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ANLISIS DEL CONCRETO CON ACERO LAMINADO EN FRIO COLD EXPANDIDO COMO ADITIVO PARA ALIGERAR ELEMENTOS ESTRUCTURALES

JEAN PAUL HERNANDEZ RIOSJUAN JOSE RIOSUNIVERSIDAD LIBRE SECCIONAL PEREIRA

FACULTAD DE INGENIERIAS

INGENIERIA CIVIL

2014

ANLISIS DEL CONCRETO CON ACERO LAMINADO EN FRIO COLD EXPANDIDO COMO ADITIVO PARA ALIGERAR ELEMENTOS ESTRUCTURALES

Investigador principalADAN SILVESTRE GUTIERREZInvestigadores auxiliaresJEAN PAUL HERNANDEZ RIOS JUAN JOSE RIOSAnteproyecto de investigacinUNIVERSIDAD LIBRE SECCIONAL PEREIRA

FACULTAD DE INGENIERIAS

INGENIERIA CIVIL

2014TABLA DE CONTENIDOITEMPAGINA

1INTRODUCCION5

2DESCRIPCION PROBLEMA6

2.1PLANTEAMIENTO6

3JUSTIFICACION8

4OBJETIVOS9

4.1OBJETIVO GENERAL9

4.2OBJETIVOS ESPECFICOS9

5HIPOTESIS10

6MARCOS11

6.1MARCO REFERENCIAL11

6.2MARCO TEORICO15

6.3MARCO CONCEPTUAL22

6.4MARCO DE LOCALIZACION24

6.5MARCO TEMPORAL24

6.6MARCO LEGAL24

7MATERIALES Y METODOLOGIA25

7.1MATERIALES25

7.2METODOLOGIA26

7.2.1TIPO DE INVESTIGACION28

7.2.2DISEO DE EXPERIMENTO28

7.2.3MUESTRAS DE ESTUDIO29

7.2.4RECOLECCION DE INFORMACION29

8PRESUPUESTO30

9RESULTADOS ESPERADOS31

BIBLIOGRAFIA32

INDICE DE TABLASITEM PAGINA

30Tabla 1 Presupuesto laboratorio.

30Tabla 2 Presupuesto investigacin.

1. INTRODUCCINLa siguiente propuesta de investigacin tiene como objetivo general el anlisis del uso del acero laminado en frio COLD como material aligerante dentro de mezclas de concreto, buscando estructuras ms livianas y una mejora en sus propiedades que cumplan con los parmetros de sismo-resistencia establecidos en la Norma Colombiana NSR-10.La investigacin plantea la implementacin del cold expandido en el concreto por ser un material que posee una masa liviana debido al gran volumen de aire encerrado en su estructura (98% de aire y 2% de material solido) generando una gran capacidad de aislamiento trmico, un bajo coeficiente de conductividad trmica, e impermeable a los lquidos. Adems del bajo peso expandido se destacan sus propiedades fsico-mecnicas, lo cual presenta una adecuada resistencia a la compresin, corte, flexin, traccin y una buena elasticidad; propiedades que son compatibles con los presentados en las mezclas de concreto buscando as una posible mejora en sus parmetros fsicos-mecnicos.Cuando el acero se calienta hasta el punto donde se vuelve maleable, es posible forjarlo en diferentes formas. Esto permite la fabricacin de vigas y otros componentes estructurales. El acero fro est limitado en la cantidad de formas que se le puede dar; la mayora lisas, redondas, cuadradas y variaciones de estas. Es ms recto posee un mejor acabado y mrgenes de tolerancia ms precisos.El metal laminado en caliente posee mrgenes de tolerancia menos estrictos, ya que cambian sus propiedades al enfriarse. El metal laminado en fro permite un clculo ms preciso de sus dimensiones debido a que el material ya ha pasado por el proceso de enfriamiento y se encuentra ms cerca de sus dimensiones finales2. DESCRIPCION PROBLEMALa investigacin se desarrolla debido a las problemticas planteadas en los siguientes tems

2.1. PLANTEAMIENTOLos sismos son fenmenos naturales cuya ocurrencia es imposible de predecir as como su magnitud y la forma en que afectara las estructuras sobre las cuales se desarrolla el da a da de las personas.

La ciudad de Pereira est situada sobre fallas geolgicas, las cuales se encuentran activas segn lo indica la ingeniera civil Tatiana Arias Snchez en su artculo titulado Ms de 30 fallas geolgicas cruzan por Risaralda.

Tras el terremoto del ao 1999 la Corporacin Autnoma Regional CARDER llev a cabo un estudio sobre los efectos de dichas fallas, El Director de la misma, explic durante una entrevista dada en el programa La Ventana de Caracol Radio que esas fallas provocan los permanentes temblores leves que se han presentado despus del gran evento ssmico y no se descarta que pueda volver a ocurrir otro terremoto de mayor intensidad en cualquier momento

Otra destacable opinin es la de Mario Delgado, ingeniero civil especialista en construccin, quien afirma que, Las edificaciones que no sufrieron grandes daos en el terremoto del 99 no se pueden comparar con las construcciones desde el ao 2000 que fueron construidas de acuerdo con la norma NSR-98. La ciudad del 99 hacia atrs tiene un porcentaje alto de estructuras fallidas, el mismo sismo del 99 las debi dejar ya afectadas porque muchos no tuvieron una reconstruccin estructural, esto indica que las construcciones del ao 2000 hacia atrs representan un gran riesgo para las personas que las ocupan y desarrollan su vida alrededor de estas.

