T Espe 048972

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LATIERRA Y LA
CONSTRUCCIÓN
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
TESIS PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO EN

INGENIERÍA CIVIL
TEMA: "EVALUACIÓN DEL USO DE ESCORIAS DE ACERO EN

LA PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN"
AUTORES: CUÁSQUER GONZÁLEZ, CARMEN JACQUELINE
ALTAMIRANO PROAÑO, SANTIAGO IVÁN
DIRECTOR: ING. DURÁN, RICARDO
CODIRECTOR: ING. BONIFAZ, HUGO Msc.
SANGOLQUÍ
2015
i
CERTIFICACIÓN
ii
AUTORÍA DE RESPONSABILIDAD
iii
AUTORIZACIÓN
iv
DEDICATORIA
Este proyecto está dedicado a Dios y a mis padres Amelia González y Vicente
Cuásquer; recíbanlo como un humilde homenaje por ser mi fuerza y mi gana de
salir adelante.
También dedico este trabajo a mi tía Concepción González en agradecimiento
de su apoyo como si fuera mi segunda madre.
Jacqueline Cuásquer
v
DEDICATORIA
A Dios por haberme permitido llegar hasta este punto y darme salud para lograr
mis objetivos.
A mis padres Luis Altamirano y Digna Proaño por ser el pilar fundamental en
todo lo que soy, al guiarme en mi educación académica, como de la vida.
A mi Amada esposa Estefanía por ser el complemento ideal en mi vida y por su
apoyo absoluto para lograr esta gran meta.
A mi Querido hijo Jeremy Santiago por ser mi inspiración de lucha para llegar a
culminar este gran logro que he alcanzado.
A mis hermanos, Galo y Luis, por estar conmigo y apoyarme siempre.
A mis sobrinos, para que vean en mí un ejemplo a seguir.
Todo este trabajo ha sido posible gracias a ellos.
Santiago Altamirano
vi
AGRADECIMIENTO
Agradezco en primer lugar a Dios por darme la fortaleza y sabiduría para estar
donde estoy, por bendecirme y cuidar siempre de mi persona. Sin Él nada de
esto hubiese sucedido.
Agradezco a mi madre, Amelia González por ser mi fuente de inspiración, mi
razón de vivir, el ejemplo de una dama en todo el sentido de la palabra. Gracias
madre por ser mi apoyo incondicional de hoy, de siempre y del transcurso de
elaboración de este proyecto. Eres el regalo de Dios que nunca alcanzaré a
agradecer.
Gracias a mi padre Vicente Cuásquer por guiarme por el camino del bien,
enseñarme a ser fuerte, valiente e independiente.
A los ingenieros Ricardo Durán y Fabián Bonifaz por ilustrarme y formarme
como profesional.
Gracias al Señor Luis Altamirano por el gran apoyo en esta elaboración de
tesis.
A los ingenieros Natalia Bermeo y Juan Haro por su ayuda, por ser el ejemplo
de ayuda al prójimo sin esperar nada a cambio y por su amistad.
Jacqueline Cuásquer
vii
AGRADECIMIENTO
Me gustaría agradecer a Dios por derramar bendiciones y llenarme de sabiduría para
lograr este sueño tan anhelado.
Agradezco a mi querido padre Luis; quien con su experiencia y conocimientos supo
guiarme por un buen camino, de esta manera alcanzar este gran logro, este gran
sueño, ahora hecho realidad, Gracias padre.
Agradezco a mi madre Digna; quien con su amor, consejos siempre me supo sacar
adelante y me enseña a luchar por la vida cada día. Gracias Madre
Agradezco a mí amada esposa Estefanía, a mi querido hijo Jeremy por dame su apoyo
incondicional y ser mi inspiración para salir juntos adelante.
Agradezco a mi compañera de tesis Jacqueline Cuásquer por su dedicación y amistad
para llevar a cabo esta investigación y culminarla satisfactoriamente.
De igual manera agradecer a mis profesores de Investigación y de Tesis de Grado, Ing.
Ricardo Duran e Ing. Hugo Bonifaz por su visión crítica de muchos aspectos cotidianos
de la vida, por su rectitud en su profesión como docente, por sus consejos, que ayudan
a formarte como persona e investigador.
Agradezco al Ing. Juan Haro por su paciencia y bondad para ayudarnos de principio a
fin en esta investigación.
Son muchas las personas que han formado parte de mi vida a las que me encantaría
agradecerles su amistad, consejos, apoyo, ánimo y compañía en los momentos más
difíciles de mi vida. Algunas están aquí conmigo y otras en mis recuerdos y en mi
corazón, sin importar en donde estén quiero darles las gracias por formar parte de mí.
Santiago Altamirano
viii
ÍNDICE
CERTIFICACIÓN ................................................................................................. i
AUTORÍA DE RESPONSABILIDAD .................................................................... i
AUTORIZACIÓN ................................................................................................ iii
DEDICATORIA .................................................................................................. iv
AGRADECIMIENTO .......................................................................................... vi
AGRADECIMIENTO ......................................................................................... vii
RESUMEN ...................................................................................................... xxvi
ABSTRACT .................................................................................................... xxvii
CAPÍTULO 1 ....................................................................................................... 1
GENERALIDADES ............................................................................................. 1
1.1 Introducción. .......................................................................................... 1
1.2 Metodología. .......................................................................................... 2
1.3 Estado del arte. ...................................................................................... 3
1.4 Objetivos. ............................................................................................... 6
1.4.1 Objetivo General. ............................................................................ 6
1.4.2 Objetivos Específicos. ..................................................................... 6
CAPÍTULO 2 ....................................................................................................... 8
ix
ESCORIAS DE ACERO. ..................................................................................... 8
2.1 Definición de escoria de acero. .............................................................. 8
2.2 Proceso de obtención de las escorias de acero. ................................... 9
2.3 Características físicas de la escoria de acero. ..................................... 14
2.3.1 Forma, Textura y Color. ................................................................ 15
2.3.1.1 Forma ..................................................................................... 15
2.3.1.2 Textura. .................................................................................. 17
2.3.1.3 Color. ...................................................................................... 19
2.3.1.4 Equipo. ................................................................................... 20
2.3.1.5 Materiales. .............................................................................. 21
2.3.1.6 Procedimiento. ........................................................................ 21
2.3.1.7 Resultados. ............................................................................. 21
2.4 Características químicas...................................................................... 22
2.5 Características mineralógicas de la escoria de acero. ......................... 24
2.5.1 Descripción del ensayo Difracción de Rayos X ............................. 25
2.5.2 Granulometría de la escoria de acero. ASTM C 136. .................... 29
2.5.2.1 Equipo. ................................................................................... 29
2.5.2.2 Materiales. .............................................................................. 29
2.5.2.3 Procedimiento. ........................................................................ 30

x
2.5.2.4 Resultados. ............................................................................. 32
2.5.3 Peso específico y absorción de la escoria de acero. ASTM C
128……...................................................................................................... 33
2.5.3.1 Equipo. ................................................................................... 33
2.5.3.2 Materiales. .............................................................................. 34
2.5.3.3 Procedimiento. ........................................................................ 34
2.5.3.4 Resultados. ............................................................................. 35
2.5.4 Densidad suelta y compactada de la escoria de acero. ASTM C
29……… .................................................................................................... 35
2.5.4.1 Equipo. ................................................................................... 36
2.5.4.2 Materiales. .............................................................................. 37
2.5.4.3 Procedimiento. ........................................................................ 37
2.5.4.4 Resultados. ............................................................................. 38
2.5.5 Contenido de humedad en el agregado por secado de la escoria
de acero. ASTM C 566. ............................................................................. 39
2.5.5.1 Equipo. ................................................................................... 39
2.5.5.2 Materiales. .............................................................................. 40
2.5.5.3 Procedimiento. ........................................................................ 41
2.5.5.4 Resultados. ............................................................................. 42
CAPÍTULO 3 ..................................................................................................... 44
xi
ENSAYOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES. ............... 44
3.1 Caracterización del cemento portland.................................................. 44
3.1.1 Determinación de la densidad del cemento. ASTM C 188. ........... 44
3.1.1.1 Equipo. ................................................................................... 44
3.1.1.2 Materiales. .............................................................................. 45
3.1.1.3 Procedimiento. ........................................................................ 46
3.1.1.4 Resultados. ............................................................................. 47
3.1.2 Determinación de la consistencia normal del cemento hidráulico.
Método Vicat. ASTM C 187. ...................................................................... 48
3.1.2.1 Equipo. ................................................................................... 48
3.1.2.2 Materiales. .............................................................................. 49
3.1.2.3 Procedimiento. ........................................................................ 50
3.1.2.4 Resultados. ............................................................................. 52
3.1.3 Determinación del tiempo de fraguado del cemento hidráulico.
Método Vicat. ASTM C 191. ...................................................................... 53
3.1.3.1 Equipo .................................................................................... 53
3.1.3.2 Materiales. .............................................................................. 54
3.1.3.3 Procedimiento. ........................................................................ 55
3.1.3.4 Resultados. ............................................................................. 57

xii
3.2 Características de los agregados naturales. ........................................ 58
3.2.1 Análisis granulométrico por tamizado. ASTM C 136. .................... 59
3.2.1.1 Granulometría del agregado grueso. ...................................... 59
3.2.1.2 Estabilización granulométrica del agregado grueso. .............. 61
3.2.1.3 Granulometría del agregado fino. ........................................... 68
3.2.1.4 Estabilización granulometría de la escoria de acero. .............. 71
3.2.1.5 Combinaciones de agregado fino y escoria de acero. ............ 72
3.2.2 Gravedad específica y absorción del agregado fino, grueso y
escoria de acero. ASTM C 127 y ASTM C 128. ......................................... 78
3.2.3 Densidad suelta y compactada de agregado fino, grueso y
escoria de acero. ASTM C 29. ................................................................... 80
3.2.4 Contenido de humedad en el agregado fino, grueso y escoria de
acero por secado. ASTM C 566................................................................. 81
3.2.5 Determinación del valor de la degradación del árido grueso
mediante el uso de la Máquina de los Ángeles. ASTM C 131. .................. 82
3.2.5.1 Equipo. ................................................................................... 83
3.2.5.2 Materiales. .............................................................................. 84
3.2.5.3 Procedimiento. ........................................................................ 85
3.2.5.4 Resultados. ............................................................................. 86
3.3 Resumen de caracterización de agregado grueso, fino y siderúrgico. 87

xiii
CAPÍTULO 4 ..................................................................................................... 89
DISEÑO DE DOSIFICACIÓN Y DISEÑO EXPERIMENTAL PARA HORMIGÓN
HIDRÁULICO CONVENCIONAL Y HORMIGÓN HIDRÁULICO CON ESCORIA
DE ACERO. ...................................................................................................... 89
4.1 Hormigón hidráulico convencional con materiales estándares: arena,
grava, cemento y agua. ................................................................................. 95
4.2 Hormigón hidráulico con escoria: escoria de acero, grava, cemento y
agua… ........................................................................................................... 99
4.3 Hormigón hidráulico con escoria y aditivo: escoria de acero, grava,
cemento, agua y aditivo. ............................................................................. 101
4.4 Ensayos del hormigón hidráulico en estado fresco. ........................... 103
4.4.1 Muestreo del concreto recién mezclado, ASTM C172. ............... 103
4.4.1.1 Muestreo ............................................................................... 103
4.4.1.2 Procedimiento ....................................................................... 104
4.4.1.3 Resultados. ........................................................................... 105
4.4.2 Temperatura del concreto con cemento portland recién mezclado,
ASTM C 1064. ......................................................................................... 106
4.4.2.1 Equipo. ................................................................................. 107
4.4.2.2 Muestreo del concreto. ......................................................... 108
4.4.2.3 Procedimiento. ...................................................................... 108

xiv
4.4.2.4 Resultados. ........................................................................... 109
4.4.3 Determinación del asentamiento del hormigón de cemento
hidráulico. ASTM C 143. .......................................................................... 110
4.4.3.1 Equipos. ................................................................................ 110
4.4.3.2 Muestreo. .............................................................................. 111
4.4.3.3 Procedimiento. ...................................................................... 111
4.4.3.4 Resultados. ........................................................................... 114
4.4.4 Elaboración y curado en obra de especímenes para ensayo.
ASTM C31…… ........................................................................................ 115
4.4.4.1 Equipos. ................................................................................ 115
4.4.4.2 Muestreo del hormigón. ........................................................ 117
4.4.4.3 Procedimiento. ...................................................................... 117
4.4.4.4 Curado. ................................................................................. 123
4.5 Ensayos del hormigón en su estado de endurecimiento.................... 124
4.5.1 Determinación de la resistencia a la compresión de especímenes
cilíndricos de hormigón de cemento hidráulico. ASTM C 39.................... 124
4.5.1.1 Equipos. ................................................................................ 125
4.5.1.2 Especímenes. ....................................................................... 125
4.5.1.3 Procedimiento. ...................................................................... 125
4.5.1.4 Resultados. ........................................................................... 128

xv
4.5.2 Determinación del módulo de elasticidad del concreto en
compresión. ASTM C 469. ...................................................................... 132
4.5.2.1 Equipo. ................................................................................. 133
4.5.2.2 Especímenes de ensayo. ..................................................... 134
4.5.2.3 Procedimiento. ...................................................................... 134
4.5.2.4 Resultados. ........................................................................... 136
4.5.3 Determinación de la resistencia a la flexión del hormigón
(utilizando una viga simple con carga en los tercios). ASTM C 78. ......... 141
4.5.3.1 Equipo. ................................................................................. 141
4.5.3.2 Especímenes de ensayo. ..................................................... 141
4.5.3.3 Procedimiento. ...................................................................... 142
4.5.3.4 Resultados. ........................................................................... 144
4.5.4 Determinación de la resistencia a la tracción indirecta. ASTM
C496…..................................................................................................... 148
4.5.4.1 Equipos y materiales. ........................................................... 148
4.5.4.2 Procedimiento. ...................................................................... 149
4.5.4.3 Resultados. ........................................................................... 151
4.5.5 Análisis del hormigón producido con respecto a la Norma
Ecuatoriana de la construcción vigente (NEC-11). .................................. 152
CAPÍTULO 5 ................................................................................................... 153

xvi
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. ................................................. 153
5.1 Conclusiones. .................................................................................... 153
5.2 Recomendaciones. ............................................................................ 154
5.3 Bibliografía. ........................................................................................ 156

xvii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Clasificación de las partículas según su forma. .................................. 15
Tabla 2. Clasificación de la textura superficial de los agregados. ..................... 18
Tabla 3. Límites de descarga al sistema de alcantarillado público. .................. 24
Tabla 4. Tamaño de la muestra para ensayo del árido grueso ......................... 29
Tabla 5. Tamaño de la muestra de agregados. ................................................ 41
Tabla 6. Requisitos para el aparato Vicat. ........................................................ 48
Tabla 7. Especificaciones de carga. ................................................................. 84
Tabla 8. Gradación de las muestras de ensayo. ............................................... 85
Tabla 9. Secuencia de pasos para la dosificación de mezclas. ........................ 90
Tabla 10. Valores de asentamiento recomendados para diversas clases de
construcción. ..................................................................................................... 91
Tabla 11. Contenido aproximado de aire en el concreto para varios grados de
exposición. ........................................................................................................ 92
Tabla 12. Requerimientos aproximados de agua de mezclado y contenido de
aire para diferentes asentamientos y TMN del agregado. ................................ 94
Tabla 13. Relación entre la resistencia a la compresión y algunos valores
de la relación a/c. .............................................................................................. 94
Tabla 14. Volumen de gravilla por unidad de volumen de concreto.................. 95
Tabla 15. Requisitos para el diámetro de la varilla de compactación ............. 116
Tabla 16. Requisitos para determinar el método de compactación. ............... 118

xviii
Tabla 17. Requisitos para el moldeo mediante varillado. ................................ 119
Tabla 18. Tolerancia de tempo admisible para el ensayo de especímenes. ... 126
xix
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro 1. Test TCLP de la escoria de acero. ................................................... 23
Cuadro 2. Porcentajes de las aleaciones presentes en la escoria de acero. .... 27
Cuadro 3. Ensayo ASTM C 136 de la escoria de acero.................................... 32
Cuadro 4. Ensayo de peso específico y absorción de la escoria siderúrgica. .. 35
Cuadro 5. Ensayo ASTM C 29 de la escoria de acero. ..................................... 38
Cuadro 6. Resumen de caracterización escoria de acero directa. .................... 43
Cuadro 7. Resultados de la densidad del cemento........................................... 47
Cuadro 8. Determinación de la consistencia normal del cemento. ................... 52
Cuadro 9. Tiempos de fraguado del cemento. .................................................. 57
Cuadro 10. Granulometría agregado grueso, muestra 1. ................................. 59
Cuadro 11. Granulometría agregado grueso, muestra 2. ................................. 60
Cuadro 12. Granulometría de la primera combinación 20% de 3/4" y 80% de
1/2". .................................................................................................................. 66
Cuadro 13. Granulometría de la segunda combinación 30% de 3/4" y 70% de
1/2". .................................................................................................................. 67
Cuadro 14. Granulometría del agregado fino, muestra 1. ................................. 68
Cuadro 15. Granulometría del agregado fino, muestra 2. ................................. 70
Cuadro 16. Granulometría de la escoria de acero, muestra 2. ......................... 71
Cuadro 17. Granulometría de 10% de escoria de acero y 90% de agregado
fino. ................................................................................................................... 73
xx
fino. ................................................................................................................... 74
fino. ................................................................................................................... 75
Cuadro 20. Gravedad específica y absorción del agregado fino. ..................... 78
Cuadro 21. Gravedad específica y absorción del agregado grueso. ................ 79
Cuadro 22. Gravedad específica y absorción de la escoria siderúrgica. .......... 79
Cuadro 23. Ensayo ASTM C 29 del agregado fino. .......................................... 80
Cuadro 24. Ensayo ASTM C 29 del agregado grueso. ..................................... 80
Cuadro 25. Ensayo ASTM C 29 de la escoria de acero.................................... 81
Cuadro 26. Ensayo ASTM C 566 del agregado fino. ........................................ 81
Cuadro 27. Ensayo ASTM C 566 del agregado grueso. ................................... 82
Cuadro 28. Ensayo ASTM C 566 de la escoria de acero. ................................. 82
Cuadro 29. Resultado de gradación del árido grueso. ...................................... 86
Cuadro 30. Resumen de caracterización de agregados. .................................. 87
Cuadro 31. Dosificación de hormigón hidráulico convencional fć = 210
kg/cm2. .............................................................................................................. 97
Cuadro 32. Dosificación de hormigón hidráulico con escoria de acero de 210
Kg/cm². ........................................................................................................... 100
Cuadro 33. Resumen de materiales de dosificación de hormigón con
escoria de acero y aditivo. .............................................................................. 102
Cuadro 34. Acta de muestreo de hormigón convencional. ............................. 105

xxi
Cuadro 35. Acta de muestreo de hormigón con escoria de acero. ................. 106
Cuadro 36. Acta de muestreo de hormigón con escoria de acero y aditivo. ... 106
Cuadro 37. Resultados del ensayo de temperatura del concreto recién
mezclado. ....................................................................................................... 109
Cuadro 38. Resultados del ensayo de asentamiento del concreto recién
mezclado. ....................................................................................................... 114
Cuadro 39. Resultados de la resistencia a la comprensión del H.C, H.E,
H.E.A a los 4 días (curado rápido). ................................................................. 128
Cuadro 40. Resultados de la resistencia a la compresión del H.C, H.E,
H.E.A a los 7 días. .......................................................................................... 129
H.E.A a los 14 días. ........................................................................................ 130
H.E.A a los 28 días. ........................................................................................ 131
Cuadro 43. Resultado del módulo de elasticidad del hormigón hidráulico
convencional. .................................................................................................. 136
Cuadro 44. Resultado del módulo de elasticidad del hormigón hidráulico con
escoria de acero. ............................................................................................ 137
con escoria de acero y aditivo......................................................................... 139
Cuadro 46. Resumen de resultados del módulo de elasticidad del H.C, H.E y
H.E.A. ............................................................................................................. 140
Cuadro 47. Resultados del módulo de rotura obtenidos a los 7 días. ............. 145
xxii
Cuadro 48. Resultados del módulo de rotura obtenidos a los 14 días. ........... 146
Cuadro 49. Resultados del módulo de rotura obtenidos a los 28 días. ........... 147
Cuadro 50. Resultados de ensayo de tracción indirecta ................................. 151
Cuadro 51. Análisis del hormigón producido con respecto al NEC-11............ 152
xxiii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Escoria de acero directamente extraída de la empresa siderúrgica. ... 8
Figura 2. Ubicación geográfica de la Empresa siderúrgica. ................................ 9
Figura 3. Ingreso de la chatarra ferrosa al horno de arco eléctrico. .................. 10
Figura 4. Fundición de la chatarra ferrosa en el horno de arco eléctrico. ......... 11
Figura 5. La escoria es expulsada de la olla. .................................................... 12
Figura 6. Evacuación del acero líquido del horno de arco eléctrico. ................. 13
Figura 7. Moldeo del acero líquido en lingoteras rectangulares. ....................... 14
Figura 8. Forma del árido siderúrgico. .............................................................. 16
Figura 9. Árido siderúrgico áspero con poros y cavidades visibles. .................. 19
Figura 10. Tablas de colores Munsell. .............................................................. 20
Figura 11. Muestra de escoria de acero. .......................................................... 21
Figura 12. Definición del color de la escoria en las tablas Munsell. .................. 21
Figura 13. Difractogramas de muestras 1 y 2 ensayadas. ................................ 26
Figura 14. Equipo para ensayo ASTM C 136.................................................... 29
Figura 15. Muestra para ensayo ASTM C 136. ................................................. 30
Figura 16. Equipo para realizar el ensayo ASTM C 128. .................................. 34
Figura 17. Muestra de escoria para realizar el ensayo ASTM 128. .................. 34
Figura 18. Equipo para ensayo ASTM C 29. .................................................... 36
Figura 19. Muestra para el ensayo ASTM C 29 ................................................ 37

xxiv
Figura 21. Muestra para ensayo ASTM C 566. ................................................. 41
Figura 22. Equipo para realizar el ensayo ASTM C 188. .................................. 45
Figura 23. Materiales para ensayo ASTM C 188. ............................................. 46
Figura 25. Materiales para ensayo ASTM C 187. ............................................. 50
Figura 26. Equipo para ensayo ASTM C191. ................................................... 54
Figura 27. Método gráfico de la Road Note Laboratory. ................................... 63
Figura 28. Primera estabilidad granulométrica.................................................. 65
Figura 29. Segunda estabilidad granulométrica. ............................................... 65
Figura 30. Conjunto de curvas granulométricas de combinaciones
arena - escoria y curva granulométrica solo de escoria de acero. ................. 77
Figura 32. Muestra de agregado grueso para el ensayo de abrasión. .............. 85
Figura 33. Requerimientos de agua de mezclado............................................. 93
Figura 34. Mezclador estacionario inclinado utilizado en la fundición. ............ 105
Figura 35. Equipo y muestra para realizar el ensayo de temperatura............. 107
Figura 36. Equipo para realizar en ensayo de asentamiento. ......................... 111
Figura 37. Equipo para elaboración de especímenes: cilindros y vigas. ......... 117
Figura 38. Elaboración de especímenes para ensayo ASTM C 31................. 120
Figura 39. Elaboración de especímenes para ensayo ASTM C31. ................. 120
Figura 40. Identificación de especímenes: a- cilindros de hormigón
convencional; b- cilindros de hormigón con escoria de acero; c- cilindros de

