UNIVERSIDAD SAN PEDRO FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE ESTUDIO DE INGENIERÍA CIVIL Resistencia a la comprensión de concreto sustituyendo al cemento de ceniza de paja de trigo y ceniza de conchas de abánico Tesis para obtener el título profesional de Ingeniero Civil Autor Carranza Saucedo, Jorge Richard Asesor Ing. Cerna Chávez, Rigoberto Chimbote – Perú 2020 Palabras claves Tema Resistencia a la compresión Especialidad Tecnología de concreto Keywords Theme Compressive strength Speciality Concrete technology Línea de investigación Programa Ingeniería Civil Línea de Investigación Construcción y Gestión de la construcción Área Ingeniería y tecnología Subarea Ingeniería Civil Disciplina  Ingeniería Civil I “Resistencia a la compresión de concreto sustituyendo al cemento de ceniza de paja de trigo y ceniza de concha de abanico’’ II RESUMEN El presente proyecto de investigación se elaboró un concreto sustituyendo al cemento de ceniza de paja de trigo y de ceniza de concha de abanico, la cual modificó la resistencia a la compresión en comparación a un concreto convencional. Asimismo, se evaluó que cumpla con las normas técnicas peruana y especificaciones técnicas ASTM. Esta investigación, primero se recolectó la paja de trigo de Cebadín – Cajamarca, estas pasaron a ser pre-calcinadas a cielo abierto, para luego activarse térmicamente a 700 °C por 45 minutos, obteniéndose así las cenizas de paja de trigo la cual posee gran actividad puzolánico. Mientras que la concha de abanico se obtuvo de la empresa CULTIMARINE, las conchas de abanico presenta un alto contenido de Oxido de Calcio, esta se activó a 890 °C por 3½ horas. Este proyecto es un logro para la ingeniería y la construcción ya que se creó un concreto con la utilización de materiales reutilizables, los cuales pasaron a reemplazar parte del cemento por residuos crustáceos (conchas de abanico), y residuos vegetales (paja de trigo). En la investigación correspondiente en la que se realizó es de causi-experimental, dado que se obtuvo en dichos resultados de nuestros ensayos y llegamos a la conclusión que los porcentajes de sustitución (8% y 16%) del concreto experimental no llegaron a superar la resistencia del concreto patrón. III ABSTRACT This research project developed a concrete substituting wheat straw ash cement and fan shell ash, which modified the compressive strength compared to conventional concrete. Likewise, it was evaluated that it complies with the Peruvian technical standards and ASTM technical specifications. This investigation, first the wheat straw from Cebadín - Cajamarca was collected, these began to be pre-calcined in the open, and then thermally activated at 700 ° C for 45 minutes, thus obtaining the wheat straw ashes which has great pozzolanic activity. While the fan shell was obtained from the CULTIMARINE company, the fan shells have a high content of Calcium Oxide, this was activated at 890 ° C for 3½ hours. This project is an achievement for engineering and construction since a concrete was created with the use of reusable materials, which began to replace part of the cement with crustacean residues (fan shells), and vegetable residues (wheat straw). The corresponding research in which it was carried out is causal-experimental, since it was obtained in said results of our tests and we reached the conclusion that the substitution percentages (8% and 16%) of the experimental concrete did not exceed the strength of standard concrete. IV INDICE PALABRAS CLAVE ………………….I TITULO DEL TRABAJO …………………II RESUMEN …...…………….II ABSTRACT …………..…….IV INTRODUCCION …………………………1 ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACION CIENTIFICA …………………2 JUSTIFICACION DE LA INVESTIGACION …………………3 PROBLEMA ..………………..4 TECNOLOGÍA DEL CONCRETO ………………....5 VARIABLE ………………...26 HIPOTESIS …………..…….28 OBJETIVOS ……...…..……..28 METODOLOGIA ………..……….29 RESULTADOS ..………...….….34 ANALISIS Y DISCUSION ……………….. 51 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ……………….. 53 AGRADECIMIENTO ………………...56 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ……………….. 57 ANEXOS ……………….. 58 INDICE DE TABLA Tabla N° 01: Componentes químicos del cemento. Tabla N°02: Rango de porcentajes en componentes químicos del cemento. Tabla N° 03: Componente químicos del cemento portland tipo I Tabla N° 04: Granulometría del agregado Tabla N°05: Límites permisibles del agua. Tabla N° 06: Composición química expresada como óxidos Tabla N° 07: Composición química expresada como elementos Tabla 08: Cultivos con mayor área sembrada en el Perú Tabla N° 09: Datos estadísticos Tabla N°10: Requerimientos químicos de las Cenizas TABLA N° 11 Reacciones de Hidratación de los Silicatos del Cemento Portland Tabla N° 12 Resistencia a la compresión Promedio Tabla N° 13: Pesos de ceniza de paja de trigo antes y después de calcinar Tabla N° 14: Pesos de ceniza de concha de abanico antes y después de calcinar Tabla N° 15: Composición química expresada como óxidos de la ceniza de paja de trigo Tabla N° 16: Composición química expresada como óxidos de la ceniza de concha de abanico Tabla N° 17: Ensayo de peso específico Tabla N° 18: Ensayo de pH Tabla N° 19: Cantidad de concreto por probeta Tabla N° 20: Peso de agua – relación agua/cemento (Patrón) Tabla N° 21: Peso de agua – relación agua/cemento (Experimental 01) Tabla N° 22: Peso de agua – relación agua/cemento (Experimental 02) Tabla N° 23: Características de los resultados del ensayo de resistencia a la compresión de C.P. Tabla N° 24: Características de los resultados del ensayo de resistencia a la compresión de concreto experimental 01 (Sustitución de 08% al cemento). Tabla N° 25: Características de los resultados del ensayo de resistencia a la compresión de concreto experimental 02 (Sustitución de 16% al cemento). Tabla N° 26: Promedio de resistencia de cada grupo de concreto Tabla N° 27: Resistencias a la compresión de probetas de concreto con una sustitución de cemento por ceniza de paja de trigo y concha de abanico según días de curado. Tabla N° 28: Cálculo de la prueba ANOVA para verificar las diferencias entre las medias de las resistencias a la compresión de las probetas de concreto. INDICE DE FIGURA Figura N° 01: Principales países productores de conchas de abanico. Figura N° 02: Exportaciones de conchas de abanicos. Figura N° 03: Producción de concha de abanico. Figura N° 04: Análisis termo gravimétrico –Ceniza de paja de trigo. Figura N° 05: Curva Calorimétrica- Ceniza de paja de trigo. Figura N° 06: Análisis termo gravimétrico –Ceniza de concha de abanico. Figura N°07: Curva Calorimétrica- Ceniza de concha de abanico. Figura N°08: Barra de promedio de resistencia de concreto y experimentales. Figura N°09: Línea de promedio de resistencia de concreto patrón y experimentales. INTRODUCCION 1 Conforme con los antecedentes registrados, se pudo hallar lo más relevantes trabajos a la presente investigación, así como el caso de Lencinas,(2016), “: “Evaluación de mezclas de concreto adiciones de ceniza de paja de trigo como sustito en el porcentaje del cemento portaland puzolanico en la zona altiplánica”, en la cual su objetivo fue: Examinar la resistencia respecto a la compresión del concreto f´c210kg/cm2 al sustituir al cemento por ceniza paja de trigo en 2.5% y 5%, dado que dicha investigación aplicada que se realizó con un diseño experimental, en cuanto a su nivel se le considero de causi-experimental, en cuanto a las conclusiones llegaron a las siguientes, se mostraron que los resultados de los ensayos a la compresión tienden a conservar la resistencia a los 28 días de curado. Así mismo se revisó la siguiente investigación de Ortiz, (2018), “Resistencia A La Compresión Del Concreto F’c=210kg/Cm2 Al Sustituir El Cemento Con Ceniza De Concha De Abanico Y Cascara De Arroz En 12% En La Relación 3:1”, en la cual tuvo como objetivo: Determinar la resistencia respecto a la compresión del concreto f´c210kg/cm2 al sustituir al cemento con ceniza de concha de abanico y ceniza de cascara de arroz, el tipo de investigación que se realizo es experimental, dado como concluido que se encontró una baja del 10% de la resistencia al sustitución del cemento en 12% a la resistencia de F´c210kg/cm2. Igualmente se verifico la siguiente investigación de Julian, (2015), "Resistencia de nuevos materiales para Sustituir el cemento en Concreto”, la cual fue su objetivo: Determinar la resistencia en relación a la compresión del concreto, el cemento fue sustituido en porcentajes de 5%, 10% y 15% por separado, esta es una averiguación experimental de nivel causi-experimental, dado que las conclusiones fueron muy prometedoras al sustituir al 5% asciende a una resistencia en función de edades y niveles de sustitución de 230 kg/cm2 a 290 kg/cm2. 2 Justificación. Se quiere indagar la resistencia del concreto preparado a base de conchas de abanico y paja de trigo, que favorecerán a las viviendas en el distrito de Chimbote, en el especial a las viviendas cercanas al mar porque uno de los sustitutos de los materiales es más común y empleado, dado que sigue vigente en la construcción como es el cemento. El concreto está mezclado por agua, piedra, arena y cemento, por ende las partículas de estos materiales al ejecutarse forman una estructura de calcio, ahí es donde entra a ocupar las conchas sus partículas tienen propiedades parecidas al cemento. Al usar estos moluscos se lograría disminuir el impacto ambiental y limitar las canteras de los agregados en el concreto. El precio de la concha es bajo a los agregados y ofrecerían la posibilidad de concreto para el interés social. El cemento al ser sustituido por elementos puzolanicos, producto de las cenizas de la paja de trigo y concha de abanico disminuyen cierta medida el requerimiento del cemento. Se desea que el concreto experimental aporte a la población con su alta resistencia, la cual dará una mayor durabilidad, dicho concreto pudiera soportar cargas de la tierra, fuerzas de compresión, de congelamiento, etc. Problema. El concreto, a nivel mundial es el más empleado en la construcción, seguirá siéndolo hasta que se halle un material parecido al cemento; gran parte de la infraestructura de los países está fabricado con él, es esencial para el profesional ya que se encarga del proceso constructivo de la obra. Los problemas de resistencia, han afectado a las estructuras en las edificaciones, ya que no cumplen con su servicio y no funcionan. Los diseños en la construcción y el problema de la durabilidad del concreto, ocasionan costos y pérdidas económicas en el inversionista o propietario. 