Un estudio realizado por la Comisin Econmica para Amrica Latina titulado EL TERREMOTO DE ENERO DE 1999 EN COLOMBIA: Impacto socioeconmico del desastre en la zona del Eje Cafetero indica que durante el terremoto del 99 en el municipio de Pereira hubo un total de 6,500 personas afectadas entre las cuales 380 heridos y 30 muertos, adems de 8,761 viviendas afectadas, dentro de estas el nmero de viviendas dadas por prdida total y que quedaron inhabitables fueron 2,453, teniendo en cuenta que en ese ao el nmero total de viviendas era de 89,123 se considera alarmante el hecho de que el 10% de las viviendas se hayan visto afectadas sabiendo que el sismo tuvo su epicentro en el departamento del Quindo.

Es por esto, que se hace necesaria la implementacin de mejoras en los mtodos de construccin que ayuden a mitigar los posibles efectos que conlleva un sismo de gran magnitud como los que se podran presentar en la ciudad de Pereira.3. JUSTIFICACINEs necesario analizar un mtodo de aligerar las construcciones que se implementen en la regin del Eje Cafetero, especficamente en la ciudad de Pereira, para as lograr disminuir los efectos y riesgos a los que se ven expuestas las personas, producidos por los sismos.

Siendo el metal expandido un material econmico, este proyecto se enfocar en el anlisis de la viabilidad del uso de este material como aditivo en las mezclas de concreto, para esto es necesario comparar las resistencias del concreto con el aditivo contra un concreto de mezcla tradicional contemplado en la norma NSR-10 y as poder definir su aplicabilidad.

En trminos econmicos al emplear un concreto aligerado pero con igual resistencia reducira el costo en trminos de transporte adems por ser un material ms ligero, se disminuye el tiempo que deben implementar los operarios a la hora de la construccin y as mismo disminuyendo los requerimientos estructurales que se deben aplicar a la edificacin.

Adems en trminos sociales este tipo de material aligerante puede ser una alternativa a la construccin de viviendas de inters social debido al hecho de la disminucin del costo, aumentando la posibilidad de este tipo de proyectos en la ciudad.

4. OBJETIVOSLos siguientes son los objetivos de la investigacin.4.1 OBJETIVO GENERALDeterminar mezclas de concretos aligerados con acero laminado en frio (cold), con el fin de reducir las cargas muertas en las estructuras.4.2 OBJETIVOS ESPECFICOS Determinar la mezcla ideal para la resistencia de concretos aligerados, usando acero laminado en frio. Determinar el mdulo de elasticidad de Young y el coeficiente de Poissson de las mezclas estudiadas. Realizar simulaciones de estructuras construidas con dicho material, empleando el programa de anlisis estructural ETABS para determinar el cumplimiento de la misma segn la norma sismo resistente NSR-10.5. HIPTESISCon el acero laminado en frio (cold) se va a aligerar el concreto obteniendo una mejora en las propiedades de la mezcla., adems de cumplir los parmetros de resistencia estipulados en la norma NSR-10 para un concreto estructural.6. MARCOS6.1. Marco referencialEn el mbito de la construccin se han desarrollado durante varios aos investigaciones con el fin de buscar una notable mejora en las propiedades fsico mecnicas del concreto; en la ciudad de Natal Brasil Macedo M C realiz la investigacin Compuesto de acero laminado para la construccin de casas populares con el objetivo de analizar la combinacin de diferentes materiales para producir un nico dispositivo con mejores propiedades; con lo cual se concluy que es viable utilizar el hormign ligero como material de construccin debido a que cumple con los parmetros de resistencia a la compresin y la conductividad trmica, adems de ser un material ms econmico que los convencionales utilizados en dicho pas.Tambin hay enfoques en el anlisis de materiales naturales que mejoran las propiedades del concreto como lo estipulan Quintero Garca Sandra & Gonzales Salcedo Luis, quienes desarrollaron la investigacin Uso de fibra de estopa de coco para mejorar las propiedades mecnicas del concreto con el fin de evaluar las propiedades mecnicas del concreto mezclado con fibra de estopa de coco, determinando as un aumento en la resistencia a compresin, flexin baja deformaciones segn el porcentaje en volumen y las longitudes de la fibra segn los diseos de mezclas estipulados logrando una mejora en las propiedades del material. Jimnez Bohrquez Jonny en su trabajo de grado Uso de materiales alternativos para mejorar las propiedades mecnicas del concreto (fibra de fique)se enfoc en la determinacin de los cambios en las propiedades mecnicas del concreto mediante la adicin de materiales alternativos como la fibra de fique; obteniendo como resultado una mejora en la resistencia a la flexin, pero produciendo una reduccin en la resistencia a la compresin de las mismas muestras.Otro tipo de investigacin plante la utilizacin de material artificial anexando la funcin de agregado aligerante alternativo como el de polietileno y poliestireno muy empleados en los procesos industriales, un ejemplo de esto son las investigaciones planteadas por la Universidad de Guadalajara Determinacin de la resistencia a la compresin de morteros aligerados elaborados con acero laminado en frio de alta densidad reciclado y cemento portland el cual tuvo por objetivo utilizar las espumas de nano compuestos de polietileno de alta densidad/ montmorillonita, para reemplazar los agregados ptreos en morteros aligerados, para este fin se elaboraron diferentes especmenes de prueba que fueron sometidos a diversos ensayos de compresin para comparar con los parmetros establecidos en la norma ASTM C109 que rigen en Mxico. Con los resultados obtenidos se pudo concluir que al adicionar una mayor cantidad de polmero, se reduce gradualmente la resistencia a la compresin del material. No obstante, el material se aligera sensiblemente.

