República Bolivariana de Venezuela Universidad Nueva Esparta Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil

Línea de Investigación: Control de Calidad Tema: Mezcla Experimental de Concreto

DISEÑO DE MEZCLA DE CONCRETO A BASE DE PERLAS DE POLIESTIRENO EXPANDIDO COMO AGREGADO PARA LA ELABORACIÓN DE BLOQUES DESTINADO A MAMPOSTERÍA DE CONCRETO ALIGERADO.

Tutor: Ing. Rafael Reyes

Tesis de Grado Presentada por: Br. Contreras Sutherland, Mariam Carolina

C.I. V-3.838.952 C.I.V. N° 35001

C.I. V- 20.652.094 Para optar el Título de Ingeniero Civil

Marzo, 2016 CARACAS – VENEZUELA

DISEÑO DE MEZCLA DE CONCRETO A BASE DE PERLAS DE POLIESTIRENO EXPANDIDO COMO AGREGADO PARA LA ELABORACIÓN DE BLOQUES DESTINADO A MAMPOSTERÍA DE CONCRETO ALIGERADO. by Contreras Sutherland, Mariam Carolina is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional License.

DEDICATORIA

El presente trabajo de investigación se lo quiero dedicar primordialmente a mis padres Jesús Contreras y Dora Sutherland por todo su apoyo incondicional y sus grandes esfuerzos al ayudarme económicamente en pago de mis estudios académicos, gracias a ellos pude culminar mis estudios y las metas que me he trazado en mi vida. Gracias los amo. A mi abuela, que, aunque no esté entre nosotros siempre me apoyó con sus consejos y conocimientos en mi carrera y en vida, pero sé que estaría orgullosa de ver a su nieta menor convertida en una profesional. A mis hermanos, tíos y primos, que siempre han estado al pendiente de mí en todos estos años ayudándome y prestándome su apoyo cuando así lo necesite. A mis compañeras de clase especialmente Diana Prada, Valeria Bracamontes, Odalys Graterol y Yenny Rastelli, que siempre me prestaron su apoyo incondicional en el aspecto personal y académico, gracias las quiero. A mis profesores de la Universidad Nueva Esparta, especialmente a la Ing. Gladys Hernández, al Ing. Jorge Benítez y al Ing. Rafael Reyes que siempre me han ayudado en facilitarme sus conocimientos para la realización de esta investigación. Y por último y no menos importante a mi compañero Brawin Goitia que siempre estuvo conmigo en los buenos y malos momentos, que siempre me apoyó y me motivó a seguir adelante, no solo fuiste mi compañero de clase sino también un gran amigo. Te Adoro. Mariam Contreras.

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AGRADECIMIENTOS Este trabajo de grado no habría sido posible sin la colaboración de muchas personas a quienes les doy un gran agradecimiento. Primero y Principal a Dios y a la Virgen de Guadalupe por estar presente en mi camino. Quiero agradecer a mis padres por todo su apoyo incondicional y por aceptar todas las decisiones que he tomado, por la paciencia, tolerancia y respeto que me han dado a lo largo de mi vida. A la profesora y amiga Ing. Gladys Hernández que siempre me ha apoyado incondicionalmente, instruyéndome con sus conocimientos para lograr la elaboración de este trabajo de investigación. Un agradecimiento muy especial al Ing. Jorge Benítez, más que un profesor es una persona de admirar y un gran amigo, quien siempre estuvo pendiente y brindándome sus conocimientos y apoyo incondicional. A mi tutor Rafael Reyes, Gracias por toda la asesoría y guía para el logro y finalización de este trabajo de grado. A mis amigos quienes forman una parte importante de mi vida y los cuales me han brindado su apoyo. Mariam Contreras.

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República Bolivariana de Venezuela Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil

DISEÑO DE MEZCLA DE CONCRETO A BASE DE PERLAS DE POLIESTIRENO EXPANDIDO COMO AGREGADO PARA LA ELABORACIÓN DE BLOQUES DESTINADO A MAMPOSTERÍA DE CONCRETO ALIGERADO.

Realizado por: Contreras, Mariam Tutor: Ing. Rafael Reyes Año 2016

RESUMEN Los bloques de concreto son materiales prefabricados diseñado para la construcción de mampostería. Ahora bien, el concreto actualmente en nuestro país es uno de los materiales más utilizados para la construcción, lo que da oportunidad de innovar utilizando perlas de poliestireno en combinación con el mismo. La finalidad de este presente trabajo es realizar un diseño y un análisis comparativo de resistencia a compresión entre los bloques tradicionales y bloques de concreto con perlas de poliestireno según las normas Covenin 42-82. Para poder cumplir con los objetivos de esta investigación se elaboraron veinticuatro (24) bloques de concreto sustituyéndose este mismo por perlas de poliestireno, y se realizaron ocho (8) bloques de concreto tradicional. Luego de veintiocho (28) días de realizados los bloques se obtuvieron diversos resultados, los cuales se analizaron detalladamente dando como resultado disminución en el peso, bajos costos de producción y mayor resistencia a compresión a los bloques experimentales con perlas de poliestireno en un 75% y 15%.

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Bolivarian Republic of Venezuela Faculty of Engineering School of Engineering

DISEÑO DE MEZCLA DE CONCRETO A BASE DE PERLAS DE POLIESTIRENO EXPANDIDO COMO AGREGADO PARA LA ELABORACIÓN DE BLOQUES DESTINADO A MAMPOSTERÍA DE CONCRETO ALIGERADO.

