Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Hormigón estructural de baja densidad para edificaciones
Morales Gubio L. W.*,**; Santamaría Carrera J. L.*,**; Caicedo Barona W.*,**; Tipán Quinatoa F.*,**
*Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería, Ciencias
Físicas y Matemática, Carrera de Ingeniería Civil, Quito, Ecuador
**Autores correspondientes
e-mail: lwmorales@uce.edu.ec
Iinformación del artículo
Recibido: julio 2018
Aceptado: septiembre 2018
Resumen
El Ecuador se encuentra en una zona de alta peligrosidad sísmica, por lo que el diseño que demanda en las edificaciones de
hormigón armado bajo una condición crítica, es el Sismo y siendo la cortante basal, la fuerza lateral aplicada en la edificación
proporcional al peso de la estructura, por lo que una alternativa para atenuar esta acción sísmica sobre las estructuras de hor-
migón armado es disminuir el peso de los elementos estructurales mediante el uso de hormigones ligeros. Por tanto, el objetivo
principal de la investigación es fabricar un hormigón de baja densidad que a su vez tenga características estructurales y además
se pueda determinar mediante ensayos y correlaciones los parámetros físicos y mecánicos del hormigón ligero para que puedan
ser usados como datos dentro del análisis y diseño estructural de edificaciones.
Con base en lo descrito, la investigación consiste en la elaboración de un hormigón estructural de baja densidad con el uso de
agregado ligero (piedra pómez) extraída del tramo de vía San Antonio - Calacalí, agregado fino de la cantera Pifo y cemento
tipo GU de uso general. El diseño de hormigón ligero estructural se basa en tres normativas: ACI 318-14: Requisitos del Código
para Hormigón estructural, ACI 211.1-98: Práctica estándar para seleccionar proporciones de hormigón estructural ligero y
ACI 213R-14: Guía para concreto estructural agregado ligero, las cuales proveen de tablas para la estimación de las cantidades
de material, dependiendo de la resistencia que se desee alcanzar.
La dosificación para un metro cúbico de hormigón ligero estructural es de 9.2 sacos de cemento, 208 litros de agua, 792 kg de
arena, 326 kg de piedra pómez y 4.6 kg de aditivo superplastificante Aditec SF - 106. Utilizando esta dosificación se consigue un
hormigón ligero estructural con una resistencia a la compresión a los 28 días de 282 kg/cm2 y densidad de equilibrio de 1.81
kg/cm3, además, para poder ser usado posteriormente en un modelo matemático, se obtiene el módulo de rotura, resistencia a
la tracción, módulo de elasticidad, módulo de Poisson mediante ensayos y fórmulas de correlación del ACI. El hormigón ligero
puede ser utilizado en elementos estructurales como vigas, columnas y losas, pero no puede estar con contacto directo con el
agua debido a su porosidad. La disminución de la densidad del hormigón trae múltiples ventajas como la reducción de cargas,
secciones, cuantía de acero e incluso costo.
Palabras clave: hormigón estructural ligero, piedra pómez, hormigón de baja densidad.
Abstract
Ecuador is located in an area of high seismic hazard, so the design demanded in reinforced concrete buildings under a critical
condition, is the earthquake and being the basal shear, the lateral force applied in the building proportional to the weight of
the structure, so that an alternative to mitigate this seismic action on reinforced concrete structures is to reduce the weight of
structural elements by using lightweight concrete. Terefore, the main objective of the research is to manufacture a low-density
concrete that in turn has structural characteristics and also can be determined by tests and correlations the physical and mecha-
nical parameters of lightweight concrete so that they can be used as data within the analysis and structural design of buildings.
On the basis of what has been described, the investigation consists in the elaboration of a low-density structural concrete with
the use of light aggregate (pumice stone) extracted from the San Antonio - Calacalí road section, fine aggregate from the Pifo
quarry and GU type cement. general use. Te structural lightweight concrete design is based on three standards: ACI 318-14:
Code requirements for structural concrete, ACI 211.1-98 Standard practice for selecting proportions of lightweight structural
concrete and ACI 213R-14: Guide for light aggregate structural concrete, which provide tables for estimating the quantities of
material, depending on the resistance you want to achieve.