Otra investigacin es Evaluacin de los procesos de corrosin en concretos aligerados con cold acero laminado en frio expuestos en medios simulados y reales desarrollada por Lpez vila Mario Alfonso donde evalu los procesos de corrosin en concretos aligerados con EPS expuestos en medios simulados y reales; en la cual se ejecut un diseo experimental para evaluar los efectos de la sustitucin de grava por MEPS (cold) en las propiedades mecnicas y electroqumicas de los bloques de concreto aligerado; con dicho diseo se obtuvieron resultados de resistencia a la compresin axial, velocidad de pulso ultrasnico, coeficiente de absorcin capilar, potencial de corrosin y la velocidad de corrosin, por lo tanto se define que el MEPS es un excelente material aligerante y que proporciona un menor porcentaje de absorcin, siempre y cuando se realice un buen tratamiento trmico para su modificacin.Adems se encontraron investigaciones relacionados a factores ssmicos que son de influencia en la zona objeto de esta investigacin. Tal como: El sismo de Armenia, Colombia. Un anlisis tele ssmico de ondas de cuerpo, observaciones de campo y aspectos sismo tectnicos planteada por Monsalve Jaramillo Hugo & Vargas Jimnez Carlos con el fin de consolidar los estudios de sismologa bsica en el Eje Cafetero; con esta investigacin se pretende dar un parmetro de la actividad que presenta las fallas; adems de un detallado mapa de las fallas de la regin por la instalacin de una red sismolgica de carcter provisional que fue implementado para este fin. Tambin la investigacin descrita por Carrillo Len Wilmer Julin Estimacin de los periodos naturales de vibracin de viviendas de baja altura con muros de concreto con la finalidad de evaluar los periodos de vibracin de viviendas tpicas con muros de concreto, con el propsito de comparar dos tcnicas de modelacin que se utilizan en la prctica del diseo estructural; en la cual se implementaron diferentes tcnicas de identificacin para estimar los periodos de investigacin.El procesamiento de la informacin consisti en un anlisis de seales aleatorias estacionarias para obtener los espectros de densidad espectral, as como las correspondientes funciones de transferencia (en fase y amplitud) y de coherencia entre pares de seales. Para identificar las frecuencias naturales de vibracin se utiliz tanto el espectro de potencia promedio y la funcin de transferencia como la de coherencia. A partir de los resultados obtenidos se concluy que las dos metodologas numricas estudiadas son aceptables para la modelacin de viviendas de muros de concreto de baja altura.

6.2. Marco Terico:Determinacin de la resistencia del concretoPara una determinada mezcla de concreto es necesario determinar su resistencia a la compresin, y as estipular sus posibles aplicaciones y establecer si es factible o no su uso dentro de algunas obras.

Para determinar la resistencia ltima a la compresin del concreto es necesario graficar el diagrama de esfuerzo-deformacin unitario que es obtenido a partir de la realizacin del ensayo de resistencia a la compresin de especmenes cilndricos de concreto (NTC 673).

El comportamiento del concreto sometido a compresin da normalmente como resultado una lnea recta dentro de la grfica de esfuerzo-deformacin, mostrando como punto ms alto el esfuerzo ltimo para dicho concreto, despus de alcanzado dicho punto el concreto ser capaz de seguir soportando cargas, sin embargo a partir de all el comportamiento de la grfica ya no presenta una tendencia lineal, presentando variaciones significativas, por lo que no es confiable aplicar cargas por encima de este punto.

Graficas esfuerzo deformacin obtenidas en la investigacin Propiedades mecnicas del concreto para viviendas de bajo costo llevada a cabo en Mxico.Aditivos comunes del concretoUn aditivo es un material diferente a los normales en la composicin del concreto, es decir es un material que se agrega inmediatamente antes , despus o durante la realizacin de la mezcla con el propsito de mejorar las propiedades del concreto, tales como resistencia, manejabilidad, fraguado, durabilidad, entre otras.