Author: Contreras, Mariam Tutor: Ing. Rafael Reyes Year 2016

SUMMARY Concrete blocks are designed prefabricated materials for masonry construction. Now the concrete in our country today is one of the most used for building materials, which gives opportunity to innovate using polystyrene beads in combination therewith. The purpose of this paper is to present a design and a comparative analysis of compressive strength between traditional concrete blocks and blocks with polystyrene beads according to the rules Covenin 42-82. To meet the objectives of this study twenty-four (24) concrete blocks replaced by the same polystyrene beads were prepared, and eight (8) traditional concrete blocks were made. After twenty (28) days of the blocks made different results were obtained, which were analyzed in detail resulting decrease in weight, low production costs and greater resistance to compression blocks experimental polystyrene

beads

by

75%

and

15%.

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ÍNDICE GENERAL DEDICATORIA ..........................................................................................1 AGRADECIMIENTOS ..............................................................................iii RESUMEN................................................................................................iv SUMMARY ................................................................................................v ÍNDICE DE IMAGENES.............................................................................5 ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................6 ÍNDICE DE GRÁFICOS .............................................................................8 INTRODUCCIÒN .....................................................................................xv Capítulo I. El problema de Investigación ...............................................1 1.1 Planteamiento del Problema .............................................................2 1.2 Formulación del problema ................................................................3 1.3 Objetivos de la Investigación ............................................................3 1.3.1Objetivos General. ...........................................................................3 1.3.2 Objetivos Específicos .....................................................................3 1.4 Justificación de la Investigación ......................................................4 1.5 Delimitación de la Investigación .......................................................5 1.5.1 Delimitación Temática ....................................................................5 1.5.2 Delimitación Geográfica .................................................................5 1.5.3 Delimitación Temporal ...................................................................5 1.6 Limitaciones de la Investigación ......................................................6 1.7 Cronograma de Actividades .............................................................6 Capítulo II. Marco Teórico .......................................................................2 2.1 Antecedentes de la Investigación .....................................................8

2.2.1. Diseño de mezcla .........................................................................13 2.2.1.1. Consideraciones generales......................................................13 2.2.1.2. Diseño de mezcla experimental ...............................................14 2.2.1.3. Datos de entrada .......................................................................14 2.2.1.4. Información requerida para el diseño de mezclas ..................14 2.2.2. Cemento .......................................................................................15 2.2.2.1. Fabricación ................................................................................16 2.2.2.2. Tipos de Cemento. ....................................................................17 2.2.3. Relación Agua Cemento. .............................................................17 2.2.4. Agua para Concreto .....................................................................18 2.2.5. Agregados ....................................................................................18 2.2.5.1. Agregado fino............................................................................19 2.2.5.2. Agregado Grueso ......................................................................20 2.2.5.3. Granulometría ...........................................................................21 2.2.5.4. Módulo de Finura ......................................................................21 2.2.6. Concreto .......................................................................................22 2.2.6.1. Características ..........................................................................22 2.2.6.2. Trabajabilidad ...........................................................................22 2.2.6.3. Resistencia ................................................................................23 2.2.6.4. Textura del Concreto ................................................................24 2.2.6.5. Parámetros que afectan la calidad del Concreto ....................24 2.2.6.6. Reología.....................................................................................25 2.2.6.7. Retracción del Concreto ...........................................................25 2.2.6.8. Curado del Concreto.................................................................25

2.2.7. Perlas de Poliestireno Expandido .............................................26 2.2.7.1. Clasificación de las perlas de Poliestireno Expandido. .........27 2.2.7.2. Clasificación de los concretos con perlas de Poliestireno Expandido. .............................................................................................27 2.2.7.3. Ventajas de las perlas de Poliestireno Expandido .................27 2.2.7.4. Aligeramiento del concreto a base de perlas de Poliestireno Expandido ..............................................................................................28 2.2.7.5. Aplicaciones comerciales de las perlas de Poliestireno Expandido ..............................................................................................28 2.2.8. Bloques de Concreto ...................................................................28 2.2.8.1. Características ..........................................................................29 2.2.8.2. Tipos ..........................................................................................29 2.2.8.3. Normas Covenin 42-82. ............................................................30 2.2.9 Mampostería..................................................................................31 2.2.9.1 Ventajas y Desventajas de los bloques de mampostería ........32 2.3 Cuadro de Operacionalización de Variable ....................................33 2.4 Definición de términos Básicos. .....................................................34 Capítulo III. Marco Metodológico ............................................................8 3.1 Tipos de Investigación ....................................................................36 3.2 Nivel de Investigación .....................................................................36 3.3 Diseño de la Investigación ..............................................................37 3.4 Población y Muestra ........................................................................37 3.5 Técnicas e instrumentos de recolección de datos ........................38 3.6 Cronograma de Actividades ...........................................................39 Capítulo IV. Procedimiento y Análisis de Resultados .........................40

4.1 Procedimiento de la investigación. ................................................41 4.2 Proceso para la elaboración de bloques de concreto Convencionales. ....................................................................................44 4.3 Proceso para calcular el diseño de la mezcla experimental utilizando perlas de poliestireno. .........................................................47 4.4 Análisis a la resistencia de bloques de concreto convencional y experimental para ser sometidos al ensayo de compresión. .............48 4.5 Resultados obtenidos de los esfuerzos a compresión en los bloques de concreto convencionales y experimentales con perlas de poliestireno. ...........................................................................................50 4.6 Comparación a la resistencia de bloques de concreto convencional y experimental al ser sometidos al ensayo a compresión. ...........................................................................................58 4.7 Costos de fabricación para la elaboración de los Bloques Convencionales de Concreto y los Bloques Experimentales de Concreto con Perlas de Poliestireno....................................................66 Capítulo V. Conclusiones y Recomendaciones...................................76 5.1 Conclusiones ...................................................................................77 5.2 Recomendaciones ...........................................................................79 Anexos ...................................................................................................82

