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Estudio de los agregados p�treos de las canteras de Manab� y la dosificaci�n del hormig�n en la construcci�n de viviendas de inter�s social

 

Study of the stone aggregates of the Manab� quarries and the dosage of concrete in the construction of social housing

 

Estudo dos agregados p�treos das pedreiras de Manab� e a dosagem de concreto na constru��o de habita��o social

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: byevehe1983@gmail.com

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas ���

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de mayo de 2022 *Aceptado: 12 de junio de 2022 * Publicado: 22 de julio de 2022

 

1. Universidad T�cnica de Manab�, Ecuador.
2. Universidad T�cnica de Manab�, Ecuador.

Resumen

Uno de los grandes desaf�os que tienen los procesos constructivos es el uso de los materiales adecuados y las proporciones id�neas de los componentes en la mezcla del hormig�n. El presente trabajo investigativo tiene como finalidad realizar la caracterizaci�n de los �ridos finos y gruesos de tres de las canteras de mayor producci�n situadas en la provincia de Manab�. Con los datos obtenidos de los ensayos de materiales se realiz� el an�lisis de las proporciones adecuadas de los �ridos finos y gruesos que forman parte del hormig�n y de la dosificaci�n realizadas en doce pruebas a nivel de laboratorio y con diferentes proporciones entre los �ridos de las tres canteras. Finalmente, se efectuaron los ensayos de resistencia a la compresi�n en los espec�menes de hormig�n endurecido, obteniendo con ello, datos experimentales y precios unitarios m�s representativos de las mezclas efectuadas que cumpl�an con la resistencia de 21 MPa valor m�nimo requerido para una vivienda de inter�s social. Los resultados de esta investigaci�n permitir�n no s�lo brindar una mejor calidad en la fabricaci�n del hormig�n para construcciones de viviendas, sino tambi�n, cumplir con las resistencias y trabajabilidad especificadas al menor costo del mercado.

Palabras Clave: Hormig�n; agregados; resistencia a la compresi�n; canteras; viviendas de inter�s social.

 

Abstract

One of the great challenges facing construction processes is the use of the right materials and the right proportions of the components in the concrete mix. The purpose of this research work is to characterize the fine and coarse aggregates of three of the quarries with the highest production located in the province of Manab�. With the data obtained from the material tests, the analysis of the appropriate proportions of the fine and coarse aggregates that are part of the concrete and of the dosage carried out in twelve tests at the laboratory level and with different proportions between the aggregates of the three was carried out. quarries. Finally, the compressive strength tests were carried out on the hardened concrete specimens, thereby obtaining experimental data and the most representative unit prices of the mixtures made that met the minimum resistance value of 21 MPa required for a social housing. . The results of this research will allow not only to provide a better quality in the manufacture of concrete for housing construction, but also to comply with the specified resistance and workability at the lowest cost in the market.

Keywords: Concrete; aggregates; compressive strength; quarries; social housing.

 

Resumo

Um dos grandes desafios enfrentados pelos processos de constru��o � o uso dos materiais corretos e as propor��es corretas dos componentes na mistura de concreto. O objetivo deste trabalho de pesquisa � caracterizar os agregados mi�dos e gra�dos de tr�s das pedreiras com maior produ��o localizadas na prov�ncia de Manab�. Com os dados obtidos nos ensaios de materiais, a an�lise das propor��es adequadas dos agregados mi�dos e gra�dos que fazem parte do concreto e da dosagem realizada em doze ensaios em n�vel laboratorial e com diferentes propor��es entre os agregados dos tr�s foi realizado pedreiras. Por fim, foram realizados os ensaios de resist�ncia � compress�o nos corpos de prova de concreto endurecido, obtendo-se assim os dados experimentais e os pre�os unit�rios mais representativos das misturas realizadas que atenderam ao valor m�nimo de resist�ncia de 21 MPa exigido para uma habita��o social. Os resultados desta pesquisa permitir�o n�o s� proporcionar uma melhor qualidade na fabrica��o do concreto para constru��o de habita��es, mas tamb�m atender a resist�ncia e trabalhabilidade especificadas com o menor custo do mercado.