3 Los diferentes tipos de climas que se encuentra en el Perú, afecta al concreto; por ejemplo, elevada temperatura y las bajas temperaturas. Frente a la problemática al calentamiento global o producción del cemento se notifica actividades de mayor impacto en el calentamiento global. En la actualidad la problemática de nuestra ciudad es la edificaciones, debido a que tratan de comprar los materiales que están al alcance de sus bolsillos, dado que la economía no es la mejor para algunas familias, de este punto partimos nuestro trabajo de investigación, buscando innovar el concepto de autoconstrucción para las zonas más pobres, se plantea la sustitución de 2% y 4% de paja de trigo y 6% y 12% de concha de abanico, como material puzolánico, por cemento como solución buscando comprobar que añadiendo estos materiales mencionados pueda obtener una mejor resistencia a comprensión de concreto. El cultivo de "concha de abanico" (Argopecten purpuratus) se está originando contaminación del medio ambiente en la bahía de Samanco. Los desechos son arrojados en sitios no apropiados, esto aumenta la materia orgánica y podría originar un impacto negativo al cultivo. Las conchas de abanico están conformadas por caparazones de carbonato cálcico. Hay una gran posibilidad de ser usado para el concreto, ya que no es nocivo, también inorgánico y son similares a los agregados utilizados en la construcción. En lo que respecta a la "paja de trigo” (Triticum) "las puzolanas son materiales silíceos o alumino-silíceos no tienen un valor parecido al cemento, ya que en presencia de agua reacciona químicamente con el hidróxido de calcio para formar propiedades¨. Por lo cual formulamos la siguiente pregunta: ¿En qué medida modificará la resistencia a compresión de un concreto F´c=210kg/cm2 sustituyendo al cemento por una combinación 2% y 4% de paja de trigo y 6% y 12% de concha de abanico en comparación a un concreto convencional? 4 Tecnología del concreto Señala Sencico (2014, p 5) Romanos y griegos empleaban material puzolanicos mezclado con cal para mortero hidráulico o concreto. Si es mezcla la piedra y la cal se endurece debajo del agua como en edificaciones comunes. Las famosas construcciones romanas fueron hechas de ladrillo roto, cal y puzolana. El panteón de Adriano es un claro ejemplo. El concreto = cemento + agregados + aire + agua. El concreto armado= cemento + agregados + aire + agua + acero El concreto convencional, es usado en pavimentos, edificios y otras estructuras. Su densidad del concreto depende de la cantidad de agregado cantidad, la cantidad de aire atrapado (ocluido). Su principal característica estructural del concreto es ser resistente a los esfuerzos de compresión, dado que no es bueno en la tracción. También se adapta a diferentes moldes llamados “encofrados”. En nuestro país para el sector construcción tiene una gran demanda. Se sabe que un buen concreto depende también de los materiales sean los mejores y de la mano de obra, para que cumpla con una buena resistencia. Con el paso de los años la tecnología del concreto avanza, para solucionar diferentes necesidades que pasemos en obra, es por ello que el concreto a nivel mundial será el material más utilizado para el sector construcción Rivera, G (2013, p 6) nos indica que la resistencia mecánica como la permeabilidad del concreto están regidos por la relación agua/cemento (a/c), así mientras más alta es la resistencia. Tenemos que tener en cuenta cuando colocamos el concreto, debemos evitar: Retrasos. Cuando estamos en obra debemos evitar el retraso ya que el concreto pierde fluidez o que se seque, estos problemas se dan cuando hay días soleados. Segregación. Se da cuando los agregados finos y gruesos y la pasta se separan, esto se puede dar en el transporte o vibrado del concreto y puede afectar a la resistencia. 5 Desperdicios. Debemos colocarnos en sitios estratégicos para evitar un traslado largo. Lo que mucho se hace en obra es agregar agua para tener una mejor trabajabilidad, pero esto afectaría a la resistencia del concreto. El concreto puede ser mezclado a mano o por equipos, se recomienda trabajar con equipos (trompos), dado que el dicho objeto nos ofrece un concreto homogéneo y trabajable. El uso de material que se requiera en obra depende de la resistencia que está estipulado en los planos estructurales. Las columnas y aligerados tienen que tener una resistencia mejor que los cimientos o falsos pisos. Propiedades del concreto Sencico (2014 p 6) nos indica las definiciones de las propiedades del concreto: Resistencia a la compresión. Es un máximo esfuerzo que soporta el concreto sin romperse, dado que el concreto está destinado a esfuerzos de compresión. Durabilidad. Es la capacidad de mantener sus propiedades en el tiempo una vez endurecido, dado que las condiciones en obra podrían descender o perder su capacidad estructural. Consistencia. Es el estado fresco, que define la humedad de la mezcla por el grado de fluidez, mientras más húmedo la mezcla mayor facilidad tendrá el concreto durante su colocación. Trabajabilidad. Es el estado donde el concreto está fresco la cual determina para ser utilizado, sin que se presente segregación. Transporte del concreto Abanto, F(2017 p 7) El concreto debe ser transportado de la mezcladora hasta su destino final en la estructura, lo más rápido posible para evitar segregación y garantice una calidad óptima del concreto. 