ÍNDICE DE IMAGENES Imagen #1. Cemento Portland Tipo 1. ..................................................15 Imagen #2. Procesos de Fabricación del Cemento Portland. .............16 Imagen # 3. Piedra Natural Triturada ....................................................20 Imagen #4. Mezcla de Concreto. ...........................................................22 Imagen #5. Propiedades Principales de un buen Concreto. ...............24 Imagen #6. Perlas de Poliestireno. .......................................................26 Imagen #7. Partes de Un Bloque. .........................................................29 Imagen #8. Bloques de Concreto dosificación 1:6 y 1:4, en estado fresco. .....................................................................................................43 Imagen #9. Mezcla de concreto Convencional. ...................................45 Imagen #10. Mezcla de concreto Convencional colocada en la Ponedora. ...............................................................................................45 Imagen #11. Mezcla de concreto Convencional Vibrado y Compactado Manual. .............................................................................46 Imagen #12. Bloques de concreto convencional en estado fresco....46 Imagen #13. Bloques de concreto con una cubierta de superficie de yeso. .......................................................................................................48 Imagen #14. Máquina a compresión, y bloque de concreto con una plancha en la superficie inferior y superior. ........................................49 Imagen #15.Falla del Bloque de Concreto. ..........................................49

ÍNDICE DE TABLAS Tabla #1. Cronograma de actividades de ejecución de la tesis. .........6 Tabla #2. Tipos de Cemento Portland ..................................................17 Tabla # 3. Espesores Mínimos para Bloques Tipo A. ..........................31 Tabla # 4. Espesores Mínimos para Bloques Tipo B. ..........................31 Tabla # 5. Cronograma de avance para la fabricación de bloques de concreto. ................................................................................................41 Tabla # 6. Muestra #1, Dosificación Convencional A. .........................44 Tabla # 7. Muestra #2, Dosificación Convencional B. .........................44 Tabla # 8. Muestra #1, Dosificaciones Experimentales A1, A2 y A3. .47 Tabla # 9. Muestra #2, Dosificaciones Experimentales B1, B2 y B3. .47 Tabla # 10. Cuadro de resultados al Ensayo a Compresión para bloques de concreto convencionales dosificación A. ........................50 Tabla # 11. Cuadro de Resultados al Ensayo a Compresión para bloques de concreto convencionales dosificación B. ........................51 Tabla # 12. Cuadro de Resultados al Ensayo a Compresión para bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno (Dosificación A1). ..................................................................................52 Tabla # 13. Cuadro de Resultados al Ensayo a Compresión para bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno (Dosificación A2). ..................................................................................53 Tabla # 14. Cuadro de Resultados al Ensayo a Compresión para bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno (Dosificación A3). ..................................................................................54 Tabla # 15. Cuadro de resultados al Ensayo a Compresión para bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno (Dosificación B1). ..................................................................................55 Tabla # 16. Cuadro de Resultados al Ensayo a Compresión para bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno (Dosificación B2). ..................................................................................56

Tabla # 17. Cuadro de Resultados al Ensayo a Compresión para bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno (Dosificación B3). ..................................................................................57 Tabla # 18. Cuadro Comparativo entre los pesos de los bloques convencionales y los bloques experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación (A, A1, A2 Y A3) ...........................58 Tabla # 19. Cuadro Comparativo entre los pesos de los bloques convencionales y los bloques experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación (B, B1, B2 Y B3) ...........................62 Tabla # 20. Análisis de precio unitario de bloques convencionales de concreto para una dosificación A. .......................................................66 Tabla # 21. Análisis de precio unitario de bloques experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación A1. ................................67 Tabla # 22. Análisis de precio unitario de bloques experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación A2. ................................68 Tabla # 23. Análisis de precio unitario de bloques experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación A3. ................................69 Tabla # 24. Análisis de precio unitario de bloques convencionales de concreto para una dosificación B. .......................................................71 Tabla # 25. Análisis de precio unitario de bloques experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación B1. ................................72 Tabla # 26. Análisis de precio unitario de bloques experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación B2. ................................73 Tabla # 27. Análisis de precio unitario de bloques experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación B3. ................................74

ÍNDICE DE GRÁFICOS Gráfico # 1. Resistencia a compresión de bloques de concreto convencionales (Dosificación A). .........................................................50 Gráfico # 2. Resistencia a Compresión de bloques de concreto convencionales (Dosificación B). .........................................................51 Gráfico # 3. Resistencia a Compresión de bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno (Dosificación A1). ...........52 Gráfico # 4. Resistencia a Compresión de bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno (Dosificación A2). ...........53 Gráfico # 5. Resistencia a Compresión de bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno (Dosificación A3). ...........54 Gráfico # 6. Resistencia a Compresión de bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno (Dosificación B1). ...........55 Gráfico # 7. Resistencia a Compresión de bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno (Dosificación B2). ...........56 Gráfico # 8. Resistencia a Compresión de bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno (Dosificación B3). ...........57 Gráfico # 9. Comparación a la resistencia a Compresión de bloques de concreto convencionales y bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación (A, A1, A2 Y A3)....59 Gráfico # 10. Comparación del Rc. Promedio entre los bloques de concreto convencionales y los bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación (A, A1, A2 Y A3)....60 Gráfico # 11. Comparación del Peso de los bloques de concreto convencionales y los bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación (A, A1, A2 Y A3). .....................61 Gráfico # 12. Comparación a la resistencia a Compresión de bloques de concreto convencionales y bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación (B, B1, B2 Y B3)....63