Palavras-chave: Concreto; agregados; for�a compressiva; pedreiras; habita�ao social.

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Introducci�n

Los agregados conforman parte indispensable del hormig�n, son muchas las normativas internacionales que se han creado para una mejor producci�n para que dicho material, �sea resistente, trabajable, durable y econ�mico.

De acuerdo a (Escobedo, 2006), la b�squeda de alternativas viables para el dise�o y dosificaci�n del hormig�n es uno de los centros de investigaci�n para generaciones futuras.

La explotaci�n de canteras en Ecuador, se est� regularizando en lo que concierne al medio ambiente y no precisamente en la calidad de materiales que como es de conocimiento, a la hora de construir, termina siendo el factor m�s importante seg�n la obra para la que sean destinados.

La presente investigaci�n busca establecer la mezcla adecuada entre los agregados p�treos de tres canteras de la provincia de Manab� y� la dosificaci�n apropiada de sus dem�s componentes que permitan una mezcla satisfactoria del hormig�n que cumpla no solo con resistencias a la compresi�n requerida� sino tambi�n con la calidad, trabajbilidad y costos adecuados.�

Uno de los aportes m�s significativos de la investigaci�n, es dar a conocer el costo de su utilizaci�n en los c�lculos de presupuestos para construcciones orientadas a este fin.

Seg�n (Hern�ndez, 2020), cita que para poder estudiar con detenimiento los materiales y sobre todo analizar sus caracter�sticas es importante realizar ensayos de laboratorio, este proceso brinda la oportunidad de entender a fondo los par�metros f�sicos y mec�nicos de los agregados componentes del hormig�n, siempre y cuando se los realice cumpliendo la Norma T�cnica Ecuatoriana del Instituto Ecuatoriano de Normalizaci�n (NTE INEN).

Es necesario para esta investigaci�n citar algunas definiciones importantes que se encuentran en la NTE INEN 1855-2.

-        Dosificaci�n: Acci�n de medir por masa o volumen cada uno de los materiales para producir una parada de hormig�n.

-        Dise�o de mezcla: Selecci�n de proporciones de las materias primas necesarias para producir el hormig�n con las propiedades requeridas y las caracter�sticas de resistencia y/o durabilidad especificadas.

-        Resistencia especificada: Resistencia de c�lculo con la que se dise�a la estructura normalmente evaluada a los 28 d�as (Resistencia especificada a la compresi�n f�c.

-        Resistencia promedio requerida: resistencia requerida para el dise�o de la mezcla en laboratorio, empleada como base para la dosificaci�n de laboratorio.

Tambi�n es muy importante citar que las propiedades de los agregados son indispensables para el estudio de hormig�n; ya que de estos dependen el 70 � 80 % de la dosificaci�n en peso, y por lo tanto, es importante conocer esta informaci�n para poder combinarlos de manera satisfactoria.

 

Tabla 1. Propiedades generales de los materiales de construcci�n

Fuente: Tecnolog�as versi�n impres. (s.f.). Materiales: Los P�treos. Obtenidos de

 

A continuaci�n se citan algunas de las reglas para la dosificaci�n de acuerdo al reglamento ACI 318S y la �Est�ndar Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavy Weight, and Mass Concrete� (ACI 211.1)

-        La dosificaci�n de los materiales para el concreto debe establecerse para lograr: Trabajabilidad y consistencia que permitan colocar f�cilmente el concreto dentro del encofrado. Resistencia a exposiciones especiales.

-        Como recomendaci�n pr�ctica proporciona dos m�todos para seleccionar y ajustar la dosificaci�n de un concreto de peso normal: a) el m�todo del peso estimado y el del b) volumen absoluto.

De acuerdo a la norma ecuatoriana de dosificaci�n de concreto (NTE INEN 1855-2), se debe tener cuenta las siguientes caracter�sticas de sus componentes:

-        Cemento: El cemento debe cumplir con las normas NTE INEN 152 o NTE INEN 490 de acuerdo a los requerimientos o especificaciones del usuario.