Te dosage for one cubic meter of structural lightweight concrete is 9.2 bags of cement, 208 liters of water, 792 kg of sand, 326
kg of pumice stone and 4.6 kg of Aditec SF - 106 superplasticizer additive. Using this dosage, a concrete is obtained structural
light with a 28-day compressive strength of 282 kg / cm2 and equilibrium density of 1.81 kg / cm3, in addition to be used later in
a mathematical model, the modulus of rupture, tensile strength is obtained, modulus of elasticity, Poisson module through tests
and correlation formulas of the ACI. Lightweight concrete can be used in structural elements such as beams, columns and slabs,
but cannot be in direct contact with water due to its porosity. Te decrease in the density of concrete brings many advantages
such as reduction of loads, sections, amount of steel and even cost.
Keywords: lightweight structural concrete, pumice stone, low density concrete.
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Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
1. Introducción
peso ligero y agregado de densidad normal. [2]
El hormigón liviano con el uso de áridos ligeros
Densidad de equilibrio: es la densidad alcanzada
fue utilizado por los romanos en la construcción
por el hormigón estructural ligero después de la
de la cúpula del Panteón de Agripa de 44 metros
exposición a la humedad relativa de 50 ± 5% y
de diámetro, que data del año 118 y 125 d. C. [1].
una temperatura de 23 ± 2 ° C por un período
Existen diversos estudios realizados en el Ecua-
de tiempo suficiente para alcanzar una densidad
dor sobre el hormigón ligero; uno de ellos, por
ejemplo, es el efectuado en la Universidad Cen-
que cambia menos del 0,5% en un período de 28
tral del Ecuador denominado:
días. [2]
“Análisis
comparativo
entre
hormi-
Agregado ligero: es aquel que tiene un peso vo-
gón convencioal y hormigón de baja densidad”,
lumétrico seco suelto como máximo 880 kg/m3,
en el cual se consiguieron hormigones de densi-
mientras que para el agregado normal las densi-
dad alrededor de los 1.88 kg/cm3 y resistencias a
la compresión a los 28 días de 180 kg/cm2.
dades oscilan entre 14440 a 1769 kg/m3. [3]
En esta investigación se comprobó que se pueden
4. Formulación de objetivos y
obtener hormigones con densidad baja (1,81 kg/
establecimiento de hipótesis
cm3), pero a la vez se planteó conseguir hormi-
gones con resistencias mayores a los 180 kg/cm2,
4.1 Objetivo general
de acuerdo a los ensayos se cumplió el propósito,
obteniendo resistencias de hasta 280 kg/cm2, que
• Fabricar un hormigón ligero estructural
permite definir al hormigón como estructural y
que pueda usarse como material para el
que este sea empleado en elementos estructurales
como columnas, vigas y losas.
análisis y diseño de edificaciones.
4.2 Objetivos específicos
2. Fundamentación
• Determinar la resistencia a la compresión
El diseño de hormigón ligero estructural se basa
simple del hormigón ligero a los 7, 14 y 28
principalmente en las siguientes normas:
días.
• ACI 318-14: Requisitos del Código para
• Obtener la densidad de equilibrio que de-
hormigón estructural.
fina al hormigón como ligero.
• ACI
211.1-98: Práctica estándar para
seleccionar proporciones de hormigón
• Establecer el módulo de rotura.
estructural ligero.
• Definir la resistencia a la tracción.
• ACI 213R-14: Guía para concreto estruc-
tural agregado ligero.
• Calcular mediante fórmulas o correla-
ciones el módulo de elasticidad Ec del
hormigón ligero.
3. Definiciones
Hormigón ligero estructural: hormigón que po-
4.3 Hipótesis
see una resistencia a la compresión mínima a los
Es posible conseguir un hormigón de baja densi-
28 días de 17 MPa, una densidad de equilibrio en-
dad que a su vez posea una resistencia estructural
tre 1120 y 1920 kg/m3, y consiste completamente
de agregado de peso ligero o una combinación de
con el uso de piedra pómez.
59
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
5. Materiales, fuentes y métodos
Aditivo superplastificante
Los aditivos plastificantes y superplastifican-
5.1 Materiales
tes de hormigón son aditivos para hormigón
El desarrollo del proyecto se centra en la provin-
capaces de mejorar las propiedades del hor-
cia de Pichincha, donde se utilizará materiales lo-
migón.
cales. El hormigón ligero tiene varios componen-
Se emplean para conferir al hormigón fresco un
tes como son, el cemento Portland tipo IP, arena
mejor comportamiento en cuanto a trabajabili-
de peso normal, agua, aditivo y piedra pómez.
dad y bombeabilidad, pero también se busca con
su uso mejorar significativamente la resistencia y
Piedra pómez
la durabilidad del hormigón final. [7]
Piroclasto de caída con un tamaño comprendido
5.2 Fuentes
entre 2 y 64 mm, generado en erupciones explo-
La calidad del hormigón depende del tipo de
sivas a partir de la fragmentación de la lava que
agregado que se utilice en la construcción. En
recubre las burbujas de gas que ascienden hacia la
Quito operan 65 canteras que abarcan 1.739 hec-
superficie y explotan por la diferencia de su pre-
táreas, distribuidas en las parroquias de San An-
sión interna con la del entorno. [4]
tonio de Pichincha, Píntag, Calderón, Pifo, Lloa
y Guayllabamba.