6 Los equipos de transporte deben proporcionar un concreto sin segregación y sin interrupción, dado que causaría perdida de plasticidad entre capaz en su colocación progresiva. En obra se pueden utilizar: carretillas, buguie, latas y etc. para el transporte del concreto. Precauciones en el transporte del concreto: Evitar golpes y vibraciones excesivas Utilizar rampas firmes Las distancias deben ser menores a 50 metros Estados del concreto Abanto, F (2017 p 7) brinda los conceptos: Estado Fresco. Es la etapa donde todos los materiales son mezclados y tiene una gran humedad. Estado Fraguado. Cuando ya están en contacto el agua y los materiales mezclados, sigue a la etapa de endurecimiento del concreto. Estado Endurecido. Una vez que el concreto fraguo, inicia a ganar resistencia y se endurece. Requisitos de la mezcla de concreto Sencico (2014, p 8) Cuando la mezcla va hacer colocada en dichas estructuras de las edificaciones deben tener una buena trabajabilidad, consistente, ya que permita una buena colocación, también evitar la segregación y exudación. Una vez que el concreto este endurecido tiene que cumplir con las especificaciones técnicas de los planos y cumplan su resistencia a los 28 días. 7 Verificación de Encofrado Sencico (2014, p 8) Los encofrados pueden ser de metal o madera, pero deben estar sin imperfecciones. El encofrado debe estar limpio, antes de ser utilizada se echa un poco de petróleo para que tenga una buena adherencia ya que va estar en contacto con el concreto. Antes de ser vaciado el concreto, deberá estar alineado y asegurado, también tener en cuanta en donde vamos a trabajar debe estar limpio. Cemento Sencico (2014, p 8) Es un material que contiene propiedad que cuando se mezcla con el agua, forma una pasta conglomerante y se endurece. Mezclado del concreto Abanto, F (2017, p 8) Una vez realizado la mezcla del concreto, tiene que estar uniforme. La máquina en la que vamos a trabajar debe estar limpia sin ningún residuo, ya dicho esto no tenemos que olvidarnos de realizar la prueba del “SLUMP”, se puede conocer con otro nombre como consistencia, con la finalidad de cumplir la fluidez descrito en la norma técnica peruana (NPT) 339.035 O ASTM – 143. Composición Química: Abanto, C (1994, p 9) Hay cuatro compuestos que constituyen más del 90% del peso del cemento, y son: Silicato tricálcico (3CaO.SiO2) = C3S Silicato dicálcico (2Ca.SiO2) = C2S Aluminato tricálcico (3Ca.Al2O3) = C3A 8 Alumino ferrita tricálcica (4Ca. Al2O3.Fe2O3) = C4AF Estos cuatros elementos químicos, contribuye a su comportamiento, cuando pasa de un estado a otro. Tabla N° 01: Componentes químicos del cemento. % Componente químico Procedencia usual Oxido de calcio (CaO) Rocas Calizas 95%< Oxido de Silice (SiO2) Areniscas Oxido de Aluminio (Al2O3) Arcillas Óxido de Hierro (Fe2O3) Arcillas, Mineral de Hierro, pirita 5%< Oxido de Magnesio, Sodio, potasio, Minerales Varios titanio, azufre, fósforo y magnesio Compuesto Porcentaje Abreviatura (CaO) 61% - 67% C (𝑆𝑖𝑂2) 20% - 27% S (𝐴𝑙2𝑂3) 4% - 7% A (𝐹𝑒2𝑂3) 2% - 4% F (SO₃) 1% - 3% (MgO) 1% - 5% (K₂O Y Na₂O) 0.25% - 1.5% Tabla N°02: Rango de porcentajes en componentes químicos del cemento. 9 Tipos de Cementos: Tipo I, para uso no contiene ninguna adición especial. Componentes Cemento Pacasmayo Tipo I Oxido de Sílice: 𝑆𝑖𝑂2 20.5% Oxido de Fierro: 𝐹𝑒2𝑂3 5.14% Oxido de Aluminio: 𝐴𝑙2𝑂3 4.07% Oxido de Calcio: CaO 62.92% Oxido de Magnesio: MgO 2.10% Óxido de Azufre: 𝑆𝑂3 1.83% Perdida por Calcinación: P.C 1.93% Residuo Insoluble: R.I 0.68% Cal Libre: Cao 1.10% Álcalis: 𝑁𝑎2𝑂 0.22% Silicato Tricalcico: 𝐶3𝑆 44.70% Para nuestra investigación se trabajó con el tipo I cemento portland. Tabla N° 03: Componente químicos del cemento portland tipo I Fuente: (RIVERA, 2013) Agregados Agregado Fino Cuando las rocas se desintegran naturales o artificiales nos ofrece un material de agregado fino, que pasan el tamiz de 3/8” (9.51mm) y es retenido en el tamiz N°200 (74um). Norma Técnica Peruana 400.011. Para nuestra investigación utilizaremos el agregado que proviene de la Cantera “BESIQUE” que se encuentra ubicada en el distrito de Chimbote –Santa –Ancash. Esta cantera está compuesta por arena gruesa e intercalada con arenas eólicas. Propiedades físicas Calla S (2013, p 11).El agregado fino utilizados en el concreto tiene que efectuar con las exigencias de las especificaciones técnicas de las Normas Técnicas Peruanas, 10 las propiedades nos dará valores que será empleados en el diseño de mezcla de concreto que se requiera en obra. Peso unitario. Calla S (2013, p 11).El peso unitario no determina la calidad de los agregados y es importante para determinar el % de vacío. Cuanto más compactado es el agregado es mayor su peso. Absorción. Calla S (2013, p 11).Cuando los agregados han estado sumergidos bajo el agua durante un día, se comienza a secar el material. Granulometría. Rivva, E (2010, p 12) Es la división de formas y tamaño de las partículas del agregado, para esto se realiza el tamizado (norma ASTM C 136). Los siete tamices estándar ASTM C 33 para agregado fino tiene aberturas que varían desde la malla No. 100(150 micras) hasta 9.52 mm. Los análisis granulométricos tienen como