndice de plasticidad indica la magnitud del intervalo de humedades en el cual el suelo posee consistencia plstica y permite clasificar bastante bien un suelo. Un IP grande corresponde a un suelo muy arcilloso; por el contrario, un IP pequeo es caracterstico de un suelo poco arcilloso. En tal sentido, el suelo en relacin a su ndice de plasticidad puede clasificarse segn lo siguiente: IP = L.L. L.P.CUADRO N-51: CLASIFICACIN DE SUELOS SEGN NDICE DE PLASTICIDAD.NDICE DE PLASTICIDADPLASTICIDADCARACTERSTICA

IP>20AltaSuelos muy arcillosos

IP20IP> 7MediaSuelos arcillosos

IP< 7BajaSuelos poco arcillosos plasticidad

IP = 0No Plstico (NP)Suelos exentos de arcilla

FUENTE: MANUAL DE CARRETERAS, SUELOS, GEOLOGIA, GEOTECNIA Y PAVIMENTOS

1.3.3.6. ENSAYO DE ABRASION O ENSAYO DE LOS ANGELES.Normas: (ASTM C-131, MTC-E207)

Debido a las condiciones de esfuerzo-deformacin, la carga de la rueda es transmitida a la superficie del pavimento a travs de la llanta como una presin vertical aproximadamente uniforme y alta. La estructura del pavimento distribuye los esfuerzos de la carga, de una mxima intensidad en la superficie hasta una mnima en la subrasante. Por esta razn los agregados que estn cercade la superficie, deben ser ms resistentes que los agregados usados en las capas inferiores.

1.3.3.7. ENSAYO DE COMPACTACIN (PRCTOR MODIFICADO).Norma: (ASTM D 1557, MTC-E115).

En mecnica de suelos, el ensayo de compactacin Prctor es uno de los ms importantes procedimientos de estudio y control de calidad de la compactacin. A travs de este es posible determinar la compactacin mxima del afirmado en relacin con su grado de humedad.

Existen dos tipos de ensayo Prctor normalizados; el "Ensayo Prctor Normal", y el "Ensayo Prctor Modificado". La diferencia entre ambos estriba en la distinta energa utilizada, debido al mayor peso del pisn y mayor altura de cada en el Prctor modificado.

Determinan la mxima densidad que es posible alcanzar para suelos o ridos, en unas determinadas condiciones de humedad, con la condicin de que no tengan excesivo porcentaje de finos, pues la prueba Prctor est limitada a los suelos que pasen totalmente por la malla No 4, o que tengan un retenido mximo del 10 % en esta malla, pero que pase (dicho retenido) totalmente por la malla 3/8. Cuando el material tenga retenido en la malla 3/8 deber determinarse la humedad ptima y el peso volumtrico seco mximo con la prueba de Prctor estndar.El ensayo consiste en compactar una porcin de suelo en un cilindro con volumen conocido, hacindose variar la humedad para obtener el punto de compactacin mxima en el cual se obtiene la humedad ptima de compactacin. El ensayo puede ser realizado en tres niveles de energa de compactacin, conforme las especificaciones de la obra: normal, intermedia y modificada. La energa de compactacin viene dada por la ecuacin:

Donde:

Y = Energa a aplicar en la muestra de suelo;n = nmero de capas a ser compactadas en el cilindro de moldeado;N = nmero de golpes aplicados por capa;P = peso del pisn;H = altura de cada del pisn; yV = volumen del cilindro.

El Grado de compactacin de un afirmado se expresa en porcentaje respecto al ensayo Prctor; es decir, una compactacin del 85% de Prctor Normal quiere decir que se alcanza el 85% de la mxima densidad posible para ese terreno.

Las principales normativas que definen estos ensayos son las normas americanas ASTM D-698 (ASTM es la American Society for Testing Materials, Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales) para el ensayo Prctor estndar y la ASTM D-1557 para el ensayo Prctor modificado. IMAGEN N-1