xxv
hormigón con escoria y aditivo; d- vigas de hormigón convencional; e-
vigas de hormigón con escoria; f- vigas de hormigón con escoria y aditivo .... 122
Figura 41. Curado inicial de los especímenes: cilindros y vigas. .................... 123
Figura 42. Curado final de especímenes: cilindros y vigas. ............................ 124
Figura 43. Esquema de los modelos típicos de fractura. ................................ 127
Figura 44. Fracturas de probetas cilíndricas: a- hormigón convencional; b-
hormigón con escoria de acero; c- hormigón con escoria de acero y aditivo. . 132
Figura 45. Ensayo para determinar el módulo de elasticidad ......................... 134
Figura 46. Procedimiento para la determinación de la resistencia a la flexión. 143
Figura 47. Fractura de vigas en el tercio medio de la luz libre de las mismas. 144
Figura 48. Ensayo de tracción indirecta. ......................................................... 149

xxvi
RESUMEN
El incremento vertiginoso de materiales residuo frente a el reciclaje es

actualmente un gran contexto de investigación en el campo de la construcción,
ya que hoy por hoy reciclar es generar nuevos materiales de construcción, un
ejemplo de material reciclado es la escoria de acero proveniente de los altos
hornos de las empresas siderúrgicas, la escoria de acero en su mayoría se
almacena sin propósito alguno e incluso se deshecha en rellenos sanitarios
para evitar pérdidas del área de trabajo en las industrias del acero; entonces a
dicha escoria de acero en este proyecto se le ha tratado y ensayado como un
árido fino natural destinado a la producción de hormigón hidráulico y al efectuar
estos procedimientos ha dado excelentes resultados; no obstante también se
señala que el hormigón producido con escoria de acero sería bastante útil para
la fundición de todo tipo de cimentaciones y losas sobre piso debido a que es
1.37 veces más pesado que un agregado fino de origen natural. El hormigón
hidráulico con escoria de acero realizado en este proyecto presenta un
incremento del 33.17% en la resistencia a la compresión, 26.77% en la
resistencia a la flexión, 26.87% en el módulo de elasticidad, 39.72% en la
resistencia a la tracción; todo esto en comparación con el hormigón hidráulico
elaborado con materiales convencionales.
PALABRAS CLAVES
· ESCORIA DE ACERO
· EVALUACIÓN
· AGREGADO FINO
· HORMIGÓN HIDRÁULICO
· COMPRESIÓN SIMPLE
xxvii
ABSTRACT
The rapid increase of waste materials against recycling is currently a great

backdrop for research in the field of construction, and that today recycling is
generating new building materials, an example of recycled material is steel slag
from the blast furnaces of steel companies, steel slag is stored mostly aimless
and even undone in landfills to avoid losses workspace in the steel; then to said
steel slag in this project have been treated and tested as a natural fine
aggregate for the production of hydraulic concrete and perform these
procedures has yielded excellent results; however also it noted that the concrete
produced with steel slag would be quite useful for casting all types of
foundations and floor slabs on because it is 1.37 times heavier than a fine
aggregate of natural origin. The hydraulic concrete with steel slag performed in
this project has a 33.17% increase in compressive strength, 26.77% in the
flexural strength, 26.87% in the modulus of elasticity, 39.72% in tensile strength;
all this in comparison with the hydraulic concrete made with conventional
materials.
KEYWORDS
· STEEL SLAG
· EVALUATION
· FINE AGGREGATE
· HYDRAULIC CONCRETE
· SIMPLE COMPRESSION
1
1 CAPÍTULO 1
GENERALIDADES
1.1 Introducción.
El reciclaje es sujeto de vanguardia en el siglo XXI; el cual es un proceso que
tiene como propósito convertir los desechos en nuevos productos para prevenir
el desuso de probables materiales potencialmente útiles, reduciendo el
consumo de nueva materia prima y así favorecer a la preservación del medio
ambiente.
Para el efecto, se han ido estableciendo ciertos controles de regulación
exigidos a las industrias, como el TULAS (Texto Unificado de Legislación
Ambiental Secundaria del Ministerio de Ambiente) que es el estatuto que rige en
el Ecuador, al cual deben someterse las empresas, como son las compañías
siderúrgicas, que acumulan una gran cantidad de escoria de acero producto de
la fundición de la chatarra ferrosa para la producción de acero.
Hoy en día en las industrias siderúrgicas, se produce 30 000.00 toneladas de
acero mensuales y aproximadamente el 8% de esta producción es escoria,
es decir, se emite 2 400.00 toneladas de escoria y residuos ferrosos

2
mensuales. Esta escoria es tamizada y triturada, gran parte de la escoria fina
es vendida a las Compañías Cementeras, y las usan como puzolanas,
mismo que es un componente para la elaboración del cemento, la parte
sobrante de la escoria continua acumulándose hasta que las industrias
productoras de cemento la demanden, caso contrario la escoria de acero
debe ser depositada en rellenos sanitarios en cumplimiento de TULAS,
evitando también su acumulación y pérdida de espacio de trabajo, siendo así
las cosas las empresas siderúrgicas requieren estudios que innoven a la
escoria como un material reciclado, para usarse como material de
construcción, específicamente como elemento de hormigones para diversos
tipos de obras civiles. Por ello y dentro de las medidas de protección
ambiental se busca incluir la escoria de acero a manera de constituyente en
la producción de hormigón amigable con el medio ambiente (L. Albuja,
comunicación personal, 6 de mayo de 2014).
1.2 Metodología.
El presente proyecto de grado induce al estudio general de la escoria de
acero proveniente de los altos hornos de arco eléctrico y afino, se inicia con una
descripción del proceso de obtención de la escoria, sus características físicas,
químicas, mineralógicas y mecánicas puesto que en esta tesis a la escoria se le
da el trato como árido fino para elaboración de hormigones; también se analizan
las características del cemento portland y de los materiales convencionales de

3
producción de hormigón (arena y grava) extraídos de la ribera del río Pita; para
luego proceder con el diseño de dosificaciones.
Las dosificaciones de hormigones estándares se las realizan usando el
método ACI 211.1-91; a las proporciones de ese diseño se las adecua al
hormigón con escoria e inmediatamente después se analiza las características
del hormigón en su estado fresco, y en estado endurecido tomando
especímenes cilíndricos para determinar la resistencia a la compresión y
probetas tipo vigas para determinar la resistencia a flexión y módulo de rotura
de las diferentes dosificaciones: el hormigón convencional, que sirve de unidad
patrón, el hormigón con escoria propuesto en este proyecto y el hormigón con
escoria e inhibidor de corrosión.
Posteriormente se realiza un análisis de los resultados obtenidos tanto de los
ensayos de hormigones comunes como de los hormigones con contenido de
escorias, para definir las ventajas y desventajas que presenta y finalmente, se
efectuará un análisis del hormigón producido con respecto a la Norma
Ecuatoriana de la Construcción vigente (NEC-11).
1.3 Estado del arte.
Actualmente, uno de los principales problemas medioambientales es la
contaminación industrial, incluido el sector de la construcción, debido al
desalojo de desechos de materiales residuos, el movimiento de tierras, la

4
construcción de edificaciones nuevas y obras de infraestructura, así como los
generados por la demolición o reparación de edificaciones antiguas.
El hormigón común contiene aproximadamente un 12% de cemento y
80% de agregados en masa. Esto significa que globalmente, para hacer
el hormigón, se están consumiendo arena, grava, y roca triturada a una
velocidad de 10 a 11 billones de toneladas por año. Las operaciones de
extracción, procesado, y transporte que involucran tales cantidades de
agregados consumen a su vez, cantidades considerables de energía, y
afectan adversamente la ecología en las áreas forestadas y lechos de los
ríos (Metha, 2001).
En Norte América, Europa, y Japón, alrededor de las dos terceras partes
de los residuos de la construcción y demolición consisten de polvo de
hormigón antiguo o albañilería. Esto presenta una gran oportunidad para
la industria del hormigón de mejorar la productividad de recursos usando
agregado grueso obtenido de los residuos de la construcción y
demolición. En muchas partes del mundo, se pueden procesar arena
limpias y residuos de minería para usar como agregado fino. Reciclando
estos residuos a pesar de que algo del costo de procesamiento se está
volviendo económico, particularmente en países donde la tierra es
escasa y los costos de disposición de residuos son muy altos. Además
los depósitos vírgenes de agregados han sido ya deprimidos en muchas

5
áreas, y los agregados transportados a grandes distancias pueden ser
mucho más costosos que el uso de recursos libre o de bajo costo del
agregado local reciclado. El hormigón reciclado, en algunos casos, se
está usando como relleno de carreteras, pero está en un ciclo negativo
en el sentido que el agregado virgen continúa siendo usado para hacer
nuevo hormigón (Metha, 2001).
En el Ecuador ya es una realidad la falta de agregados duros para la
elaboración del hormigón, por lo tanto una alternativa podría ser el uso de
escorias de acero como agregado artificial, para reemplazar el agregado fino de
origen natural proveniente de canteras y ríos.

6
1.4 Objetivos.
1.4.1 Objetivo General.
Determinar la utilidad de agregar escorias de acería en la dosificación y
producción de hormigón hidráulico, de tal manera que se innove como un
material provechoso en proyectos sostenibles a futuro, contribuyendo en la
reducción del impacto ambiental.
1.4.2 Objetivos Específicos.
· Establecer la dosificación apropiada de acuerdo al ACI 211.1-91 Diseño de
mezclas de concreto de peso normal; para diseñar el hormigón hidráulico
convencional de fć= 210 kg/cm² y en base a este dosificar el hormigón
hidráulico con escoria siderúrgica.
· Determinar las resistencias del hormigón hidráulico convencional y hormigón
hidráulico con escoria de acero, a compresión, tracción y a flexión, mediante
la preparación de probetas cilíndricas y vigas para ensayos de tres puntos.

7
· Evaluar y distinguir las diferencias entre el hormigón dosificado con
agregados convencionales y el hormigón dosificado con escoria de acero en
reemplazo del agregado fino de origen natural, así como también sus
ventajas y desventajas.
· Determinar si la producción del hormigón diseñado con escoria de acero
cumple con lo estipulado en la NEC-11 (Norma Ecuatoriana de la
Construcción).
· Conocer las características de la escoria triturada mediante los ensayos de
granulometría, peso específico, absorción, densidad varillada, densidad
compactada, contenido de humedad, difracción de rayos x, Test TCLP
(Procedimiento de Lixiviación Característico de Toxicidad) y lecturas de
Absorción Atómica.
8
2 CAPÍTULO 2
ESCORIAS DE ACERO.
2.1 Definición de escoria de acero.
La escoria de acero utilizada en esta tesis es la escoria de acero negra,
procedente de los altos hornos de arco eléctrico y afino, haciendo esta
aclaración se procede a definirla.
La escoria de acero negra es el conjunto de aleaciones ferrosas, siendo
las más prominentes: el trióxido de titanio y hierro (FeTiO₃), óxido de magnesio
(MgO), trióxido de carbono y magnesio (MgCO₃), y óxido de hierro (FeO);
obtenidas en conjunto como un subproducto de la fundición de chatarra ferrosa
para la producción de acero, sometidas a 1600ºC en el horno de arco eléctrico y
afino.
Figura 1. Escoria de acero directamente extraída de la empresa siderúrgica.

9
2.2 Proceso de obtención de las escorias de acero.
Las empresas siderúrgicas empezaron a laborar en el Ecuador desde el
año 1963 aproximadamente, por ejemplo una de las instalaciones siderúrgicas
que existe en el país, está ubicada en la parroquia Alóag, cantón Mejía,
provincia de Pichincha
Figura 2. Ubicación geográfica de la Empresa siderúrgica.

Fuente: (GOOGLE EARTH, 2014)
El desarrollo del proceso de obtención de las escorias de acero se la
describe por pasos para una mejor comprensión de este apartado.
1er paso. Preselección e ingreso de la chatarra ferrosa al horno de
arco eléctrico.
Inicialmente los recicladores minoristas y mayoristas recolectan el material
de los talleres metalmecánicos, industrias, botaderos de basura, etc., y lo

10
entregan en los centros de acopio, donde la chatarra es clasificada,
compactada y triturada con la ayuda de la máquina shredder, su propósito es
comprimir el material reciclado para ganar volumen en la olla; después de ser
preseleccionada y procesada, esta chatarra ferrosa adopta la forma de viruta,
de esta forma está lista para ser añadida a la sesta de carga, ser depositada en
el horno eléctrico y dar inicio al proceso de fusión del acero.
El horno de arco eléctrico, como su nombre lo indica, se calienta a
través de su arco eléctrico. Puede proporcionar temperaturas de hasta
1930ºC, dicho horno controla la temperatura con un alto grado de
precisión; debido a que no emplea combustible alguno, no se introduce
ningún tipo de impurezas y por ende el resultado es un acero de lo más
limpio (Huerta O`Valle, Maldonado Madrigal, & Espinosa Villarreal, 2014).
Figura 3. Ingreso de la chatarra ferrosa al horno de arco eléctrico.

Fuente: (Steeluniversity, 2013)
11
2do paso. Fundición de la chatarra ferrosa en el horno de arco
eléctrico.
El horno de arco eléctrico de la planta siderúrgica abarca 30 toneladas, el
cual funde la chatarra con el proceso de arco eléctrico, salta el arco eléctrico
debido al contacto de los electrodos con la chatarra, se asemeja al proceso de
soldadura común pero en un formato macro. La chatarra se funde con la
inyección de oxígeno en un rango de 1580º C a 1620º C de temperatura; se
realiza 3 cargas de chatarra para llenar la olla del horno en su totalidad. Toma
entre 25 y 30 minutos la fundición de cada carga de chatarra; al día se realizan
16 cargas, exceptuando dos días en los cuales se hace la limpieza y
mantenimiento al horno.
Figura 4. Fundición de la chatarra ferrosa en el horno de arco eléctrico.

12
3er paso. Obtención de la escoria de acero.
Una vez fundida la chatarra ferrosa, inmediatamente la escoria se
proyecta con fuerza hacia la parte superior de la olla, creando una capa
externa semejante a la nata de la leche cuando está en el punto de ebullición;
mientras que el acero líquido obtenido se queda en el fondo de la olla. La capa
externa de escoria es separada del acero líquido por acciones mecánicas y se
evacua detrás del horno de arco eléctrico, se enfría y la escoria queda
solidificada.
Figura 5. La escoria es expulsada de la olla.

4to paso. Colado del acero líquido.
Al tener el acero líquido, en la parte inferior de la olla se abre un buquete,
que es como una puerta por donde cae el acero fundido y se realiza el proceso
de colado, es decir, que todo lo que se convirtió en acero líquido pase a una
nueva olla y siga con el proceso de afinamiento.

13
Figura 6. Evacuación del acero líquido del horno de arco eléctrico.

5to paso. Afinamiento y curado continuo del acero.
En el afinamiento, al acero líquido se le añade ferroaleaciones, alrededor
de 28 ingredientes como son cal, cal cálcica, cal dolomítica, manganeso,
fósforo, silicio, etc., que le dan al acero las propiedades necesarias para que
cumpla con las normas INEN y los productos sean de calidad.
La mezcla anterior pasa al horno cuchara, en este se funde el acero
líquido con las 28 ferroaleaciones para pasar al proceso de curado continuo, en
el que se solidifica el acero y se obtiene el acero en forma de barras.
Al acero líquido se le da la forma de barras en las lingoteras, son moldes
rectangulares en donde se va vertiendo el acero líquido en tres líneas, es un
proceso continuo en el cual a las barras se las va cortando dependiendo de la
dimensión que se necesite para obtener en laminados los diferentes productos

14
de acero como son ángulos, perfiles, formas T, platinas y varillas (A. Gutiérrez,
comunicación personal, 12 de febrero de 2015).
Figura 7. Moldeo del acero líquido en lingoteras rectangulares.

Fuente: (World Steel Association, 2012)
2.3 Características físicas de la escoria de acero.
Dentro de lo que concierne a las características físicas de la escoria de
acero, se presenta en primera instancia la forma, el color, y textura. Después se
determina su granulometría, peso específico y absorción, densidad varillada y
suelta y el contenido de humedad, ya que a la escoria de acero se le ensaya de
igual forma que al agregado fino y grueso de origen natural destinados a la
producción de hormigón.
15
2.3.1 Forma, Textura y Color.
2.3.1.1 Forma
La forma del agregado influye directa o indirectamente en el comportamiento
del concreto ya que se relaciona con la trabajabilidad, la resistencia y otras
propiedades que se distinguen en el estado del concreto ya sea fresco o
endurecido. En todo caso, las formas perjudiciales son las alargadas y/o
escamosas, colectivamente un ligero exceso de granos de estas formas puede
afectar la trabajabilidad. Sin embargo, con la granulometría satisfactoria, tanto
los agregados triturados como los no triturados (de un mismo tipo de roca),
generalmente, producen concretos con la misma resistencia, si se mantiene el
contenido de cemento. Los agregados angulares o con granulometría pobre
también pueden ser más difíciles de bombear.
La clasificación por la forma de las partículas está descrita en la Norma
INEN 872 Requisitos para áridos de hormigón, como se describe en la Tabla 1.
Tabla 1. Clasificación de las partículas según su forma.
Clasificación Descripción
Totalmente desgastada por el agua o completamente

Redondeada
limitada por frotamiento.
Irregularidad natural, o parcialmente limitada por

Irregular
frotamiento y con caras redondeadas.
Posee caras bien definidas, que se forman en la

Angular
intersección de las caras más o menos planas.
16
Material en el cual el espesor es pequeño (laminar) en

Escamosa
relación con las otras dos dimensiones.
Material normalmente angular, en el cual la longitud es
Elongada considerablemente mayor que las otras dos
dimensiones.
Material cuya longitud es considerablemente mayor
Escamosa y
que el ancho y este es considerablemente mayor que
elongada
el espesor.
Fuente: (INEN 872, 2011)
Para determinar la forma de la escoria siderúrgica se tomó una muestra
de 50.00 gramos, se examinaron las partículas y a simple vista se descarta la
posibilidad que la escoria sea redondeada o irregular, puesto que no tiene
ninguna de sus caras redondeadas como lo especifica la clasificación irregular;
ni posee caras bien definidas. La escoria se adapta a la clasificación escamosa
y elongada en un 80% de la muestra tomada, porque su longitud es
considerablemente mayor que el ancho y el ancho es mayor a su espesor.
Figura 8. Forma del árido siderúrgico.

17
2.3.1.2 Textura.
La textura es el aspecto que presenta la superficie de una materia o de un
objeto. Todo material posee en su superficie una textura propia que lo diferencia
de otro. La escoria de acero se ajusta al tipo de textura artificial. Las texturas
artificiales son las obtenidas por el hombre mediante procesos de manipulación
de las texturas naturales. La textura es de especial importancia por su influencia
en la adherencia entre los agregados y la pasta de cemento fraguado, así como
también por su efecto sobre las propiedades del concreto endurecido, tales
como la densidad, resistencia a la compresión, a la flexión, cantidad requerida
de agua, etc.
Es deseable que las partículas tengan superficie áspera, para que haya
buena adherencia con la pasta de cemento, especialmente en los hormigones
de alta resistencia (280 Kg/cm²). Sin embargo, haciendo ajustes necesarios en
el diseño de la mezcla, con otros tipos de textura en los agregados también se
puede hacer buen hormigón hidráulico.
La clasificación de la textura de los áridos para hormigón está descrita en la
Norma INEN 872 y se la muestra en la Tabla 2, la cual divide las superficies en
5 grupos.
18
Tabla 2. Clasificación de la textura superficial de los agregados.

19
Al observar un conjunto de escorias tomadas aleatoriamente (50.00
gramos) se determina que pertenece grupo 5, es panaloide y porosa ya que
presenta poros y cavidades visibles, cabe mencionar que la escoria es un árido
artificial y se lo está adecuando a las disposiciones de un árido destinado a la
producción de hormigón hidráulico.
Figura 9. Árido siderúrgico áspero con poros y cavidades

visibles.
2.3.1.3 Color.
Soil Survey Division Staff (Citado por Ovalles, 2003) hace hincapié que "el
color de las rocas, suelos, plantas, etc.; es una las características morfológicas
más importantes, la más obvia y fácil de determinar". La importancia del color
radica en que esta da atributos que hacen referencia a la presencia de ciertos
minerales, entre ellos: hematita, goetita, lepidocrecita, calcita y familias; de
estos la hematita y la calcita son componentes de las escorias negras que se

20
están estudiando. El Sistema Munsell es el más utilizado para describir el color.
De acuerdo con estas tablas de colores se determina el color de la escoria de
acero.
· Descripción del Sistema Munsell. Detalla todos los posibles colores en
términos de tres coordenadas: matiz (Hue) que mide la composición
cromática de la luz que alcanza el ojo; claridad (Value), el cual indica la
luminosidad u oscuridad de un color con relación a una escala de gris
neutro; y pureza (Chroma), que indica el grado de saturación del gris neutro
por el color del espectro.
2.3.1.4 Equipo.
· Tablas de colores Munsell
Figura 10. Tablas de colores Munsell.
Fuente: Sistema de colores Munsell. (2003). El color de los suelos.

21
2.3.1.5 Materiales.
· Muestra de escoria negra aproximadamente 50.00 gramos.
Figura 11. Muestra de escoria de acero.
2.3.1.6 Procedimiento.
Se procede a colocar la muestra de escoria en una superficie plana y blanca
para evitar la difuminación y distorsión del color de la misma, y se la compara
con las tablas de colores Munsell, haciendo énfasis en la tabla 10YR.
2.3.1.7 Resultados.
Figura 12. Definición del color de la escoria en las tablas Munsell.