objetico enmarcar las partículas de los agregados. Tabla N° 04: Granulomería del agregado Malla % que pasa 3/8” 100 N° 4 95 – 100 N° 8 80 – 100 N° 16 50 – 100 N° 30 25 – 60 N° 50 10 – 30 N° 100 0 - 10 11 Módulo de finura. Riva, L (2010, p 12) Es un numero adimensional que se calcula sumando los porcentajes que fueron retenidos en los tamices y dividiendo entre 100. Para este ensayo se utiliza los tamices que son: N°100, N°50, N°30, N°16, N°8, N°4, N°3/8. El módulo de finura nos indica de la finura del agregado entre mayor sea el modo de finura, más grueso será el agregado. Superficie específica. Riva, L (2010, p 13) Es la sumatoria de áreas superficiales de partículas del agregado, cuando pasa el material por la malla N° 200, determina cantidad de finos que presenta el agregado. Agregado grueso Se denomina agregado grueso cuando es retenido por la malla N° 4(4.75 mm) dicho tiene que cumplir con los límites establecidos en la Norma Técnica Peruana 400.037. En nuestra investigación vamos a utilizar el agregado de la Cantera “RUBEN” que se encuentra ubicada en el distrito de Chimbote –Santa –Ancash. Propiedades físicas. Calla S (2013, p 13).Los agregados, como su peso volumétrico, solidez, resistencia a la abrasión y las características térmica, influyen en la resistencia del concreto y en el endurecimiento, así como también en la durabilidad y la resistencia del intemperismo. Peso unitario. Calla S (2013, p 13).Ya tiene un molde definido con su volumen. El procedimiento para su determinación se encuentra normalizado en ASTM C29 y NTP 400.017. 12 Contenido de humedad. Calla S (2013, p 13).La partícula contiene agua retenida superficial en la mezcla Absorción. Calla S (2013, p 13).Aumento de peso de los agregados debido al agua en los poros del agregado. Gravedad especifica. Calla S (2013, p 14).Es la conexión de la masa o el peso del aire del volumen del material a la masa del mismo volumen de agua a una temperatura indicada. Granulometría. Sánchez, M (2015, p 14) La malla de tamaño máximo nominal, poder tener de 5% a 15% del agregado dependiendo del número de tamaño. Para el análisis granulométrico del agregado grueso, los tamices que tomaremos para realizar dicho ensayo serán 3”, 1 ½”, ¾”, 3/8”, N° 4, N° 8, N° 16, N° 30, N° 50, N° 100, siendo los porcentajes que pasan según la norma ASTMC33 para los diferentes usos granulométricos del agregado grueso. Módulo de finura. Sánchez, M (2015, p 14) El módulo de finura del agregado, cuanto mayor es el MF, más grueso es el agregado. Agua para concreto Sencico (2014, p 14) El agua en la mezcla de concreto, tiene una reacción química que forma una pasta o gel, dado que cuando está en fresco es manipulable, cuando se endura se convierta sus propiedades en producto deseado. 13 El agua debe cumplir con los requisitos de la norma NPT 339.088, es preferible usar el agua potable en obra. Tabla N°05: Límites permisibles del agua. Descripción Limite permisible Cloruros 300 ppm Sulfatos 300 ppm Sales de Magnesio 150 ppm Sale Solubles totales 1500 ppm pH Mayor de 7 Sólidos en Suspensión 1500 ppm Materia Orgánica 10 ppm Curado: Sencico (2014, p 15) Se refiere que una vez que el concreto este endurecido se tiene que mantener húmedo, dado que pierde agua y tiene que reponer lo perdido. Para el curado es preferible y recomendable usar el agua potable, si es que no es posible usar el agua potable, puede ser agua de río, pozo o lago, tiene que estar claro o transparente. Cuando vayamos a curar un aligerado, se tiene que hacer al día siguiente, dado que puede soportar el paso de la persona. Se debe de curar por 14 días una vez que haya sido desencofrado, si es que no es posible se deberá curar por 7 días. Si no se llega a curar su resistencia bajaría considerablemente hasta un 40%, pueden aparecer fisuras y dañar la estructura. Un curado adecuado es muy importante para que un concreto llegue a su máxima resistencia. 14 Conchas de abanico (Argopecten purpuratus) Mendo, J (2008, p 16) Es un molusco, tiene una concha curva con valvas diferentes, siendo el lado izquierda más convexa que la del otro lado, dado que se encuentran costillas radiales en números variables de 23 a 26 por lado. Cada valva posee prolongaciones, denominadas orejas distintas, siendo la anterior de mayor tamaño. El color de su textura por fuera varía desde el color rosado al purpura oscuro, incluyendo color naranja. Es conocida científicamente como Argopecten purpuratos Estos animales se encuentran en la costa y bajo temperaturas 14° y 27°C. La concha de abanico desova durante todo el año, sobre todo en fechas del niño. Cuando son jóvenes de 40-50 mm de altura de la concha crecen cerca de 4-5 mm por mes en el verano, su alimento principal, lo conforma el fitoplancton. En el ciclo de vida tiene 04 etapas: huevo, larva, juvenil y adulto. Cultivo de concha de abanico Podemos encontrarlas en el departamento de Ancash, y en Lima También, destacan bancos naturales ubicados en Pisco, Paracas, Sechura (Piura), Lobos de Tierra (Lambayeque), Bahía de independiente e Isla San Lorenzo (Lima). Se aprecia en el grafico que los principales países de producción de conchas son Perú y Chile. Figura N° 01: Principales países productores de conchas de abanico 15 Gracias al cultivo de las conchas muchas familias han salido adelante, dado