Agregado fino
Según el Municipio, el 69% corresponde a con-
El agregado fino consiste en arena natural prove-
cesiones otorgadas a particulares, el 27% a auto-
niente de canteras aluviales o de arena produci-
rizaciones de libre aprovechamiento para obra
da artificialmente. La forma de las partículas es
pública y 4% a permisos para minería artesanal.
generalmente cúbica o esférica y razonablemente
Además, hay aquellas que trabajan de manera ile-
libre de partículas delgadas, planas o alargadas.
gal. [8]
La arena natural es constituida por fragmentos de
Buena parte de los materiales de construcción
roca limpios, duros, compactos, durables. [4]
para la ciudad provienen del norte de Quito, la
mayoría de los sitios de extracción de los agrega-
Cemento
dos se ubican en el tramo de vía Quito-Mitad del
Mundo - Perucho, en la provincia existen otras
El cemento es un conglomerante hidráulico, es
fuentes de materiales como Guayllabamba, Pifo,
decir, un material inorgánico finamente molido
Calacalí, Lloa, Píntag, entre otras, de donde se
que, amasado con agua, forma una pasta que fra-
puede obtener los agregados para la fabricación
gua y endurece por medio de reacciones y pro-
del hormigón.
cesos de hidratación y que, una vez endurecido
conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo
Para el desarrollo de este estudio del hormigón
el agua. [5]
ligero se utilizó los agregados provenientes de las
de zonas de Pifo y Mitad del Mundo - Calacalí.
Agua
5.3 Métodos
El agua es un componente esencial en las mezclas
Muestra
de concreto y morteros, pues permite que el ce-
La piedra pómez fue extraída del tramo de la vía
mento desarrolle su capacidad ligante.
Mitad del Mundo-Calacalí, sector La Cruz, el
El agua utilizada en la elaboración del concreto y
agregado fino de peso normal de la cantera de
mortero debe ser apta para el consumo humano,
Pifo, Cemento Holcim G.U. y el aditivo ADI-
libre de sustancias como aceites, ácidos, sustan-
TEC SF-106 que se adquirió de la empresa Aditec
cias alcalinas y materias orgánicas. [6]
Ecuatoriana Cía. Ltda.
60
Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
Técnicas
Proceso para el diseño de mezclas de hormi-
gón ligero
Se efectuó los ensayos de laboratorio a los agrega-
dos, basándose en las normas INEN y ASTM que
1) Estudio de las especificaciones de la obra.
justifiquen la calidad de los materiales que van a
Dependiendo de la resistencia y densidad reque-
intervenir en el proceso de fabricación del hor-
migón ligero.
ridas se procederá al diseño del hormigón ligero.
6. Recopilación de datos
2) Definición de la resistencia promedio requerida
6.1 Ensayos de caracterización de los materiales
Cuando una instalación productora de concre-
to no tenga registros de ensayos de resistencia
Para la caracterización de los agregados se rea-
en obra para el cálculo de Ss que se ajuste a los
lizaron varios ensayos en el laboratorio que in-
requisitos de la desviación estándar, el f ’cr debe
cluyen la determinación de la densidad aparente
determinarse de la tabla 2.
real, suelta y compactada, granulometría, absor-
Tabla 2. Resistencia promedio a la compresión requerida cuando
ción, y contenido de humedad.
no hay datos disponibles para establecer una desviación estándar
Tabla 1. Datos de las propiedades de los agregados
de la muestra.