-        �ridos: Los �ridos deben cumplir con los requisitos de la NTE INEN 872, y si se trata de hormig�n liviano, se debe cumplir con la norma ASTM C-33-.

-        Agua: El agua de la mezcla debe cumplir con la norma NTE INEN 1108

-        Adicionales minerales: Las cenizas volantes y puzolanas naturales crudas o calcinadas deben cumplir con las especificaciones de la norma ASTM C 618.

-        Escorias de altos hornos granuladas molidas: Las escorias de altos hornos granuladas molidas deben cumplir con las especificaciones de la norma ASTM C 989.

-        Aditivos incorporadores de aire: Deben cumplir con las especificaciones de la norma ASTM C 260.

-        Aditivos qu�micos: Los aditivos qu�micos, deben cumplir con las especificaciones de las normas ASTM C 494 o ASTM C 1017.

 

Metodolog�a

Para realizar los ensayos de cargas al hormig�n endurecido, se realizaron en primera instancia los ensayos a los �ridos finos y gruesos que forman parte el hormig�n objeto de estudio, para ello se aplicaron las NTE-INEN, para conocer las propiedades f�sicas y mec�nicas de los agregados (granulometr�as, gravedad espec�fica, absorci�n, humedad, pesos unitarios sueltos y compactados), adem�s se realiz� la dosificaci�n del hormig�n aplicando los criterios del American Concrete Institute, A.C.I. 211.1, basada en la norma ASTM C33, adem�s de la NTE INEN. 1855-1:2015 y NTE INEN. 1855-2:2015, realizando varias pruebas en sus porcentajes de agregados, se midieron las variables y se establecieron conclusiones a trav�s de un dise�o de mezclas. Corrobor�ndose los objetivos planteados en la investigaci�n.

 

Poblaci�n y muestra de la investigaci�n�������

Seg�n el�� Plan de Desarrollo y Ordenamiento Territorial de Manab� 2015 � 2024, existen alrededor de 50 canteras en estudio, de las cuales el 50 % cuenta con los permisos ambientales en regla cada uno con Plan de Manejo que permita mitigar y recuperar la zona, es y se encuentran inventariados en la Direcci�n de Gesti�n Ambiental y Riesgos cuyo permiso de funcionamiento ha sido emitido por la misma direcci�n.�

Conociendo el total de canteras existentes en la provincia, se tom� como poblaci�n para la investigaci�n las tres de mayor explotaci�n y producci�n de agregados finos y gruesos que se comercializan en Manab� cuyos materiales son empleados en la construcci�n de viviendas y otros tipos de obras civiles. En este trabajo de investigaci�n, se le asigna un c�digo a cada una de ellas, Cantera Picoaz� (C1), Cantera Cerro de Hojas (C2) y� Cantera San Isidro (C3).

La NEC-SE-HM Estructuras de Hormig�n Armado, presentan valores t�picos del m�dulo de elasticidad de los agregados (Ea), que se encuentran en el Ecuador para la provincia de Manab� Ea= 52.5 GPa.

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Caracterizaci�n de las canteras

Cantera Picoaz� (C1)

Ubicada en la parroquia Picoaz�, cant�n Portoviejo, sector sur oeste de la provincia de Manab�, el tipo de explotaci�n es a cielo abierto; con un volumen diario aproximado de 250 m³ y mensualmente entre 7 000 y 9 000 m³ de explotaci�n.���

Tiene alrededor de 10 a�os en funcionamiento, aqu� se explotan y procesan material p�treo como arena homogenizada, de banco (arena de mar lavada) y agregado grueso los cuales son clasificados por zarandeo mec�nico y trituradora es decir que tienen un proceso de mejoramiento basado en trituraci�n y gradaci�n (�rido grueso)

 

Cantera Cerro de Hoja (C2)

La cantera (C2) Localizada en la v�a Portoviejo-Manta, comenz� su funcionamiento desde 1988, dentro de su l�nea de explotaci�n muestran las categor�as de material granular, piedras y triturados, todos procedente de las betas bas�lticas.