1.3.3.8. ENSAYO CALIFORNIA BEARING RATIO (C.B.R.).Norma: (ASTM D 4429- 93, MTC E132).

Este mtodo fue propuesto en 1929 por los ingenieros T. E. Stanton y O. J. Porter del departamento de carreteras de California. Desde esa fecha tanto en Europa como en Amrica, el mtodo CBR se ha generalizado y es una forma de clasificacin de un suelo para ser utilizado como subrasante o material de base en la construccin de carreteras. El CBR de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0.1 0.2 de penetracin, expresada en por ciento en su respectivo valor estndar. Tambin se dice que mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controlada. El ensayo permite obtener un nmero de la relacin de soporte, que no es constante para un suelo dado sino que se aplica solo al estado en el cual se encontraba el suelo durante el ensayo. El nmero CBR (o simplemente CBR), se obtiene de la relacin de la carga unitaria (lbs/pulg2.) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetracin del pistn de penetracin (19.4 cm2) dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrn (lbs/pulg2.) requerida para obtener la misma profundidad de penetracin en una muestra estndar de material triturado.

El mtodo CBR comprende los 3 ensayos siguientes: Determinacin de la densidad y humedad. Determinacin de las propiedades expansivas del material. Determinacin de la resistencia a la penetracin.

CUADRO N-52: CLASIFICACIN DE SUELOS SEGN NDICE DE PLASTICIDADDESCRIPCINSISTEMA DE CLASIFICACIN

NO. CBRCLASIFICACIN GENERALUSOSUNIFICADOAASHTO

0-3Muy pobreSub rasanteOH,CH,MH,OLA5, A6,A7

3-7Muy pobre a regularSub rasanteOH,CH,MH,OLA4,A5,A6,A7

7-20RegularSub baseOL,CL,ML,SC,S M,SPA2,A4,A6,A7

20-50BuenoSub base y baseGM,GC,SW,SM, SP,GPA-lb,A2-5, A-3, A2-6

>50ExcelenteBaseGW, GMAla,A2-4,A-3

FUENTE: http://es.slideshare.net/javierzen/labgeo32-p

CUADRO N-53: CLASIFICACION DE LA SUBRASANTE SEGN EL CBRTIPOCARACTERISTICARANGO CBR %

S0Subrasante muy pobreCBR 350f'c + 98

FUENTE: ICG/INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA/II CONCRESO INTERNACIONAL DE LA CONSTRUCCION

1.4.1.2. SELECCIN DEL TAMAO MXIMO NOMINAL DEL AGREGADO GRUESO

La Norma ITINTEC 400.037 define al Tamao Mximo como aquel que corresponde al menor tamiz por el que pasa toda la muestra de agregado grueso.

La Norma ITINTEC 400.037 define al Tamao Mximo Nominal como aquel que corresponde al menor tamiz de la serie utilizada que produce el primer retenido.

1.4.1.2.1. CRITERIOS DE SELECCIN

En la seleccin del tamao mximo nominal del agregado grueso, el ingeniero deber tener en consideracin que el concreto deber ser colocado sin dificultad en los encofrados y que en todos los lugares de ellos, especialmente en esquinas y ngulos, espacio entre barras, ductos y elementos embebidos, secciones altamente reforzadas y paredes de encofrados, no debern quedar espacios vacos ni cangrejeras.

Las normas de diseo estructural recomiendan que el tamao mximo nominal del agregado grueso sea el mayor que pueda ser econmicamente disponible, siempre que l sea compatible con las dimensiones y caractersticas de la estructura. Se considera que, en ningn caso, el tamao mximo nominal del agregado grueso deber exceder de los siguientes valores:

a) Un quinto de la dimensin entre caras de encofrados.b) Un tercio del peralte de las losas.c) Tres cuartos del espacio libre mnimo entre barras o alambres individuales de refuerzo, paquetes de barras, tendones o ductos de refuerzo.

Las limitaciones anteriores pueden ser obviadas si, a criterio de la inspeccin, la trabajabilidad de la mezcla y los procedimientos de colocacin de la misma tienen caractersticas tales que el concreto puede ser acomodado en los encofrados sin peligro de cangrejeras o vacos.

CUADRO N-60: TAMAO MAXIMO NOMINAL DEL AGREGADO GRUESO.TAMAO MAXIMO NOMINALPORCENTAJES QUE PASAN POR LAS SIGUIENTES MALLAS

21 1 3/4"1/23/8N 4N 8

295-100..35-70..10-30..0.5..