Unidad Arena Pómez
Resistencia
Resistencia promedio
Contenido de
especificada a la
requerida a la compresión,
%
0.89
5.79
humedad (CH)
compresión, MPa
MPa
Contenido de
f’c < 21
f’cr = f’c + 7.0
%
2.57
33.61
absorción (CA)
21 ≤ f’c ≤ 35
f’cr = f’c + 8.3
Densidad en estado
(gr/cm³)
2.58
1.23
SSS (DSSS)
f’c > 35
f’cr = 1.10 f’c + 5.0
Densidad seca
(gr/cm³)
1.7
0.53
Fuente: ACI, American Concrete Institute. Requisito de Reglamen-
compactada (DSC)
to para Concreto Estructural ACI 318S-08. Impreso en U.S.A. Año
Densidad seca suelta
2008. Pág.: 72.
(gr/cm³)
1.57
0.47
(DSS)
Módulo de finura
3) Estimación del revenimiento
---
3.02
2.78
(MF)
Elección del revenimiento si no se especifica, el
Tamaño nominal
pulgada
3/8”
ACI proporciona una tabla de revenimiento con
máximo TNM
valores recomendados para cada tipo de elemen-
Fuente: Los autores
tos estructurales que se desea construir.
Peso específico del cemento Holcim G.U.
Tabla 3. Revenimiento recomendado para diferentes elementos
estructurales
P.E. = 2.90 gr/cm³
7. Diseño del hormigón estructural
Revenimiento(mm)
ligero
Elemento estructural
Máximo Mínimo
El método se basa principalmente en la norma
ACI 211.2-98 Standard Practice for Selecting
Vigas y muros reforzados
100
25
Proportions for Structural Lightweight Concrete.
Columnas
100
25
Este método de diseño es aplicable para mezclas
hechas con agregado gruesos ligeros, agregados
Sistemas de piso (losas)
75
25
finos ligeros y agregado finos de peso normal, el
Fuente: ACI, American Concrete Institute. Standard Practice for
cual proporciona la secuencia de pasos para po-
Selecting Proportions for Structural Lightweight Concrete (ACI
der hacer la dosificación del hormigón ligero. [9]
211.2-98). Impreso en U.S.A. Año 2004. Pág.: 211.2-5.
61
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
4) Estimación del agua de la mezcla y el contenido
empleen, no depende en gran medida de la
de aire
cantidad del cemento. La tabla 4 proporcio-
na una estimación del agua requerida depen-
La cantidad de agua por unidad de volu-
diendo del tamaño máximo de agregado y
men para obtener el revenimiento deseado
la cantidad de aire. La forma y la textura de
depende del tamaño máximo, de la forma y
los agregados influye en la cantidad de agua,
de la graduación del agregado, del conteni-
pero los valores de la tabla dan una suficiente
do de aire y de los aditivos químicos que se
aproximación para esta primera estimación.
Tabla 4. Requerimientos aproximados de agua de mezcla para diferentes revenimientos y tamaño máximo de agregado
Tamaño máximo de agregado
3/8”
1/2”
3/4”
(9.5mm)
(12.7mm)
(19mm)
Concreto con aire incluido
Agua en Kg/m³ de concreto
Revenimiento de 25 mm a 50 mm
181
175
166
Revenimiento de 75 mm a 100 mm
202
193
181
Revenimiento de 125 mm a 150 mm
211
199
187
Contenido total de aire recomendado para diferentes ni-
veles de exposiciones, %
Exposición ligera
4.5
4
4
Exposición moderada
6
5.5
5
Exposición extrema
7.5
7
6
Concreto sin aire incluido
Agua en kg/m³ de concreto
Revenimiento de 25 mm a 50 mm
208
199
187
Revenimiento de 75 mm a 100 mm
228
217
202
Revenimiento de 125 mm a 150 mm
237
222
208
Contenido aproximado de aire atrapado en el concreto
sin aire incluido en %
3
2.5
2
Fuente: ACI, American Concrete Institute. Standard Practice for Selecting Proportions for Structural Lightweight Concrete (ACI 211.2-98).
Impreso en U.S.A. Año 2004. Pág.: 211.2-5.
En la tabla se indica los niveles recomendados de
Tabla 5. Contenido de aire recomendado para el concreto ligero.
contenido de aire con respecto a la exposición
que tendrá el concreto en servicio. Estos valores
Tamaño máximo de
Contenido de aire
mejoran el manejo y la durabilidad de la mezcla,
agregado
por % en volumen
ayudando a reducir la masa de esta.
3/4” pulgada (19mm)
4.5 a 7.5
Según el ACI 213R-03, Capítulo 3, Tabla 3.1 se
3/8” pulgada (10mm)
6 a 9
tiene valores de contenido de aire recomendado
para el concreto ligero para diferentes tamaños
Fuente: ACI, American Concrete Institute. Guide for Structural
Lightweight-Aggregate Concrete (ACI 213R-03). Impreso en U.S.A.
máximos nominales.