En la actualidad, muchos de estos productos existen en el mercado, y los hay en estado lquido, slido, en polvo y pasta. Aunque sus efectos estn descritos por los fabricantes, cada uno de ellos deber verificarse cuidadosamente antes de usar el producto, pues sus cualidades estn an por definirse.

Los aditivos ms comunes empleados en la actualidad pueden clasificarse de la siguiente manera:

1. Inclusores de aire: Es un tipo de aditivo que al agregarse a la mezcla de concreto, produce un incremento en su contenido de aire provocando, por una parte, el aumento en la manejabilidad y en la resistencia al congelamiento y, por otra, la reduccin en el sangrado y la segregacin.

2. Fluidizantes: Estos aditivos producen un aumento en la fluidez de la mezcla, o bien, permiten reducir el agua requerida para obtener una mezcla de consistencia determinada, lo que resulta en un aumento de la manejabilidad, mientras se mantiene el mismo revenimiento. Adems, pueden provocar aumentos en la resistencia tanto al congelamiento como a los sulfatos y mejoran la adherencia.

3. Retardantes del fraguado: Son aditivos que retardan el tiempo de fraguado inicial en las mezclas y, por lo tanto, afectan su resistencia a edades tempranas. Estos pueden disminuir la resistencia inicial. Se recomienda para climas clidos, grandes volmenes o tiempos largos de transporte.

4. Acelerantes de la resistencia: Estos producen, como su nombre lo indica, un adelanto en el tiempo de fraguado inicial mediante la aceleracin de la resistencia a edades tempranas. Adems, pueden disminuir la resistencia final. 5. Estabilizadores de volumen: Producen una expansin controlada que compensa la contraccin de la mezcla durante el fraguado. Se recomienda su empleo en bases de apoyo de maquinaria, rellenos y resanes.

6. Endurecedores: Son aditivos que aumentan la resistencia al desgaste originado por efectos de impacto y vibraciones. Reducen la formacin de polvo.Agregados

Los agregados tambin llamados ridos, son un conjunto de partculas de origen natural o artificial, que pueden ser tratados o elaborados y cuyas dimensiones estn comprendidas entre los lmites estipulados en la Norma Tcnica Colombiana NTC-174. Los agregados pueden constituir hasta las tres cuartas partes en volumen de una mezcla de concreto.

Agregado FinoEl agregado fino debe estar compuesto de arena natural, arena triturada o una mezcla de esta, que pasa por el tamiz 9.51 mm (3/8) y queda retenido en el tamiz N 200 que cumple con los lmites establecidos en la NTC 174.

Los agregados finos deben estar compuestos de partculas limpias de perfil angular duras, libres de materia orgnica y otras sustancias dainas; lo cual es determinado mediante los ensayos estipulados en la norma ASTM C40, as mismo debe estar graduado dentro de los limites dados en la norma NTC 174.Agregado Grueso

El agregado grueso debe estar compuesto de grava, grava triturada, roca triturada, o escoria de alto horno enfriada al aire o una combinacin de ellos, material que es retenido en el tamiz 4.75 mm (N 4), conforme a los requisitos de la NTC 174.Debe estar conformado por partculas limpias, de perfil preferiblemente angular, duras, compactas, resistentes y de textura preferiblemente rugosa, adems deben ser partculas qumicamente estables y libres de escamas, tierra, polvo, limo, materia orgnica, entre otras sustancias dainas El agregado dentro del concreto cumple principalmente las siguientes funciones:

Como esqueleto o relleno adecuado para la pasta (cemento y agua), reduciendo el contenido de pasta por metro cbico.

Proporciona una masa de partculas capaz de resistir las acciones mecnicas de desgaste o de intemperismo, que puedan actuar sobre el concreto.

Reducir los cambios de volumen resultantes de los procesos de fraguado y endurecimiento, de humedecimiento y secado o de calentamiento de la pasta.

Los agregados finos son comnmente identificados por un nmero denominado Mdulo de finura, que en general es ms pequeo a medida que el agregado es ms fino. La funcin de los agregados en el concreto es la de crear un esqueleto rgido y estable lo que se logra unindolos con cemento y agua (pasta). Cuando el concreto est fresco, la pasta tambin lubrica las partculas de agregado otorgndole cohesin y trabajabilidad a la mezcla.

Para cumplir satisfactoriamente con estas funciones la mezcla debe cubrir totalmente la superficie de los agregados. Si se fractura una piedra, se reducir su tamao y aparecern nuevas superficies sin haberse modificado el peso total de piedra.

Por la misma razn, los agregados de menor tamao tienen una mayor superficie para lubricar y demandarn mayor cantidad de pasta. En consecuencia, para elaborar concreto es recomendable utilizar el mayor tamao de agregado compatible con las caractersticas de la estructura.La textura del material, dice que tan lisa o rugosa es la superficie del material, es una caracterstica ligada a la absorcin, pues agregados muy rugosos tienen mayor absorcin que los lisos, adems que producen concretos menos plsticos.Los agregados finos y gruesos ocupan comnmente de 60% a 75% del volumen del concreto (70% a 85% en peso), e influyen notablemente en las propiedades del concreto recin mezclados y endurecidos, en las proporciones de la mezcla, y en la economa.