que es su sustento económico en el país. Es una actividad muy importante para el país. Esto se refleja en los datos que nos ofrece PRODUCE ya que presentan aproximadamente el 70% del valor total de exportación nacional de concha de abanico, como se demostró en el año 2013 con 11242 toneladas en la bahía de Sechura de un total nacional de 14970 toneladas. Figura N° 02: Exportaciones de conchas de abanico Entre los años 2002-2009 Perú fue el mayor productor de conchas de abanico que su país vecino Chile. En el año 2010 el Perú logro 120 mil toneladas. En marzo del 2011, existían aproximadamente 60 empresas ofrecidas a la producción para el desarrollo de la acuicultura entre Piura y Samanco (Chimbote). Figura N° 03: Producción de conchas de abanico 16 Características de las conchas de abanico como agregado según las normas técnicas peruanas Nizama, D (2014, p 17) Se encuentran formados por caparazones de calcio. Podría ser usado en agregados ya que nos es nocivo para el concreto, la cual es orgánica y sus características son parecidas al agregado convencional. Se analizarán según las Normas Técnicas Peruanas. Forma Nizama, D (2014, p 17) Sus caparazones de estos moluscos tienen partículas laminares e irregulares, ya que su espesor varía entre 1.50mm y 3.00 mm. Las partículas laminares en el concreto fresco baja la trabajabilidad y resistencia en el concreto endurecido. Se espera que por la presencia de partículas de las conchas de abanicos baje la trabajabilidad. Textura Nizama, D (2014, p 17) Los caparazones son de 02 tipos, se encuentra un lado muy rugoso y el otro totalmente liso, su rugosidad es bien notoria. Humedad y capacidad de absorción Nizama, D (2014, p 17) Son dos parámetros que influyen en la trabajabilidad en el concreto fresco, si en caso la concha triturada llegara absorber más agua en comparación al agregado convencional, la trabajabilidad descendería, ya que será necesario de realizar el SLUMP. Resistencia a la abrasión Nizama, D (2014, p 18) Nos damos que es un material que tiene un resistencia baja que los agregados convencionales, pero para eso se tendría que realizar estudios, ensayos, para luego analizar los resultados. 17 Resistencia a los sulfatos Nizama, D (2014, p 18) Se tendría que evaluar y analizar la resistencia de los agregados a la desintegración por medio de soluciones saturadas de sulfato de sodio o sulfato de magnesio, según lo especificado en la NTP 400.016. Durabilidad Nizama, D (2014, p 18) Según la norma (NTP 400.016) se le denomina durabilidad a la resistencia generada a los agentes externos como las bajas temperaturas, la penetración del agua, agotamiento por abrasión, retracción al secado, eflorescencias, corrosión , o choques térmicos, entre otros. Composición química según ensayo de eflorescencia Tabla N° 06: Composición química expresada como óxidos Composición Resultado (%) Método utilizado química Oxido Calcio (CaO) 99.587 Espectrometría de Oxido de Estroncio (SrO) 0.344 Fluorescencia de rayos X Trioxido de azufre (SO2) 0.059 Tabla N° 07: Composición química expresada como elementos Composición química Resultado (%) Método utilizado Calcio (CaO) 99.367 Espectrometría de Estroncio (SrO) 0.402 Fluorescencia de rayos X Azufre (SO2) 0.231 18 Producción de Trigo ( Triticum sativum) Tejada, T(2008 p 20) Etimológicamente proviene del vocablo latino triticum, la cual significa riturado o trillado, refiriéndose a la acción que se realiza para tener dicho grano de trigo es lograr separado de la cascarilla que lo cubre o envuelve. El trigo es una planta cereal de tallo hueco, con hojas alargadas con una vaina que abraza el tallo, una inflorescencia en espiga de cuatro o más hileras de granos y fruto, puede alcanzar hasta 1 metro de altura. La palabra trigo designa tanto a la planta como a sus semillas comestibles. El trigo puede ser aprovechado por completo, por ejemplo, el grano es usado como harina, para preparar productos derivados tales como el pan, fideos, galletas y otros productos alimenticios. Asimismo, para consumo directo en la preparación de platos de comida. Este producto además está entre los tres cereales más importantes producidos en el mundo, de la mano del maíz y el arroz. En nuestro país se encuentra una gran área de superficie cosechada de este producto, estando entre los principales, después del arroz, papa, maíz y cebada. 19 Tabla 08: Cultivos con mayor área sembrada en el Perú Cultivos Alimenticios Superficie Cosechada (Ha) Arroz 315.117 Papa 257.341 Maíz amiláceo 207.150 Cebada 151.007 Trigo 138.155 Plátano 133.083 Yuca 83.714 Frejol 58.011 Habas 52.144 Arveja 38.014 Quinao 28.326 Olluco 28.326 Oca 19.434 Camote 12.475 Cebolla 18.039 Mashua 6.654 Cultivos Industriales Maíz amarillo 280.274 Algodón 65.269 Caña de Azúcar 77.176 Marigold 8.845 Fuente: Cultivos con mayor área sembrada en el Perú Como lo expresa el Ministerio de Agricultura, 2013, en los principales aspectos de la Cadena Agro productiva. El consumo de trigo en el Perú es básico. El mayor porcentaje de cultivo de este cereal se encuentra en la parte sierra con un 97% y en la costa con un 3%. La producción del trigo se cultiva entre los 2500 y 3500 m.s.n.m. en suelos pedregosos y superficiales, en laderas donde no se encuentran otros cultivos. La población campesina depende de