Gráfico # 13. Comparación del Rc. Promedio entre los bloques de concreto convencionales y los bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación (B, B1, B2 Y B3)....64 Gráfico # 14. Comparación del Peso de los bloques de concreto convencionales y los bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación (B, B1, B2 Y B3). .....................65 Gráfico # 15. Comparación de costos entre los bloques de concreto convencionales y los bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación (A, A1, A2 Y A3). .....................70 Gráfico # 16. Comparación de costos y resistencia a compresión entre los bloques de concreto convencionales y los bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación (A, A1, A2 Y A3). ...............................................................70 Gráfico # 17. Comparación de costos entre los bloques de concreto convencionales y los bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación (B, B1, B2 Y B3). .....................75 Gráfico # 18. Comparación de costos y resistencia a compresión entre los bloques de concreto convencionales y los bloques de concreto experimentales con perlas de poliestireno para una dosificación (B, B1, B2 Y B3). ...............................................................75

INTRODUCCIÒN Desde los tiempos antiguos el concreto y el cemento han formado parte de la historia sobre cómo los seres humanos han estado en la búsqueda de un espacio para vivir con mayor confort, seguridad y protección. Por ello a lo largo de los siglos los seres humanos han creado diversos sistemas de construcción que han permitido progresar equitativamente con el paso del tiempo. Actualmente en Venezuela la gran demanda del uso del concreto, tiende a crear diferentes cimientos para nuevas investigaciones en la fabricación de bloques. Por consiguiente, normalmente es utilizado el bloque de concreto, constituido por diferentes elementos como agua, cemento y arena para una buena dosificación, en la construcción de viviendas de interés social en trabajo de mampostería; se conoce la mampostería como un sistema de construcción destinado a la fabricación de muros sin cargas actuantes. Por lo cual, las mezclas tradicionales muestran algunas dificultades al momento de su realización, así como la manipulación de la mezcla al momento del encofrado, vaciado, costos elevados y la carencia de los materiales. Estos factores influyen considerablemente y son los principales problemas de este tema de investigación. En la situación actual del país donde tenemos escasez y elevados costos en los materiales, se ha generado como resultado retrasos en la culminación de obras. Por lo tanto, se ha hecho indispensable iniciar una búsqueda o modificación de los sistemas de construcción actuales apuntando hacia sistemas que sean duraderos, económicos y disponibles en el mercado con miras a poder solucionar la carencia habitacional que existe hoy en día. La presente investigación tiene como finalidad la realización de una serie de estudios comparativos, asociados a la resistencia a la

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compresión entre un bloque tradicional de concreto y un bloque experimental a base de perlas de poliestireno para viviendas. El presente trabajo de investigación está estructurado en cinco capítulos: Capítulo I. El Problema de Investigación; (Planteamiento del problema,

Objetivos,

Delimitaciones,

Alcances,

Justificación

y

Limitaciones del estudio). Capítulo II, Marco Teórico; (Antecedentes de la investigación, bases teóricas, términos básicos y cuadro de variable). Capítulo III. Marco Metodológico; (Tipo y Diseño de la Investigación,

Población

y

Muestra,

Técnica

e

Instrumentos

de

recolección de datos, Análisis y presentación de resultados). Capítulo IV. Análisis de resultados;(Materiales y equipos utilizados, proceso de elaboración de probetas y ensayos, análisis de resultados, factibilidad económica, cuadro y gráficos resultante de ensayo a compresión). Capitulo V. Conclusiones y recomendaciones.

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Capítulo I. El problema de Investigación

1.1 Planteamiento del Problema El concreto es un material constituido por dos ámbitos: el producto pastoso y moldeable, que posee la propiedad de endurecer con el tiempo, y los agregados pétreos, que quedan contenidos en la pasta. Al mismo tiempo la pasta está compuesta por agua y cemento (producto conglomerante o aglomerante), la función del agua es dar fluidez a la mezcla y reaccionar químicamente con el cemento logrando así el endurecimiento de la pasta. (Porrero, S., 2012). El material anteriormente mencio

nado, es uno de los principales materiales, utilizados en la construcción de obras civiles, este es capaz de resistir importantes esfuerzos a compresión frente a bajos esfuerzos a tracción. En la actualidad se han presentado diferentes complementos para la mezcla de concreto, con el objetivo de mejorar la conducta del mismo y abaratar costos, tal es el caso de las perlas de poliestireno. Por lo tanto, la presente investigación pretende utilizar las perlas de poliestireno como un agregado alternativo para poder expandir la industria de la construcción venezolana, en la elaboración de bloques de perlas de poliestireno. Las características del concreto son, primeramente, la consistencia o grado de fluidez del concreto en estado fresco, también conocida como la manejabilidad,

docilidad,

trabajabilidad,

asentamiento

entre

otros,

así

dependiendo de la viscosidad y la tixotropía de la mezcla al transcurrir el tiempo, ya que esta define la calidad del fluido. (Porrero, S., 2003). En nuestro país, los costos en el área de la construcción, han aumentado aceleradamente en los últimos años, por lo que incentivar a empresas públicas o privadas a realizar obras de mantenimiento nuevas inversiones es todo un desafío, por lo tanto, la disminución de los costos de los materiales de construcción se hace sumamente necesaria. La importancia de la resistencia a compresión del concreto viene dada por la cantidad de carga que soporta cualquier elemento estructural que es

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sujeto bajo una carga de aplastamiento. Para mejorar las propiedades del concreto se hace uso de un nuevo tipo de adición, como la perla de poliestireno; esto debido a que su incorporación a la mezcla evita la aparición de grietas y fisuras. Por tal razón en esta investigación se determinará mediante ensayos a compresión los resultados necesarios que ayuden a comprobar si las perlas de poliestireno fallan o no en la mezcla de concreto. Para la elaboración de la presente investigación se deben conocer las características de las perlas de poliestireno las cuales son: material plástico, no constituye sustratos nutritivos para microorganismos, es ligero, soporta la humedad, es expansivo y tiene propiedades aislantes.