1 10095-100..35-70.....10-300.5

1".....10095-100..25-60..0.100.5

3/4"..........10090-100..20-550.100.5

1/2"...............10090-10040-700.150.5

3/8.................10085-10010-300.10

FUENTE: ICG/INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA/II CONCRESO INTERNACIONAL DE LA CONSTRUCCION 1.4.1.3. SELECCIN DEL ASENTAMIENTO (SLUMP)

La consistencia es aquella propiedad del concreto que define el grado de humedad de la mezcla. De acuerdo a su consistencia, las mezclas de concreto se clasifican en:

a) Mezclas secas: aquellas cuyo asentamiento esta entre cero y dos pulgadas (0 a 50 MM).b) Mezclas plsticas: aquellas cuyo asentamiento esta entre tres y cuatro pulgadas (75 mm 100 mm).c) Mezclas fluidas: aquellas cuyo asentamiento esta entre cinco o ms pulgadas (mayor de 125 mm).

Entre los principales factores que pueden modificar la consistencia de una mezcla de concreto se encuentran:

a) El contenido, fineza y composicin qumica del cemento. La adicin de materiales cementantes o puzolanicos.b) El perfil, textura superficial, revestimientos superficiales, porosidad, absorcin y granulometra de los agregados, fino y grueso.c) Las proporciones de la mezcla.d) La temperatura y humedad relativa del ambiente.e) El tiempo transcurrido entre la preparacin del concreto y el momento en que se efecta el ensayo de consistencia.

El asentamiento a emplearse en obra deber ser aquel indicado en las especificaciones, si las especificaciones de obra no indican asentamiento se seguir alguno de los criterios siguientes:

a) El concreto se dosificara para una consistencia plstica, con un asentamiento entre 3-4 pulgadas (75 mm 100 mm) si la consolidacin es por vibracin y de 5 pulgadas o menos (125 mm o menos) si la compactacin es por varillado.b) Se seleccionara el valor ms conveniente empleado en el siguiente cuadro.

CUADRO N-61: ASENTAMIENTO (SLUMP) DEL CONCRETO SEGN TIPO DE USO.TIPO DE CONSTRUCCINASENTAMIENTO

MAXIMOMINIMO

Zapata y muros de cimentacin armados31

Cimentaciones simples, cajones, y subestructuras de muros31"

Vigas y muros armados41

Columnas de edificios41

Losas y pavimentos31

Concreto ciclpeo21


Los rangos indicados en esta tabla corresponden a concretos consolidados por vibracin. Deber emplearse mezclas de la mayor consistencia compatible con una adecuada colocacin.

1.4.1.4. SELECCIN DEL VOLUMEN UNITARIO DE AGUA

La seleccin del volumen unitario de agua se refiere a la determinacin de la cantidad de agua que se debe incorporar a la mezcladora, por unidad cubica de concreto, para obtener una consistencia determinada cuando el agregado esta al estado seco. No presentndose generalmente el agregado al estado seco, la cantidad de agua seleccionada deber posteriormente ser corregida en funcin del porcentaje de absorcin y contenido de humedad del agregado.

El volumen unitario de agua, a partir del cual y conociendo la relacin agua-cemento efectiva es posible calcular el factor cemento, es funcin fundamentalmente de las caractersticas fsicas del agregado, de la consistencia seleccionada, y del contenido de aire de la mezcla. El empleo de aditivos puede disminuir ligeramente los requisitos de agua de la mezcla. Igualmente la temperatura ambiente, as como la humedad relativa, pueden influir en la cantidad de agua a ser empleada.

El siguiente cuadro permite seleccionar el volumen unitario de agua, para agregados al estado seco, en concretos preparados con y sin aire incorporado; teniendo como factores a ser considerados la consistencia que se desea para la mezcla y el tamao mximo nominal del agregado grueso seleccionado.

CUADRO N-62: VOLUMEN UNITARIO DE AGUAASENTAMIENTOAGUA, EN L/M3, PARA LOS TAMAOS MAX. NOMINALES DE AGREGADO GRUESO Y CONSISTENCIA INDICADOS.

3/81/23/411 236

Concretos sin aire incorporados

1 a 2207199190179166154130113

3 a 4228216205193181169145124

6 a 7243228216202190178160..

CONCRETOS CON AIRE INCORPORADOS

1 a 2181175168160150142122107

3 a 4'202193184175165157133119

6 a 7216205197184174166154..

FUENTE: ICG/INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA/II CONCRESO INTERNACIONAL DE LA CONSTRUCCION.El siguiente cuadro, permite calcular el volumen unitario de agua, tomando en consideracin, ademan de la consistencia y el tamao mximo nominal del agregado, el perfil del mismo. Los valores del cuadro corresponden a mezclas sin aire incorporado y deben ser ajustados en funcin del porcentaje de absorcin y contenido de humedad de los agregados fino y grueso.