Año 2003. Pág.: 213R-9.
62
Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
5) Selección de la relación aproximada agua ce-
con una manejabilidad satisfactoria con un
mento
apropiado volumen de agregado grueso, en la
En la relación agua-cemento w/c a emplear, no
tabla 7 se proporciona una estimación de di-
solo interviene la resistencia requerida sino tam-
cho volumen, este valor depende solamente
bién factores como la durabilidad y las propieda-
del tamaño máximo del agregado y módulo
des finales deseadas. Dado que cuando se utilizan
diferentes agregados y cementantes con la misma
de finura del agregado fino.
relación agua cemento resultan diferentes resis-
Tabla 7. Volumen de agregado grueso por unidad de volumen de
tencias, es deseable desarrollar una relación en-
concreto.
tre la resistencia y w/c para cada material que se
utilice.
T a m a ñ o
Volumen del agregado grueso
Tabla 6. Relación entre w/c y resistencia a compresión del concreto.
máximo
del
suelto en horno por unidad
agregado(mm)
de volumen de concreto para
Resistencia a
Relación aproximada agua
-
diferentes módulos de finura de
compresión a
cemento, por masa
arena
28 días MPa Concreto sin
Concreto con
pulgada mm
2.4
2.6
2.8
3
aire incluido
aire incluido
3/8
9.5
0.58
0.56
0.54
0.52
41.4
0.41
----
1/2
12.7
0.67
0.65
0.63
0.61
34.5
0.48
0.4
3/4
19
0.74
0.72
0.7
0.68
27.6
0.57
0.48
Fuente: ACI, American Concrete Institute. Standard Practice for
20.7
0.68
0.59
Selecting Proportions for Structural Lightweight Concrete (ACI
13.8
0.82
0.74
211.2-98). Impreso en U.S.A. Año 2004. Pág.: 211.2-6.
Fuente: ACI, American Concrete Institute. Standard Practice for
Selecting Proportions for Structural Lightweight Concrete (ACI
211.2-98). Impreso en U.S.A. Año 2004. Pág.: 211.2-6.
8) Determinación del contenido del agregado fino
6) Cálculo de la cantidad de cemento
A la finalización del paso 7, se han estimado todos
Una vez que la cantidad de agua y la relación w/c
los ingredientes del concreto excepto el agregado
han sido estimados, se puede obtener fácilmente
fino. A la determinación de la cantidad de arena
la cantidad de cemento por unidad de volumen
se puede llegar por dos caminos que resultan al
del concreto que es determinada dividiendo la
cantidad de agua por la relación w/c.
final en establecer el valor por diferencia.
El primer camino se refiere a que en ocasiones
por experiencias en este tipo de mezclas se pue-
de conocer la masa volumétrica con suficiente
Ecuación N. 1
aproximación y una vez obtenido este valor, se
determina la masa por diferencia, en ausencia de
dichas experiencias, se puede recurrir a la tabla 8
7) Determinación del contenido del agregado grue-
so ligero
que proporciona una primera estimación basada
en el factor de gravedad específica del agregado
Agregados con el mismo tamaño máximo
nominal y graduación producen concretos
grueso y el contenido de aire.
63
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Tabla 8. Primera estimación de la masa volumétrica del concreto
Tabla 10. Cantidades para 12 cilindros Ø=10cm, h=20cm.
ligero fresco compuesto por agregado grueso ligero y arena de
masa normal.
Material
Pesos kg
Dosificación
Agua
6.820
0.44
Factor de
Primera estimación de la masa
Cemento
15.501
1.00
gravedad
volumétrica del concreto ligero,
específica
kg/m³
Arena
26.573
1.71
Concreto con aire incluido
Pómez
10.951
0.71
4%
6%
8%
Aditivo
0.1550
0.01
1
1596
1561
1519
Fuente: Los autores
1.2
1680
1644
1608
1.4
1769
1727
1691
1.6
1852
1810
1775
8. Proceso de fabricación del hormigón ligero
1.8
1935
1899
1858
Para la fabricación del hormigón ligero se debe
2
2024
1982
1941
seguir algunos pasos en el mezclado:
Fuente: ACI, American Concrete Institute. Standard Practice for
1.
La piedra pómez debe cumplir con los requi-
Selecting Proportions for Structural Lightweight Concrete (ACI
sitos de tamaño y granulometría descritos en
211.2-98). Impreso en U.S.A. Año 2004. Pág.: 211.2-7.
la norma ASTM C330: Especificación están-
dar para agregados livianos para concreto es-
tructural.