1.2 Formulación del problema La formulación del problema se fundamenta básicamente en presentar de una manera precisa la complejidad de la investigación, reflejando con claridad los aspectos a estudiar. (Fidias, G., 2006) ¿Cuáles son las resistencias de un bloque de concreto tradicional y un bloque de concreto experimental con perlas de poliestireno como agregado?

1.3 Objetivos de la Investigación

1.3.1Objetivos General. Diseñar una mezcla con perlas de poliestireno, con el fin de elaborar bloques de perlas de poliestireno para mampostería, mediante los ensayos según las normas COVENIN 42:82

1.3.2 Objetivos Específicos

3

 Diseñar mezcla de concreto convencional.  Diseñar una mezcla de concreto experimental, utilizando como agregado las perlas de poliestireno.  Modelar bloques de concreto tradicionales de 15 cm, mediante uso de encofrado, para ser sometidos a ensayos de compresión.  Modelar bloques de concreto Experimental de 15 cm, mediante uso de encofrado, para ser sometidos a ensayos de compresión.  Comparar los bloques de concreto convencional, con los bloques de concreto experimental en costos y pesos.

1.4 Justificación de la Investigación La justificación de la investigación, es la argumentación en relación con el problema donde se aclararán los motivos y las razones que argumentan la preparación de la investigación. (Fidias, G., 2006). El concreto es sin duda el material de construcción por excelencia de nuestros días en Venezuela. Si tomamos en cuenta la ausencia de material en nuestro país que se ha acostumbrado en los últimos años, trayendo como resultado la devaluación del Bolívar y el Control Cambiario constante de Divisas, es necesario utilizar nuevos componentes para la realización de mezclas de concreto tanto para viviendas pre-fabricadas como también en la mampostería convencional. Para la incorporación de nuevos agregados en el concreto, tales como perlas de poliestireno, medir la resistencia a la compresión es de total importancia, por lo que conocer el comportamiento de estos agregados, debido a sus características, permite mejorar la conducta del concreto en el área de la construcción. Por otra parte, la elaboración de esta mezcla se presume que resultará mucho más fácil de manejar, considerando que se incluirá en pocas porciones uno de los materiales de mayor complejidad en su manipulación, como lo es la arena. Esto se traduce en una reducción del factor tiempo, lo cual genera ventajas significativas en las actividades y costos inherentes a la obra.

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Es importante mencionar que los resultados de la investigación revelan que las perlas de poliestireno no degradan al medio ambiente, lo cual contribuye en la disminución del impacto ambiental; siendo esto un aporte valioso para la fabricación de bloques de concreto menos contaminantes. Se debe tomar en cuenta que el uso de perlas de poliestireno para la elaboración de bloques de concreto experimentales permite alargar la vida útil de los bloques, ya que el poliestireno es un material perenne. Adicionalmente, se ha demostrado que el uso de perlas de poliestireno en la fabricación de bloques genera un ahorro significativo en relación a los costos de la materia prima. Por consiguiente, se puede inferir que la incorporación de bloques de perlas de poliestireno permitiría la construcción de viviendas de larga duración y de bajos costos. Siendo esto, un beneficio para los sectores de bajos recursos y una solución para la carencia de viviendas que actualmente impera en Venezuela.

1.5 Delimitación de la Investigación 1.5.1

Delimitación

Temática:

La

temática

tratada

en

esta

investigación, forma parte del campo de estudio de la Ingeniería Civil. La línea de investigación a la que pertenece el presente estudio, es el de materiales y ensayos.

1.5.2 Delimitación Geográfica: La preparación de las mezclas de concreto requeridas para la realización del presente trabajo de investigación se realizará en diversos sectores del Municipio El Hatillo y conjuntamente en las instalaciones de la Universidad Nueva Esparta. Los ensayos a compresión se llevarán a cabo en el laboratorio de Ingeniería Civil de la Universidad Nueva Esparta (UNE), ubicado en el Municipio el Hatillo, en Caracas, Distrito Capital.

1.5.3 Delimitación Temporal: El presente estudio se lleva a cabo en el periodo de Octubre 2014 - Diciembre 2015.

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1.6 Limitaciones de la Investigación Una de las limitaciones para esta investigación, fue la carencia de

los

materiales de construcción que existen actualmente en el país, lo que dificultó la adquisición de los mismos para la elaboración de los bloques de perlas de poliestireno. Por ello, fue necesaria la búsqueda de los materiales a utilizar semanas antes de realizar las mezclas, con el fin de prevenir posibles atrasos en el desarrollo del estudio.

1.7 Cronograma de Actividades En este cronograma de actividades se representará gráficamente las especificaciones para la ejecución en un tiempo determinado de la tesis de grado, en el cual se explicará detalladamente que avances se han ido ejecutando desde el inicio de Investigación y Desarrollo hasta la entrega de tesis

Actividad Investigacion y desarrollo. Realizacion del Caputilo I y Seminario de Grado. Ejecucion del Capitulo III Y capitulo IV. Tesis I. Ejecucion total del capitulo IV ,Capitulo V y correciones de los Capitulos anteriores. Tesis II. Ejecucion total y entrega de tesis.