CUADRO N-63: VOLUMEN UNITARIO DE AGUATAMAO MXIMO NOMINAL DEL AGREGADO GRUESOVOLUMEN UNITARIO DE AGUA, EXPRESADO EN LT/M3, PARA LOS ASENTAMIENTOS Y PERFILES DE AGREGADO GRUESO INDICADOS.

1 A 23 A 46 A 7

AG. REDONDEADOAG. ANGULARAG. REDONDEADAAG. ANGULARAG. REDONDEADOAG. ANGULAR

3/8"185212201227230250

1/2182201197216219238

3/4170189185204208227

1163182178197197216

l 1/2155170170185185204

2148163163178178197

3136151151167163182

(*) Los valores de la tabla corresponden a concretos sin aire incorporadoFUENTE: ICG/INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA/II CONCRESO INTERNACIONAL DE LA CONSTRUCCION

1.4.1.5. SELECCIN DEL CONTENIDO DE AIRE

Las burbujas de aire pueden estar presentes en la paste como resultado de las operaciones propias del proceso de puesta en obra, en cuyo caso se le conoce como aire atrapado, o aire natural; o pueden encontrarse en la mezcla debido a que han sido intencionalmente incorporadas a ella, se les conoce como aire incorporado. Se le denomina aire total a la suma de volmenes de aire atrapado ms aire incorporado presente en una mezcla dada.

En los concretos siempre hay un pequeo porcentaje de aire atrapado, el cual depende del aporte de los materiales, las condiciones de operacin y la granulometra y tamao mximo del agregado. Las burbujas de aire atrapados se caracterizan por su dimetro cercano a 1 mm y su perfil irregular.

En los concretos con aire incorporado, este se incorpora intencionalmente a la mezcla mediante el empleo de aditivos con la finalidad de mejorar determinadas propiedades del concreto, especialmente su durabilidad frente a los procesos de congelacin y deshielo.

Las burbujas de aire incorporado se caracterizan por el pequeo dimetro esfrico de las mismas, adicionalmente, es recomendable el empleo de aire incorporado en aquellos casos en que el concreto va a estar sometido a procesos de ataque por accin del agua de mar o aguas agresivas a la accin de sales o agentes qumicos o a influencias destructivas similares.En el siguiente cuadro, nos presenta el porcentaje aproximado de aire atrapado, en mezclas sin aire incorporado, para diferentes tamaos mximos nominales del agregado grueso.

CUADRO N-64: CONTENIDO DE AIRE ATRAPADOTAMAO MXIMONOMINALAIRE ATRAPADO

3/83.0%

1 /22.5%

3/42.0%

11.5%

1 1/21.0%

20.5%

30.3%

60.2%


En el siguiente cuadro, se aprecia el contenido de aire total presentado para las diferentes condiciones de exposicin que puede tener el concreto.

CUADRO N-65: CONTENIDO DE AIRE INCORPORADO Y TOTAL.TAMAO MAXIMO NOMINALCONTENIDO DE AIRE TOTAL EN %

EXPOSICIONSUAVEEXPOSICIONMODERADAEXPOSICIONSEVERA

3/84.56.07.5

1/24.05.57.0

3/43.55.06.0

13.04.56.0

1 1/22.54.55.5

2"2.04.05.0

31.53.54.5

6*1.03.04.0

FUENTE: ICG/INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA/II CONCRESO INTERNACIONAL DE LA CONSTRUCCION 1.4.1.6. SELECCIN DE LA RELACION AGUA CEMENTO POR RESISTENCIA.

Se considera que una de las etapas fundamentales en la seleccin e las proporciones de una mezcla de concreto es la eleccin de la relacin agua cemento ms adecuada, la relacin agua cemento requerida por una mezcla de concreto es funcin de la resistencia, durabilidad y requisitos de acabado del mismo. La relacin agua cemento, se refiere a la cantidad de agua que interviene en la mezcla cuando el agregado est en condicin de saturado superficialmente seco, es decir que no toma ni aporta agua. La relacin agua cemento efectiva se refiere a la cantidad de agua de la mezcla cuando se tiene en consideracin la condicin real de humedad del agregado.