9) Ajustes en las proporciones de la mezcla
2.
Antes de iniciar con el proceso de fabricación
Consiste en ajustar las mezclas por humedad y
del hormigón estructural ligero al agregado
absorción a los agregados, la cantidad de agua
liviano (piedra pómez) se le sumerge en el
que aportarán o absorberán los agregados, según
agua aproximadamente 24 horas, es preferi-
esto se realiza una corrección al valor total de
ble usar a la piedra pómez en estado saturado
agua, de esta manera se tiene una primera esti-
en superficie seca (S.S.S.), debido a que tien-
mación de las cantidades a emplear en la mezcla
de a absorber menos agua y no se vea afecta-
de concretos ligeros.
da el agua de diseño de la mezcla.
3.
Se procede a pesar los materiales calculados
Dosificación del hormigón ligero estructural f ’c
para la mezcla, el proceso de mezclado se
280 kg/cm².
realizó mediante la concretera a la cual pre-
viamente se humedeció antes de colocar los
componentes del hormigón ligero.
Tabla 9. Cantidades por metro cúbico de hormigón ligero estruc-
tural
4.
En las mezcladoras de eje vertical es im-
portante primero colocar en el tambor el
Material
Pesos kg
Dosificación
agregado grueso ligero (piedra pómez) y se-
Agua
208
0.45
guidamente con la concretera en marcha se
Cemento
462.22
1
añade las 2/3 parte del agua de diseño para la
Arena
792.40
1.71
pre-saturación, una forma de guiarse es que
Pómez
326.54
0.71
cuando el material está en ese estado las par-
tículas no se pegan a las paredes de la concre-
Aditivo
4.62
0.01
tera, al agregado ligero se lo deja mezclar por
Fuente: Los autores
unos 50 segundos aproximadamente.
5.
Con mucho cuidado se hace girar el tambor
hasta una posición que permita colocar el
64
Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
agregado fino (arena), cemento y colocar las
Tabla 11. Pautas para la elaboración de cilindros de hormigón
ligero
¾ partes del agua de diseño.
Mezcla
HLE
6.
Dejar mezclar por unos 2 minutos, se consi-
Pre-saturación del agregado (seg)
50
dera que a mayor tiempo de mezclado influye
Tiempo total de mezcla (seg)
6
beneficiosamente en la docilidad del hormi-
gón fresco con este tipo de agregado.
Número de penetraciones de varilla
30
Número de golpes de martillo de caucho
25
7.
Se procede a añadir el aditivo con el agua
Fuente: (Caiza & Martínez, 2015, págs. 21-40)
restante de la mezcla y extender el tiempo de
mezclado mínimo de 3 minutos hasta obte-
ner una mezcla fluida y proceder a la descar-
8. Tratamiento de las variables
ga en una bandeja grande.
La determinación de las propiedades en estado
8.
Debido a la baja densidad que presenta el
fresco se realizó mediante varios ensayos, entre
agregado la compactación del hormigón va-
los que destacan la consistencia que se determi-
nó mediante el ensayo de cono de Abrams ASTM
ría, ya que el comportamiento del árido en el
C143, densidad fresca ASTM C138, y homoge-
hormigón difiere del árido de densidad nor-
neidad.
mal. Puesto que los áridos livianos tienden
A los 28 días se midió las propiedades mecánicas
a amortiguar fuertemente las vibraciones,
más importantes entre las principales resistencias
mientras que los áridos de peso normal se
a la compresión ASTM C39, módulo de elastici-
compactan al poco tiempo. Pasa lo mismo el
dad ASTM C469, densidad seca ASTM C567, en-
momento de expulsar el aire contenido des-
sayo de tracción indirecta ASTM C496 y módulo
pués de la compactación, ya que la movilidad
de rotura ASTM C78.
de los áridos de peso normal en el hormigón
9. Resultados
resulta más favorable que para agregados de
Se realizó el control de calidad del hormigón, en
baja densidad, por lo cual, el número de in-
estado fresco se tomó densidad y asentamiento,
mersiones de la varilla y el número de golpes
en estado endurecido las principales propiedades
con el mazo se estima al doble. A continua-
mecánicas tomadas a los 28 días de fabricación y
ción, se presenta la tabla 11, que resume los
la evolución de la resistencia a los 7, 14 y 28 días
parámetros adoptados para la mezcla.
respectivamente.