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Sep/ Dic 2014 Ene/Abr 2015 May/Ago 2015 Ene/Abr 2016

II.

Tabla #1. Cronograma de actividades de ejecución de la tesis. (Fuente: Propia.)

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Capítulo II. Marco Teórico

2.1 Antecedentes de la Investigación Para poder realizar esta investigación fue necesario revisar los estudios anteriormente realizados en el campo de ingeniería civil y en especial hacia el área de Materiales y Ensayos. A continuación, se presentan los diferentes trabajos de grado que fueron estudiados para complementar lo realizado en esta investigación, estás son: Autor: Alesmar Luis, Rendón Nalia, Korody María Eugenia Titulo: Diseño de mezcla de tereftalato de polietileno (pet)-cemento. Institución: Universidad Central de Venezuela Año: 2008 Resumen del Autor: “Corresponde a este trabajo experimental, la tarea de elaborar, ensayar y caracterizar Mezclas de Tereftalato de Polietileno (PET) – Cemento. Para ello se estableció una metodología basada en una investigación teórico-práctica que ayudase a determinar de manera preliminar el posible comportamiento del plástico proveniente de las botellas de gaseosas al utilizarlo como agregado en una mezcla. Las mezclas de PET – Cemento realizadas están conformadas por 5%, 10% y 15% de PET además de arena y piedra, en proporciones que dependen del tipo de mezcla, es decir, si es para mortero o para concreto. Se utilizaron tres diseños de mezclas en donde se sustituyó parte de la arena por el plástico. Para determinar las propiedades mecánicas y de durabilidad de las mezclas realizadas se elaboraron una serie de probetas que tuvieran las características ideales para los respectivos ensayos tanto de compresión simple, como de absorción, erosión e impacto. Las mismas se curaron por 7 días, luego se almacenaron hasta los 28 días para realizar los ensayos anteriormente mencionados exceptuando los de absorción y erosión que se debían hacer a los siete días. Desde el punto de vista de resistencia y durabilidad; a compresión simple, la mezcla B (concreto con un 15% de PET) es la que se considera la más apropiada ya que resultó ser en promedio la más resistente aún cuando no sea la mezcla más homogénea. Por otro lado, su capacidad de absorción es baja al igual que su comportamiento ante la erosión e impacto, lo que la hace la mezcla más idónea para ser utilizada como material de construcción. Cabe destacar que no es la más costosa dentro de las tres

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mezclas que contienen PET. La mezcla de PET - Cemento ayuda a reducir las cantidades de PET que no poseen una disposición final adecuada, disminuyendo así su impacto ambiental, ya que se necesita una gran cantidad de botellas de gaseosas para obtener el material para elaborar la mezcla, por lo que dichas botellas se estarían eliminando del ambiente”. Esta investigación fue basada en experimentar diferentes mezclas de concreto sustituyendo parte del agregado grueso y fino incluyéndole PET y manteniendo la relación agua/cemento para estudiar su comportamiento en comparación a un diseño de mezcla tradicional. Aporte: El trabajo de grado antes citado, constituye un valioso antecedente para este estudio, dado que brindó información importante en cuanto al diseño de mezcla experimental y el uso del tereftalato de polietileno (pet) como un agregado. El objetivo de este estudio, es la aportación de diversos resultados de análisis en los ensayos usando distintos materiales reciclados (botellas de agua, refrescos, etc.) en un diseño de mezcla experimental. Es pertinente acotar que son pocos los estudios realizados en este tópico, por lo que fue necesario tomar el siguiente estudio como antecedente de investigación, pese a su antigüedad. Autor: Marialejandra; Assunto Salcedo Titulo: Mezclas experimentales de concreto, utilizando tapas de botellas plásticas como agregado grueso. Institución: Universidad Nueva Esparta Año: 2011 Resumen del Autor: “El objetivo de esta investigación es evaluar las variaciones de las resistencias entre mezclas de concreto – PEAD y el concreto convencional, para así estudiar la factibilidad de estas mezclas con el fin de encontrar un posible uso a las tapas de botellas plásticas sobrantes de lotes y/o que no cumplen con el control de calidad de fábricas, ya que cuando ocurren esto el material plástico es botado y genera muchos desechos.

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Para cumplir con los objetivos de la metodología experimental se hicieron 15 mezclas con agregados convencionales (piedra picada, arena, agua y cemento) y 15 mezclas de concreto- PEAD sustituyendo en un 100% el agregado grueso por tapas plásticas, para luego estudiar el comportamiento del concreto en estado endurecido hasta la edad de 28 días. Se realizaron mezclas manteniendo la cantidad de cemento para el concreto patrón y concreto – PEAD, la relación agua cemento se corrigió a medida que se obtenía los resultados de los ensayos por cada prueba, igualmente se hizo con las cantidades de tapas PEAD utilizadas. A través de las mezclas de pruebas se logró determinar la cantidad de tapas PEAD necesarias por cada metro cúbico para lograr las resistencias de diseño esperadas, también se calculó y comparó los costos de cada mezcla pudiendo observar que las mezclas de concreto – PEAD son más económicas.” En este trabajo de investigación se estudia el comportamiento del concreto con un agregado distinto al del concreto convencional en ensayos de compresión, utilizando plástico como agregado grueso, en el cual cambia el peso total del volumen determinado en la mezcla de concreto. Aporte: El trabajo mencionado anteriormente, al igual que la presente investigación, apunta a la búsqueda de materiales alternativos para la elaboración de mezclas de concreto, por lo que los conocimientos acerca de diseños de mezclas experimentales que allí se encuentran, fueron de gran utilidad para éste estudio y contribuyeron al desarrollo técnico y teórico del mismo. Autor: Rodriguez, Guillermo Titulo: Evaluación del comportamiento de un diseño de mezcla utilizando material residual de bloques de arcilla como agregado grueso. Institución: Universidad Nueva Esparta Año: 2012 Resumen del Autor: “El objetivo de la presente investigación, consiste en evaluar diferentes aspectos dentro del comportamiento del diseño de mezcla