22
Se determina que el color de la escoria negra es obscuro o negro a simple
vista, a veces con brillo metálico; presenta pequeñas pigmentaciones de color
rojo que indica el contenido de óxidos de hierro y manganeso, el amarillo indica
óxidos de hierro hidratado. Entonces: la escoria en condiciones secas es
5YR/5/1; lo cual indica el nivel de matiz/ claridad/ pureza, tiene un matiz amarillo
y rojo a un nivel de 5.0, tiene un nivel 5 de claridad y 1 de pureza o intensidad
de color (los niveles fluctúan entre 0 y 10).
2.4 Características químicas.
Es importante enfatizar el estado químico de la escoria puesto que será
un componente más del hormigón destinado a utilizarse en la construcción de
pisos industriales, veredas, bordillos, cimentaciones, pisos de estacionamientos,
etc., que al estar al servicio de las personas y en contacto con el ambiente debe
sujetarse a la normativa permisible para preservar la salud pública y del
ambiente; para ello se ha realizado el Test TCLP (Procedimiento de Lixiaviación
Característico de Toxicidad).
El procedimiento de lixiviación característica de toxicidad (TCLP)
determina la movilidad de los contaminantes inorgánicos presentes en una
muestra y si los filtrados generados dan lugar a clasificar el material como
“peligroso”. El lixiviante se determina basándose en la capacidad de
neutralización ácida del material de la muestra. El lixiviante seleccionado se
añade a la muestra a una razón de líquido a sólidos de 20:1, y el contenedor de

23
la muestra se rota de punta a punta durante 18 horas. El compuesto resultante
se filtra a través de un filtro de fibra de vidrio de 0,7 µm y se analiza para
obtener los metales totales (Société Générale de Surveillance, 1995).
De este ensayo se obtuvo el siguiente reporte:
Cuadro 1. Test TCLP de la escoria de acero.
Expresado Límite máximo

Parámetros Unidad
como permisible
Cadmio Cd mg/l 0.02
Cromo Cr mg/l 0.5
Hierro total Fe mg/l 25
Mercurio Hg mg/l 0.01
Plomo Pb mg/l 0.5
Zinc Zn mg/l 10
Fuente: (Nicolalde, 2008).Adoquines con escoria de acero.
Estos valores deben estar acorde con los límites permisibles que toda
descarga al sistema de alcantarillado deberá cumplir, al menos, con los valores
establecidos en la Tabla 3.
24
Tabla 3. Límites de descarga al sistema de alcantarillado público.
Expresado Límite máximo

Parámetros Unidad
como permisible
Cadmio Cd mg/l 0.02
Cromo Cr mg/l 0.5
Hierro total Fe mg/l 25
Mercurio Hg mg/l 0.01
Plomo Pb mg/l 0.5
Zinc Zn mg/l 10
Fuente: (Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria del Ministerio de
Ambiente, TULAS).
Realizando la comparación de la cantidad de elementos de la escoria con
los límites permisibles por cada litro de agua que será evacuado al sistema de
alcantarillado público se tiene que están por debajo de los límites, cumpliendo
con la norma, considerando que el contenido de cadmio está en el límite con
0.02 mg/l se estima que la escoria como árido del hormigón se encapsule y
disminuya las cantidades reportadas.
2.5 Características mineralógicas de la escoria de acero.
Para conocer las características mineralógicas se envió 1.00 Kg de
escoria de acero un laboratorio Químico, en el cual se ha realizado el ensayo de
difracción de rayos X.
25
2.5.1 Descripción del ensayo Difracción de Rayos X
Esta técnica consiste en hacer pasar un haz de rayos X a través de un
cristal, parte de este haz se dispersa en varias direcciones a causa de los
electrones asociados a los átomos e iones que se encuentran en el trayecto,
pero el resto del haz puede dar lugar al fenómeno de difracción de rayos X, que
tiene lugar si existe una disposición ordenada de átomos y se cumplen las
condiciones que vienen dadas por la Ley de Bragg. El método de polvos se
basa en la obtención del conjunto de todos los máximos de difracción que
genera un material cristalino, lo que constituye en una huella de la estructura
cristalina propia de cada fase cristalina (Jenkins y Snyder, 1996, pg 68).
De este ensayo se obtiene el siguiente reporte:

26
Muestra Difractograma
Figura 13. Difractogramas de muestras 1 y 2 ensayadas.

Fuente: Ensayo de Difracción de Rayos X de escorias de acero en INPC.
27
Composición mineralógica de las muestras:
Cuadro 2. Porcentajes de las aleaciones presentes en la escoria de acero.
Muestra 1 Muestra 2
Aleación Fórmula Porcentaje Aleación Fórmula Porcentaje
Ilmenita FeTiO3 22.8 Ilmenita FeTiO3 23.05
Periclasa MgO 17.76 Periclasa MgO 19.15
Magnesita MgCO3 17.27 Magnesita MgCO3 16.04
Siderita FeCO3 7.11 Wuestita FeO 10.26
Magnetita Fe3O4 5.93 Carbón C 8.65
Cromita FeCr2O4 5.23 Cromita FeCr2O4 3.33
Manganosita MnO 4.76 Magnetita Fe3O4 3.29
Wuestita FeO 3.62 Manganosita MnO 2.76
Carbón C 3.3 Anatasa TiO2 2.54
Anatasa TiO2 3.27 Cal CaO 2.47
Hematita Fe2O3 2.96 Wustita FeO 2.32
Hierro Fe 2.56 Siderita FeCO3 2.24
Wustita FeO 1.84 Hematita Fe2O3 2.08
Cal CaO 1.48 Calcopirita CuFeS2 <1
Calcopirita CuFeS2 <1 Hierro Fe <1
Fuente: Ensayo de Difracción de Rayos X de escorias de acero en INPC.
Analizando los porcentajes de cada muestra se percibe que las
aleaciones que predominan en la composición de la escoria son: ilmenita,
periclasa, magnesita y siderita, también se observa una variación de
porcentajes entre la muestra 1 y la muestra 2 de las aleaciones: wuestita,
siderita y carbón; esto se debe a que la escoria es producto de la amplia

28
multiplicidad de chatarra ferrosa reciclada que se funde en los altos hornos de
arco eléctrico, es decir, el acero reciclado no viene de una misma fuente.
Por otra parte la máquina utilizada para realizar el ensayo de difracción
de rayos X está programada esquemáticamente con el formato de análisis de
minerales, pero en el caso de la escoria, no se está tratando de minerales sino
de aleaciones, la máquina las asocia como familias pero al ser sometidos a un
rango de 1580º C a 1620º C de temperatura, todos los elementos que forman la
escoria pierden su estructura ya que han superado su punto de fusión, se
transforma en una masa sólida, conocida químicamente como aleaciones, por
ello no presentan toxicidad, no son nocivas para la salud humana y el ambiente
(V. Delgado, comunicación personal, 19 de diciembre de 2014).
Anteriores estudios de las escorias negras de acero como árido
siderúrgico para la elaboración de hormigón manifiestan que su contenido de
óxido de calcio (CaO) y óxido de magnesio (MgO), puede producir expansiones
en el hormigón ya endurecido debido a las reacciones frecuentemente con el
agua generando hidróxidos (Nicolalde, 2008, pg 56).
Sin embargo los porcentajes del CaO son bajos, mientras que el MgO
presenta porcentajes considerables en las dos muestras, lo cual que se espera
se encapsule al ser componente del hormigón hidráulico y disminuya su
porcentaje ya que al hormigón hidráulico también se la adicionará un inhibidor
de corrosión.
29
2.5.2 Granulometría de la escoria de acero. ASTM C 136.
La norma cubre la determinación de la distribución del tamaño de las
partículas del agregado fino y grueso por tamizado.
2.5.2.1 Equipo.
· Balanza legible a 0.1 gramos.

· Serie de tamices para la granulometría del agregado fino, 3/8”, N°4,
N°8, N°16, N°30, N°50, N°100.
· Tamizadora mecánica.
· Horno a 110+-5°C.
Figura 14. Equipo para ensayo ASTM C 136.
2.5.2.2 Materiales.
El tamaño de la muestra para el ensayo de las mezclas de árido grueso y fino,
debe ser el mismo que para el árido grueso, según la Tabla 4.
Tabla 4. Tamaño de la muestra para ensayo del árido grueso

30
Fuente: (ASTM C 136, 2010)
· Muestra de agregado fino: 1 100,00 gramos de escoria de acero.
Figura 15. Muestra para ensayo ASTM C 136.
· Secar la muestra para mantener la masa constante a una temperatura de
110+-5°C.
· Seleccionar los tamices con las aberturas convenientes para
proporcionar la información necesaria para cubrir las especificaciones del
material que se está ensayando. Ordenar los tamices en forma

31
decreciente de acuerdo con el tamaño de las aberturas de arriba hacia
abajo y colocar la muestra sobre el tamiz superior.
· Limitar la cantidad del material colocado en el tamiz para que todas las
partículas tengan la oportunidad para alcanzar las aberturas del tamiz un
número de veces durante la operación de tamizado.
· A menos que se use un tamizador mecánico no se debe forzar el paso
de las partículas a través de las aberturas.
· Determinar las masas de cada incremento de tamaño en la balanza. La
masa total del material después del tamizado debe ser similar a la masa
original de la muestra colocada sobre los tamices. Si las cantidades
difieren en más del 0.3%, respecto a la masa de la muestra seca original,
los resultados no deben ser utilizados con fines de aceptación.

32
2.5.2.4 Resultados.
Cuadro 3. Ensayo ASTM C 136 de la escoria de acero.
MUESTRA No. 1: Escoria fina directa de la empresa siderúrgica.

RETENIDO %
PESO RETENIDO % RETENIDO
TAMICES ACUMULADO ACUMULADO
(g) ACUMULADO
(g) PASA TOTAL
3/8" (9.5 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
No. 4 (4.76 mm) 77.00 77.00 7.00 93.00
No. 8 (2.36 mm) 277.00 354.00 32.18 67.82
No. 16 (1.18 mm) 298.00 652.00 59.27 41.73
No. 30 (0.6 mm) 183.00 835.00 75.91 24.09
No. 50 (0.30 mm) 114.00 949.00 86.27 13.73
No. 100 (0.15 mm) 62.00 1 011.00 91.91 8.09
Pasa No 100 89.00 1 100.00
PESO INICIAL DE LA MUESTRA (g): 1 100.00
MÓDULO DE FINURA 3.5
33
Este resultado es de la muestra de escoria directamente proveniente de
la empresa siderúrgica, en el capítulo 3 se realizará la estabilización
granulométrica para que la granulometría encaje en la faja granulométrica.
2.5.3 Peso específico y absorción de la escoria de acero. ASTM C 128.
Este método de ensayo se aplica para la determinación de la densidad
promedio en una muestra de árido fino, la densidad relativa (gravedad
específica) y la absorción del árido. Dependiendo del procedimiento utilizado, la
densidad es expresada como: seca al horno (SH), saturada superficialmente
seca (SSS) o como densidad aparente. De la misma manera, la densidad
relativa (gravedad específica), una cantidad adimensional, es expresada como
SH, SSS o como densidad relativa aparente (gravedad específica aparente). La
densidad SH y la densidad relativa SH se determinan luego de secar el árido.
La densidad SSS, densidad relativa SSS y la absorción se determinan luego de
saturar el árido en agua por un periodo definido.
2.5.3.1 Equipo.
· Balanza, capacidad de carga 1 Kg o más.

· Picnómetro de 500 cm³ de capacidad.
34
· Molde y compactador para ensayo de humedad superficial.
Figura 16. Equipo para realizar el ensayo ASTM C 128.
2.5.3.2 Materiales.
· Muestra de agregado fino: 1 Kg de escoria de acero.
Figura 17. Muestra de escoria para realizar el ensayo ASTM 128.

Se sumerge en agua por 24 h ± 4 h, una muestra de árido previamente
secada, hasta conseguir una masa constante, con el propósito de llenar con
agua sus poros. Se retira la muestra del agua, se seca el agua superficial de las
35
partículas y se determina su masa. Luego, se coloca la muestra (o parte de
esta) en un recipiente graduado y se determina el volumen de la muestra por el
método gravimétrico o volumétrico; finalmente, la muestra se seca al horno y se
determina nuevamente su masa. Utilizando los valores de masa obtenidos y
mediante las fórmulas de este método de ensayo, es posible calcular la
densidad, la densidad relativa (gravedad específica) y la absorción.
2.5.3.4 Resultados.
Cuadro 4. Ensayo de peso específico y absorción de la escoria siderúrgica.
VARIABLES DESCRIPCIÓN UNIDADES CANTIDADES

PESO EN EL AIRE DE LA MUESTRA
A (g) 489.40
SECADA AL HORNO
V VOLUMEN DE LA PROBETA (cm3) 500.00
PESO EN GRAMOS O VOLUMEN
W (cm3) 356.30
EN ml. DEL AGUA AÑADIDA
A/(V-W) GRAVEDAD ESPECÍFICA DE MASA (g/cm3) 3.41
GRAVEDAD ESPECÍFICA
500/(V-W) (g/cm3) 3.48
SATURADA SUPERFICIE SECA
A/ ((V-W)-(500-A)) (g/cm3) 3.68
APARENTE
(500-A/A)*100 ABSORCIÓN DE AGUA (%) 2.17
OBSERVACIONES: Temperatura ensayo = 25°C.
2.5.4 Densidad suelta y compactada de la escoria de acero. ASTM C 29.
Este método de ensayo cubre la determinación de la densidad
volumétrica (peso unitario) del agregado en condición suelta o compactada.
Este ensayo es aplicable a agregados que no excedan un tamaño nominal de 5
pulg. (125 mm).

36
2.5.4.1 Equipo.
· Balanza, con precisión del 0.1% o al menos 0.1 (0.05 Kg).
· Barra apisonadora redondeada, barra recta de acero, 5/8 pulg. (16 mm)
de diámetro y aproximadamente 24 pulg. (600 mm) de largo, con uno o
dos extremos redondeados o semiesféricos, cuyo diámetro sea de 5/8
pulg. (16 mm).
· Molde cilíndrico de metal, preferiblemente provisto por agarraderas,
hermético en la parte superior y en su base, y suficientemente rígido.
· Cuchara de tamaño suficiente para llenar el molde con el agregado.

37
2.5.4.2 Materiales.
El tamaño de la muestra será aproximadamente 125% a 200% de la cantidad
requerida para llenar el molde, y será llevada de manera tal que evite la
segregación. Secar la muestra de agregado manteniendo constante la masa en
un horno a una temperatura de 110+-5ºC.
· Muestra de escoria de acero: 30 000.00 gramos para la densidad suelta

y 30 000.00 gramos para la densidad varillada.
Figura 19. Muestra para el ensayo ASTM C 29

· Llenar el molde a un tercio de su capacidad y nivelar la superficie con los
dedos. Apisonar con la barra la capa de agregados con 25 golpes,
distribuyéndolos sobre la superficie. Llenar a los dos tercios de la
capacidad del molde, nivelar y apisonar de la misma forma como se
describe anteriormente. Finalmente llenar el molde y apisonar como se
menciona anteriormente. Nivelar la superficie del agregado con los dedos
o con una regla, en este caso evitar que las partículas grandes del
38
agregado grueso equilibren los vacíos debajo de la superficie del borde
superior del molde.
· Al apisonar la primera capa, no se deberá permitir que se golpee el fondo
del molde. El apisonamiento de la segunda y la tercera capa deberán
hacerse vigorosamente, pero evitando que la varilla penetre en las capas
anteriores del agregado.
· Determinar la masa del molde con el contenido, y la masa del molde
vacío. Anotar las lecturas aproximándolas a 0.1 lb. (0.05 Kg) más
cercana.
2.5.4.4 Resultados.

DENSIDAD SUELTA DE LA ESCORIA DE ACERO
DESCRIPCIÓN CANTIDADES
Molde No. M1 M2 M3
Peso del molde (g) 6 640.00 6 640.00 6 640.00
Peso molde + suelo (g) 35 315.00 35 487.00 35 355.00
Peso suelo (g) 28 675.00 28 847.00 28 715.00
Volumen (cm3) 14 235.34 14 235.34 14 235.34
Densidad suelta (g/cm3) 2.01 2.03 2.02
Media 2.02
DENSIDAD COMPACTADA DE LA ESCORIA DE ACERO

Molde No. M1 M2 M3
Peso del molde (g) 6 640.00 6 640.00 6 640.00
Peso suelo (g) 30 705.00 30 989.00 30 805.00
Volumen (cm3) 14 235.34 14 235.34 14 235.34
Densidad compactada 2.16 2.18 2.16
(g/cm3)
Media 2.17
39
2.5.5 Contenido de humedad en el agregado por secado de la escoria de
acero. ASTM C 566.
Este método de ensayo cubre la determinación del porcentaje de humedad
evaporable de una muestra de agregados por secado, la humedad superficial y
la humedad de los poros del agregado. Algunos agregados pueden contener
agua que se combina químicamente con los minerales del agregado. El agua
que no es evaporable no está incluida en el porcentaje determinado por el
método de ensayo ASTM C 566.
2.5.5.1 Equipo.
· Balanza con escala precisa, confiable y con una sensibilidad de 0.1% de
la carga de prueba en cualquier punto del rango de uso.
· Horno ventilado capaz de mantener alrededor de la muestra una
temperatura de 110+-5ºC.
· Recipiente refractario de capacidad suficiente para alojar a la muestra.
· Una cuchara o espátula metálica de tamaño adecuado.

40

2.5.5.2 Materiales.
Se debe asegurar que la muestra de los agregados represente el contenido de
humedad de la fuente a ser ensayada y teniendo una masa no menor a las
listadas en la Tabla 5. Proteger a la muestra de las pérdidas de humedad antes
de determinar la masa.
41
Tabla 5. Tamaño de la muestra de agregados.
· Muestra de escoria de acero: 220 gramos.
Figura 21. Muestra para ensayo ASTM C 566.
· Determinar la masa de la muestra aproximando su lectura a 0.1% más
cercano.
42
· Secar la muestra colocada en el recipiente utilizando la fuente de calor
seleccionada, evitando la pérdida de las partículas.
· Determinar la masa de la muestra seca aproximando su lectura al 0.1%
más cercano después que se ha enfriado la muestra lo suficiente para no
dañar la balanza.
2.5.5.4 Resultados.
ESCORIA DE ACERO
DESCRIPCIÓN
MUESTRA 1 MUESTRA 2
RECIPIENTE Z-11 Z-12
PESO DEL RECIPIENTE (g) 122.10 124.00
PESO DEL RECIPIENTE + MUESTRA HUMEDA (g) 338.50 339.15
PESO DEL RECIPIENTE + MUESTRA SECA (g) 338.20 338.80
PESO DEL AGUA (g) 0.30 0.35
PESO SECO (g) 216.10 214.80
% AGUA 0.14 0.16
% AGUA PROMEDIO 0.15
OBSERVACIONES: Temperatura del horno 110°C.
A continuación se presenta un resumen de la caracterización de la
escoria de acero directamente extraída de los stocks de la empresa siderúrgica.

43
Cuadro 6. Resumen de caracterización escoria de acero directa.
ESCORIA
DESCRIPCIÓN UNIDADES
DIRECTA
GRAVEDAD ESPECÍFICA DE MASA Kg/m3 3 405.71
Kg/m3 3 479.47
GRAVEDAD ESPECÍFICA APARENTE Kg/m3 3 676.93
ABSORCIÓN DE AGUA % 2.17
MÓDULO DE FINURA - 3.50
CONTENIDO DE HUMEDAD % 0.15
DENSIDAD SUELTA Kg/m3 2 019.32
DENSIDAD COMPACTADA Kg/m3 2 165.95
Como se puede ver en el Cuadro 6, la escoria de acero directa presenta un
módulo de finura de 3.5 el cual no cumple con las disposiciones de la norma
INEN 872, ya que el módulo de finura no debe ser menor de 2.3 ni mayor de
3.1; sin embargo en el capítulo 3 se realiza la estabilización granulométrica de
la escoria de acero y por ende se modificará en módulo de finura.

44
3 CAPÍTULO 3
ENSAYOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LOS
MATERIALES.
3.1 Caracterización del cemento portland.
El material aglutinante que se utilizará en la producción de hormigón
hidráulico con agregados de origen natural (arena y grava) y hormigón
hidráulico con escorias de acero es el cemento puzolánico tipo IP, de este se
hicieron ensayos de densidad, consistencia normal y tiempos de fraguado; a
continuación se expone cada uno de ellos.
3.1.1 Determinación de la densidad del cemento. ASTM C 188.
Esta norma establece el método de ensayo para determinar la densidad del
cemento hidráulico, este método se relaciona con el diseño y control de
mezclas de hormigón.
3.1.1.1 Equipo.
· Balanza con una precisión de 0.05 g.

45
· Recipiente para baño de agua, capaz de mantener una temperatura
constante, con una variación máxima de 0.20ºC.
· Picnómetro de cristal, de excelente calidad, transparente y libre de
arrugas o estrías, químicamente resistente, debe tener una pequeña
histérisis térmica; la separación entre la marca de mayor graduación y el
punto más bajo del esmerilado del tapón de cristal, debe ser por lo
menos de 10 cm.
En el numeral 4.2.5 de la norma INEN156 (Determinación de la densidad
del cemento hidráulico), se especifica que se permite el uso de equipos o
métodos alternativos para determinar la densidad del cemento, a condición
de que el mismo operador pueda obtener resultados dentro de ±0.03 g/cm³
de los resultados obtenidos utilizando el método del frasco. En virtud de este
numeral el ensayo se realiza con un picnómetro de 100 ml.
Figura 22. Equipo para realizar el ensayo ASTM C 188.
3.1.1.2 Materiales.
· Agua destilada: 100 ml.
· Cemento: 50 gr.
46
Figura 23. Materiales para ensayo ASTM C 188.
· Llenar el frasco con agua hasta un punto en la parte baja del cuello entre
las marcas 0 cm3 y 1 cm³. Si es necesario, se debe secar el interior del
frasco sobre el nivel del líquido después de llenarlo. Registrar la primera
lectura después de sumergir el frasco en un baño de agua a una
temperatura constante por períodos de tiempo suficientes, evitando
variaciones de temperatura en el frasco mayores a 0.2ºC entre las
lecturas inicial y final.
· El cemento, previamente pesado se introduce en pequeños incrementos
a la misma temperatura que el líquido, evitando salpicaduras, observar
que el cemento no se adhiera al interior del frasco sobre el líquido. Un
aparato vibrador puede ser utilizado para acelerar la introducción del
cemento dentro del frasco y para prevenir que el cemento se atasque en
el cuello.
47
· Después de que todo el cemento ha sido introducido, colocar el tapón en
el frasco, rodarlo en posición inclinada, o suavemente girarlo en círculos
horizontales, de manera de liberar el aire hasta que ya no suban
burbujas a la superficie del líquido. Si ha sido añadida una cantidad
adecuada de cemento, el nivel del líquido estará en su posición final en
algún punto de las graduaciones en la parte superior del cuello. Registrar
la lectura final después de que el frasco ha sido sumergido en el baño de
agua, teniendo en cuenta la variación permitida de la temperatura
descrita al inicio del procedimiento.
3.1.1.4 Resultados.
Cuadro 7. Resultados de la densidad del cemento.
DENSIDAD DEL CEMENTO

VARIABLES DESCRIPCIÓN UNIDADES VALOR
b Calibración del picnómetro cm³ 152.30
c Peso del cemento secado al horno gr 50.00
Peso del picnómetro lleno con
d gr 186.42
cemento y agua a 25ºC ± 0.20ºC
‫܋‬
ૉൌ ൌ ૜Ǥ ૚૝܏‫ܚ‬Ȁ‫ܕ܋‬૜
‫܊‬൅‫܋‬െ‫܌‬
48
3.1.2 Determinación de la consistencia normal del cemento hidráulico.
Método Vicat. ASTM C 187.
Esta norma establece el procedimiento para determinar la consistencia normal
de una pasta de cemento hidráulico y se aplica a los cementos hidráulicos
empleados en la fabricación de morteros y hormigones.
3.1.2.1 Equipo.
· Balanza con precisión y desviación a una carga total de 1000 g.
· Probetas graduadas de 200 cm³ ó 250 cm³ de capacidad.
· Aparato Vicat con los requisitos que se muestran en la Tabla 6.
· Anillo de material no corrosivo, no absorbente, con un diámetro interior
de 70 mm en la base, 60 mm en la parte superior y una altura de 40 mm.
· Espátula plana con una hoja de acero con un filo recto endurecido de
100 a 150 mm de longitud.
Tabla 6. Requisitos para el aparato Vicat.