En aquellos casos en que fuere necesario, se determinara en primer lugar la relacin agua cemento requerida por durabilidad y a continuacin se proceder a determinar la misma relacin en funcin de la resistencia en compresin promedio que se desea obtener para el concreto. De los dos valores se escoger el menor. La seleccin de la relacin agua cemento por resistencia se hace partiendo del criterio de que esta propiedad es la ms fcilmente mensurable y que, dentro de ciertas limitaciones, est regulada por la relacin de la cantidad de agua a la cantidad de cemento en la unidad cubica de mezcla.

El siguiente cuadro da las relaciones agua cemento en peso mximas permisibles para diferentes valores de la resistencia promedio, ya sea que se trate de concretos sin o con aire incorporado. Esta tabla da valores aproximados y relativamente conservadores para concretos con cemento portland tipo I.

CUADRO N-66: RELACIN AGUA CEMENTO POR RESISTENCIA.fcr(28 DAS)RELACIN AGUA CEMENTO DE DISEO EN PESO

CONCRETO SINAIRE INCORPORADOCONCRETO CONAIRE INCORPORADO

1500.800.71

2000.700.61

2500.620.53

3000.550.46

3500.480.40

4000.43..

4500.38..


El siguiente cuadro ha sido confeccionado por un grupo de investigadores de la National Ready Mixed Concrete Association. Ella relaciona la resistencia en compresin promedio con el tamao mximo nominal de agregado grueso de perfil angular y adecuadamente distribuido por tamaos.

Los valores indicados corresponden a concretos sin aire incorporado, para concretos con l, la relacin agua cemento requerida deber estimarse sobre la base de la necesidad de incrementar la resistencia promedio para compensar por una reduccin del 5% de resistencia por cada 1% de aire incorporado.

CUADRO N-67: RELACIN AGUA CEMENTO POR RESISTENCIA.fcr(28 DAS)ESTIMACIN DE LA RELACIN AGUA CEMENTO EN PESO PARA AGREGADO GRUESO DEL TAMAO MXIMO NOMINAL INDICADO

3/83/41 1/2"

1400.870.850.80

1750.790.760.71

2100.720.690.64

2450.660.620.58

2800.610.580.53

3150.570.530.49

3500.530.490.45


El siguiente cuadro fue confeccionado por Station Walker en la Universidad de Maryland, nos proporciona las relaciones agua cemento de diseo que permiten obtener una resistencia promedio determinada cuando se emplea diversos porcentajes de aire total. Adems permite seleccionar la relacin agua cemento de diseo para una resistencia determinad, esta tabla es muy til en aquellos casos en que se desea corregir las proporciones de mezclas ya diseadas y a las cuales se les est incorporando aire.

CUADRO N-68: RELACIN AGUA CEMENTO POR RESISTENCIA.fcr(28 DAS)RELACIN AGUA CEMENTO PARA DIVERSOS CONTENIDOS DE AIRE TOTAL

2%4%4%8%

1400.760.710.670.60

1750.670.620.580.51

2100.600.550.510.45

2450.330.490.450.37

2800.490.450.400.33

3150.450.400.360.29

3500.40---------

FUENTE: ICG/INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA/II CONCRESO INTERNACIONAL DE LA CONSTRUCCION.

1.4.1.7. SELECCIN DE LA RELACION AGUA CEMENTO POR DURABILIDAD.

El diseador de la mezcla debe tener en consideracin que por razones de exposicin del concreto a proceso de congelacin y deshielo; a la accin de suelos o aguas sulfatadas o para prevenir procesos de corrosin en el acero de refuerzo, puede ser necesario recomendar relaciones agua cemento de diseo con valores mximos en peso de 0.4, 0.45, o 0.5, las cuales generalmente son equivalentes a resistencias en comprensin de diseo de 335, 315, o 280 Kg/cm2, valores que podran ser mayores que aquellos requeridos nicamente por razones de resistencia.

El concreto deber estar, en cualquier etapa de sus vida, sometido a procesos de congelacin y deshielo en condiciones hmedas, que deba tener baja permeabilidad al agua; o que va a estar expuesto a sales descongelantes, aguas de mar, roco o neblina de estas fuentes, o a la accin de aguas cloacales, deber de cumplir con los otros requisitos indicados en el siguiente cuadro.