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de concreto, tanto en su estado endurecido como en su estado fresco, utilizando material residual de bloques de arcilla como agregado grueso dentro del diseño de mezcla. Para llevar a cabo los objetivos propuestos en la investigación se optó por una metodología experimental, la cual consistió en realizar trece (13) mezclas experimentales y una (1) mezcla de control utilizando agregado grueso convencional, la cual fue diseñada para una resistencia de punto de partida necesaria para calificarlo como un concreto estructural de f´c =210 kg/cm² a la edad de 28 días.” El aporte significativo que se obtuvo de este proyecto de investigación, apunta hacia la búsqueda de nuevos materiales no destructivos al momento de la realización de mezclas de concreto, por lo que los conocimientos acerca de diseños de mezclas experimentales que allí se encuentran, fueron de gran utilidad para éste estudio y contribuyeron al desarrollo practico al momento de la elaboración de los ensayos de compresión del concreto y teórico del mismo. Autor: Acosta, Luis. Titulo: Análisis comparativo de la resistencia a compresión de bloques huecos

de

concreto

con la

adición de

fibras

de

polipropileno. Institución: Universidad Nueva Esparta Año: 2014 Resumen del Autor: “Actualmente el concreto es uno de los materiales más utilizados a nivel mundial para la construcción, lo que conlleva a una búsqueda de evolucionar en el uso del mismo utilizando diferentes aditivos o fibras en combinación con el mismo. El alcance de esta investigación es realizar un análisis comparativo de la resistencia a compresión en bloques huecos de concreto tradicionales y bloques huecos de concreto con adición de fibra de polipropileno. Para esto se realizaron una cantidad total de 18 bloques de concreto con diferentes diseños de mezcla, los cuales posteriormente fueron sometidos a

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esfuerzos de compresión pura en el laboratorio de materiales de la empresa Consulcret C.A. después de 30 días de realizado los bloques; se obtuvieron resultados, los cuales fueron analizados y evaluados con detalle, para determinar la influencia que tienen los bloques con adición de fibra de polipropileno con respecto a los bloques tradicionales de concreto.” Aporte: Dicha investigación aporta información sobre el comportamiento de los bloques de concreto tradicionales y los bloques de concreto con adición de fibra de polipropileno y su conducta en los ensayos de compresión, lo cual es de gran importancia para esta investigación ya que permite observar la conducta del concreto hueco con adición de fibra de polipropileno al aplicarle esfuerzos de compresión pura. Autor: Carrillo Maldonado Freddy. Titulo: Hormigones de alta resistencia fc: 48MPA, utilizando agregados del sector de Ambuqui y cemento armaduro especialLafarge. Institución: Universidad Central del Ecuador Año: 2014 Resumen del Autor: “El presente trabajo de investigación se basa en la elaboración de hormigones de alta resistencia, utilizando los materiales de la Cantera Ramírez, Provincia de Imbabura, el cemento ARMADURO EspecialLafarge y el aditivo hiperfluidificante Glenium 3000 NS, para una resistencia especificada de 48 MPa. De los estudios de las propiedades físicas y mecánicas de los materiales con las normas NTE INEN, se realizaron los diseños de dosificaciones empleando el código ACI 211-4R, para la resistencia requerida de f’cr = 57,7 MPa, con lo cual se elaboraron las mezclas de prueba respectivas, y el hormigón obtenido presentó trabajabilidad y manejabilidad. Con estos resultados, se seleccionó la mejor alternativa de dosificación para pasar a las mezclas definitivas, que ensayadas a 3, 7, 28 y 56 días respectivamente, sus resultados fueron los esperados, y, es más, superando la resistencia requerida en un 6 % promedio”. El presente trabajo de investigación se basa en la elaboración de un hormigón de alta resistencia para poder experimentar las propiedades físicas y

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mecánicas de los materiales; y sus resultados fueron lo esperado y superando la resistencia requerida. Aporte: El objetivo de este estudio fue lograr un hormigón altamente resistente con agregados de una cantera, lo cual fue un estudio satisfactorio, ya que, los resultados fueron superados, con lo cual la investigación antes mencionada ha servido de soporte teórico para el presente estudio.

2.2.1. Diseño de mezcla 2.2.1.1. Consideraciones generales El diseño de mezcla es un procedimiento experimental mediante el cual se calculan las cantidades de los componentes que intervienen en la mezcla de concreto, para así obtener el comportamiento deseado. Esta clase de mezcla se debe diseñar, tanto para estado fresco, como para estado endurecido. Por lo tanto, establece que los principales requerimientos que se deben cumplir para lograr una dosificación apropiada en estado fresco, son: economía y manejabilidad. En estado endurecido, por su parte, debe abarcar los requisitos de resistencia, aspecto y durabilidad. Existen múltiples métodos para diseñar mezclas, los cuales pueden diferir entre sí, de acuerdo a la cantidad de variables que se manejen y las relaciones que se establezcan. A lo que respecta, ninguno arroja resultados precisos, por lo que se hace necesario conseguir más exactitud mediante la realización de mezclas de prueba, tanto de laboratorios como de obra. De esta manera, se puede seleccionar la que mejor se adapte al caso. Por otra parte, este procedimiento, además de cumplir el propósito de calcular las proporciones de los elementos que forman la mezcla, “es una importante herramienta para el análisis teórico de la influencia que ciertos cambios en los materiales o en las proporciones de uso, pudieran tener sobre el concreto.”; lo que daría pie a la toma de decisiones sobre aspectos relativos del

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diseño, como: materiales, costos, equipos, entre otros. (Porrero, S., 2003, p. 123).