este producto para así tener una mejor calidad de vida. 20 Dentro de los datos estadísticos acerca de la producción, superficie cosechada, rendimiento y precio al año 2014 en Ancash, de acuerdo al MINAG, tenemos: Tabla N° 09: Datos estadísticos Actividad Unidad de medida Cantidad Producción Toneladas 18109 Superficie cosechada Hectáreas 18007 Rendimiento Kg/Ha 1006 Precio S/. nuevos soles 1.95 Fuente: Series Históricas de Producción Agrícola MINAG El trigo es una planta que tiene las siguientes partes: Raíz: Posee una raíz con numerosas ramificaciones, las cuales pueden tener 25 cm de hondura, algunas llegan a un metro. Tallo: Es una caña con orificios con 6 nudos que van hacia la parte de arriba, alcanzan entre 0.5 a 2 metros de altura. Hojas: Su forma alargada, recta y termina en punta. Inflorescencia: Espiga conformada por un eje escalonado o tallo central de entrenudos cortos, la cual lleva 20-30 espiguillas en forma alterna, laxa o compacta. Granos: De forma ovalada con sus extremos redondeados. Los granos se obtienen en la trilla. Elemento que es más usado, por lo cual las demás partes de la planta resultan ser desechos entre los cuales se encuentran la paja de trigo. 21 Tipos de Puzolanas Puzolanas Naturales Rivva, E (2010, p 23) Proviene de las cenizas de los volcanes cuando están en actividad. Puzolanas Artificiales Rivva, E (2010, p 23) Los diferentes procesos industriales y agrícolas dan como resultado a las puzolanas artificiales, entre ellas tenemos la arcilla cocida, ceniza de cascara de arroz, paja y bagazo. La norma ASTM C 618-03 divide en tres los tipos de ceniza Clase N: Son aquellas puzolanas naturales calcinadas o sin calcinar, ya que pueden requerir la calcinación, para obtener propiedades satisfactorias. Clase F: Son producida las cenizas volantes gracia a la calcinación del carbón antracitico. Clase C: Las ceniza son producidas de la calcinación del carbón sub-bituminoso o lignito. También posee propiedades puzolánicas tiene propiedades cementicia. Rivva, E (2010, p 23) Ya viendo las clases de cenizas se decide emplear para la elaboración del concreto la ceniza de Clase F, no es recomendable la del Clase C, ya que contiene exceso de cal. COMPOSICIÓN QUÍMICA Rivva, E (2010, p 23) Se encuentra diferencia en la composición química de las puzolanas, se puede juzgar sobre la sumatoria de los óxidos y se sugiere que tienen que estar clasificadas por su contenido de óxido de cal. 22 La norma ASTM-C-618-03 dice que la composición química tiene que cumplir con dichos requisitos que se presenta en la siguiente tabla N° 10 Tabla N°10: Requerimientos químicos de las Cenizas Clase N F C Dióxido de Silicio (SiO2)+óxido de aluminio (Al2O3)+óxido de fierro(Fe2O3), min % 70.00 70.00 50.00 Trióxido de azufre (SO3), máx. % 4.00 5.00 5.00 Contenido de Humedad, máx. % 3.00 3.00 3.00 Pérdida por calcinación, máx. % 10.00 6.00 6.00 Fuente: Astm C 618-03 PH Sencico (2014, p 24) Es un indicador de acidez, ya que es una de las propiedades principales del agua. Su rango esta entre 0 a 14, siendo 7 el rango neutral Si es que el nivel de Ph en el agua es menor a 9.5 es muy probable de presentarse corrosión, esto resulta que se agriete el concreto y no sea óptimo para la edificación. Cenizas y componentes del cemento PCA, (2004, p 24) El 75 % del peso del cemento es de los dos silicatos de calcio (C3S y C2S), al reaccionar con el agua se produce estos dos compuestos. TABLA N° 11 Reacciones de Hidratación de los Silicatos del Cemento Portland 3CaO.SiO2 Silicato Tricálcio + H2O Agua = C-S-H Silicato de calcio hidratado +CaO.H2OHidróxido de calcio 2Ca.SiO2 Silicato dicálcico+H2O Agua = C-S-H Silicato de calcio hidratado +CaO.H2O Hidróxido de calcio Fuente (PCA, 2004) 23 Al tener una reacción la ceniza con el hidróxido de calcio (𝐶𝑎𝑂𝐻) en el concreto, es la producción de componentes cementantes adicionales. Reacción cemento: 𝐶3𝑆 + 𝐻 (ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛) → C-S-H + 𝐶𝑎𝑂𝐻 Reacción Puzolana: 𝐶𝑎𝑂𝐻 + 𝑆𝑠í𝑙𝑖𝑐𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎 → C-S-H La reacción adicional cuando los productos de la cal y las cenizas, nos permite que el concreto con la ceniza siga aumentando su durabilidad en el tiempo Diseño del concreto Sánchez, D (2001, p 25) Sostiene que el diseño de concreto es la mezcla de todos los materiales que lo integran (agregados, agua, cemento), y lo define como el diseño de concreto es el proceso de selección de los materiales, para que tenga una buena trabajabilidad y consistencia adecuada, y toma como dimensiones a la trabajabilidad definiéndolo como la capacidad de ser colocado y consolidado, ensayos (Cono de Abram), que mide la consistencia y fluidez del diseño de mezcla, la consistencia que es el estado de fluidez, que tan dura o blanda esta la mezcla, la plasticidad es cuando es concreto freso cambia de forma y la exudación que consiste en qué parte del agua de mezclado tiende a elevarse a la superficie durante el proceso de fraguado. Resistencia Juárez, E (2005, p 26) Es la capacidad de soportar una carga aplicada al concreto y es la principal característica del concreto, se puede expresar en kg/cm2, MPa. Tabla N° 12 Resistencia a la compresión Promedio DÍAS % DE RESISTENCIA 1 25-35% 03 42-53% 07 70-85% 14 85-95% 28 100-120% 60 Sube entre 10 