CONDICIONES DE EXPOSICINRelacin w/c mxima, en concretos con agregado de peso normalResistencia en compresin mnima en concretos con agregado liviano

Concretos de baja permeabilidad260

(a) expuesto a agua dulce0.50

(b) expuesto a agua de mar o aguas solubles0.45

(c) expuesto a la accin de aguas cloacales0.45

Concretos expuestos a procesos de congelacin y deshielo en condicin hmedas.300

(a) Sardineles, cunetas, secciones delgadas0.45

(b) Otros elementos0.30

Proteccin contra la Corrosin de concreto expuesto a la accin de agua de mar, neblina, o roco de estas aguas0.40325

Si el recubrimiento mnimo se incrementa en 15 mm0.45300

CUADRO N-69: CONDICIONES ESPECIALES DE EXPOSICION.

* La resistencia fc no deber ser menor de 245 Kg/cm2 por razones de durabilidad.FUENTE: ICG/INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA/II CONCRESO INTERNACIONAL DE LA CONSTRUCCION.

1.4.1.8. SELECCIN FINAL Y AJUSTE DE LA RELACION AGUA CEMENTO.

Conocidas las relaciones agua cemento por resistencia en compresin y por durabilidad de la mezcla de concreto, se elegir, para el clculo de las proporciones de la mezcla, el menor de los dos valores, lo cual garantiza el cumplimiento de los requisitos de las especificaciones. La relacin agua cemento de diseo finalmente seleccionado deber ser corregida a relacin gua cemento efectivo teniendo en consideracin la condicin de humedad del agregado en obra. Si se emplea aditivos en solucin, el agua de la solucin deber ser considerada como el agua de la mezcla, a fin de no alterar la relacin agua cemento de diseo especificada. Si como resultado de la eleccin de las relaciones agua cemento por resistencia y durabilidad, se eligiese esta ltima y ello diera como resultado resistencias en compresin mayores que las requeridas por el ingeniero estructural, se mantendr la relacin agua cemento elegido y no se realizaran ajustes en la mezcla por exceso de resistencia.

1.4.1.9. CALCULO DEL CONTENIDO DE CEMENTO

Conocidos el volumen unitario de agua por unidad de volumen del concreto y la relacin agua cemento seleccionada, se puede determinar el factor cemento por unidad cubica de concreto mediante el simple expediente de dividir el volumen unitario de agua, expresado en litros por metro cubico, entre la relacin agua cemento, obtenindose el nmero de kilos de cemento por unidad cubica de concreto.

1.4.1.10. SELECCIN DEL AGREGADO

La seleccin de las proporciones de los agregados fino y grueso en la unidad cubica de concreto tiene por finalidad obtener una mezcla en la que, con un mnimo contenido de pasta, se puedan obtener las propiedades deseada en el concreto. Para ello es necesario que la granulometra total de las partculas de agregado sea tal que el volumen de vacos, o espacios entre partculas, sea mnimo.

El siguiente cuadro, elaborada por el comit 211 del ACI es funcin del tamao mximo nominal del agregado grueso y del mdulo de fineza del agregado fino. Ella permite obtener un coeficiente b/bo resultante de la divisin del peso seco del agregado grueso requerido por la unidad cubica de concreto entre el peso unitario seco y varillado del agregado grueso, expresado en Kg/m3.

Multiplicando el coeficiente b/bo, obtenido en el cuadro, por el peso unitario seco varillado del agregado grueso, se obtiene, de acuerdo al Mtodo ACI, la cantidad de agregado grueso seco y compactado que debe emplearse en la mezcla.

CUADRO N-70: PESO DEL AGREGADO GRUESO POR UNIDAD DE VOLUNEN DEL CONCRETO.TAMAO MAXIMO NOMINAL DEL AGREGADO GRUESOVOLUMEN DE AGREGADO GRUESO, SECO Y COMPACTADO, POR UNIDAD DE VOLUMEN DEL CONCRETO, PARA DIVERSOS MODULOS DE FINEZA DEL FINO

2.402.602.803.00

3/8 0.500.480.460.44

1/2 0.590.570.550.53

3/4 0.660.640.620.60

1 0.710.690.670.63

l 1/2 0.760.740.720.70

2 0.780.760.740.72

3 0.810.790.770.75

60.870.850.830.81


El siguiente cuadro ha sido desarrollada por Walker y adaptada al sistema mtrico por el laboratorio de Ensayo de Materiales de la Universidad Nacional de Ingeniera, ella permite determinar el porcentaje aproximado de agregado fino en relacin al volumen absoluto total de agregado, en funcin del mdulo de fineza del agregado fino, el tamao mximo nominal del agregado grueso, el perfil del mismo, y el contenido de cemento de la unidad cubica de concreto.