 

Cantera San Isidro (C3)

La Cantera San Isidro (C3), localizada en la parroquia San Isidro, cant�n San Vicente, el tipo de explotaci�n aqu� aplicado es a cielo abierto; explotan un volumen diario aproximado de 500 m³ y mensualmente entre 12 000 y 15 000 m³.��

Tiene aproximadamente 15 a�os de funcionamiento, explotan y procesan material p�treo como arena y agregado grueso los cuales son clasificados por zarandeo mec�nico y trituradora es decir que tienen un proceso de mejoramiento basado en trituraci�n y gradaci�n (�rido grueso).

 

Ensayos de Laboratori

Para realizar los ensayos de los �ridos finos y gruesos procedentes de las canteras, se emplearon las normas t�cnicas ecuatorianas regentadas por el Instituto Ecuatoriano de Normalizaci�n (INEN), se recurri� adicionalmente a las normas internacionales de la ASTM y ACI.�

A continuaci�n, se detallan las normas empleadas y los tipos de ensayos realizados a los agregados gruesos y finos de las canteras C1, C2 y C3.

 

-        Muestreo de materiales p�treos ASTM D75, NTE INEN 0856, 2010

-        Cantidad de material fino que pasa el tamiz de 75 �m (n� 200) por lavado ASTM D 1140-00, NTE INEN 0856, 2010

-        Peso unitario y vac�os de los agregados ASTM C 29-97, NTE INEN 0858, 2010

-        An�lisis granulom�trico de agregados gruesos y finos ASTM C 136, NTE INEN 0696, 2011

-        Gravedad espec�fica y absorci�n de agregados finos ASTM C 128, NTE INEN 0856, 2010

-        Peso espec�fico y absorci�n de agregados gruesos ASTM C 127, NTE INEN 0856, 2010

-        Abrasi�n los �ngeles (l.a.) al desgaste de los agregados de tama�os menores de 37,5 mm (1 ��) ASTM C 535, NTE INEN 0856, 2010

-        M�todo de ensayo est�ndar para la determinaci�n del porcentaje de part�culas fracturadas en el agregado grueso ASTM D 5821-13

-        Part�culas livianas en los agregados.

-        M�todo de ensayo para determinar cualitativamente las impurezas org�nicas en el agregado fino para concreto ASTM C 87, NTE INEN 0856, 2010

-        M�todo de ensayo para contenido de humedad total de los agregados por secado ASTM C 566-97 (2004), NTE INEN 0862, 2011

 

Caracterizaci�n de los agregados finos y gruesos de las canteras C1, C2 y C3.

De los ensayos realizados a los agregados finos y gruesos, seg�n las normas t�cnicas existentes en el Ecuador y el mundo se obtuvieron los siguientes datos.

 

Tabla 2. Ensayos realizados a los �ridos de las tres canteras en estudio.

 

Los datos de la tabla 2, muestran que los materiales de las canteras en estudio, cumplen con los requerimientos para ser empleados dentro de las dosificaciones del hormig�n.

Para la dosificaci�n del hormig�n se emplearon estos valores, aplicando el m�todo American Concrete Institute, A.C.I. 211.1, basada en la norma ASTM C33, adem�s de la NTE INEN. 1855-1:2015 y NTE INEN. 1855-2:2015, con la finalidad de producir hormigones de buena calidad y bajo costo, teniendo presente las propiedades de consistencia, resistencia a la compresi�n y costo / beneficio.

 

Resultados

Para obtener mezclas de pruebas satisfactorias se realizaron 12 combinaciones a nivel de laboratorio de los materiales p�treos de las tres canteras de la provincia de Manab�, con la finalidad de estimar los porcentajes de los agregados m�s adecuados y establecer un dise�o que cumpla con los mejores criterios de uso y factibilidad en las construcciones de viviendas de inter�s social.

Para el an�lisis de los porcentajes adecuados en las combinaciones de �ridos finos y gruesos previa dosificaci�n del hormig�n, se emple� las especificaciones granulom�tricas ideales de Bolomey.