Tabla 12. Valores de asentamientos del hormigón ligero
Asentamiento
Consistencia
Canteras
Métodos
cm
Tipos
8.5
Blanda
Pifo
ASTM
9
Blanda
Mitad del Mundo-Calacalí
8.5
Blanda
Fuente: Los autores
65
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Tabla 13. Valores de densidad fresca del hormigón ligero
Unidad
Ensayo 1
Ensayo 2
Ensayo 3
Volumen:
g
2928
2928
2928
Peso del molde:
g
1940
1940
1940
Peso del molde + muestra:
g
7655
7649
7651
Peso de la muestra:
g
5715
5709
5711
Densidad de la muestra:
g/cm3
1.952
1.950
1.950
Densidad fresca promedio
g/cm3
1.951
Fuente: Los autores
Tabla 14. Valores de densidad endurecida del hormigón ligero
N.
φm hm
V
Peso cilindro
γ horm.
γ horm promedio
cm
cm
cm3
g
g/cm3
g/cm3
7 días
1
10.30
20.00
1666.4
3174
1.905
2
10.27
20.10
1663.9
3208
1.928
1.911
3
10.33
20.00
1677.2
3187
1.900
14 días
4
10.23
20.00
1644.9
3123
1.899
5
10.27
20.03
1658.4
3158
1.904
1.901
6
10.30
20.03
1669.2
3172
1.900
28 días
7
10.57
20.10
1762.6
3376
1.915
8
10.43
19.97
1707.0
3286
1.925
1.919
9
10.30
20.00
1666.4
3195
1.917
Fuente: Los autores
Tabla 15. Valores de resistencia a compresión del hormigón ligero
N.
φm
A
Carga
σ
σ prom.
cm
cm²
kg
kg/cm²
kg/cm²
7 días
1
10.30
83.32
18350.00
220.23
222.06
2
10.27
82.78
19120.00
230.96
3
10.33
83.86
18030.00
214.99
14 días
4
10.23
82.25
21390.00
260.07
5
10.27
82.78
20730.00
250.41
257.09
6
10.30
83.32
21730.00
260.79
28 días
7
10.57
87.69
25718.00
293.27
8
10.43
85.49
24203.00
283.10
282.30
9
10.30
83.32
22542.00
270.54
Fuente: Los autores
66
Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
Tabla 16. Valores de resistencia a la tracción indirecta del hormigón ligero
φm Lm
Carga
σt
σt prom.
σt prom.
N.
cm
cm
kg
kg/cm²
kg/cm²
%
10
10.47
20.00
13173.00
40.06
11
10.40
20.03
11929.00
36.45
35.66
12.63
12
10.40
20.03
9974.00
30.48
Fuente: Los autores
Tabla 17. Valores de módulo de rotura del hormigón ligero
b
d
L
Carga
MR MR prom.
N.
cm
cm
cm
kg
kg/cm²
kg/cm²
V1
15.10
14.90
49.90
2280.00
33.94
V2
15.00
15.10
50.00
2247.00
32.85
32.14
V3
15.20
15.10
50.00
2055.00
29.65
Fuente: Los autores
Tabla 18. Valores de módulo de elasticidad del hormigón ligero
Densidad
Resistencia
Módulo de elasticidad
Cilindro
kg/m3
kg/cm2
MPa
MPa
kg/cm2
7
1915.3
293.2
28.7
19327
197135
8
1924.9
283.1
27.7
19132
195152
9
1917.2
270.5
26.5
18590
189625
Fuente: Los autores
Los valores del módulo de elasticidad fueron cal-
sicas del concreto, un valor de 0.20 usualmente se
culados con la fórmula de correlación indicada
asume para propósitos prácticos de diseño. [11]
en el ACI 318-14 para hormigones de densidad
entre 1500 a 2500 kg/m3.
Tabla 19. Datos de resistencia en diferentes edades
Tiempo Resistencia
Evolución de
resistencia
Días
kg/cm2
%
Siendo wc la densidad del hormigón en kg/m3y f`c
0
0
0
la resistencia promedio a la compresión a los 28
días en MPa.
7
222.1
79.3
14
257.1
91.8
Módulo de Poisson
28
282.3
100.7
Si bien esta propiedad varía ligeramente con la
Fuente: Los autores
edad, las condiciones de prueba, y propiedades fí-
67
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Grafico 1. Resistencia a la compresión vs. Tiempo de hormigón ligero celular.