Los valores corresponden a agregado grueso redondeado o angular utilizado en concreto de peso normal en los cuales no se emplea aire incorporado.

CUADRO N-71: PORCENTAJE DE AGREGADO FINO.TAMAO MXIMO NOMINAL DEL AGREGADO GRUESOAGREGADO REDONDEADOAGREGADO ANGULAR

FACTORCEMENTO EXPRESADOEN SACOS POR METRO CBICOFACTORCEMENTO EXPRESADOEN SACO POR METRO CBICO

56785678

AGREGADO FINO MDULO DE FINEZA DE 2.3 A 2.4

3/8 6057545169656158

1/2 4946434057545148

3/4 4138353348454341

14037343247444240

1 1/2 3734323044413937

2"3633312943403836


3/8 6662595675716764

1/2 5350474461585553

3/4 4441383651484644

14239373549464442

1 1/2 4037353347444240

2"3735333245424038


3/8"7470666284807673

1/2"5956535070666259

3/4"4946434057545148

1"4744413855524946

1 1/2"4441383652494644

2"4238363449464442


1.4.1.11. AJUSTES POR HUMEDAD DEL AGREGADO

Generalmente en obra los agregados estn en condicin hmeda y su peso seco deber incrementarse en el porcentaje de agua que ellos contienen, tanto la absorbida como la superficial. El agua de mezclado incorporada a la mezcladora deber ser algebraicamente reducida en un volumen igual a la humedad superficial o humedad libre aportada por los agregados, considerndose como tal al contenido de humedad del agregado menos su porcentaje de absorcin.

El agregado, desde el punto de vista de la humedad puede estar en obra en cuatro condiciones:

a) Seco: cuando su superficie como sus poros internos estn totalmente libres de agua.

b) Semi-seco, cuando la superficie del agregado esta seca pero sus poros internos estn parcialmente llenos de agua, tambin conocida como secado al aire.

c) Saturado superficialmente seco: cuando la superficie del agregado est hmeda, pero la totalidad de sus poros internos estn llenos de agua.

d) Hmedo o mojado: cuando el agregado saturado superficialmente seco y adicionalmente presenta humedad superficial, la cual puede contribuir a incrementar el agua de mezclado y obliga a una correccin en la mezcla por humedad del agregado.

Igualmente definimos los conceptos de absorcin, contenido de humedad y humedad superficial:

a) La capacidad de absorcin de un agregado est dada por la cantidad de agua que el necesita para pasar del estado seco al estado saturado superficialmente seco. Se expresa en porcentaje:

% Absorcin = 100(SSS-S)/SSSS= Peso del agregado al estado saturado superficialmente secoS=Peso del agregado al estado seco.

b) El contenido de humedad de un agregado es la cantidad total de agua que l tiene y se determina por la diferencia entre su peso y su peso seco:

Contenido de humedad = 100 (H-S) / SH= Peso del agregadoLa humedad superficial est dada por la diferencia entre el contenido de humedad y el porcentaje de absorcin, puede ser positiva en caso que el agregado aporte agua a la mezcla y dicha cantidad debe ser disminuida del agua de diseo para determinar el agua efectiva, o puede ser negativa en cuyo caso el agregado tomara agua de la mezcla para llegar al estado saturado superficialmente seco, debiendo adicionarse dicha cantidad de agua a la mezcla para no modificar el agua de diseo.

Se realiz el diseo de mezcla para concreto de fc = 210 Kg/cm3, para los tipos de cemento portland Tipo I y cemento portland Tipo V, obteniendo los siguientes resultados:

CUADRO N-72: DISEO DE MEZCLA POR EL METODO DEL ACI COMIT 211.


CUADRO N-73: CORRECCION POR HUMEDAD DEL DISEO DE MEZCLA POR EL METODO DEL ACI COMIT 211.


CUADRO N-74: DISEO DE MEZCLA POR EL METODO DEL ACI COMIT 211.


CUADRO N-75: CORRECCION POR HUMEDAD DEL DISEO DE MEZCLA POR EL METODO DEL ACI COMIT 211


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