49
· Equipo para el mezclado mecánico de la pasta:
- Mezcladora, dispositivo movido eléctricamente, debe tener mínimo 2
velocidades controladas, la primera velocidad debe hacer girar a la
paleta a una velocidad de 140 rpm ± 5 rpm, la segunda velocidad a
una velocidad de 285 rpm ± 10 rpm.
- Paleta de acero inoxidable, debe ser removible.
- Tazón de mezclado, debe ser removible, de capacidad nominal de
4.73 litros.

3.1.2.2 Materiales.
· Cemento: 650 gramos.
· Agua de mezclado.
50
Figura 25. Materiales para ensayo ASTM C 187.
· Antes de realizar el ensayo, se debe tener en cuenta que la temperatura
del aire cerca de la mesa de mezclado, del cemento seco, de los moldes
y las bases deben mantenerse entre 20°C y 27.5°C; la temperatura del
agua de mezclado no debe variar de 23°C ± 2.0°C y la humedad relativa
del laboratorio no debe ser menor que 50%.
· Colocar la paleta y el tazón secos en la mezcladora, en posición de
mezclado.
· Colocar toda el agua de mezclado en el tazón.
· Añadir el cemento al agua y dejarlo 30 segundos para que absorba el
agua.
· Arrancar la mezcladora a velocidad baja (140 rpm ± 5 rpm) y mezclar
durante 30 segundos.
51
· Detener la mezcladora por 15 segundos, durante este tiempo empujar
hacia abajo dentro de la mezcla, toda la pasta que se haya adherido a
los lados del tazón.
· Arrancar la mezcladora a velocidad media (285 rpm ± 10 rpm) y mezclar
por 60 segundos.
· Con las manos enguantadas, rápidamente amasar la pasta de cemento,
formar una bola, la cual se lanza seis veces de una mano a otra,
separadas una distancia libre de alrededor de 150 mm, de manera de
producir una masa aproximadamente esférica para que pueda ser
fácilmente insertada en el anillo de Vicat con una cantidad mínima de
manipulación adicional. Insertar la masa, presionándola con la palma de
una mano por el extremo más ancho del anillo cónico, que es sostenido
con la otra mano, llenar completamente el anillo con la pasta, retirar el
exceso de pasta del lado más ancho con un solo movimiento de la palma
de la mano, colocar el anillo por su extremo más ancho sobre la placa de
base, y cortar el exceso de pasta que sobresale del extremo menor, en la
parte superior del anillo, con un solo golpe oblicuo de una espátula
sostenida ligeramente levantada sobre el borde del anillo y alisar la
superficie con unos pocos toques ligeros del extremo de la espátula, si
es necesario. Durante estas operaciones de cortado y alisado, tener
cuidado de no comprimir la pasta.

52
· Determinación de la Consistencia. Centrar la pasta confinada en el anillo
sobre la placa, bajo la varilla, poner el penetrador en contacto con la
superficie de la pasta y ajustar el tornillo, luego ubicar el indicador móvil
en la marca cero de la parte superior de la escala, o tomar una lectura
inicial, soltar la varilla inmediatamente aflojando el tornillo. Todas las
operaciones después de completar el mezclado y hasta soltar la varilla,
no deben exceder de 30 segundos. La pasta está en su consistencia
normal cuando la varilla penetra 10 mm ± 1 mm bajo la superficie original
de la pasta en 30 segundos después de haber sido soltada.
· Realizar mezclas de prueba variando los porcentajes de agua hasta
obtener la consistencia normal. Hacer cada prueba con cemento fresco.
3.1.2.4 Resultados.
Cuadro 8. Determinación de la consistencia normal del cemento.
DETERMINACIÓN DE LA CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO

POR EL MÉTODO VICAT
Temperatura y humedad relativa del laboratorio.
Temperatura: 20.80 °C
Humedad relativa: 86.00 %
Datos de los materiales.
Temperatura del agua de mezclado: 23.50 °C
Masa del material ensayado: 840.00 gr.
Cantidad de agua requerida para la consistencia normal con una
aproximación de 0.5 % respecto de la masa del cemento seco.
Cantidad de agua = 190.00 ml.
53
Cálculos.
Donde:
C = consistencia normal, en %.
ma = masa del agua, en g.
mc = masa del cemento, en g.
h) Observaciones o detalles extras: Ninguna.
3.1.3 Determinación del tiempo de fraguado del cemento hidráulico.
Método Vicat. ASTM C 191.
Esta norma establece el método de ensayo para determinar el tiempo de
fraguado del cemento hidráulico por medio de la aguja de Vicat. El ensayo se lo
realiza por el método A (el método manual). El tiempo de fraguado medido por
este método no necesariamente proporciona los mismos resultados que el
tiempo de fraguado de la pasta de cemento hidráulico medido por otros
métodos, o el tiempo de fraguado del mortero u hormigón.
3.1.3.1 Equipo
· Equipo de Vicat de escala graduada de 0.1 mm de exactitud, altura del
anillo de 40±1 mm, diámetro de la aguja de 1±0.05 mm.
· Anillos cónicos con una altura de 40±1 mm, un diámetro de base interior
de 70±3 mm, y un diámetro interior superior de 60±3 mm.

54
· Balanzas y masas para pesar de 2000 g con una aproximación de
0.02%.
· Vasos graduados de 250 ml de capacidad, variación de ±2 ml.
· Placas planas no absorbentes (100±5 mm).
· Espátula plana de 100 a 150 mm de longitud con bordes rectos, sujeta a
un mango de 150 mm de lado.
· Mezcladora, paleta y tazón mezclador.
Figura 26. Equipo para ensayo ASTM C191.

3.1.3.2 Materiales.
· Agua de mezcla, el agua potable es satisfactoria para los ensayos de
rutina.
· Muestra de cemento, 650 g.

55
· Antes de realizar el ensayo, se debe realizar el siguiente
acondicionamiento: mantener la temperatura del aire en la cercanía de la
mesa de mezcla, el cemento seco, los moldes y los platos base a 23.0°C
± 3.0°C; la temperatura del agua de mezcla a 23.0°C ± 2.0ºC y la
humedad relativa del cuarto de mezcla no debe ser inferior de 50%.
· Preparar una pasta de cemento con 650 g. de cemento con el porcentaje
de agua de mezcla requerido para consistencia normal; con las manos
enguantadas, rápidamente se forma una bola y láncela 6 veces de una
mano a la otra, manteniendo las manos separadas aproximadamente
150 mm. Presionar la bola, con la palma de la mano, dentro del extremo
más ancho del anillo cónico, sostenido con la otra mano, llenando
completamente el anillo con la pasta. Retirar el exceso del lado más
ancho con un solo movimiento de la palma de la mano. Colocar el anillo
con su extremo más ancho sobre la placa no absorbente y corte el
exceso de pasta en el extremo superior con un solo golpe oblicuo de una
espátula sostenida ligeramente levantada sobre el borde del anillo. Si es
necesario alisar la superficie del espécimen, con una o dos ligeras
pasadas del extremo de la espátula. Durante la operación de cortado y
alisado, tener cuidado de no comprimir la pasta. Inmediatamente
después de moldeado, colocar el espécimen de ensayo en el gabinete
húmedo o en la cámara de curado y dejarlo permanecer allí excepto

56
cuando se hagan las mediciones de penetración. La muestra debe
permanecer en el molde cónico, sostenida por la placa no absorbente
durante el período de ensayo.
· Determinación del tiempo de fraguado. Dejar que el espécimen para
tiempo de fraguado, descanse en el gabinete húmedo o en la cámara de
curado durante 30 minutos después del moldeo sin ser perturbado.
Determinar la penetración de la aguja de 1 mm en este momento y cada
15 minutos de allí en adelante, hasta que se obtenga una penetración de
25 mm o menos. Para realizar el ensayo de penetración, bajar la aguja
de la varilla hasta que tope la superficie de la pasta de cemento. Ajustar
el tornillo de presión y encerar el indicador en el extremo superior de la
escala, o tomar una lectura inicial. Soltar la varilla aflojando rápidamente
el tornillo de presión E y permitir a la aguja descender por 30 segundos;
luego tomar la lectura para determinar la penetración. Realizar cada
ensayo de penetración por lo menos a 5 mm de distancia de cualquier
penetración previa y por lo menos a 10 mm de distancia de la cara
interior del molde. Registrar los resultados de todos los ensayos de
penetración y, por interpolación, determinar el tiempo en que se obtiene
una penetración de 25 mm. El tiempo transcurrido entre el contacto inicial
del cemento y el agua y cuando la penetración es de 25 mm se conoce
como tiempo de fraguado Vicat o tiempo de fraguado inicial Vicat.

57
· Determinar como el tiempo de fraguado final Vicat, a la primera medición
de la penetración que no marque en la superficie del espécimen una
impresión circular completa. Verificar el fraguado final con la realización
de dos mediciones de penetración adicionales en áreas diferentes de la
superficie del espécimen. Obtener las mediciones de verificación dentro
de 90 segundos de la primera lectura de tiempo de fraguado final. El
lapso entre el contacto inicial del cemento con el agua y la última
determinación arriba indicada se conoce como el tiempo de fraguado
final Vicat.
3.1.3.4 Resultados.
Cuadro 9. Tiempos de fraguado del cemento.
DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO POR EL

MÉTODO DE VICAT
Descripción de variables:
TΌ = Tiempo de contacto inicial entre el agua y cemento.
T΍ = Tiempo de penetración de la aguja (hasta que penetre 25 mm).
TΎ = Tiempo hasta cuando la aguja no deja huella visible en la pasta.
Ti = Tiempo inicial de fraguado: Ti = T΍ - TΌ
Tf = Tiempo de fraguado final: Tf = TΎ - TΌ
Datos de acondicionamiento:
Temperatura del laboratorio = 21.6 °C
Temperatura del agua de mezcla = 24.20 °C
Humedad relativa = 85 %
58
Tiempo TΌ Tiempo T΍ Tiempo TΎ Tiempo Ti Tiempo Tf

Muestras
Hora Hora Hora Horas Horas
Muestra 1 9:47 12:24 15:32 2:37 5:45
Muestra 2 10:05 12:50 15:50 2:45 5:45
Muestra 3 10:15 13:08 16:15 2:53 6:00
Promedio - - - 2:45 5:50
Ti= 165 min Tf= 350 min
Las condiciones de temperatura y humedad durante el fraguado
Observaciones:
están dentro de los rangos especificados en la norma.
3.2 Características de los agregados naturales.
En esta sección se determina las características de los agregados de
origen natural (arena y grava) como son: granulometría, peso específico y
absorción, densidad varillada y suelta, y contenido de humedad. También se
realiza la estabilidad granulométrica del árido siderúrgico, ya que debe ajustarse
a los requisitos de gradación para áridos finos, destinados a la producción de
hormigón dosificado usando el método ACI 211.1-91.
La descripción de los ensayos, equipo, materiales y procedimiento de los
ensayos anteriormente mencionados, se puntualizó en el capítulo 2, a
excepción del ensayo de desgaste y abrasión del árido grueso mediante el uso
de la Máquina de los ángeles, que se describe en este capítulo; por esta razón
únicamente se expondrá los resultados de los diferentes ensayos tanto de los
áridos naturales (arena y grava) y el árido siderúrgico, con su respectiva
observación. Cabe mencionar que primero se presenta los resultados de los

59
áridos provenientes directamente del stock de la cantera y consecuentemente
las estabilidades granulométricas necesarias que se han hecho para cumplir
las normas vigentes.
Los agregados naturales son procedentes de la rivera del río Pita, sector
de trituración El Inga, situada en la hacienda Barrioteta (NARANJO-LOPEZ
CONTRUCTORES).
3.2.1 Análisis granulométrico por tamizado. ASTM C 136.
3.2.1.1 Granulometría del agregado grueso.
El Cuadro 10 y 11 indican los resultados de granulometría del agregado grueso
extraído directamente de la cantera.
Cuadro 10. Granulometría agregado grueso, muestra 1.
MUESTRA No.1: Agregado grueso directo de la cantera.

PESO RETENIDO % RETENIDO %
TAMICES RETENIDO (g) ACUMULADO ACUMULADO ACUMULADO
(g) PASA
3'' (76.1 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
2" (51.8 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
1 1/2'' (38.1 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
1" (25.4 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
3/4'' (19.0 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
1/2" (12.5mm) 4 950.00 4 950.00 54.91 45.09
3/8'' (9.51 mm) 2 474.00 7 424.00 82.35 17.65
No. 4 (4.76 mm) 1 161.00 8 585.00 95.23 4.77
No. 8 (2.36 mm) 67.00 8 652.00 95.97 4.03
Pasa No. 8 363.00 9 015.00
PESO INCIAL DE LA MUESTRA
(g):
9 015.00
TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL: 0.5 pulg

60
CURVA GRANULOMÉTRICA AGREGADO GRUESO, MUESTRA 1

100
90
80
PORCENTAJE QUE PASA
70
60
RIPIO
50
MÁXIMO
40
MÍNIMO
30
20
10
0
100.00 10.00 1.00
ABERTURA MALLA MM
El TM (tamaño máximo) de la muestra 1 es ¾ de pulgada, la curva

granulométrica que genera no cumple con los requisitos de gradación de áridos
gruesos para el hormigón de cemento hidráulico, estipulado en la NEVI-12
(Norma Ecuatoriana Vial).
Cuadro 11. Granulometría agregado grueso, muestra 2.
MUESTRA No 2: Agregado grueso directo de la cantera
PESO RETENIDO % RETENIDO %
TAMICES RETENIDO (g) ACUMULADO ACUMULADO ACUMULADO
PASA
3'' (76.1 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
2" (51.8mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
1 1/2'' (38.1 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
1" (25.4 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
3/4'' (19.0 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
1/2" (12.5 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
3/8'' (9.51 mm) 1 611.00 1 611.00 27.96 72.04
No. 4 (4.76 mm) 3 136.00 4 747.00 82.40 17.60
No. 8 (2.36 mm) 554.00 5 301.00 92.02 7.98
Pasa No. 8 460.00 5 761.00
TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL: 3/8 pulg
61
CURVA GRANULOMÉTRICA AGREGADO GRUESO, MUESTRA 2

100
90
80
PORCENTAJE QUE PASA
70
60
RIPIO
50
MÁXIMO
40 MÍNIMO
30
20
10
0
100.00 10.00 1.00 0.10
ABERTURA MALLA MM
El TM de la muestra 2 es 1/2 pulgada, la curva granulométrica que genera
tampoco cumple con los requisitos de gradación para áridos gruesos del NEVI-
12.
Debido a que las dos muestras de agregado grueso no satisfacen los requisitos
de gradación, se realiza una estabilidad u optimización granulométrica.
3.2.1.2 Estabilización granulométrica del agregado grueso.
(Rivera, 2013) En nuestro medio es muy común que ni la arena ni la grava
que se dispone para elaborar el concreto cumplan con la recomendación
granulométrica. Sin embargo, se puede hacer una estabilización
granulométrica, que además de obtener adecuadas manejabilidades, sin

62
segregación de los granos, con una óptima graduación posible, proporcione
resistencias a la compresión.
Para estos efectos se utilizó el método gráfico de la Road Note Laboratory.
El método consiste en una seria de pasos a continuación puntualizados.
· Se dibuja un cuadro de 10 divisiones en ordenadas y 10 divisiones en
abscisas, tal como se aprecia en la Figura 27.
· Se enumeran los ejes de las ordenadas de abajo hacia arriba de 0 a
100; en los ejes de las abscisas, el superior se enumera de 0 a 100
de izquierda a derecha y el inferior de 0 a 100 de derecha a izquierda,
de este modo cualquier valor de arriba sumado al correspondiente
valor de abajo da 100.
· Se escoge el eje superior como eje de porcentajes de agregado de
menor TM y el inferior como eje de porcentajes de agregado de
mayor TM.
· Sobre el eje izquierdo de las ordenadas se coloca la granulometría
del agregado de menor TM y sobre el eje derecho de las ordenadas
se coloca la granulometría del agregado de mayor TM.
· Se unen por medio de líneas rectas los puntos correspondientes a
cada tamiz en las dos granulometrías. Se tienen entonces líneas
inclinadas que representan los posibles porcentajes de mezcla de
agregados que pueden pasar por cada uno de los tamices.

63
· Sobre las líneas inclinadas se colocan los puntos correspondientes a
la especificación elegida.
· Se traza un eje vertical que separe el conjunto de puntos hallados en
igual cantidad en la parte izquierda como en la parte derecha. A este
eje le corresponde un porcentaje de agregado de mayor TM y otro
porcentaje de menor TM, estos porcentajes representan la mezcla
óptima (Sánchez, 2005).
AGREGADO DE MENOR TM
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
100 100
90 90
80 80
AGREGADO DE MENOR TM
70 70 AGREGADO DE MAYOR TM
60 60
50 50
40 40
30 30
20 20
10 10
0 0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
AGREGADO DE MAYOR TM
Figura 27. Método gráfico de la Road Note Laboratory.
Al realizar la estabilidad granulométrica, se distingue dos combinaciones:
la primera con 20% de árido de TM= 3/4" y 80% de árido de TM= 1/2" y la
segunda queda definida con 30% de árido de TM= 3/4" y 70% de árido de TM=
64
1/2". En la Figura 28 y 29 se presenta las estabilidades obtenidas, se las puso
en práctica realizando el ensayo normalizado para el análisis granulométrico de
agregado grueso (ASTM C 136) y los resultados se muestran en los Cuadros 12
y 13, respectivamente.
65
AGREGADO DE TM= 1/2"

No. 8 No. 4 3/8" 1/2"
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
3/4" 100 100 3/4"
90 90
80 80
3/8"

70 70
60 60
50 50
1/2"
40 40
30 30
No. 4 20 20
3/8"
10 10
No. 8
No. 4
No. 8
0 0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
3/4" 1/2" 3/8" No.4 No.8
Figura 28. Primera estabilidad granulométrica.

No. 8 No. 4 3/8" 1/2"
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
3/4" 100 100 3/4"
90 90
80 80
3/8"
70 70
60 60
50 50
1/2"
40 40
30 30
No. 4 20 20
3/8"
10 10
No. 8
No. 4
No. 8
0 0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
3/4" 1/2" 3/8" No.4 No.8
Figura 29. Segunda estabilidad granulométrica.

66
Cuadro 12. Granulometría de la primera combinación 20% de 3/4" y 80% de

1/2".
MUESTRA No. 1: Granulometría de la primera combinación.

PESO RETENIDO %
% RETENIDO
TAMICES RETENIDO ACUMULADO ACUMULADO
ACUMULADO
(g) (g) PASA
3'' (76.1 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
2" (51.8mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
1 1/2'' (38.1 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
1" (25.4mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
3/4'' (19.0 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
1/2" (12.5 mm) 664.00 664.00 13.35 86.65
3/8'' (9.51 mm) 1 551.00 2 215.00 44.53 55.47
No. 4 (4.76 mm) 2 455.00 4 670.00 93.89 6.11
No. 8 (2.36 mm) 161.00 4 831.00 97.13 2.87
Pasa No. 8 143.00 4 974.00
PESO INICIAL DE LA
5 000.00
MUESTRA (g):
CURVA GRANULOMÉTRICA DE LA PRIMERA COMBINACIÓN

100
90
80
PORCENTAJE QUE PASA
70
60
RIPIO
50
MÁXIMO
40 MÍNIMO
30
20
10
0
100.00 10.00 1.00
ABERTURA MALLA MM
67
Cuadro 13. Granulometría de la segunda combinación 30% de 3/4" y 70% de

1/2".
MUESTRA No. 1: Granulometría de la segunda combinación.

PESO RETENIDO %
% RETENIDO
ACUMULADO
(g) (g) PASA
3'' (76.1 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
2" (51.8mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
1 1/2'' (38.1 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
1" (25.4 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
3/4'' (19.0 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
1/2" (12.5 mm) 1 290.00 1 290.00 18.46 81.54
3/8'' (9.51 mm) 1 930.00 3 220.00 46.08 53.92
No. 4 (4.76 mm) 2 873.00 6 093.00 87.19 12.81
No. 8 (2.36 mm) 305.00 6 398.00 91.56 8.44
Pasa No. 8 590.00 6 988.00
CURVA GRANULOMÉTRICA DE LA SEGUNDA COMBINACIÓN

100
90
80
PORCENTAJE QUE PASA
70
60
RIPIO
50
MÁXIMO
40
MÍNIMO
30
20
10
0
100.00 10.00 1.00
ABERTURA MALLA MM
68
Puesto que la primera combinación cumple los requisitos de gradación
del NEVI-12, más que la segunda opción, se trabajará con la estabilidad
granulométrica de 20% de árido de TM= 3/4" y 80% de árido de TM= 1/2", como
agregado grueso del proyecto tanto para el diseño de mezclas de hormigón con
agregados convencionales y mezclas de hormigón con escoria de acero.
3.2.1.3 Granulometría del agregado fino.
Cuadro 14. Granulometría del agregado fino, muestra 1.
MUESTRA No.1: Agregado fino directo de la cantera.

RETENIDO %
PESO % RETENIDO
TAMICES ACUMULADO ACUMULADO
RETENIDO (g) ACUMULADO
(g) PASA TOTAL
3/8" (9.5mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
No. 4 (4.76 mm) 360.00 360.00 20.00 80.00
No. 8 (2.36 mm) 372.00 732.00 40.67 59.33
No. 16 (1.18 mm) 291.00 1 023.00 56.83 43.17
No. 30 (0.6 mm) 220.00 1 243.00 69.06 30.94
No. 50 (0.30mm) 187.00 1 430.00 79.44 20.56
No. 100 (0.15 132.00 1 562.00 86.78 13.22
mm)
Pasa No 100 238.00 1 800.00
PESO INICIAL DE LA MUESTRA
(g):
1 800.00
MÓDULO DE FINURA: 3.5

69
CURVA GRANULOMÉTRICA, AGREGADO FINO, MUESTRA 1

100
90
80
PORCENTAJE QUE PASA
70
60
ARENA
50
MÁXIMO
40 MÍNIMO
30
20
10
0
10 1 0.1
ABERTURA MALLA MM
La muestra 1 de agregado fino natural no se ajusta a lo requisitos de gradación
para árido fino estipulados en el NEVI-12, por lo que se realizó una
estabilización de este agregado pasándole por el tamiz 1/4", esta muestra 2
generada si cumple con los requisitos del NEVI-12; por lo tanto la muestra 2
será el agregado fino natural base con el que se trabaja durante este proyecto
para realizar las mezclas de hormigón hidráulico con agregados
convencionales, y su granulometría se la puede apreciar en el Cuadro 15.