Pero hay un lmite en el contenido de agregados gruesos dado por la trabajabilidad del concreto. Si la cantidad de agregados gruesos es excesiva la mezcla se volver difcil de trabajar y habr una tendencia de los agregados gruesos a separarse del mortero (segregacin). Llegado este caso se suele decir que el concreto es "spero", "pedregoso" y "poco dcil".

En el concreto fresco, es decir recin elaborado y hasta que comience su fraguado, la mezcla con cemento tiene la funcin de lubricar las partculas del agregado, permitiendo la movilidad de la mezcla. En este aspecto tambin colabora el agregado fino (arena).La arena debe estar presente en una cantidad mnima que permita una buena trabajabilidad y brinde cohesin a la mezcla. Pero no debe estar en exceso porque perjudicar las resistencias.

Se debe optimizar la proporcin de cada material de forma tal que se logren las propiedades deseadas al mismo costo.

Los agregados de calidad deben cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieril optimo: deben consistir en partculas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos qumicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y otros materiales finos que pudieran afectar la hidratacin y la adherencia la mezcla del cemento.Parmetros de Resistencia del ConcretoLa resistencia a compresin del concreto vara segn los siguientes parmetros: La relacin agua-cemento (a/c): Tiene influencia sobre la resistencia, la durabilidad, as como los coeficientes de retraccin y de fluencia. Tambin determina la estructura interna de la pasta de cemento endurecida. La relacin agua / cemento crece cuando aumenta la cantidad de agua y decrece cuando aumenta el contenido de cemento. En todos los casos, cuanto ms baja es la relacin agua / cemento tanto ms favorables son las propiedades de la pasta de cemento endurecida. Tamao mximo del agregado: El tamao del agregado a elegir para el diseo de una mezcla de concreto se basar en el tamao y forma del elemento de concreto. Condiciones de humedad durante el curado: El curado es el mantenimiento de un adecuado contenido de humedad y temperatura en el concreto a edades tempranas, de manera que ste pueda desarrollar las propiedades para las cuales fue diseada la mezcla. El curado comienza inmediatamente despus del vaciado y el acabado, de manera que el concreto pueda desarrollar la resistencia y la durabilidad deseada. Sin un adecuado suministro de humedad, los materiales cementantes en el concreto, no pueden reaccionar para formar un producto de calidad. Edad del concreto: El tiempo de curado del concreto es fundamental para garantizar que se eviten problemas en la resistencia proyectada del concreto, el tiempo ptimo est considerado en 28 das. Cantidad aditivo: El porcentaje de aditivo a agregar a la mezcla ser relativo.

Un ensayo de resistencia debe ser el resultado del promedio de resistencia de 2 cilindros tomados de una misma mezcla y ensayados a los 28 das, el nivel de resistencia para cada clase de concreto se considera satisfactorio si cumple simultneamente los siguientes requisitos:a) Que los promedios aritmticos de todo los conjuntos de tres resultados consecutivos de ensayos de resistencia a la compresin, igualen o excedan el valor especificado para F`c (esfuerzo de diseo).b) Que ningn resultado individual de las pruebas de resistencia a la compresin (promedio de al menos dos cilindros), sea inferior a F`c en ms de 3,5 MPa.6.3. Marco Conceptual: Proceso de produccin del acero laminado en frio: Los perfiles laminados en fro se producen mediante un proceso de formacin gradual. A partir de alambrn, con un dimetro mximo de 25 mm, el acero es laminado en fro, pasando por varias jaulas. Este proceso se repite varias veces, y despus de cada paso el material debe ser solubilizado para que sea lo hacer frente a una nueva ronda de laminacin. El laminado en fro es un proceso de fabricacin muy eficiente especialmente desarrollado para las secciones de pequeas dimensiones. El laminado en fro tiene considerables ventajas en comparacin con el laminado en caliente: excelente acabado superficial, tolerancias ajustadas y la posibilidad de fabricar lotes de produccin muy pequeos (250 kg). Adems, el laminado en fro permite cambiar las propiedades mecnicas del material y produce tiles combinaciones determinadas de dureza, resistencia, rigidez y ductilidad. Todo ello se completa con selectivos procesos de recocido.