2.2.1.2. Diseño de mezcla experimental El uso de materiales no convencionales en la construcción, como los de bloques de concreto con perlas de poliestireno, ha aumentado en los últimos años. Por otro lado, se han creado mezclas experimentales aplicando nuevos métodos de diseño, éstas tienen por objetivo lograr que el concreto posea condiciones y propiedades similares que el concreto tradicional (agua, cemento y arena), ya que de esta manera puede brindar un aporte innovador a la industria de la construcción. Para alcanzar dicho fin, éstas deben cumplir con los requerimientos establecidos en las normas venezolanas COVENIN 42-82.

2.2.1.3. Datos de entrada “Los datos de entrada constituyen la información básica a partir de la cual, siguiendo el procedimiento que señala el método, puede llegarse a la dosificación de la mezcla deseada”. (Porrero, 2008, p.130). Estos son:  Condiciones ambientales.  Tipo de obra, o parte de la estructura y sus dimensiones.  Tipo de agregado.  Tipo de cemento.  Resistencia del diseño de mezcla o algún dato relacionado.

2.2.1.4. Información requerida para el diseño de mezclas Samuel Laura Huanca (2006), en su trabajo Diseño de mezcla de concreto, establece que, para realizarlo, se deben tomar en cuenta los siguientes puntos:  Análisis granulométrico de los agregados.

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 Peso unitario compactado de los agregados.  Contenido de humedad y porcentaje de absorción de los agregados.  Perfil y textura de los agregados.  Tipo y marca del cemento.  Peso específico del cemento.  Relaciones

entre

resistencia

y

la

relación

agua/cemento,

para

combinaciones posibles de cemento y agregados.

2.2.2. Cemento El cemento es uno de los componentes principales del concreto, que se forma a partir de una mezcla de minerales cristalinos en polvo muy finos que vienen compuestos de silicatos de calcio y aluminio, la cual posee la propiedad de endurecerse al entrar en comunicación con el agua. Al ser mezclado con agregados pétreos como los son (grava, arena) y agua crean una mezcla plástica, con propiedades adherentes, que coagula en horas y endurece de manera creciente durante varias semanas hasta obtener su resistencia caracterizada. El cemento portland es un producto que se obtiene mediante la pulverización del clinker portland con la adición de sulfato de calcio la cual es un tipo de yeso, a su vez se agregan otros productos, los cuales no modifican las propiedades del cemento resultante las cuales deben de ser pulverizadas junto con el Clinker.

Imagen #1. Cemento Portland Tipo 1. (Fuente:http://venta.brick7.co.ve/media/ve/38101_38200/38136_fa0e2aca59cd6faa.jpg Consultado, el 15 de abril de 2015).

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“El cemento es componente activo del concreto e influye en las características de este material.”. Si bien constituye el 10 al 20%, es el que aporta la maleabilidad y la cohesión de los elementos que conforman la mezcla. (Porrero, S., 2012, p. 91).

2.2.2.1. Fabricación El cemento se obtiene a partir de diversas materias primas que se encuentran presentes en la naturaleza.

Imagen #2. Procesos de Fabricación del Cemento Portland. (Fuente: Concreto Reforzado un enfoque básico, Edward G. Nawy, 1988, p.11).

Su fabricación es una actividad industrial del procesado de minerales. A continuación, se presentan las principales etapas de la misma:  Extracción de la materia prima, las cuales son, principalmente, materiales arcillosos y calcáreos; para conseguir la composición deseada de óxidos reactivos al agua en la producción del clinker.  Molienda y cocción de las materias primas. Este proceso es realizado mediante equipos mecánicos rotatorios, debido que su función es reducir el tamaño de las partículas de materias, para que las reacciones químicas de cocción en el horno se realicen de la mejor manera posible.  Molienda del cemento utilizando equipos mecánicos. Junto con la molienda del clinker, yeso y otros materiales (Adiciones) que le dan características especiales al cemento, se impone la mezcla a impactos de cuerpos metálicos o fuerzas de compresión elevadas. De esta forma, termina su fabricación. El grado de finura de molido da las características resistentes.  Almacenamiento en silos, para servir ensacado o a granel, y por último el despacho del cemento. (Fuente: http://www.anter.es/pdf/L1.pdf. Consultado el 23 de Noviembre de 2014)

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2.2.2.2. Tipos de Cemento. Los tipos de cemento se pueden hacer según sus diferentes criterios ya vienen transmitidos mediante el proceso de trituración. Sin embargo, este es el que lleva la materia prima para convertirse en cemento procesado, debido a esto se dispone de una gran variedad de cementos. Por su parte, indica que la Norma Venezolana COVENIN 28 “Cemento Portland. Especificaciones” y la norteamericana ASTM C150, consideran cinco tipos de cemento Portland, los cuales se presentan en la Tabla #2: Tipos de Cemento Portland, según Covenin 28:1993 y ASTM C150 Límites de la composición usual Tipo

I II III

Uso General Resistente a los sulfatos y bajo calor de hidratación. Altas resistencias iniciales Muy

IV

Promedio %

Características

bajo

calor

C₃S

C₂S

C₃A

C₄FA

40 -55

25-30

8-15

5-10

40-50

25-30

8

10-15

50-63

15-20

3-15

8-12

25-35

40-50