70
Cuadro 15. Granulometría del agregado fino, muestra 2.
MUESTRA No. 2: Agregado fino pasante del tamiz 1/4".

PESO RETENIDO %
% RETENIDO
ACUMULADO
(g) (g) PASA TOTAL
3/8" (9.5mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
No. 4 (4.76 mm) 73.00 73.00 6.93 93.07
No. 8 (2.36 mm) 191.00 264.00 25.05 74.95
No. 16(1.18 mm) 251.00 515.00 48.86 51.14
No. 30 (0.6 mm) 170.00 685.00 64.99 35.01
No. 50 (0.30mm) 124.00 809.00 76.76 23.24
No. 100 (0.15 mm) 119.00 928.00 88.05 11.95
Pasa No. 100 126.00 1 054.00
PESO INICIAL DE LA
1 054.00
MUESTRA (g):
CURVA GRANULOMÉTRICA DEL AGREGADO FINO, MUESTRA 2

100
90
80 ARENA
PORCENTAJE QUE PASA
70
MÁXIMO
60
MÍNIMO
50
40
30
20
10
0
10 1 0.1
ABERTURA MALLA MM
71
3.2.1.4 Estabilización granulometría de la escoria de acero.
En el segundo capítulo se determinó la granulometría de la escoria de acero
directa de los depósitos de la empresa siderúrgica, la cual no cumplió los
requisitos de gradación de agregado fino, a esta escoria se le estabilizó
pasándole por el tamiz No. 4 (4.75 mm) y esta muestra 2 de escoria cumple
con los requisitos de gradación para áridos finos del NEVI-12; por tanto la
escoria pasante del tamiz No. 4 es el agregado siderúrgico fino que se utilizará
para el diseño de mezclas de hormigón hidráulico con escoria de acero.
Cuadro 16. Granulometría de la escoria de acero, muestra 2.
MUESTRA No. 2: Escoria de acero pasante del tamiz No. 4.

%
RETENIDO %
PESO ACUMULADO
TAMICES ACUMULA RETENIDO
RETENIDO (g) PASA
DO (g) ACUMULADO
TOTAL
3/8" (9.5 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
No. 4 (4.76 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
No. 8 (2.36 mm) 171.00 171.00 21.38 78.63
No. 16 (1.18 mm) 220.00 391.00 48.88 51.13
No. 30 (0.6 mm) 153.00 544.00 68.00 32.00
No. 50 (0.30 mm) 110.00 654.00 81.75 18.25
No. 100 (0.15 mm) 64.00 718.00 89.75 10.25
Pasa No. 100 82.00 800.00
1 100.00
(g):
72
CURVA GRANULOMÉTRICA DE ESCORIA DE ACERO, MUESTRA 2

100
90
80
PORCENTAJE QUE PASA
70
ESCORIA
60
MÁXIMO
50
MÍNIMO
40
30
20
10
0
10 1 0.1
ABERTURA MALLA MM
3.2.1.5 Combinaciones de agregado fino y escoria de acero.
Con el propósito de determinar la granulometría de la escoria de acero
como agregado en la producción de hormigón se empezó por realizar
combinaciones entre la escoria y el agregado fino natural; al 100% de agregado
fino natural (arena) se le resta 10% en peso de su material y se añade el 10%
en peso de escoria de acero, de tal manera que se propone incrementar el
porcentaje de escoria en 10%, 20%, 30%, etc. La primera combinación está
definida con el 10% de escoria de acero y 90% de arena, la segunda
combinación es 20% de escoria de acero y 80% de arena, la tercera
combinación es 30% de escoria de acero y 70% de arena y así sucesivamente
se iría aumentado el porcentaje de escoria de acero hasta llegar al 100%
escoria de acero.
73
Los siguientes cuadros muestran las combinaciones de escoria de acero
y agregado fino que se realizó y se puede ver que no se ajustan a los límites
granulométricos recomendados.
Cuadro 17. Granulometría de 10% de escoria de acero y 90% de agregado fino.
MUESTRA No.1: 10% de escoria de acero y 90% de agregado fino.

PESO RETENIDO %
% RETENIDO
ACUMULADO
(g) (g) PASA TOTAL
3/8" (9.5 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
No. 4 (4.76 mm) 48.00 48.00 4.80 95.20
No. 8 (2.36 mm) 186.00 234.00 23.40 76.60
No. 16 (1.18 mm) 183.00 417.00 41.70 58.30
No. 30 (0.6 mm) 150.00 567.00 56.70 43.30
No. 50 (0.30 mm) 137.00 704.00 70.40 29.60
No. 100 (0.15 mm) 109.00 813.00 81.30 18.70
Pasa No. 100 187.00 1 000.00
PESO INICIAL DE LA
1 000.00
MUESTRA (g):
74
CURVA GRANULOMÉTRICA DE 10% DE ESCORIA DE ACERO Y 90

% DE AGREGADO FINO
100
90
80
ARENA Y ESCORIA
PORCENTAJE QUE PASA
70 MÁXIMO
60 MÍNIMO
50
40
30
20
10
0
10 1 0.1
ABERTURA MALLA MM

PESO RETENIDO %
% RETENIDO
ACUMULADO
(g) (g) PASA TOTAL
3/8" (9.5 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
No. 4 (4.76 mm) 53.00 53.00 5.30 94.70
No. 8 (2.36 mm) 192.00 245.00 24.50 75.50
No. 16 (1.18 mm) 194.00 439.00 43.90 56.10
No. 30 (0.6 mm) 158.00 597.00 59.70 40.30
No. 50 (0.30 mm) 137.00 734.00 73.40 26.60
No. 100 (0.15 mm) 96.00 830.00 83.00 17.00
Pasa No. 100 170.00 1 000.00
1 000.00
(g):
75
CURVA GRANULOMÉTRICA DE 20% DE ESCORIA DE ACERO Y 80

% DE AGREGADO FINO
100
90
80
PORCENTAJE QUE PASA
70 ARENA Y ESCORIA
60 MÁXIMO
50 MÍNIMO
40
30
20
10
0
10 1 0.1
ABERTURA MALLA MM

PESO RETENIDO %
% RETENIDO
ACUMULADO
(g) (g) PASA TOTAL
3/8" (9.5 mm) 0.00 0.00 0.00 100.00
No. 4 (4.76 mm) 39.00 39.00 3.90 96.10
No. 8 (2.36 mm) 202.00 241.00 24.10 75.90
No. 16 (1.18 mm) 212.00 453.00 45.30 54.70
No. 30 (0.6 mm) 161.00 614.00 61.40 38.60
No. 50 (0.30 mm) 133.00 747.00 74.70 25.30
No. 100 (0.15 mm) 95.00 842.00 84.20 15.80
Pasa No. 100 158.00 1 000.00
1 000.00
(g):
76
CURVA GRANULOMÉTRICA DE 30% DE ESCORIA DE ACERO

Y 70 % DE AGREGADO FINO
100
90
ARENA Y
80 ESCORIA
MÁXIMO
PORCENTAJE QUE PASA
70
60
50
40
30
20
10
0
10 1 0.1
ABERTURA MALLA MM
Debido a que las combinaciones de la escoria de acero y agregado fino
no cumplen con la faja granulométrica; mientras que la granulometría de la
escoria de acero sola pasante del tamiz No. 4, encaja en la faja granulométrica
con normalidad y dado que una de las metas de esta tesis es disminuir los
depósitos improductivos de escorias de acero, se opta por sustituir el 100% de
agregado fino de origen natural por la escoria de acero en la producción de
hormigón.
Para mejor ilustración de que la granulometría de la escoria fina de acero
cumple los requisitos de gradación mejor que las combinaciones de arena-
escoria de acero se presenta en la Figura 30 el conjunto de dichas
granulometrías.
77
Figura 30. Conjunto de curvas granulométricas de combinaciones arena - escoria y

curva granulométrica solo de escoria de acero.
78
Una vez definidas las granulometrías de agregado grueso (grava),
agregado fino natural (arena) y agregado siderúrgico (escoria de acero), las
cuales cumplen con los requisitos de gradación del NEVI-12, se prosigue con el
estudio de caracterización de las mismas en cuanto a peso específico,
absorción, densidad varillada, densidad suelta y contenido de humedad.
3.2.2 Gravedad específica y absorción del agregado fino, grueso y
escoria de acero. ASTM C 127 y ASTM C 128.
Cuadro 20. Gravedad específica y absorción del agregado fino.

PESO EN EL AIRE DE LA
A (g) 487.60
MUESTRA SECADA AL HORNO
PESO EN GRAMOS O
W VOLUMEN EN ml. DEL AGUA (cm3) 305.90
AÑADIDA
GRAVEDAD ESPECÍFICA DE
A/(V-W) (g/cm3) 2.51
MASA
500/(V-W) (g/cm3) 2.58
A/ ((V-W)-(500-A)) (g/cm3) 2.68
APARENTE
OBSERVACIONES: Temperatura ensayo = 25°C.

79
Cuadro 21. Gravedad específica y absorción del agregado grueso.

A (g) 4 870.00
SECADA AL HORNO
B (g) 5 000.00
SATURADA
PESO EN EL AGUA DE LA MUESTRA
C (g) 3 034.00
SATURADA
PESO ESPECÍFICO DEL AGUA A LA
ɣ TEMPERATURA QUE SE REALIZÓ EL (g/cm3) 1.00
ENSAYO
(A/(B-C))*ɣ GRAVEDAD ESPECÍFICA DE MASA (g/cm3) 2.47
GRAVEDAD ESPECÍFICA SATURADA (g/cm3)
(B/(B-C))*ɣ 2.54
SUPERFICIE SECA SSS
(A/(A-C))*ɣ GRAVEDAD ESPECÍFICA APARENTE (g/cm3) 2.64
(B-A/A)*100 ABSORCIÓN DE AGUA (%) 2.67
Cuadro 22. Gravedad específica y absorción de la escoria siderúrgica.

PESO EN EL AIRE DE LA
A (g) 491.50
MUESTRA SECADA AL HORNO
PESO EN GRAMOS O VOLUMEN
W (cm3) 357.50
EN ml. DEL AGUA AÑADIDA
A/(V-W) GRAVEDAD ESPECÍFICA DE MASA (g/cm3) 3.45
500/(V-W) (g/cm3) 3.51
A/ ((V-W)-(500-A)) (g/cm3) 3.67
APARENTE
OBSERVACIONES: Temperatura de ensayo = 25°C.

80
3.2.3 Densidad suelta y compactada de agregado fino, grueso y escoria
de acero. ASTM C 29.
Cuadro 23. Ensayo ASTM C 29 del agregado fino.
DENSIDAD SUELTA DE ARENA

Molde No. M1 M1 M1
Peso del molde (g) 6 640.00 6 640.00 6 640.00
Peso suelo (g) 20 820.00 20 930.00 21 100.00
Volumen (cm3) 14 235.34 14 235.34 14 235.34
Media 1.47
DENSIDAD COMPACTADA DE ARENA

Molde No. M1 M1 M1
Peso del molde (g) 6 640.00 6 640.00 6 640.00
Peso suelo (g) 21 994.00 22 360.00 22 373.00
Volumen (cm3) 14 235.34 14 235.34 14 235.34
Densidad compactada (g/cm3) 1.55 1.57 1.57
Media 1.56
Cuadro 24. Ensayo ASTM C 29 del agregado grueso.
DENSIDAD SUELTA DE LA GRAVA

Molde No. M1 M1 M1
Peso del molde (g) 6 640.00 6 640.00 6 640.00
Peso suelo (g) 19 692.00 19 825.00 19 725.00
Volumen (cm3) 14 235.34 14 235.34 14 235.34
Media (g/cm3) 1.39
DENSIDAD COMPACTADA DE LA GRAVA

Molde No. M1 M1 M1
Peso del molde (g) 6 640.00 6 640.00 6 640.00
81
Peso suelo (g) 21 369.00 21 469.00 21 526.00

Volumen (cm3) 14 235.34 14 235.34 14 235.34
(g/cm3)
Media (g/cm3) 1.51
DENSIDAD SUELTA DE LA ESCORIA DE ACERO

Molde No. M1 M1 M1
Peso del molde (g) 6 640.00 6 640.00 6 640.00
Peso suelo (g) 27 791.00 28 266.00 28 165.00
Volumen (cm3) 14 235.34 14 235.34 14 235.34
Media 1.97
DENSIDAD COMPACTA DE LA ESCORIA DE ACERO

Molde No. M1 M1 M1
Peso del molde (g) 6 640.00 6 640.00 6 640.00
Peso suelo (g) 29 971.00 30 082.00 30 000.00
Volumen (cm3) 14 235.34 14 235.34 14 235.34
(g/cm3)
Media 2.11
3.2.4 Contenido de humedad en el agregado fino, grueso y escoria de
acero por secado. ASTM C 566.
Cuadro 26. Ensayo ASTM C 566 del agregado fino.
ARENA
DESCRIPCIÓN
MUESTRA 1 MUESTRA 2
RECIPIENTE R-1 R-2
82
PESO SECO (g) 562.50 603.22

% AGUA 6.06 6.03
OBSERVACIONES: Temperatura del horno 110 °C
Cuadro 27. Ensayo ASTM C 566 del agregado grueso.
AGREGADO GRUESO
DESCRIPCIÓN
MUESTRA 1 MUESTRA 2
RECIPIENTE T-1 T-2
PESO SECO (g) 1049.69 1051.60
% AGUA 3.25 3.06
OBSERVACIONES: Temperatura del horno 110 °C
ESCORIA DE ACERO
DESCRIPCIÓN
MUESTRA 1 MUESTRA 2
RECIPIENTE R-11 R-12
PESO SECO (g) 510.25 338.85
% AGUA 0.04 0.09
OBSERVACIONES: Temperatura del horno 110°C.
3.2.5 Determinación del valor de la degradación del árido grueso
mediante el uso de la Máquina de los Ángeles. ASTM C 131.
La norma establece el método de ensayo para determinar el valor de la
degradación del árido grueso de tamaño inferior a 37.5 mm, mediante la pérdida
de masa por desgaste e impacto utilizando la máquina de Los Ángeles. El valor

83
de la degradación es utilizado como indicador de la calidad relativa o de la
competencia de áridos y fuentes de áridos, que tienen composiciones
mineralógicas similares.
3.2.5.1 Equipo.
· Máquina de los ángeles, debe estar compuesta por un cilindro de acero
hueco, con espesor de pared no menor que 12.4 mm, cerrado en ambos
extremos, que tenga un diámetro interno de 711 mm ± 5 mm y longitud
interna de 508 mm ± 5 mm. Para cubrir la abertura, debe estar provisto
de una tapa apropiada que no deje escapar el polvo, con dispositivos
para atornillar la tapa en su lugar. Una plataforma de acero, extendida
toda la longitud del cilindro y proyectada hacia el interior en 89 mm ± 2
mm. La posición de la plataforma debe ser tal que la muestra y las
esferas de acero no golpeen en o cerca de la abertura y su tapa.
· Tamices: 1/2", 3/8" y No. 12.
· Balanza con una precisión de por lo menos 0.1% de la carga de ensayo
en cualquier punto dentro del rango de uso para este método de ensayo.
· Carga, la carga consiste en esferas de acero que promedien
aproximadamente 47 mm de diámetro, que cada una tenga una masa de
entre 390 y 445 g. Dependiendo de la gradación de la muestra de ensayo
debe cumplir con la Tabla 7.

84
Tabla 7. Especificaciones de carga.
3.2.5.2 Materiales.
· La cantidad de muestra se determina en función de la Tabla 8. Según
esto, se necesita 5 000 ± 10 gr de agregado grueso.

85
Tabla 8. Gradación de las muestras de ensayo.
Fuente: (ASTM C 131, 2004).
Figura 32. Muestra de agregado grueso para el ensayo de abrasión.
· Lavar la muestra y secarla al horno a 110°C ± 5°C hasta obtener masa prácticamente
constante, hasta obtener la gradación indicada en la Tabla 3 que mejor represente al
rango de tamaños del árido proporcionado para el ensayo.
· Registrar la masa de la muestra antes del ensayo con aproximación de 1 g.

86
· Colocar la muestra y la carga para el ensayo en la máquina de Los
Ángeles, girar la máquina 500 revoluciones, a una velocidad entre 30
r/min y 33 r/min.
· Después del número prescrito de revoluciones, descargar el material de
la máquina y realizar una separación preliminar de la muestra sobre un
tamiz de mayor abertura que el de 1.70 mm. Tamizar la porción fina por
el tamiz de 1.70 mm. Lavar el material más grueso que 1.70 mm y
secarlo al horno a 110 °C ± 5 °C hasta obtener una masa prácticamente
constante.
· Si el árido esencialmente no contiene recubrimientos adherentes y polvo,
el requisito del lavado luego del ensayo es opcional. Sin embargo, para
el caso de ensayos de arbitraje, se debe realizar el procedimiento de
lavado.
3.2.5.4 Resultados.
Cuadro 29. Resultado de gradación del árido grueso.
Gradación escogida de la muestra: Tipo B

VARIABLES DESCRIPCIÓN UNIDAD VALORES
B Masa del material no desgastado (gr) 5 000.00
Masa del material retenido en el tamiz
C (gr) 3 486.70
#12 después del ensayo
B-C Pérdida por desgaste (gr) 1 513.30
D=(B-C)/B*100 Valor de la degradación en porcentaje (%) 30.27

87
El porcentaje de desgaste a la abrasión obtenido es menor que el 50%,
por tanto cumple satisfactoriamente este requisito para ser árido grueso de
mezclas de hormigones.
3.3 Resumen de caracterización de agregado grueso, fino y
siderúrgico.
Después de realizar la caracterización de los agregados que se utilizará
en el diseño de mezclas de hormigón de peso normal se presenta un resumen
de los mismos en el siguiente cuadro.
Cuadro 30. Resumen de caracterización de agregados.
AGREGADOS
DESCRIPCIÓN UNIDADES
FINO GRUESO ESCORIA
GRAVEDAD ESPECÍFICA DE
Kg/m3 2 512.11 2 469.80 3 449.12
MASA
Kg/m3 2 575.99 2 535.73 3 508.77
Kg/m3 2 683.54 2 644.67 3 667.91
APARENTE
ABSORCIÓN DE AGUA % 2.54 2.67 1.73
MÓDULO DE FINURA - 3.10 - 3.10
CONTENIDO DE HUMEDAD % 6.05 3.16 0.06
TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL pulg - 1/2 -
DENSIDAD SUELTA Kg/m3 1 471.69 1 387.20 1 972.13
DENSIDAD COMPACTADA Kg/m3 1 562.47 1 507.14 2 108.67

88
Como se puede ver en el resumen de caracterización de agregados
naturales (arena y grava) y el árido siderúrgico (escoria de acero) la gravedad:
específica, saturada y aparente de la escoria es 1.37 veces mayor que los de la
arena. En cuanto a la densidad suelta y compactada la escoria de acero es 1.35
veces más pesada que la arena, lo cual indica que el hormigón hidráulico con
escoria de acero será más pesado que el hormigón hidráulico convencional.
En cuanto al contenido de humedad también difieren los valores, pero
estos pueden variar dependiendo del sitio de almacenamiento y los factores
ambientales como humedad relativa, temperatura, etc. El porcentaje de
absorción de agua de la arena es 1.47 veces mayor que la absorción de la
escoria de acero, es una ventaja de la escoria de acero ya que "entre menos
porosidad presente el agregado mayor es la resistencia mecánica del hormigón
hidráulico" (Asocreto, 2000, pág. 89)

89
4 CAPÍTULO 4
DISEÑO DE DOSIFICACIÓN Y DISEÑO EXPERIMENTAL PARA
HORMIGÓN HIDRÁULICO CONVENCIONAL Y HORMIGÓN
HIDRÁULICO CON ESCORIA DE ACERO.
En este apartado se realiza el proceso de dosificación de mezclas de
hormigón hidráulico, haciendo uso del Método ACI 211; de tal manera que se
tenga una dosificación inicial convencional con materiales estándares: arena,
grava, agua y cemento; hormigón con escoria: escoria de acero, grava, agua y
cemento; hormigón con escoria y aditivo: escoria de acero, grava, agua,
cemento y aditivo.
Dosificar una mezcla de hormigón hidráulico es determinar la combinación
más práctica 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
características de resistencia y durabilidad necesarias para el tipo de
construcción en que habrá de utilizarse.
El método americano ACI es el más conocido y ampliamente usado.
Consiste en una secuencia de pasos que determinan la cantidad de cada

90
material en peso y en volumen para 1.00 m³ de hormigón. En la Tabla 9 se
muestra un esquema de los pasos de dosificación.
Tabla 9. Secuencia de pasos para la dosificación de mezclas.
Elegir el asentamiento
Estimar el contenido de aire
Estimar la cantidad de agua de mezclado
Elegir la relación agua/cemento (a/c)
Calcular el contenido de cemento
Verificar si los agregados cumplen con las

recomendaciones granulométricas NEVI-12
Si cumplen No cumplen
Estimar el contenido de
Optimizar la granulometría
agregado grueso
Estimar el contenido de Estimar el contenido de arena

agregado fino y grava
Ajustar la cantidad de agua por el contenido de

humedad del agregado
Ajustar la mezcla de prueba
Fuente: (Asocreto, 2000)

91
Cabe aclarar que en el capítulo 3 de la presente tesis se efectuó la
estabilidad granulométrica de los agregados naturales y el agregado
siderúrgico, para ingresarlos en franjas de especificación granulométrica según
los requisitos del NEVI-12 para diseño de hormigón hidráulico. Por otra parte las
tablas expuestas a continuación sirven de guía en el proceso de dosificación
tanto del hormigón hidráulico con áridos naturales como para el hormigón
hidráulico con escoria de acero.
Tabla 10. Valores de asentamiento recomendados para diversas clases de

construcción.
ASENTAMIENTO CONSISTENCIA GRADO DE TIPO DE ESTRUCTURA Y

(cm) (TIPO DE CONCRETO) TRABAJABILIDAD CONDICIONES DE COLOCACIÓN
Vigas o pilotes de alta resistencia

0 - 2.0 Muy seca Muy pequeño
con vibradores de formaleta.
Pavimentos vibrados con máquina

2.0 - 3.5 Seca Pequeño
mecánica.
Construcciones en masas
voluminosas. Losas medianamente
reforzadas con vibración.
3.5 - 5 Semi-seca Pequeño
Fundaciones en concreto simple.
Pavimentos con vibradores
normales.
Losas medianamente reforzadas y
pavimentos, compactados o a
5.0 - 10.0 Media Medio
mano. Columnas, vigas, fundaciones
y muros, con vibración.
Secciones con mucho refuerzo.
Trabajos donde la colocación sea
10.0 - 15.0 Húmeda Alto difícil. Revestimiento de túneles. No
recomendable para compactado
con demasiada vibración.