El laminado es un proceso de deformacin volumtrica en el que se reduce el espesor inicial del material trabajado mediante las fuerzas de compresin que ejercen dos rodillos sobre la pieza/material de trabajo. Los rodillos giran en sentidos opuestos para que fluya el material entre ellos, ejerciendo fuerzas de compresin al pasar entre ellos y de cizallamiento originadas por el rozamiento que se produce entre los rodillos y el metal. Los procesos de laminado requieren gran inversin de capital, debido a ello los molinos de laminado se usan para la produccin de grandes cantidades de productos estndar (lminas, placas, etc.).Los procesos de laminado se realizan, en su gran mayora, en caliente por la gran deformacin ejercida sobre el material trabajado. Adems, los materiales laminados en caliente tienen propiedades isotrpicas y carecen de tensiones residuales. Los principales inconvenientes que presenta el laminado en caliente son que el producto no puede mantenerse dentro de tolerancias adecuadas, y que la superficie de la pieza queda cubierta por una capa de xido caracterstica Dosificacin de mezclas de concreto: Dosificar una mezcla de concreto es determinar la combinacin ms prctica y econmica de los agregados disponibles, cemento, agua y en ciertos casos aditivos, con el fin de producir una mezcla con el grado requerido de manejabilidad, que al endurecer a la velocidad apropiada adquiera las caractersticas de resistencia y durabilidad necesarias para el tipo de construccin en que se habr de emplear.Para encontrar las proporciones ms apropiadas, ser necesario preparar varias mezclas de prueba, las cuales se calcularn tomando como base las propiedades de los materiales y la aplicacin de leyes o principios bsicos establecidos. Los datos bsicos para la dosificacin son los siguientes: Caractersticas de los materiales disponibles (partiendo de una buena calidad, deben cumplir especificaciones de normas NTC), basados en ensayos de laboratorio (normas NTC):-Cemento: Densidad, Masa unitaria suelta- Agua: Densidad.- Agregados: Anlisis granulomtricos de los agregados incluyendo el clculo del mdulo de finura, tamao mximo nominal (segn el rido), densidad aparente seca y porcentaje de absorcin de los agregados, porcentaje de humedad de los agregados, masas unitarias sueltas. - Aditivos: Densidad, caractersticas geomtricas 6.4. Marco de localizacin: Esta investigacin se desarrollar en la ciudad de Pereira, departamento de Risaralda, por ser una zona de alto riesgo ssmico. Acero laminado en frio Cemento: este material se obtendr de la empresa Cementos Argos localizada en el Km 2 Va Panamericana. El cemento a utilizar es el Portland tipo 1 Agregados: este material se obtendr de la cantera de Combia ubicada en el Kilmetro 3 Va Pereira - Marsella.6.5. Marco Temporal: La investigacin ser realizada en el ao 20156.6. Marco Legal: La investigacin est apoyada en las siguientes normas: La resistencia para el concreto estructural, as como sus dems parmetros requeridos en Colombia se encuentran estipulados en el Reglamento Colombiano de Construccin Sismo Resistente (NSR-10) EL procedimiento a seguir en la elaboracin de mezclas y toma de muestras para la realizacin de cilindros de concreto est estipulado en la norma Icontec N 550. Las especificaciones acerca de la realizacin del ensayo de compresin para concretos se encuentran en la norma Icontec N 673. Las especificaciones para la realizacin de los ensayos correspondientes a materiales se encuentran en la norma STC-CMT.2.1.7. MATERIALES Y METODOLOGA:7.1 MATERIALES: Acero laminado en frio: es un material plstico celular denominado poliestireno expandible. La base de este material es el estireno, un lquido cuyas molculas se polimerizan, junto con agua y un agente de expansin, dando lugar a las perlas de poliestireno. Luego se moldea mediante un proceso que lo somete nuevamente a calor, inflando y soldando las perlas entre s. As se obtienen las espumas rgidas o bloques, o bien piezas de diferentes formas y tamaos. De esta manera se fabrican envases, piezas de embalaje, y muchos productos ms. Cemento: El cemento es el material de construccin muy utilizado en el mundo. Aporta propiedades tiles y deseables, tales como resistencia a la compresin (el material de construccin con la mayor resistencia por costo unitario), durabilidad, hidrulicas, acsticas y esttica para una diversidad de aplicaciones de construccin. El cemento es un polvo fino que se obtiene de la calcinacin a 1,450C de una mezcla de piedra caliza, arcilla y mineral de hierro. El producto del proceso de calcinacin es el clinker, principal ingrediente del cemento, que se muele finamente con yeso y otros aditivos qumicos para producir cemento. Agregados: Los agregados pueden ser naturales o artificiales, siendo los naturales de uso frecuente, adems los agregados utilizados en el concreto se pueden clasificar en: agregado grueso y fino. El agregado fino, se define como aquel que pasa el tamiz 3/8" y queda retenido en la malla N 200, el ms usual es la arena producto resultante de la desintegracin de las rocas. El agregado grueso, es aquel que queda retenido en el tamiz N4 y proviene de la desintegracin de las rocas; puede a su vez clasificarse en piedra chancada y grava.7.2 METODOLOGA:1. Muestreo de los agregados: Primero se extrae la muestra del material, se busca que la muestra sea representativa de todo el material a utilizar para la elaboracin del concreto.2. Se procede con el secado, cuarteo y disgregado del material por lo que la muestra de arena y grava se dejan sobre una superficie plana extendidos sobre el suelo para que pierdan la humedad, de ser necesario usar horno. Una vez seca se revuelve la mezcla para homogeneizarla. Se separan porciones equitativas del material en cuartas partes, se busca que un cuarteo sea una representacin compacta de las caractersticas de toda la muestra. 3. Caracterizacin de los agregados (Arenas y gravas): Por medio de los siguientes ensayos se proceder a la caracterizacin de los materiales a emplear Anlisis granulomtrico: En esta prueba se pasa el material por las mallas correspondientes, se registran los datos de los retenidos en cada malla y se procede a determinar el mdulo de finura del material. Esta prueba permite determinar la composicin por tamaos de las partculas que integran los materiales. Peso unitario o volumtrico: Estas pruebas permiten determinar las masas volumtricas de los materiales, es decir las relaciones masa-volumen en diferentes estados o condiciones de acomodo, ya sean naturales o artificiales, as como coeficientes de variacin volumtrica. Procedimiento en normativa SCT M.MMP.1.08/03. Humedad Natural: Esta prueba permite determinar el contenido de agua en los materiales, con el fin de obtener una idea cualitativa de su consistencia o de su probable comportamiento. La prueba consiste en secar una muestra del material en el horno y determinar el porcentaje de la masa del agua, con relacin a la masa de los slidos. Masa especfica arena (densidad) y absorcin de agua: Estas pruebas permiten determinar las relaciones masa-volumen de los materiales respecto a la relacin masa volumen del agua, as como la absorcin de los materiales y se utilizan para calcular los volmenes ocupados por el material o mezcla de materiales en sus diferentes condiciones de contenidos de agua y el cambio de masa del material debido a la entrada de agua en poros. Procedimiento en la norma SCT M-MMP-1-05/03.4. Diseo de la mezcla: En segunda instancia se procede al diseo de la mezcla que consiste en determinar la combinacin ms prctica y econmica de los materiales que ya fueron analizados, para producir un concreto que satisfaga los requisitos estipulados.4.1 Tamao mximo del agregado: El tamao mximo del agregado a elegir para el diseo de una mezcla de concreto se basar en el tamao y forma de los elementos de concreto. 4.2 Asentamiento