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Gr�fico 1. Proporciones de �ridos a trav�s de la combinaci�n de Bolomey

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

De acuerdo al gr�fico 1, el �rea enmarcada en gris es com�n a todos los tamices, por ello la proporci�n ideal de estos �ridos bien pudiera ser de un 50 % de cada uno, definida en el gr�fico por la l�nea roja, para el presente caso de estudio las combinaciones que se emplearon son valores pr�ximos a los establecidos por Bolomey.

Se aclara que, una mezcla de prueba en laboratorio no da la respuesta final de una dosificaci�n satisfactoria, a�n cuando la condici�n de humedad en los agregados, se tomen en consideraci�n. Solamente una mezcla hecha y utilizada en obra puede garantizar que todas las propiedades del hormig�n sean satisfactorias en cada detalle para la obra particular que se tiene.

El asentamiento es un par�metro importante que se debe de considerar en el hormig�n en estado fresco, porque determina el grado de fluidez de la mezcla en dependencia del suo que se le d�,

 

Gr�fica 2. Revenimiento de mezcla en estado fresco

 

A continuaci�n, se detallan criterios que se deben de considerar de acuerdo con el ACI 318-R95, la norma ASTM C 94 y la NTE INEN 0856, 2010, en relaci�n al cumplimiento del valor especificado de resistencia f�c, el mismo que se logra cuando ambos requisitos se han satisfecho:

-        El valor promedio de todos los juegos de tres resultados de prueba consecutivas es al menos igual a f�c;

-        Ning�n resultado de prueba cae debajo de f�c en m�s de 3.5 Mpa

A continuaci�n, se muestran la tabla 3, con las combinaciones porcentuales de �ridos finos y gruesos de las canteras C1.

 

Tabla 3. Combinaciones porcentuales de �ridos finos y gruesos de la cantera C1

Posterior a la tabulaci�n de los datos de las 5 pruebas realizadas al hormig�n a trav�s del ensayo de resistencia a la compresi�n, se procedi� a elaborar el gr�fico estad�stico, considerando las pruebas y las resistencias obtenidas de los ensayos

 

Gr�fico 3. Combinaciones de porcentajes de los agregados de la cantera C1

 

Las combinaciones de �ridos de la cantera C1, cumplen con las condiciones ACI 318-R95, en relaci�n a la resistencia. Para la selecci�n de las proporciones id�neas, se consider� dos criterios adicionales, el primero est� relacionado con la cantidad de cemento y el segundo con la trabajabilidad, que para el caso de la C1 se tom� como el mejor valor la prueba 5, porque cumple con los requisitos de trabajabilidad, resistencia y menor cantidad de cemento.

 

 

Gr�fico 4. Ruptura de probetas a los 28 d�as

 

 

 

 

 

 

 

 

En la tabla 5, se muestran los valores de las combinaciones de �ridos finos y gruesos de las canteras C1 y C2, adem�s se muestran los valores de cemento utilizado en la dosificaci�n para 1 m³ de hormig�n.

 

Tabla 5. Combinaciones entre �ridos finos y grueso de las canteras C1 y C2 para dosificaci�n de 1 m³ de hormig�n

 

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Gr�fico 5. Combinaci�n de agregados finos y gruesos de las canteras C1 y C2.

 

Seg�n el an�lisis de la combinaci�n de �ridos de las canteras C1 y C2, las tres pruebas cumplen con los requisitos de resistencia del ACI 318-R95, a pesar de ello se toma como valor �ptimo la prueba 3, misma que tiene las combinaciones de las arenas de las C1 en un 50% y de la C2 en el 50%, empleando �ridos grueso de la C2.

El siguiente an�lisis que se realiza se tabula en la tabla 6, en donde se muestra las combinaciones de �ridos de las canteras C1, C2 y C3.

 

 

 

 

Tabla 6. Combinaciones de �ridos de las canteras C1, C2, C3

 

 

 

 

 

 

 

El gr�fico 6, muestra los valores del ensayo de resistencias a la compresi�n del hormig�n endurecido.