92
Tabla 11. Contenido aproximado de aire en el concreto para varios grados

de exposición.
PORCENTAJE PORCENTAJE PROMEDIO TOTAL DE

AGREGADO GRUESO PROMEDIO AIRE RECOMENDADO PARA LOS
APROXIMADO DE SIGUIENTES GRADOS DE EXPOSICIÓN
Pulgadas mm AIRE ATRAPADO Suave Mediano Severo
3/8 9.51 3.0 4.5 6.0 7.5
1/2 12.50 2.5 4.0 5.5 7.0
3/4 19.10 2.0 3.5 5.0 6.0
1 25.40 1.5 3.0 4.5 6.0
1 1/2 38.10 1.0 2.5 4.5 5.5
2 50.80 0.5 2.0 4.0 5.0
3 76.10 0.3 1.5 3.5 4.5
6 152.40 0.2 1.0 3.0 4.0

93
Figura 33. Requerimientos de agua de mezclado.

94
Tabla 12. Requerimientos aproximados de agua de mezclado y contenido de

aire para diferentes asentamientos y TMN del agregado.
CONTENIDO DE
CONDICIONES
AGUA EN Kg/m³ DE CONCRETO PARA LOS TMN DEL

AIRE
ASENTAMIENTO
DEL
AGREGADO INDICADOS
(cm)
10 12.5 20 25 40 50 70 150
CONCRETO SIN AIRE
3a5 2015 200 185 180 160 155 145 125
8 a 10 225 215 200 195 175 170 160 140

INCLUIDO
15 a 18 240 230 210 205 185 180 170 -

Cantidad aproximada
de aire atrapado en el
3 2.5 2 1.5 1 0.5 0.3 0.2
concreto sin aire
incluido, por ciento.
CONCRETO con AIRE
3a5 180 175 165 160 145 140 135 120
8 a 10 200 190 180 175 160 155 150 135

INCLUIDO
15 a 18 215 205 190 185 170 165 16 -

Promedio
recomendable de
8 7 6 5 4 3 2 1
contenido total de aire
por ciento.
Tabla 13. Relación entre la resistencia a la compresión y algunos valores de la

relación a/c.
RESISTENCIA A LA CONCRETO SIN INCLUSOR DE CONCRETO CON INLCUSOR DE

COMPRENSIÓN A LOS 28 AIRE AIRE
DÍAS (Kg/cm²)
RELACIÓN ABSOLUTA POR PESO RELACIÓN ABSOLUTA POR PESO
175 0.65 0.56
210 0.58 0.5
245 0.52 0.46
280 0.47 0.42
315 0.43 0.38
350 0.40 0.35

95
Tabla 14. Volumen de gravilla por unidad de volumen de concreto.
Volumen de agregado grueso secado en el

Máximo tamaño nominal horno por unidad de volumen de concreto para
de agregados diferentes módulos de finura de agregado fino
MÓDULO DE FINURA
Pulgadas mm 2.40 2.60 2.80 3.00
3/8 9.51 0.50 0.48 0.46 0.44
1/2 12.5 0.59 0.57 0.55 0.53
3/4 19.1 0.66 0.64 0.62 0.60
1 25.4 0.71 0.69 0.67 0.65
1 1/2 38.1 0.75 0.73 0.71 0.69
2 50.8 0.78 0.76 0.74 0.72
3 76.1 0.82 0.80 0.78 0.76
6 152.4 0.87 0.85 0.83 0.81
4.1 Hormigón hidráulico convencional con materiales
estándares: arena, grava, cemento y agua.
Para realizar la dosificación de hormigón hidráulico convencional, se
presenta primero el cuadro de datos tanto del cemento como los agregados
grueso y fino de origen natural (grava y arena) necesarios para la dosificación y
seguido de ello se muestra el procedimiento de cálculo de dosificación en sí,
para mayor facilidad de compresión del lector se enumeró secuencialmente los
pasos de dicho proceso de dosificación hasta la obtención de las cantidades de

96
materiales requeridos. A continuación en la Cuadro 31 se presenta la
dosificación de hormigón hidráulico convencional con el ajuste de agua de
mezclado, es decir, se añadió 2.78% en peso de agua de mezcla calculada
para 1.00 m³ de hormigón hidráulico. Con esta premisa se obtuvo tanto la
resistencia requerida a la compresión como el asentamiento estimado, cabe
mencionar que estas dos últimas características cumplen con lo estipulado en
las normas INEN Y NEC-11.

97
Cuadro 31. Dosificación de hormigón hidráulico convencional fć = 210

kg/cm2.
DATOS
CEMENTO Densidad del cemento = 3148.61 kg/m³
AGREGADO GRUESO AGREGADO FINO

Tamaño máximo = 3/4 pulg 19.05 mm
Tamaño máximo nominal = 1/2 pulg 12.70 mm Módulo de finura = 3.10 -
Masas unitarias: Masas unitarias:
Masa unitaria compactada MUC = 1 507.14 kg/m³ Masa unitaria compactada MUC = 1 562.47 kg/m³
Masa unitaria suelta MUS = 1 387.20 kg/m³ Masa unitaria suelta MUS = 1 471.69 kg/m³
Densidad aparente = 2 644.67 kg/m³ Densidad aparente = 2 683.54 kg/m³
Absorción Absg = 2.67 % 0.0267 - Absorción Absf = 2.54 % 0.025 -
Humedad natural Hg = 0% 0- Humedad natural Hf = 0% 0-
Origen aluvial, textura y forma: agregado angular Origen aluvial, textura y forma: agregado angular
PROCEDIMIENTO
1. ELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO 2. ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AIRE
Seleccione el asentamiento en la Tabla 10 Seleccione la estimación del contenido de aire en la Tabla 11

Asentamiento adoptado = 5.00 cm % prom de aire atrapado= 2.50 % = 25.00 lts = 0.025 m³/m³
3. ESTIMACIÓN DE LA CANTIDAD DE AGUA DE MEZCLADO (a) ESTIMACIÓN CANT AGUA

PARA N CILINDROS
Cantidad de agua obtenida de la Figura 33 = 206.00 lts 206 kg/m³
Cantidad de agua obtenida de la Tabla 12 = 200.00 lts 200 kg/m³ Máx cant de agua :
9.610446 kg/m³ 0.0096
Se adopta la máxima cantiad de agua = 206.00 lts 206 kg/m³ 0.206 m³/m³
4. ESTIMACIÓN DE LA RELACIÓN AGUA/CEMENTO (a/c) 5. CÁLCULO DEL CONTENIDO DEL CEMENTO

206.00
= = 355.17 kg/m³
Resistencia requerida fć = 210 kg/cm² 0.58
Aire incluido (sin/con): sin - El volumen del cemento por m³ de concreto será
Estime la relación a/c en la Tabla 13 355.17
= = 0.11 m³/m³
Estimado de la relación a/c = 0.58 - 3148.61
6. VERIFICACIÓN DE LAS ESPECIFICACIONES GRANULOMÉTRICAS

Los agregados deben cumplir con las especificaciones granulométricas; es decir, debe estar dentro de la faja granulométrica, caso contrario obligatoriamente
debe realizar la estabilización granulométrica para continuar con el cálclulo de dosificación.
7. ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE LA GRAVA 8. ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE ARENA
Estime el contenido de grava en la Tabla 14

Volumen de arena (VA) es la resta de:
Estimado del cont de grava b/b o = 0.53 -
Volumen de partículas de agregado grueso por m³ de agregado grueso (bo`)
1507.14 VA = 0.35 m³/m³
= = 0.57
2644.67
Volumen de la grava por m³ de concreto (B)
= 0.30 m³/m³ 10. PESOS HÚMEDOS DE LOS AGREGADOS
10.1 Peso húmedo de la grava
9. CANTIDADES PREVIAS PARA 1 m³ DE LA MEZCLA Mh g = 799.00 kg/m³

Hg < Abs g → a la grava le falta agua
MATERIAL DENSIDAD VOLUMEN PESO Entonces:
D1 Kg/m³ V1 m³/m³ W1 Kg/m³
Cemento 3 148.61 0.11 355.17 Ag = 21.33 kg
Aire 0.00 0.025 0.00
Agua 1 000.00 0.206 206.00 10.2 Peso húmedo de la arena
Grava 2 644.67 0.302 798.78
Arena 2 683.54 0.354 950.41 Mh f = 950.00 kg/m³
TOTAL - 1.00 2 310.36 Hf < Abs f →a la arena le falta agua
Entonces:
Af = 24.14 kg
10.3 Agua total en exceso (A)

45.47 kg
Entonces la cantidad de agua de mezclado será:
a-A = 160.53 Kg/m³
98
11. AGUA DE MEZCLADO TOTAL PARA 1 m³

Se despeja a de la relación a/c, entonces:
a= 0.58 355
a= 206.00 kg = 206.00 lt
Entonces el agua de mezclado será:
251.47 kg 251.47 lt
12. RESUMEN DE LAS CANTIDADES PARA 1 m³ DE LA MEZCLA
MATERIAL DENSIDAD VOLUMEN PESO AJUSTES POR HUMEDAD

D1 kg/m³ V1 m³/m³ W1 Kg/m³ W1 Kg/m³
Cemento 3 148.61 0.11 355.17 355.17
Aire 0.00 0.03 0.00 0.00
Agua 1 000.00 0.21 206.00 251.47
Grava 2 644.67 0.30 798.78 799.00
Arena 2 683.54 0.35 950.41 950.00
TOTAL - 1.00 2 310.36 -
• DOSIFICACIÓN PARA N CILINDROS Y N VIGAS DE

HORMIGÓN CONVENCIONAL
Volumen requerido: 0.0991 m³
fć requerido a los 28 días: 210 kg/cm²
Núm de cilindros a fundir : 8 unidades
Núm de vigas a fundir : 4 unidades
MATERIALES CANTIDADES
Cemento 35.21 Kg 0.70 qq
Aire 0.00 Kg
Agua 23.23 lt 23 232.95 ml
Grava 79.18 kg
Arena 94.21 kg
Preparado por: Cuásquer J. y Altamirano S. (2015).
Con la obtención de la dosificación óptima, más adelante se procede a
elaborar y curar especímenes cilíndricos y vigas que se precisa para realizar los
ensayos del hormigón hidráulico en su estado fresco y endurecido; en este
mismo capítulo se describe dichos ensayos con los respectivos resultados.

99
4.2 Hormigón hidráulico con escoria: escoria de acero, grava,
cemento y agua.
Cabe mencionar que la misma dosificación que se calculó para el
hormigón hidráulico convencional se usó para la preparación de muestras de
hormigón hidráulico con escoria de acero propuesto en esta tesis.
A la dosificación de hormigón hidráulico también se le añadió un
porcentaje en peso de agua de mezcla extra de 2.80% para 1.00 m³ de
hormigón; con esta deducción se obtiene el asentamiento estimado y se
proyecta que la resistencia a la compresión del hormigón con escoria de acero
aumente con respecto al hormigón convencional. A continuación en el Cuadro
32 se presenta la dosificación del hormigón hidráulico con escoria de acero.

100
Cuadro 32. Dosificación de hormigón hidráulico con escoria de acero de
210 Kg/cm².
DATOS
CEMENTO Densidad del cemento = 3148.61 kg/m³
AGREGADO GRUESO ESCORIA DE ACERO

Tamaño máximo = 3/4 pulg 19.05 mm
Tamaño máximo nominal = 1/2 pulg 12.70 mm Módulo de finura = 3.10 -
Masas unitarias: Masas unitarias:
Masa unitaria compactada MUC = 1 507.14 kg/m³ Masa unitaria compactada MUC = 2 108.67 kg/m³
Masa unitaria suelta MUS = 1 387.20 kg/m³ Masa unitaria suelta MUS = 1 972.13 kg/m³
Densidad aparente = 2 644.67 kg/m³ Densidad aparente = 3 667.91 kg/m³
Absorción Absg = 2.67 % 0.0267 - Absorción Absf = 1.73 % 0.017 -
Humedad natural Hg = 0% 0- Humedad natural Hf = 0% 0-
Origen aluvial, textura y forma: agregado angular Origen, textura y forma: ADELCA, agregado angular
PROCEDIMIENTO
1. ELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO 2. ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AIRE
Seleccione el asentamiento en la Tabla 10 Seleccione la estimación del contenido de aire en la Tabla 11

Asentamiento adoptado = 5.00 cm % prom de aire atrapado= 2.50 % = 25.00 lts = 0.025 m³/m³
3. ESTIMACIÓN DE LA CANTIDAD DE AGUA DE MEZCLADO (a) ESTIMACIÓN CANT AGUA

PARA N CILINDROS
Cantidad de agua obtenida de la Figura 33 = 206.00 lts 206 kg/m³
Cantidad de agua obtenida de la Tabla 12 = 200.00 lts 200 kg/m³ Máx cant de agua :
9.610446 kg/m³ 0.0096
Se adopta la máxima cantiad de agua = 206.00 lts 206 kg/m³ 0.206 m³/m³
4. ESTIMACIÓN DE LA RELACIÓN AGUA/CEMENTO (a/c) 5. CÁLCULO DEL CONTENIDO DEL CEMENTO

206.00
= = 355.17 kg/m³
Resistencia requerida fć = 210 kg/cm² 0.58
Aire incluido (sin/con): sin - El volumen del cemento por m³ de concreto será
Estime la relación a/c en la Tabla 13 355.17
= = 0.11 m³/m³
Estimado de la relación a/c = 0.58 - 3148.61
6. VERIFICACIÓN DE LAS ESPECIFICACIONES GRANULOMÉTRICAS

Los agregados deben cumplir con las especificaciones granulométricas; es decir, debe estar dentro de la faja granulométrica, caso contrario obligatoriamente
debe realizar la estabilización granulométrica para continuar con el cálclulo de dosificación.
7. ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE LA GRAVA 8. ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE ESCORIA DE ACERO

Estime el contenido de grava en la Tabla 14
Estimado del cont de grava b/b o = 0.53 - Volumen de escoria (VE) es la resta de:
Volumen de partículas de agregado grueso por m³ de agregado grueso (bo`) VE
1507.14
= = 0.57 VE = 0.35 m³/m³
2644.67
Volumen de la grava por m³ de concreto (B)
= 0.30 m³/m³
10. PESOS HÚMEDOS DE LOS AGREGADOS
9. CANTIDADES PREVIAS PARA 1 m³ DE LA MEZCLA 10.1 Peso húmedo de la grava
MATERIAL DENSIDAD VOLUMEN PESO

Mh g = 799.00 kg/m³
D1 kg/m³ V1 m³/m³ W1 Kg/m³
Hg < Abs g → a la grava le falta agua
Cemento 3 148.61 0.11 355.17
Entonces:
Aire 0.00 0.025 0.00
Agua 1 000.00 0.206 206.00
Grava 2 644.67 0.302 798.78 Ag = 21.33 kg
Escoria 3 667.91 0.354 1 299.03
TOTAL - 1.00 2 658.99 10.2 Peso húmedo de la escoria de acero
Mh f = 1299.00 kg/m³
Hf < Abs f →a la escoria le falta agua
Entonces:
Af = 22.47 kg
10.3 Agua total en exceso (A)

43.80 kg
Entonces la cantidad de agua de mezclado será:
a-A = 162.20 Kg/m³
101
11. AGUA DE MEZCLADO TOTAL PARA 1 m³

Se despeja a de la relación a/c, entonces:
a= 0.58 355
a= 206.00 kg = 206.00 lt
Entonces el agua de mezclado será:
249.80 kg 249.80 lt
12. RESUMEN DE LAS CANTIDADES PARA 1 m³ DE LA MEZCLA
MATERIAL DENSIDAD VOLUMEN PESO AJUSTES POR HUMEDAD

D1 kg/m³ V1 m³/m³ W1 Kg/m³ W1 Kg/m³
Cemento 3 148.61 0.11 355.17 355.17
Aire 0.00 0.03 0.00 0.00
Agua 1 000.00 0.21 206.00 249.80
Grava 2 644.67 0.30 798.78 799.00
Escoria 3 667.91 0.35 1 299.03 1299.00
TOTAL - 1.00 2 658.99 -

HORMIGÓN CON ESCORIA DE ACERO
Aire 0.00 Kg
Agua 25.95 lt 25 949.02 ml
Grava 89.66 kg
Escoria 145.80 kg
4.3 Hormigón hidráulico con escoria y aditivo: escoria de acero,
grava, cemento, agua y aditivo.
Como se vio en el capítulo 2 la escoria de acero presenta oxidación en su
superficie y "se conoce que la oxidación que está presente en el acero de
refuerzo embebido en el hormigón estructural, produce corrosión al hormigón
endurecido con el paso del tiempo dependiendo del sitio y los factores
medioambientales" (Moreno, López, & Madrid, 2001). Este fenómeno podría
presentarse en el hormigón con escoria de acero propuesto en esta tesis,
entonces para prevenir este inconveniente se opta por utilizar un inhibidor de
corrosión en el hormigón recién mezclado, el cual forma una capa protectora

102
sobre la escoria de acero, retrasando el proceso de corrosión y por ende
alargando la vida útil de la estructura.
Es importante indicar que el aditivo utilizado no altera el tiempo de
fraguado así como también no altera significativamente las propiedades del
hormigón hidráulico en estado fresco ni endurecido (AGRECONS, S.A, 2015).
La dosificación del hormigón hidráulico con escoria de acero y aditivo es la
misma que la dosificación de hormigón hidráulico con escoria, salvo que se le
añade directamente a la mezcla este aditivo en proporción de 1.50 Kg de aditivo
por cada metro cúbico de hormigón hidráulico dosificado. A continuación se
presenta el resumen de cantidades de materiales de dicha dosificación.
Cuadro 33. Resumen de materiales de dosificación de hormigón con escoria de

acero y aditivo.

HORMIGÓN CON ESCORIA DE ACERO Y ADITIVO
Aire 0.00 Kg
Agua 25.95 lt 25 949.02 ml
Grava 89.66 kg
Escoria 145.80 kg
Aditivo 0.17 lt 168.36 ml
Al tener las dosificaciones tanto para el hormigón hidráulico con
agregados naturales y el hormigón hidráulico con escoria de acero se prosigue

103
con los ensayos de hormigón en estado fresco y posteriormente con los
ensayos de hormigón en estado endurecido.
4.4 Ensayos del hormigón hidráulico en estado fresco.
En este numeral se describe los ensayos realizados tanto para el
hormigón hidráulico convencional como para el hormigón hidráulico con escoria
de acero y hormigón hidráulico con escoria de acero y aditivo, al final de cada
ensayo se mostrará los resultados obtenidos de los mismos.
4.4.1 Muestreo del concreto recién mezclado, ASTM C172.
Esta norma establece los procedimientos para la obtención de muestras
representativas de hormigón fresco, como el que se entrega en el lugar del
proyecto, sobre el cual se van a realizar ensayos para determinar el
cumplimiento con los requisitos de calidad establecidos en las normas bajo las
cuales se despacha el hormigón.
4.4.1.1 Muestreo
· El tiempo transcurrido entre la obtención de la primera y la última porción de
la muestra compuesta no debe exceder de 15 minutos. Entiéndase como
muestra compuesta a la combinación de dos o más porciones individuales
integradas y remezcladas.
· Transportar las muestras individuales al lugar en donde se efectuarán los
ensayos al hormigón fresco o en donde los especímenes de ensayo van a

104
ser moldeados. Estas deben ser combinadas y remezcladas con una pala,
en la cantidad mínima necesaria para garantizar la uniformidad.
· Iniciar los ensayos de asentamiento, temperatura y contenido de aire dentro
de los 5 minutos posteriores a la obtención de la última porción de la
muestra compuesta. Completar estos ensayos rápidamente. Iniciar el
moldeo de especímenes para ensayos de resistencia dentro de los 15
minutos siguientes a la obtención de la muestra. Obtener y utilizar
rápidamente la muestra protegiéndola del sol, del viento, de otras causas de
evaporación rápida y de la contaminación.
4.4.1.2 Procedimiento
· Tamaño de la muestra. El volumen mínimo de las muestras que se van a
utilizar para los ensayos de resistencia debe ser de 28 litros. Se pueden
utilizar muestras de volúmenes más pequeños para ensayos de rutina de
contenido de aire, temperatura y asentamiento. El tamaño de las muestras
debe estar definido por el tamaño máximo del árido.
· Muestreo en mezcladores estacionarios. Muestrear el hormigón mediante
la recolección de dos o más porciones tomadas en intervalos espaciados
regularmente durante la descarga de la porción media de la amasada. Si la
descarga del hormigón es demasiado rápida para desviar el flujo completo
de ésta, descargar el hormigón en un contenedor o unidad de transporte
suficientemente grande para dar cabida a toda la amasada y a continuación,
realizar el muestreo de la misma manera mencionada anteriormente. Tener

105
cuidado de no restringir el flujo del hormigón del mezclador, contenedor o
unidad de transporte, para no causar segregación. Estos requisitos se
aplican tanto a los mezcladores inclinados como a los no inclinados.
Figura 34. Mezclador estacionario inclinado utilizado en la fundición.
4.4.1.3 Resultados.
Cuadro 34. Acta de muestreo de hormigón convencional.
Lugar, fecha y hora del muestreo.

Lugar: Laboratorio de suelos de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Fecha: 16-04--2015
Hora: 8:40 am
Hormigón elaborado en obra.
Número de parada : 1
Condiciones climáticas durante el muestreo: soleado.
Procedimiento utilizado para el muestreo: muestreo en mezcladores estacionarios.
Observaciones: ninguna.
106
Cuadro 35. Acta de muestreo de hormigón con escoria de acero.

Fecha: 16-04--2015
Hora: 10:55 am
Condiciones climáticas durante el muestreo: soleado.
Cuadro 36. Acta de muestreo de hormigón con escoria de acero y aditivo.

Fecha: 16-04--2015
Hora: 12:51 pm
Condiciones climáticas durante el muestreo: soleado - nublado
4.4.2 Temperatura del concreto con cemento portland recién mezclado,
ASTM C 1064.
Este método de ensayo cubre la determinación de la temperatura de
mezclas de concreto hidráulico recién mezclado. La temperatura medida
representa la temperatura al tiempo del ensayo y puede no ser indicativa de la
temperatura del concreto recién mezclado a un tiempo posterior. Puede ser

107
usado para verificar que el concreto satisfaga un requisito específico de
temperatura.
4.4.2.1 Equipo.
· Recipiente. El recipiente debe ser lo suficientemente grande para que por
lo menos 75 mm (3 pulg) de concreto cubran en todas direcciones el
sensor del dispositivo medidor de temperatura. El espesor de la cubierta
de concreto debe ser además de por lo menos tres veces mayor que el
tamaño nominal máximo del agregado grueso.
· Dispositivo medidor de temperatura. El aparato medidor de temperatura
debe ser capaz de medir con exactitud, la temperatura de la mezcla de
concreto recién mezclado con una aproximación de +/- 0.5°C dentro de
un rango de 0°C a 50°C. El diseño del dispositivo sensor de temperatura
debe ser tal que permita una inmersión de 75 mm (3 pulg) o más,
durante la operación.
Figura 35. Equipo y muestra para realizar el ensayo de temperatura.