4.3 El contenido de agua: Depende del tipo de revenimiento que se desea proporcionar adems del tipo de agregado y los aditivos a incluir.4.4 Contenido de cemento: El contenido de cemento depende de la relacin contenido de agua necesaria para proporcionar la resistencia buscada.4.5 Contenido de grava y arena: Se estima con relacin del tipo de agregado a emplear y el tamao mximo de estos.5. Elaboracin de especmenes y pruebas de compresin simple: Se realiza para el control de las caractersticas de diseo a travs del ensayo de compresin aplicado a cilindros hechos con las mezclas en una proporcin de 1:2. Despus del colado de los cilindros estos son desmoldados despus de 24 horas, pesados y puestos en proceso de curado siendo sumergidos en agua hasta que estos alcanzan la edad para ser ensayados.7.2.1. Tipo de investigacin.El proyecto que se est desarrollando se basa en un modelo de investigacin experimental debido a que es necesario realizar las pruebas de resistencia de las mezclas a analizar y descriptiva por la confrontacin de los resultados obtenidos con la normatividad vigente.7.2.2 Diseo de experimentos: Los factores de estudio para la investigacin sern el porcentaje de acero laminado en frio utilizado como aditivo y la resistencia del concreto a utilizar.Para cada tratamiento definido Acero/Resistencia se realizaran tres ensayos de flexin sobre el concreto y nueve ensayos de compresin, siendo requeridas tres probetas para cada momento de curado en la prueba de compresin (7dias, 14 das, 28 das).Para determinar la magnitud de los factores a estudiar, as como la cantidad de estos se realizara una prueba piloto utilizando porcentaje de acero en relacin al volumen de mezcla de 5% y 10% sobre una mezcla de concreto de resistencia media (300 Kg/cm2).Las pruebas de concreto de ambos tratamiento se realizaran a los 7 das de curado, para as definir los porcentajes de acero que seran factibles de utilizar, de igual manera se definir la cantidad de tratamientos, a los que se aplicara el anlisis completo.

7.2.3 Poblacin de estudio y muestra Variables del estudio: Resistencia concreto: esta variable es medida a travs del ensayo de compresin de concreto, el parmetro obtenido se da en medidas de Psi y/o Kg/cm.7.2.4 Recoleccin de la Informacin: Fuentes primarias: Las fuentes primarias se encuentran conformadas por los ensayos de laboratorio que se realizaran en las instalaciones de la Universidad Libre seccional Pereira, dichos ensayos se realizaran bajo las normas STC-CMT.2.1, que servirn para establecer los datos de la resistencia y propiedades fsicas de las mezclas de concreto aligerado con acero de alta densidad.