 

Gr�fico 6. Ensayo de resistencias a la compresi�n del hormig�n endurecido

 

 

Al igual que los casos anteriores las pruebas de estas combinaciones de �ridos cumplen con los requisitos de ACI 318-R95, dentro de las variantes analizadas la que cumple con las tres precisiones planteados para la investigaci�n es decir trabajabilidad, resistencia y consumo de cemento es la prueba 4.

Finalmente se realiza el cuadro comparativo tabla 7, entre costo/beneficio de las siete mejores resistencias obtenidas de las combinaciones de �ridos, se considera dentro del costo el precio unitario de cada prueba por metro c�bico de hormig�n y los beneficios estr�an representados por la resistencia a la compresi�n tomada a los 28 d�as y el revenimiento de la mezcla fresca que est� relacionada con su trabajabilidad.

 

Tabla 7. Costo/beneficio de las�� combinaciones de �ridos.

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Para la toma de decisiones al momento de contratar una cantera que suministre la materia prima del hormig�n, se deben de tener en cuenta varios factores, en esta investigaci�n se consideraron los precios unitarios por metro c�bico de hormig�n contrastados con los beneficios de la resistencia y revenimiento,�

 

Conclusiones

Despu�s de realizar la b�squeda bibliogr�fica y desarrollado el proceso de experimentaci�n a trav�s de las combinaciones de �ridos finos y gruesos de las canteras C1, C2 y C3, se concluye:

-        Los �ridos de las tres canteras objeto de estudio cumple con los par�metros establecidos por las Normas T�cnicas Ecuatorianas para el empleo en la dosificaci�n.

-        Ning�n resultado de pruebas realizadas a los hormigones dise�ados cae por debajo de f�c en m�s de 3.5 MPa, cumpliendo con lo requerido por el ACI 318-R95.

-        Las combinaciones de los �ridos de la cantera C1, con mejor resultados son los obtenidos en la mezcla de la arena homogenizada y �ridos gruesos lavados, muestran mejor resultados porque al no tener impurezas de cualquier tipo mejora la trabajabilidad, resistencia y consumo de cemento, siendo el lavado del agregado una limitante porque aumenta el costo en la producci�n de hormigones.�

-        La combinaci�n adecuada de agregados finos y gruesos, por prestaciones de mejor resistencia, mayor trabajabilidad y menor precio unitario estar�an representadas por las variantes de la C1-C1 en la prueba 4, la C1-C3 en las pruebas 2 y 4 (tabla 7), al momento de tomar decisiones en la construcci�n de una viviendas de inter�s social.

-        De la evaluaci�n del an�lisis de costos comparativos anteriormente expuestos, se concluye que: Lla optimizaci�n de costos en las diferentes mezclas de hormig�n� para construcciones de viviendas de inter�s social, no siempre est� en la utilizaci�n de los agregados m�s caros, sino en los m�s adecuados para que las mezclas de hormig�n endurecido a m�s de cumplir su calidad, durabilidad y trabajabilidad, cumplan tambi�n, con su resistencia especificada al menor costo posible.

-        Independientemente que las propiedades f�sicas y mec�nicas de los agregados p�treos es importante siempre previo dise�o de mezclas, establecer y hacer cumplir la curva granulom�trica combinada del hormig�n seg�n Bolomey a fin de poder obtener porcentajes ideales de agregados y con ello, garantizar un bajo contenido de vac�os entre sus part�culas y logrando as� resultados satisfactorios de resistencia a la comprensi�n al menor costo posible.

Mediante los ensayos realizados a los agregados de las diferentes canteras es claramente notable que los resultados obtenidos aunque cercanos entre ellos, no ser�n exactamente los mismos, es decir, que las propiedades f�sicas y mec�nicas de los agregados p�treos, van a diferir dependiendo �de la cantera de donde hayan sido extra�dos; por ende, al momento de� fabricar hormig�n, la dosificaci�n empleada para una resistencia especificada no ser� siempre la misma.

 

Referencias

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� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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