108
4.4.2.2 Muestreo del concreto.
Es aceptable medir la temperatura del concreto recién mezclado bien sea
en el equipo de transporte o en las formaletas, después de la descarga, siempre
que el dispositivo medidor de temperatura esté rodeado por al menos 75 mm (3
pulg) de concreto en todas direcciones.
Colocar el dispositivo medidor de temperatura, de modo que el sensor de
temperatura esté sumergido al menos 75 mm (3 pulg) en el concreto recién
mezclado. Presionar suavemente la superficie del concreto alrededor del
dispositivo medidor de temperatura, para cerrar los vacíos provocados por la
inmersión y para que la temperatura del aire circundante no afecte la medición.
Dejar el dispositivo medidor de temperatura en la mezcla de concreto
recién mezclado por un período mínimo de dos minutos, pero no más de cinco
minutos; entonces leer y registrar la misma, con una aproximación de 0.5°C. No
retirar del concreto el dispositivo, cuando haga la lectura.

109
4.4.2.4 Resultados.
Cuadro 37. Resultados del ensayo de temperatura del concreto recién

mezclado.
Período de
DESCRIPCIÓN Temperatura
tiempo medido Registro fotográfico
Tipo de hormigón ºC minutos
Convencional 21.00 2
Con escoria 23.50 2
Con escoria y aditivo 23.10 2
Según la norma INEN 1855-1 Requisitos de hormigón recién mezclado,
estipula que la temperatura mínima del hormigón es 13ºC considerando que el
hormigón producido en esta tesis servirá para la construcción de elementos
estructurales sobre piso como losas, cimentaciones, elementos que tienen

110
espesores de 30 cm o menos; y no debe exceder de 32ºC, esto nos indica que
el hormigón obtenido está dentro del rango con respecto a la temperatura.
4.4.3 Determinación del asentamiento del hormigón de cemento
hidráulico. ASTM C 143.
Esta norma establece el método de ensayo para determinar el
asentamiento del hormigón de cemento hidráulico tanto en el laboratorio como
en el campo.
4.4.3.1 Equipos.
· Molde. El espécimen para ensayo debe ser elaborado en un molde de metal
que no sea fácilmente atacado por la pasta de cemento. El molde debe tener
la forma de un cono truncado, con diámetros internos de 200 mm en la base,
100 mm en la parte superior y altura de 300 mm. Los diámetros y alturas
individuales deben tener una tolerancia de ± 3 mm de las dimensiones
especificadas. El interior debe estar relativamente liso y libre de
imperfecciones, abolladuras, deformaciones o de mortero adherido.
· Varilla de compactación. Debe ser una varilla recta, lisa, de acero, de 16 mm
de diámetro y aproximadamente 600 mm de longitud, teniendo el extremo de
compactación o los dos extremos redondeados con punta semiesférica,
cuyo diámetro es de 16 mm.
· Instrumento de medida. Puede utilizarse una regla, cinta de medir enrollada
de metal o un instrumento similar de medición rígido o semirrígido, marcado

111
en incrementos de 5 mm o menos. La longitud del instrumento debe ser de
al menos 300 mm.
· Cucharón. De un tamaño lo suficientemente grande para que cada cantidad
de hormigón obtenida del recipiente de muestreo sea representativa y lo
suficientemente pequeño como para que no se derrame durante la
colocación en el molde.
Figura 36. Equipo para realizar en ensayo de asentamiento.

4.4.3.2 Muestreo.
La muestra de hormigón para elaborar los especímenes de ensayo debe
ser representativa de toda la amasada. Debe ser obtenida de acuerdo con los
procedimientos descritos en la ASTM C 172.
Humedecer el molde y colocarlo sobre una superficie plana, rígida,
húmeda y no absorbente. El operador debe sostener firmemente el molde en su
lugar durante el llenado y la limpieza del perímetro, parándose sobre los dos
112
estribos. Inmediatamente después de obtener la muestra de hormigón, llenar el
molde en tres capas, cada una de aproximadamente un tercio del volumen del
molde. Colocar el hormigón en el molde utilizando el cucharón. Mover el
cucharón siguiendo el perímetro de la abertura del molde para asegurar una
distribución uniforme del hormigón con una mínima segregación.
Compactar cada capa con 25 golpes utilizando la varilla de
compactación. Distribuir de manera uniforme los golpes sobre la sección
transversal de cada capa. Para la capa inferior, es necesario inclinar la varilla
ligeramente y dar aproximadamente la mitad de los golpes cerca del perímetro y
luego continuar con golpes verticales en espiral hacia el centro.
Al llenar la capa superior, mantener un excedente de hormigón sobre la
parte superior del molde antes de empezar la compactación. Si durante la
operación de compactación, la superficie del hormigón queda por debajo del
borde superior del molde, agregar más hormigón para mantener en todo
momento un exceso de hormigón sobre la parte superior del molde. Después de
haber compactado la capa superior, enrasar la superficie del hormigón rodando
la varilla de compactación sobre el borde superior del molde. Continuar
presionando el molde firmemente hacia abajo y retirar el hormigón del área que
rodea la base del molde para evitar interferencias con el movimiento de
asentamiento del hormigón.
De inmediato retirar el molde del hormigón levantándolo cuidadosamente
en dirección vertical. Levantar el molde en su altura de 300 mm en 5 s ± 2 s con

113
un movimiento ascendente uniforme y sin movimientos laterales o de torsión.
Completar todo el ensayo desde el inicio del llenado hasta la remoción del
molde sin interrupción dentro de un periodo de 2 1⁄2 minutos.
Inmediatamente medir el asentamiento determinando la diferencia
vertical entre la parte superior del molde y el centro original desplazado de la
superficie superior del espécimen. Si ocurre un desprendimiento o corte del
hormigón de una parte o porción de la masa, desechar el ensayo y hacer un
nuevo ensayo con otra porción de la muestra.

114
4.4.3.4 Resultados.
Cuadro 38. Resultados del ensayo de asentamiento del concreto recién

mezclado.
DESCRIPCIÓN Asentamiento
Registro fotográfico
Tipo de hormigón mm
Convencional 50.00
Con escoria 40.00
Con escoria y aditivo 40.00
Las medidas del ensayo de asentamiento resultantes están en el rango
que se establece en la norma INEN 1855 Requisitos del hormigón premezclado,
la cual estipula que la tolerancia del asentamiento de 50 mm es +/- 15 mm.

115
4.4.4 Elaboración y curado en obra de especímenes para ensayo. ASTM
C31.
Esta norma establece los procedimientos para elaborar y curar cilindros y
vigas, tomados de muestras representativas de hormigón fresco, utilizado en la
construcción de una obra.
4.4.4.1 Equipos.
· Moldes para cilindros. La longitud debe ser el doble del diámetro y el
diámetro del cilindro debe ser por lo menos 3 veces el tamaño máximo
nominal del árido grueso. Para ensayos de aceptación de la resistencia a
compresión especificada, los cilindros deben ser de 150 mm x 300 mm o de
100 mm x 200 mm.
· Moldes para vigas. Los moldes para la elaboración de vigas deben tener la
forma y dimensiones requeridas para producir los especímenes estipulados.
La longitud debe ser por lo menos 50 mm mayor que tres veces la altura,
respecto de cómo va a ser ensayada. La relación entre ancho y altura,
respecto de cómo se moldea, no debe exceder de 1.5; la viga normalizada
debe tener una sección transversal de 150 mm x 150 mm y debe ser
utilizada para hormigón con árido grueso de hasta 50 mm de tamaño
máximo nominal.
· Varilla de compactación. Varilla de acero, recta, lisa y de sección circular,
con un diámetro que cumpla los requisitos de la Tabla 7. La longitud de la

116
varilla de compactación debe ser de por lo menos 100 mm mayor que la
profundidad del molde en el cual se está realizando la compactación, pero
no mayor de 600 mm de longitud total. La tolerancia en la longitud de la
varilla de compactación es de 4 mm. La varilla debe tener el borde de
compactación en ambos extremos redondeados, con una punta semiesférica
del mismo diámetro de la varilla.
Tabla 15. Requisitos para el diámetro de la varilla de compactación
· Mazo. Se debe utilizar un mazo con cabeza de caucho o cuero no tratado,
con una masa de 0,6 kg ± 0,2 kg.
· Herramientas de colocación. Deben ser de un tamaño suficientemente
grande para que cada cantidad de hormigón obtenida del recipiente en el
que se tomó la muestra, sea representativa y lo suficientemente pequeña
para que el hormigón no se derrame durante la colocación en el molde. Para
la colocación del hormigón en el molde para cilindros la herramienta
aceptable es un cucharón. Para la colocación del hormigón en el molde para
vigas, se permite el uso de una pala o de un cucharón.
· Herramientas para el terminado. Deben ser una llana o una paleta

117
Figura 37. Equipo para elaboración de especímenes:

cilindros y vigas.
4.4.4.2 Muestreo del hormigón.
Las muestras utilizadas para elaborar especímenes de ensayo bajo esta
norma, deben ser obtenidas de acuerdo con la ASTM C172, a menos que haya
sido aprobado o especificado un procedimiento alternativo.
Moldeo de cilindros. Seleccionar la varilla de compactación adecuada
según la Tabla 15. De la Tabla 16 determinar el método de compactación. Si el
método de compactación es por varillado, de la Tabla 17 determinar los
requisitos para el moldeo. Mientras se coloca el hormigón en el molde, mover el
cucharón alrededor del perímetro de la abertura del molde para asegurar una
118
distribución del hormigón con la mínima segregación. Cada capa de hormigón
debe ser compactada según se requiera. Al colocar la última capa, adicionar
una cantidad de hormigón para asegurar que, después de la compactación, el
molde quede lleno.
Moldeo de vigas. Seleccionar la varilla de compactación adecuada
según la Tabla 15. De la Tabla 16 determinar el método de compactación, a
menos que otro método esté especificado. Si el método de compactación es por
varillado, de la Tabla 17 determinar los requisitos para el moldeo. Determinar el
número de golpes con la varilla por cada capa, uno por cada 14 cm² del área
superficial de la viga. Cuando se utilice el cucharón o la pala, colocar el
hormigón en el molde hasta la altura requerida para cada capa, colocar el
hormigón de tal forma que esté uniformemente distribuido en cada capa con la
mínima segregación. Cada capa debe ser compactada según se requiera. Al
colocar la última capa, adicionar una cantidad de hormigón para asegurar que,
después de la compactación, el molde quede lleno.
Tabla 16. Requisitos para determinar el método de compactación.

119
Tabla 17. Requisitos para el moldeo mediante varillado.
1 golpe con la
varilla por cada
14 cm²
Varillado. Colocar el hormigón en el molde, en el número de capas
requeridas de aproximadamente igual volumen. Compactar cada capa
uniformemente sobre la sección transversal con la punta redondeada de la
varilla, con el número de golpes requerido. Compactar la capa del fondo,
penetrando la varilla en toda su profundidad, en la compactación de esta capa
tener cuidado de
no dañar el fondo del molde. Para cada capa superior, permitir que la varilla
penetre toda la capa que está siendo compactada e ingrese a la capa inferior
aproximadamente 25 mm. Luego de que cada capa ha sido compactada,
golpear en el exterior del molde de 10 a 15 veces con el mazo.

120
Figura 38. Elaboración de especímenes para ensayo ASTM C 31.

Figura 39. Elaboración de especímenes para ensayo ASTM C31.
Terminado. Realizar todo el terminado con la mínima manipulación
necesaria para producir una superficie plana, que esté nivelada con el borde
superior del molde y que no tenga depresiones o proyecciones mayores de 3.3
mm.
Terminado en cilindros. Luego de la compactación, igualar y terminar la
superficie superior con la varilla compactadora cuando la consistencia del
hormigón lo permita o con una llana o paleta. Si se desea, colocar sobre la
superficie del hormigón fresco una capa delgada de una pasta rígida de
cemento hidráulico, permitiéndole que fragüe y cure con el espécimen.
Terminado en vigas. Luego de la compactación del hormigón, utilizar
una llana o paleta para igualar la superficie superior con la tolerancia necesaria
para producir una superficie plana y uniforme.
Identificación. Marcar los especímenes para su identificación y del
hormigón que representan. Utilizar un método que no altere la superficie del
hormigón, no se debe marcar en los elementos removibles del molde. Luego de

121
retirar el molde, marcar los especímenes de ensayo para mantener su
identificación.
122
Figura 40. Identificación de especímenes: a- cilindros de hormigón convencional; b- cilindros de

hormigón con escoria de acero; c- cilindros de hormigón con escoria y aditivo; d- vigas de
hormigón convencional; e- vigas de hormigón con escoria; f- vigas de hormigón con escoria y aditivo
123
4.4.4.4 Curado.
Curado inicial. Inmediatamente después del moldeo y terminado, el
espécimen debe ser almacenado por un período de hasta 48 horas a una
temperatura entre 16°C y 27°C en un ambiente que prevenga la perdida de
humedad de los especímenes. Proteger todos los especímenes de los rayos
directos del sol y de cualquier radiación calórica, si se utiliza.
Figura 41. Curado inicial de los especímenes: cilindros y vigas.
Curado final. a) Cilindros. Una vez concluido el curado inicial y dentro de
30 minutos después de remover los especímenes de los moldes, curarlos a una
temperatura de 23°C ± 2°C manteniendo todo el tiempo sus superficies con
agua libre, utilizando tanques de almacenamiento o cámaras de curado. b)
Vigas. Deben ser curadas de la misma forma que los cilindros, a una
temperatura de 23°C ± 2°C por lo menos 20 horas antes de su ensayo. Debe

124
prevenirse el secado de las superficies de la viga, desde la remoción del
almacenamiento en agua, hasta el ensayo.
Figura 42. Curado final de especímenes: cilindros y vigas.
4.5 Ensayos del hormigón en su estado de endurecimiento.
Después de haber finalizado secuencialmente los tiempos de curado a los
4, 7, 14 y 28 días de los especímenes (cilindros y vigas) del hormigón
convencional H.C, hormigón con escoria H.E y hormigón con escoria de acero y
aditivo H.E.A se procede a realizar los ensayos del hormigón en su estado
endurecido.
4.5.1 Determinación de la resistencia a la compresión de especímenes
cilíndricos de hormigón de cemento hidráulico. ASTM C 39.
Esta norma establece el método de ensayo para determinar la resistencia
a la compresión de especímenes cilíndricos de hormigón de cemento hidráulico.
Este método de ensayo consiste en aplicar una carga axial de compresión a los
cilindros moldeados o núcleos de hormigón de cemento hidráulico a una

125
velocidad que se encuentra dentro de un rango definido hasta que ocurra la
falla del espécimen. La resistencia a la compresión de un espécimen se calcula
dividiendo la carga máxima alcanzada durante el ensayo para el área de la
sección transversal del espécimen.
4.5.1.1 Equipos.
Máquina de ensayo, debe tener la suficiente capacidad y disponer de
diferentes velocidades de carga. La máquina debe ser operada con energía
eléctrica y debe aplicar la carga continuamente y de forma intermitente y sin
producir impacto. Debe estar equipada con dos bloques de carga de acero con
caras endurecidas. Las caras de apoyo de los bloques con diámetro de 150 mm
o mayor no deben desviarse de la condición del plano por más de 0.02 mm a lo
largo de los 150 mm.
4.5.1.2 Especímenes.
Los especímenes no deben ser ensayados si cualquier diámetro
individual de un cilindro difiere de cualquier otro diámetro del mismo cilindro en
más del 2%. Esto puede ocurrir cuando los moldes que son para un solo uso.
Se deben realizar los ensayos de compresión de especímenes curados
en húmedo, tan pronto como sea posible luego de extraerlos del
almacenamiento húmedo.
126
Los especímenes deben ser ensayados en condición húmeda. Se deben
mantener húmedos utilizando cualquier método conveniente durante el período
comprendido entre la remoción del almacenamiento húmedo y el ensayo.
Todos los especímenes de ensayo para una edad de ensayo dada,
deben romperse dentro de las tolerancias de tiempo admisibles, señaladas en
la Tabla 18:
Tabla 18. Tolerancia de tempo admisible para el ensayo de especímenes.
Colocación del espécimen. Colocar el bloque de carga plano (inferior),
con su cara endurecida hacia arriba, sobre la mesa o platina de la máquina de
ensayo directamente bajo del bloque de carga esférico (superior). Verificar el
ajuste a cero y asentamiento del bloque.
Velocidad de carga. Aplicar la carga continuamente y sin impacto. La
carga debe ser aplicada a una velocidad de movimiento correspondiente a una
velocidad de esfuerzo sobre el espécimen de 0,25 ± 0,05 MPa/s. Se debe
mantener la velocidad de movimiento señalada al menos durante la última mitad
de la fase de la carga esperada.

127
Aplicar la carga de compresión hasta que el indicador de carga muestre
que está decreciendo constantemente y el espécimen muestre un patrón de
fractura bien definido. El esquema de los modelos típicos de fractura se muestra
en la Figura 43.
Figura 43. Esquema de los modelos típicos de fractura.

128
4.5.1.4 Resultados.
Cuadro 39. Resultados de la resistencia a la comprensión del H.C, H.E, H.E.A a

los 4 días (curado rápido).
Resistencia a la compresión estimada a los 4 días: 95% a 98% de 21 Mpa = 19.95 Mpa
- 20.58 Mpa
HORMIGÓN CON
HORMIGÓN HORMIGÓN CON
DESCRIPCIÓN ESCORIA Y
CONVENCIONAL ESCORIA
ADITIVO
Probeta No. 1 1 1
Edad de ensayo (días) 4 4 4
Diámetro (cm) 15.11 15.27 15.15
Longitud (cm) 30.03 30.04 30.05
Área (cm²) 179.32 183.13 180.27
Peso (kg) 12.21 14.52 14.36

Máxima carga obtenida
38 264.00 43 870.00 43 900.00
(Kg)
Tipo de falla de la probeta corte corte corte
Resistencia a la
213.39 239.55 243.53
compresión (Kg/cm²)
Resistencia a la
21.34 23.96 24.35
compresión (Mpa)
Incremento de fć (Mpa) - 2.62 3.01
Incremento de fć (%) - 12.26 14.12

129
Cuadro 40. Resultados de la resistencia a la compresión del H.C, H.E, H.E.A a

los 7 días.
Resistencia a la compresión estimada a los 7 días: 65% a 75% de 21 Mpa = 13.65 Mpa -
15.75 Mpa
HORMIGÓN CON
ADITIVO
Probeta No. 2 3 2 3 2 3
Edad de ensayo (días) 7 7 7 7 7 7
Diámetro (cm) 15.17 15.03 15.27 15.07 15.07 15.23
Longitud (cm) 30.01 30.05 30.03 30.01 30.06 30.04
Área (cm²) 180.74 177.42 183.13 178.37 178.37 182.18
Peso (kg) 12.45 12.98 14.63 14.14 14.56 14.61
Máxima carga
29 042.00 30 824.00 42 054.00 35 240.00 43 800.00 41 532.00
obtenida (Kg)
Tipo de falla de la
corte corte corte corte corte corte
probeta
fć (Kg/cm²) 160.68 173.73 229.64 197.57 245.56 227.98
fć (Mpa) 16.07 17.37 22.96 19.76 24.56 22.80
fć promedio (Mpa) 16.72 21.36 23.68
Incremento de fć
- 4.64 6.96
(Mpa)
130

los 14 días.
Resistencia a la compresión estimada a los 14 días: 80% a 85% de 21 Mpa = 15.75

Mpa - 17.85 Mpa
HORMIGÓN CON
ADITIVO
Probeta No. 4 5 4 5 4 5
Diámetro (cm) 15.13 15.32 15.13 15.17 15.38 15.20
Longitud (cm) 30.01 30.04 30.05 30.06 30.04 30.01
Área (cm²) 179.79 184.33 179.79 180.74 185.78 181.46
Peso (kg) 12.20 12.78 14.31 14.59 14.94 14.40
Máxima carga obtenida 49

33 474.00 35 166.00 46 826.00 52 239.00 48 719.00
(Kg) 124.00
Tipo de falla de la
corte corte corte corte corte corte
probeta
fć (Kg/cm²) 186.18 190.77 260.45 271.79 281.19 268.49
fć (Mpa) 18.62 19.08 26.04 27.18 28.12 26.85
fć promedio (Mpa) 18.85 26.61 27.48
Incremento de fć (Mpa) - 7.76 8.64

131

los 28 días.
Resistencia a la compresión a los 28 días: 100% de 21 Mpa.

HORMIGÓN CON
ADITIVO
Probeta No. 6 6 6
Diámetro (cm) 15.2 15.23 15.28
Longitud (cm) 30.05 30.05 30.03
Área (cm²) 181.46 182.18 183.37
Peso (kg) 12.80 14.60 14.84
Máxima carga obtenida

38 964.00 52 094.00 57 447.00
(Kg)
Tipo de falla de la
corte corte corte
probeta
fć (Kg/cm²) 214.73 285.96 313.28
fć (Mpa) 21.47 28.60 31.33
Incremento de fć
- 7.12 9.86
(Mpa)
132
La fractura típica que se presentó en los todos los cilindros de hormigón
al realizar el ensayo de compresión es por corte en los extremos superiores de
las probetas; esto ocurre cuando se ensaya con cabezales con almohadillas no
adherentes (neoprenos).
a b c
Figura 44. Fracturas de probetas cilíndricas: a- hormigón convencional; b-
hormigón con escoria de acero; c- hormigón con escoria de acero y aditivo.
4.5.2 Determinación del módulo de elasticidad del concreto en
compresión. ASTM C 469.
El módulo de elasticidad, definido por la ecuación Ec= esfuerzo
/deformación es una medida de la rigidez, o sea la resistencia del hormigón a la
deformación.
El hormigón no es un material verdaderamente elástico, pero el hormigón
que ha endurecido por completo y se ha cargado en forma moderada tiene

133
una curva de esfuerzo de compresión- deformación que, en esencia, es una
recta dentro del rango de los esfuerzos usuales de trabajo.
El módulo de elasticidad es aplicable dentro de los rangos de esfuerzos
de trabajo acostumbrados (0 a 40% de la resistencia última del concreto), son
usados para el dimensionamiento de elementos reforzados o no reforzados,
para establecer la cantidad de refuerzo y para calcular los esfuerzos para las
deformaciones unitarias observadas.
4.5.2.1 Equipo.
· Máquina de ensayo. Usar una máquina de ensayo capaz de aplicar una
carga a la velocidad y a la magnitud indicadas en el procedimiento. La
máquina de ensayo debe conformarse por el cabezal esférico y los bloques
de apoyo.
· Compresómetro. Para determinar el módulo de elasticidad usar un
dispositivo sensor adherido o no adherido que mida con una aproximación
de 5 millonésimas, la deformación promedio en dos líneas de base
diametralmente opuestas, cada una paralela al eje axial y centrada cerca de
la mitad de la altura del espécimen.