Fuentes secundarias: Las fuentes secundarias para el desarrollo de la investigacin consta de: libros, bases de datos de investigaciones relacionadas con el tema del proyecto, pginas de internet, entre otros.8. AVANCEVERIFICACION DE LAS ESPECIFICACIONES GRANULOMETRICAS:

AGREGADO FINO: MUS: 1,480 Kg/m3

MUC: 1,602 Kg/m3

Densidad aparente: 2,53 g/cm3 Absorcin: 1,2%

W: 9%AGREGADO GRUESO: MUS: 1,537 Kg/m3

MUC: 1,731 Kg/m3 Densidad aparente: 2,42 g/cm3 Absorcin: 2,3 %

W: 4,5 % ELECCION DEL TAMAO MAXIMO NOMINAL:TMN= 1,27cm CONTENIDO DE AIRE:Cero es el contenido de aire, ya que no se tendr en cuenta. ELECCION DE LA CANTIDAD DE AGUA DE MEZCLADO:Resistencia = 250 Kg/cm2 Relacin (A/C) = 0.44(a/c) ELECCION DE AGUA/CEMENTO(A/C): CALCULO DE CEMENTO:C=a/(a/c) C=215/0.44

C= 488 Kg/m3

C=488 cm3

Vcemento=0,157 Wcemento= 10.17 Kg

GRANULOMETRIA:

Figura 1. Curva granulomtrica Fuente: Autores

D10=0.39

D30=1.03

D60=1.45

Probeta #1Pesorea transversal mm2

13.55 kg0.1767

Mdulo de finura = 4.51 ESTIMACION DEL CONTENIDO DE AGREGADO GRUESO:bo= MUC/dgrava = (1,731 Kg/m3 /2,420 Kg/m3) bo= 0.715

Densidad grava= 2,420 Kg/m3 De tal maner que:

B=0.38

VOLUMEN DE PROBETA:Vprobeta= 5301.43 cm3

Volumen de 3 probetas= 21205 cm3 V=1-0,215-0,157-0,38

Varena= 0,248

CONTENIDO DE ARENA:Warena= 13, 29 Kg

Wgrava= 19.48 Kg CONTENIDO DE GRAVA:Resultados obtenidos en la maquina universal de ensayos:Resistencia a la compresin en unidades MPa y KN A continuacin se procede a dar los resultados obtenidos experimentalmente de esfuerzo mximo y fuerza mxima en la probeta #2:Probeta #2MPaFuerza max KN

4.7984.86

Figura 2. probeta #1 7 dias Fuente: Autor

8.1. ANEXOS FOTOGRAFICOS:

Figura 5. Mezclado de los materiales para el concreto Fuente: autores

Figura 6. Vibracin manual de la mezcla de concreto Fuente: autores

Figura 7. Asentamiento del concreto Fuente: autores

Figura 8. Elaboracin de la probeta Fuente: autores

Figura 9. Introduccin de la probeta a la maquina de ensayos Fuente:autores

Figura 10. Obtencin de datos de la probeta Fuente:autores Figura 11. Grafica esfuerzo vs deformacin de la maquina Fuente:autores

Figura 12. Simulacin en ETABS8.2. CONCLUSIONES

Para realizar una prueba de ensayo a compresin a un suelo o un concreto basta con realizrselo a una muestra a pequea escala y aunque el rea sea menor los resultados de su resistencia sern los mismos. Se pudo concluir que no todos los materiales presentan la misma resistencia, esto nos indica que si un material tiene gran resistencia a la compresin es posible que tenga una baja resistencia a la tensin y viceversa, es por esto que es de vital importancia conocer las caractersticas de cada uno de los materiales al momento de ejecutar cualquier proyecto para as evitar cualquier tipo de problemas que se puedan presentar debido a la falta de conocimiento del comportamiento de ellos.

El proceso de ensayar la resistencia a la compresin de un material debe ser visto como un suceso que pone en evidencia el proceso al que esta ligado un material en una obra en la cual estos puedan ser puestos a prueba.

Un proceso de fcil manejo con el cual podremos seguir haciendo pruebas para analizar nuevas mezclas de concreto, para saber si cumplen con la norma para ser utilizadas en obras civiles.

9. PRESUPUESTOEl presupuesto tentativo para llevar a cabo la investigacin se especifica en las siguientes tablas.LABORATORIOS

CONCEPTOPRECIO

Agregados

Anlisis por tamizado $ 59,600.00

Densidad y absorcin del agregado grueso $ 57,800.00

Masa unitaria y los vacos entre partculas $ 35,400.00

Concreto

Dosificacin de mezclas con 3 agregados $ 882,900.00

Resistencia a la compresin de especmenes cilndricos $ 10,200.00

Total $ 1,045,900.00

Tabla 1 Presupuesto laboratorio. INVESTIGACION

CONCEPTOPRECIO/HORACANTIDADPRECIO

Asesores

Adn Silvestre Gutirrez $ 60,000.00 5 Mensual $ 1,200,000.00

Investigadores

PRECIO

Transporte $ 136,000.00

Insumos de Oficina $ 1,500,000.00

Total $ 2,836,000.00

Tabla 2 Presupuesto investigacin.10. RESULTADOS ESPERADOS E INDICADORESCon esta investigacin se espera hallar un diseo para mezcla de concreto aligerado mediante la adicin de acero laminado en frio (cold) de alta densidad que brinde resultados favorables respecto a la resistencia, cumpliendo as con los requerimientos para concreto estructural estipulados en la norma de construcciones sismo resistentes vigente en Colombia (NSR-10).BIBLIOGRAFA CEPAL Sede Mxico, el terremoto de enero de 1999 en Colombia: Impacto socioeconmico del desastre en la zona del Eje Cafetero, 1999. Recuperado de:

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