Fuente: Los autores
Densidad aparente seca
racterísticas físicas y mecánicas, cuyos datos a
futuro servirán para disponer de un material
Las densidades que han sido monitoreadas son en
ligero y con ello realizar un modelo matemáti-
estado endurecido a los 7, 14 y 28 días.
co aplicando a un proyecto estructural real de
Tabla 20. Densidad del hormigón ligero a diferentes edades
una edificación.
Tiempo
Densidad
2)
Debido al alto porcentaje de absorción de la
piedra pómez, las densidades obtenidas a los
Días
kg/m3
pocos días de haber retirado de la cámara de
0
0
curado son mayores a la densidad de equili-
7
1911
brio cuyos valores están en el rango de 1810 a
14
1901
1830 kg/m3, y además cumplen con la especi-
28
1919
ficación de densidad del ACI 318S-14.
Fuente: Los autores
3)
El uso de la piedra pómez como agregado
grueso tiende a disminuir la resistencia a la
Las mezclas para hormigones ligeros presentaron
compresión del hormigón, por ello se vio
densidades entre 1901 kg/m³ a 1919 kg/m³, den-
necesario aumentar la cantidad de cemento,
tro del rango estipulado por el ACI 213R-03, y
tener una relación agua cemento más baja, y
resultaron ser 13.77% más livianos que la misma
la utilización de aditivo superplasticante para
mezcla combinada con piedra pómez y árido fino
compensar esta disminución en la resistencia
de peso normal.
y que a su vez sea trabajable.
4)
Se obtuvieron valores de las propiedades físi-
cas y mecánicas del hormigón ligero estruc-
10. Conclusiones
tural apropiadas (ver tablas de la 12 a la 20),
1) Con la combinación de agregado grueso livia-
cuyos datos al compararse con valores de un
no y agregado fino de peso normal, se llegó a
hormigón convencional, cumplen los requeri-
obtener hormigones ligeros, con buenas ca-
mientos técnicos y mecánicos para utilizarse
68
Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
dentro del análisis y diseño de elementos es-
12. Elementos gráficos
tructurales como columnas, vigas y losas en el
Figura 1. Extracción del agregado grueso, vía Mitad del Mun-
caso de realizar.
do-Calacalí.
11. Referencias
1)
“Lightweight Concrete—A Proven Material
for Two Millennia,” Proceedings of Advances
in Cement and Concrete, S. Sarkar and M. W.
Grutzeck, eds., University of New Hampshire,
Durham, S.C.
2)
ACI 213-03R Guide for Structural Lightwei-
ght-Aggregate Concrete
3)
ASTM C330 Especificación Normalizada
para Agregados Livianos para Concreto Es-
Fuente: Los autores
tructural
4)
Konstruir.com. (2013). DICCIONARIO: De-
Figura 2. Extracción del agregado fino de la cantera Pifo.
finición de agregado fino. Recuperado de:
bra_agregado%20fino.html
5)
IECA. (s. f.). Componentes y propiedades del
cemento | Características - IECA. Recuperado
piedades-del-cemento/
6)
Arias A., V. (2009). El agua del concreto.
Elconcreto.blogspot.com. Recuperado de:
agua-del-concreto.html.
7)
EHE-08. Instrucción española de hormigón
Fuente: Los autores
estructural
8)
ACI, American Concrete Institute. Standard
Figura 3. Fabricación del hormigón ligero.
Practice for Selecting Proportions for Struc-
tural Lightweight Concrete (ACI 211.2-98).
Impreso en U. S.A. Año 2004.
9)
ACI, American Concrete Institute. Requisi-
to de Reglamento para Concreto Estructural
ACI 318S-08. Impreso en U. S.A. Año 2008.
10) ACI, American Concrete Institute. Guide for
Structural Lightweight-Aggregate Concrete
(ACI 213R-03). Impreso en U. S.A. Año 2003.
11) Caiza, P., & Martínez, A. (2015). Fabricación
de hormigones livianos con materiales volca-
noclásticos (lapilli) y su influencia en la re-
Fuente: Los autores
ducción de fuerzas sísmicas.
69
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Figura 4. Curado del hormigón.
Figura 7. Ensayo brasileño o tracción indirecta.
Fuente: Los autores
Fuente: Los autores
Figura 5. Ensayo a compresión.
Figura 8. Peso del cilindro para la determinación de la densidad a
los 28 días.
Fuente: Los autores
Fuente: Los autores
Figura 6. Ensayo a flexión
Figura 9. Estructura interna del hormigón ligero.
Fuente: Los autores.
Fuente: Los autores
70