134
Figura 45. Ensayo para determinar el módulo de elasticidad
4.5.2.2 Especímenes de ensayo.
Especímenes Cilíndricos Moldeados. Moldear los cilindros de acuerdo
con los requerimientos para la elaboración de especímenes ensayados a
compresión en descritos en la norma ASTM C 31. Los especímenes deben
someterse a las condiciones de curado normalizado especificadas y ser
ensayados a la edad para la cual se desea la información del módulo de
elasticidad. Los especímenes se deben ensayar una hora después de ser
removidos del tanque de curado. Los especímenes removidos del tanque de
curado para su ensayo se deben mantener húmedos, cubriéndolos con una
lona mojada durante el intervalo de tiempo entre su remoción del curado y la
realización del ensayo.
Mantener la temperatura, y la humedad del ambiente lo más constantes
que sea posible, durante el ensayo. Registrar cualquier fluctuación inusual de
temperatura y de humedad en el informe.

135
Usar una pareja de los especímenes de ensayo, para determinar la
resistencia a compresión de acuerdo con el método de ensayo ASTM C 39,
previo a realizar el ensayo del módulo de elasticidad.
Colocar el espécimen de ensayo, con el equipo de medición de
deformación instalado, en la platina o bloque de apoyo inferior de la máquina de
ensayo. Cuidadosamente alinear el eje del espécimen con el centro de la rótula
del cabezal superior de apoyo. A medida que el bloque superior de apoyo se
lleva lentamente a asentarse sobre el espécimen, rote la parte móvil del bloque
suavemente hasta que se obtenga un apoyo uniforme.
Durante la primera carga que es preliminar para el ajuste de los
deformímetros, observar el funcionamiento de los mismos y corregir cualquier
comportamiento inusual antes de las siguientes cargas. Obtenga cada conjunto
de lecturas de la siguiente manera: Aplicar la carga continuamente y sin
impactos.
Ajustar la máquina de ensayo del tipo de tornillos de manera que el
cabezal móvil se mueva a una velocidad aproximada de 1.25 mm (0.05
pulg.)/min cuando la máquina está corriendo libre. En máquinas que operan
hidráulicamente, aplicar la carga a una velocidad constante dentro de un rango
de 241 +/- 34 Kpa (35+/- 5 psi)/s. Registrar sin interrupción del ensayo, la carga
aplicada y la deformación unitaria al punto cuando la deformación unitaria
longitudinal es de 50 millonésimas y al punto cuando la carga aplicada es igual
al 40% de la carga última.

136
4.5.2.4 Resultados.

convencional.
DATOS DEL CILINDRO CÁLCULOS

Peso: 12.10 kg S1 2.28 Mpa
Diámetro: 15.07 cm S2 8.74 Mpa
Longitud: 30.03 cm Ɛ1 0.00005 mm/mm
Área: 178.37 cm² Ɛ2 0.000402 mm/mm
P máx a los 28 Módulo Elasticidad 18 311.12 Mpa
días
38 964.00 Kg
fć a los 28 días 218.45 kg/cm²
fć a los 28 días 21.84 Mpa
40%(fć): 8.74 Mpa
DEFORMACIÓN Carga Esfuerzo Deformaciones e

-4
1X10 " KG Mpa mm mm / mm
0 533.00 0.30 0 0.00000
5 3 800.00 2.13 0.01270 0.00004
10 5 300.00 2.97 0.02540 0.00008
15 6 790.00 3.81 0.03810 0.00013
20 8 250.00 4.63 0.05080 0.00017
25 9 690.00 5.43 0.06350 0.00021
30 11 030.00 6.18 0.07620 0.00025
35 12 430.00 6.97 0.08890 0.00030
40 13 820.00 7.75 0.10160 0.00034
45 14 950.00 8.38 0.11430 0.00038
50 16 180.00 9.07 0.12700 0.00042
60 17 350.00 9.73 0.15240 0.00051
70 18 490.00 10.37 0.17780 0.00059
80 19 790.00 11.10 0.20320 0.00068
90 20 840.00 11.68 0.22860 0.00076
137
escoria de acero.

Peso: 14.72 kg S1 1.56 Mpa
Área: 182.18 cm² Ɛ2 0.000402 mm/mm
P máx a los 28 Módulo Elasticidad 18 311.12 Mpa
52 094.00 Kg
días
40%(fć): 11.44 Mpa
138

-4
0 409.00 0.22 0 0.00000
5 2 490.00 1.37 0.01270 0.00004
10 4 460.00 2.45 0.02540 0.00008
15 6 690.00 3.67 0.03810 0.00013
20 8 350.00 4.58 0.05080 0.00017
25 10 570.00 5.80 0.06350 0.00021
30 12 290.00 6.75 0.07620 0.00025
35 14 390.00 7.90 0.08890 0.00030
40 16 320.00 8.96 0.10160 0.00034
45 18 095.00 9.93 0.11430 0.00038
50 19 790.00 10.86 0.12700 0.00042
60 21 490.00 11.80 0.15240 0.00051
70 23 095.00 12.68 0.17780 0.00059
80 24 480.00 13.44 0.20320 0.00068
90 26 090.00 14.32 0.22860 0.00076
100 27 490.00 15.09 0.25400 0.00085
110 29 020.00 15.93 0.27940 0.00093
139
escoria de acero y aditivo.

Peso: 14.74 kg S1 1.56 Mpa
Área: 185.54 cm² Ɛ2 0.000475 mm/mm
P máx a los 28 días 57 447.00 Kg Módulo Elasticidad 23 231.79 Mpa
40%(fć): 12.38 Mpa

-4
0 698.00 0.38 0 0.00000
5 2 990.00 1.61 0.01270 0.00004
10 5 290.00 2.85 0.02540 0.00008
15 7 350.00 3.96 0.03810 0.00013
20 9 280.00 5.00 0.05080 0.00017
25 11 200.00 6.04 0.06350 0.00021
30 13 290.00 7.16 0.07620 0.00025
35 14 900.00 8.03 0.08890 0.00030
40 16 890.00 9.10 0.10160 0.00034
45 18 390.00 9.91 0.11430 0.00038
50 20 050.00 10.81 0.12700 0.00042
60 21 095.00 11.37 0.15240 0.00051
70 23 439.00 12.63 0.17780 0.00059
80 25 000.00 13.47 0.20320 0.00068
90 26 700.00 14.39 0.22860 0.00076
100 28 400.00 15.31 0.25400 0.00085
110 29 800.00 16.06 0.27940 0.00093
140
Cuadro 46. Resumen de resultados del módulo de elasticidad del H.C, H.E y
H.E.A.
Tipo de hormigón hidráulico

Descripción Con escoria
Convencional Con escoria
y aditivo
Ec (Mpa) 18 311.12 23 231.79 24 076.36
Incremento de Ec (Mpa) - 4 920.68 5 765.24
Incremento de Ec (%) - 26.87 31.48
141
4.5.3 Determinación de la resistencia a la flexión del hormigón (utilizando
una viga simple con carga en los tercios). ASTM C 78.
Esta norma establece el método de ensayo para determinar la resistencia
a la flexión del hormigón mediante el uso de una viga simple apoyada en los
extremos y cargada en los tercios de la luz libre. Los resultados se calculan y
reportan como el módulo de rotura.
4.5.3.1 Equipo.
Aparatos de carga. El método de la carga en los tercios de la luz libre se
utiliza para realizar ensayos de flexión del hormigón, empleando bloques de
carga, los cuales aseguran que las fuerzas aplicadas a la viga sean
perpendiculares a la cara del espécimen y aplicadas sin excentricidad.
Todos los aparatos para realizar ensayos de flexión al hormigón deben ser
capaces de mantener constante la longitud de la luz libre especificada y las
distancias entre los bloques de aplicación de carga y los bloques de apoyo
dentro de ± 1.30 mm.
4.5.3.2 Especímenes de ensayo.
Los lados del espécimen deben formar ángulo recto con la parte superior
e inferior. Todas las superficies deben estar lisas y libres de marcas,
desportilladuras, agujeros o marcas de identificación impresas.

142
Los ensayos a flexión deben ser realizados tan pronto como sea posible
luego de extraerlos del almacenamiento húmedo. Los especímenes con las
superficies secas presentan una reducción en la resistencia a la flexión.
Cuando se utilizan especímenes moldeados, girar el espécimen de
ensayo sobre un lado con respecto a su posición como fue moldeado y
centrarlo en los bloques de apoyo. Centrar el sistema de carga respecto a la
fuerza aplicada. Llevar los bloques de aplicación de carga, al contacto con la
superficie del espécimen en los tercios de la luz libre y aplicar una carga de
entre el 3% y el 6% de la carga final estimada.
Aplicar carga al espécimen continuamente y sin impacto. La carga debe
ser aplicada a una velocidad constante hasta el punto de rotura. Aplicar la carga
a una velocidad tal que aumente constantemente el esfuerzo máximo sobre la
cara de tracción entre 0.86 MPa/min y 1.21 MPa/min, hasta que se produzca la
rotura.
Si la fractura se produce en la superficie de tracción dentro del tercio
medio de la luz libre, calcular el módulo de rotura de la siguiente manera:
R = PL/bd2
Donde:
R= módulo de rotura, en MPa,
P= carga máxima aplicada, indicada por la máquina de ensayo, en N,
L= Luz libre, en mm,

143
b= promedio del ancho del espécimen, en la fractura, en mm,
d= promedio de la altura del espécimen, en la fractura, en mm.
Si la fractura se produce en la superficie de tracción fuera del tercio
medio de la luz libre, pero no más allá del 5% de la luz libre, calcular el módulo
de rotura de la siguiente manera:
R = 3Pa/bd2
Donde:
a = distancia media entre la línea de fractura y el apoyo más cercano
medido en la superficie de la tracción de la viga, en mm
Si la fractura se produce en la superficie de tracción fuera del tercio
medio de la luz libre, en más de un 5% de la luz libre, desechar los resultados
del ensayo.
Figura 46. Procedimiento para la determinación

de la resistencia a la flexión.
144
4.5.3.4 Resultados.
Las fracturas se produjeron en todos los casos dentro del tercio medio de la luz
libre de las vigas como se puede ver en la Figura 47.
Figura 47. Fractura de vigas en el tercio medio de la luz libre de las mismas.
145
Cuadro 47. Resultados del módulo de rotura obtenidos a los 7 días.
HORMIGÓN CON
ADITIVO
Viga No. 1 1 2 1 2
Edad de ensayo (días) 7 7 7 7 7
Luz libre de la viga

532.70 531.70 532.70 531.70 533.00
(mm)
Ancho del espécimen
154.50 152.17 154.67 156.33 153.00
(mm)
Altura del espécimen
155.00 154.50 155.17 154.67 153.00
(mm)
Carga máxima
24 497.80 30 486.15 31 574.94 30 486.15 31 574.94
aplicada (N)
MR (Mpa) 3.52 4.46 4.52 4.33 4.70
MR promedio (Mpa) 3.52 4.49 4.52
Incremento de MR
- 0.97 1.00
(Mpa)
Incremento de MR (%) 3.52 27.70 28.47
146
HORMIGÓN CON
ADITIVO
Viga No. 2 3 3
Luz libre de la viga (mm) 533.00 532.00 531.70
Ancho del espécimen (mm) 154.37 154.00 152.30
Altura del espécimen (mm) 154.67 155.30 154.50
Carga máxima aplicada (N) 27 764.17 30 486.15 32 663.73
MR (Mpa) 4.01 4.37 4.78
Incremento de MR (Mpa) - 0.36 0.77
Incremento de MR (%) - 8.96 19.21

147
HORMIGÓN CON
ADITIVO
Viga No. 4 5 5 6 5 6
Luz libre de la viga

528.00 529.00 530.30 533.30 531.70 532.00
(mm)
Ancho del espécimen
153.30 154.80 152.70 153.30 154.00 154.00
(mm)
Altura del espécimen
155.70 154.30 154.00 154.70 154.70 154.70
(mm)
Carga máxima
29 397.36 30 486.15 35 930.10 37 018.89 39 196.48 40 285.27
aplicada (N)
MR (Mpa) 4.18 4.38 5.26 5.38 5.65 5.82
MR promedio (Mpa) 4.28 5.32 5.73
Incremento de MR
- 1.14 1.56
(Mpa)
Incremento de MR (%) - 26.77 36.44
148
4.5.4 Determinación de la resistencia a la tracción indirecta. ASTM C496
El ensayo tiene como objetivo determinar la resistencia a tracción
indirecta de probetas cilíndricas sometiéndolas a una fuerza de compresión
aplicada en una banda estrecha en toda su longitud, en consecuencia, el
resultado de la fuerza de tracción ortogonal resultante origina que la probeta se
rompa a tracción. Son ensayos mucho más sencillos que los directos y permiten
una buena estimación del valor de la resistencia a tracción, por lo que son los
más empleados.
4.5.4.1 Equipos y materiales.
· Máquina universal de 100 Tn,
· Listones diametrales de apoyo deben ser dos tiras de madera laminada
de 3 mm de espesor y 25 mm de ancho aproximadamente.
· Bloques y placas de carga de acero con caras endurecidas con diámetro
de 150 mm o mayor.
· Probeta cilíndrica de hormigón hidráulico de 15 cm de diámetro y 30 cm
de longitud.
149
Figura 48. Ensayo de tracción indirecta.
El hormigón tiene que estar endurecido y curado con las condiciones
normalizadas de laboratorio y romper las probetas a los 28 días, o al tiempo y
circunstancias que se determinen en cada caso.
Antes de colocar la probeta en la máquina de ensayo se dibuja, en cada
cara, una línea que marque un diámetro del mismo plano axial. Se trazan las
generatrices que unen los extremos correspondientes a los diámetros
marcados. Estas generatrices corresponden al plano de rotura.
Se mide la probeta en todas sus direcciones con precisión de 1 mm. Se
elimina el posible exceso de humedad de la superficie y se coloca la probeta en
el dispositivo de ensayo con la generatriz trazada sobre una banda de fibras
prensadas de 10 mm de ancho, 4 mm de espesor y una longitud superior a la
de la probeta.
150
Después se sitúa, sobre la generatriz superior opuesta otra banda
idéntica a la descrita y sobre ésta una barra de sección rectangular mínima de
50 mm de anchura y de espesor igual o superior a la mitad de la diferencia
entre la longitud de la probeta y la mayor dimensión del plato de la prensa.
Se sitúa el dispositivo centrado en los platos de prensa, se aproximan los
platos para poder fijar la posición del conjunto, sin aplicación de carga.
A continuación, con un incremento de presión constante de entre 4 y 6
Mpa/s, se procede a la rotura de la probeta, anotándose la carga total u
obtenida. Una vez rota la probeta, se observa el aspecto del hormigón y se
anota cualquier anomalía que se detecte.

151
4.5.4.3 Resultados.
Cuadro 50. Resultados de ensayo de tracción indirecta
HORM.
HORMIGÓN HORMIGÓN
VARIABLE DESCRIPCIÓN ESCORIA Y UNIDADES
ADITIVO
P carga máxima aplicada 13 810.00 19 174.00 21 635.00 Kg

L longitud del cilindro 30.04 30.05 30.04 cm
D diámetro del cilindro 15.17 15.07 15.33 cm
19.29 26.95 29.91 kg/cm²
RT resist. a la tracción
1.93 2.7 2.99 Mpa
Incremento de RT (Mpa) - 0.77 1.06 Mpa
Incremento de RT (%) - 39.72 55.03 %
La resistencia a la tracción del hormigón hidráulico con escoria de acero
incrementa con respecto al hormigón convencional. "En caso de no poder
realizarse este ensayo, la resistencia a la tracción puede tomarse como
aproximadamente como el 10% de la resistencia a la compresión" (Rivera,
2000).
152
4.5.5 Análisis del hormigón producido con respecto a la Norma
Ecuatoriana de la construcción vigente (NEC-11).
Según el NEC-11 los ensayos del hormigón recién mezclado y los rangos
de aceptación deben hacerse de acuerdo a las normas INEN, las cuales son
basadas en las normas ASTM, con estas últimas se ha venido trabajando en el
proyecto, por ende el hormigón con escoria y el hormigón con escoria y aditivo
cumplen con los requisitos del NEC-11, a continuación se presenta el cuadro
comparativo.
Cuadro 51. Análisis del hormigón producido con respecto al NEC-11.
NEC-SE-HA -ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO

H. CON H. ESCORIA Y
DESCRIPCIÓN REQUISITO COMPARATIVO
ESCORIA ADITIVO
Valor mínimo de fć
21.00 Mpa 30. 51 Mpa 33.82 Mpa ok
del hormigón normal
Valor máximo de fć
35.00 Mpa 30. 51 Mpa 33.82 Mpa ok
del hormigón normal
Asentamiento 50 mm ± 25 mm 40.00 mm 40.00 mm ok
Temperatura del
mín 13ºC - máx
hormigón en estado 23.50º 23.10ºC ok
32ºC
fresco
153
5 CAPÍTULO 5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
5.1 Conclusiones.
· La escoria de acero es 1.37 veces más pesada que el agregado fino natural
(arena), consecuentemente el hormigón hidráulico producido con dicha
escoria es 13.92% más pesado que el hormigón hidráulico convencional;
debido a ello se proyectó que el hormigón con escoria de acero es de gran
utilidad para fundir elementos estructurales sobre piso, entiéndase por ello
las cimentaciones comunes de edificaciones, losas para: bases de tanques
de crudo, power control room, manifolds, antenas de telecomunicaciones,
bombas y tanques de agua, etc. Losas en general en el nivel 0+00.
· La escoria de acero es porosa, no obstante el agregado fino natural
presenta un mayor porcentaje de absorción (2.54%) que la escoria de acero
(1.73%), debido a esto el hormigón con escoria de acero requiere de una
cantidad un poco menor de agua de mezcla que el hormigón convencional
· El hormigón con escoria de acero presenta un incremento de resistencia a la
compresión de 33.17% de la resistencia de diseño.

154
· El hormigón con escoria de acero presenta un incremento de resistencia a la
flexión de 26.77% de la resistencia a la flexión de diseño.
· El hormigón con escoria de acero presenta un incremento en su módulo de
elasticidad de 26.87% en comparación con el resultado del hormigón
convencional.
· El hormigón con escoria de acero presenta un incremento de la resistencia a
la tracción de 39.72% en comparación con el resultado del hormigón
convencional.
· El hormigón hidráulico con escoria de acero cumple con los parámetros de
asentamiento, temperatura, trabajabilidad estipuladas en las normas INEN,
NEC-11, etc.
· La escoria de acero sí puede sustituir al agregado fino en la producción de
hormigón hidráulico puesto que cumple con los parámetros para árido fino
establecidas en las normas INEN y NEVI-12.
5.2 Recomendaciones.
· Se debería efectuar un estudio para determinar el grado de oxidación de la
escoria de acero embebida en el hormigón hidráulico en función del tiempo y
dar soluciones a las patologías que se presentaren conjuntamente a esta.

155
· Sería conveniente hacer un estudio en el país respecto al diseño de
pavimentos rígidos con escoria de acero debido que en este campo no se
necesita un hormigón liviano como en el caso de edificaciones.
· Se recomienda realizar una investigación acerca de la reacción álcali-
escoria de acero del hormigón hidráulico con escoria de acero.
· Finalmente se sugiere continuar realizando investigaciones de la producción
de hormigón con escoria de acero de tal forma que cumpla con las normas
de construcción, medioambientales y salubridad pública con el fin de
aprovechar los depósitos improductivos de la escoria de acero, por ende
impulsar y fomentar el reciclaje.

156
5.3 Bibliografía.
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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LATIERRA Y LA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

TESIS PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO EN

TEMA: "EVALUACIÓN DEL USO DE ESCORIAS DE ACERO EN

AUTORES: CUÁSQUER GONZÁLEZ, CARMEN JACQUELINE

ALTAMIRANO PROAÑO, SANTIAGO IVÁN

DIRECTOR: ING. DURÁN, RICARDO

CODIRECTOR: ING. BONIFAZ, HUGO Msc.

Cuásquer; recíbanlo como un humilde homenaje por ser mi fuerza y mi gana de

También dedico este trabajo a mi tía Concepción González en agradecimiento

de su apoyo como si fuera mi segunda madre.

todo lo que soy, al guiarme en mi educación académica, como de la vida.

A mi Amada esposa Estefanía por ser el complemento ideal en mi vida y por su

apoyo absoluto para lograr esta gran meta.

culminar este gran logro que he alcanzado.

A mis hermanos, Galo y Luis, por estar conmigo y apoyarme siempre.

A mis sobrinos, para que vean en mí un ejemplo a seguir.

Todo este trabajo ha sido posible gracias a ellos.

donde estoy, por bendecirme y cuidar siempre de mi persona. Sin Él nada de

esto hubiese sucedido.

Agradezco a mi madre, Amelia González por ser mi fuente de inspiración, mi

razón de vivir, el ejemplo de una dama en todo el sentido de la palabra. Gracias

madre por ser mi apoyo incondicional de hoy, de siempre y del transcurso de

elaboración de este proyecto. Eres el regalo de Dios que nunca alcanzaré a

enseñarme a ser fuerte, valiente e independiente.

A los ingenieros Ricardo Durán y Fabián Bonifaz por ilustrarme y formarme

Gracias al Señor Luis Altamirano por el gran apoyo en esta elaboración de

de ayuda al prójimo sin esperar nada a cambio y por su amistad.

Me gustaría agradecer a Dios por derramar bendiciones y llenarme de sabiduría para

lograr este sueño tan anhelado.

Agradezco a mi querido padre Luis; quien con su experiencia y conocimientos supo

sueño, ahora hecho realidad, Gracias padre.

adelante y me enseña a luchar por la vida cada día. Gracias Madre

incondicional y ser mi inspiración para salir juntos adelante.

Agradezco a mi compañera de tesis Jacqueline Cuásquer por su dedicación y amistad

para llevar a cabo esta investigación y culminarla satisfactoriamente.

De igual manera agradecer a mis profesores de Investigación y de Tesis de Grado, Ing.

a formarte como persona e investigador.

fin en esta investigación.

agradecerles su amistad, consejos, apoyo, ánimo y compañía en los momentos más

difíciles de mi vida. Algunas están aquí conmigo y otras en mis recuerdos y en mi

AUTORÍA DE RESPONSABILIDAD .................................................................... i

AUTORIZACIÓN ................................................................................................ iii

AGRADECIMIENTO ......................................................................................... vii

RESUMEN ...................................................................................................... xxvi

ABSTRACT .................................................................................................... xxvii

1.1 Introducción. .......................................................................................... 1

1.2 Metodología. .......................................................................................... 2

1.3 Estado del arte. ...................................................................................... 3

1.4 Objetivos. ............................................................................................... 6

1.4.1 Objetivo General. ............................................................................ 6

1.4.2 Objetivos Específicos. ..................................................................... 6

ESCORIAS DE ACERO. ..................................................................................... 8

2.1 Definición de escoria de acero. .............................................................. 8

2.2 Proceso de obtención de las escorias de acero. ................................... 9

2.3 Características físicas de la escoria de acero. ..................................... 14

2.3.1 Forma, Textura y Color. ................................................................ 15

2.3.1.1 Forma ..................................................................................... 15