y 15 de la resistencia de 28días 24 Comportamientos de la resistencia mecánica del concreto Osorio, J. (2013, p 26).La resistencia de la pasta hidratada y endurecida (matriz), la resistencia de las partículas del agregado y la resistencia de la interface matriz- agregado. Factores que intervienen a la resistencia (Osorio, J. (2013, p 26) Podemos encontrar a los materiales ya que si están con arcilla o heces de animales, afectan a la resistencia del concreto. El agua debe ser potable es lo preferible, dado que es muy importante para la resistencia. Los factores que afectan a la resistencia del concreto como: la relación a/c y contenido de aire. Es muy importante la relación a/c, ya que en obra se adiciona agua para mejorar la trabajabilidad, esto no debería suceder, ya que afectaría a la resistencia del concreto. El concreto lleva aire incluido, el contenido de aire disminuye la resistencia, para que no afecte la resistencia, se debe tener una relación a/c baja. Hay factores que afectan la resistencia del concreto como los agregados que pueden tener limos o material orgánico. La granulometría tiene un rol importante, porque permite su máxima capacidad del concreto en estado fresco y una mayor densidad en estado endurecido, y con esto se tiene una mayor resistencia. 25 Matriz de conceptuación y operacionalizacion de variables: Variable Definición Definición Indicadores Dependiente Conceptual Operacional La resistencia a la Una vez cumplido Resistencia a compresión está con el curado de la definida por la cada probeta se Fuerza axial capacidad de realiza el ensayo comprensión soporte que recibe resistencia a la Área de contacto del concreto una área cuando comprensión en esta al contacto y se donde se realizó en Tiempo de curado expresa en la prensa kilogramos por automática del centímetros al laboratorio.Según cuadrado (kg/cm2). la norma NTP Juárez ,E(2013) 334.051 26 Variable Definición Definición Indicadores Independiente Conceptual Operacional Consiste en facilitar Es la combinación Porcentajes: y hacer prueba, de un porcentaje de 8%(2% de ceniza de Combinación basadas en la ceniza de paja de paja de trigo + 6% de de ceniza de relación agua- trigo y un ceniza de concha de cemento y tomando porcentaje de abanico) paja de trigo en cuenta los ceniza de concha 16%(4% de ceniza de y ceniza de factores que afectan de abanico en un paja de trigo + 12% al concreto 8% y 16% al de concha de concha de (cemento, concreto. abanico) abanico propiedades de los Carranza, J (2020) agregados y etc.) se comprueban las propiedades del concreto prácticamente y pueden hacerse. NTP, 400.037. Juárez E,2013) 27 HIPOTESIS Al sustituir el cemento por una combinación de 2% y 4% de ceniza de paja de trigo y 6% y 12% de concha de abanico, se podrá modificar la resistencia del concreto F´c= 210kg/cm2 positivamente debido a precursores puzolanicos de silicio y calcio que tiene la paja de trigo y la concha de abanico respectivamente OBJETIVOS Objetivo general Determinar la resistencia a la compresión del concreto F´c= 210kg/cm2 sustituyendo el cemento por una combinación 2% y 4% de ceniza de paja de trigo y 6% y 12% de conchas de abanico , en comparación con un diseño de concreto patrón. Objetivos específicos - Determinar la temperatura de calcinación de la concha de abanico y paja de trigo mediante un análisis térmico diferencial. - Determinación de la composición química de la ceniza de paja de trigo y concha de abanico mediante el ensayo de fluorescencia de Rayos X. - Determinar las proporciones de mezcla y relación a/c del concreto patrón y experimental con cemento sustituido al 2% y 4% de ceniza de paja trigo y 6% y 12% de concha de abanico. - Determinar de pH de la ceniza de paja de trigo y concha de abánico por separado y en combinación del 2% y 4% y 6% y 12% respectivamente. - Determinar la resistencia a la compresión F´c=210kg/cm2 de las probetas patrón y experimental a los 7, 14 y 28 días, mediante una validez estadística. 28 METODOLOGÍA 29 Diseño de investigación En la investigación correspondiente en la que se realizó es de causi-experimental, dado que se obtuvo en dichos resultados de nuestros ensayos, así dar una solución al problema que afecta al concreto en obras de edificaciones y que tenga un periodo largo de durabilidad, dado que afecta a muchas viviendas a nivel nacional. Ya que la investigación es causi-experimental, dado que se trata de un experimento donde el investigador utilizó solo una variable. Conto con un grupo de control, y el investigador sólo puso a prueba un efecto a la vez. En el trabajo de investigación que correspondió a un diseño que será de nivel causi- experimental, ya que se evaluaron dos modelos que por medios ensayos, y se consiguió los resultados de los modelos de estudio denominado: Equipo Control y Equipo Experimental, dado que se utilizó como material el 2% y 4% de paja de trigo y 6% y 12% de concha de abanico en relación al desarrollo de un concreto experimental con el de un concreto convencional. Siendo el esquema del diseño de investigación el siguiente: M1 X1 Oi Yi Grupo Control V. Indep. Resultado de V. Dependiente Concreto observaciones de convencional manera convencional M2 X2 Oi´ Yi´ Resultado de V. Indep. observaciones V. Dependiente Grupo Concreto con paja de Experimental trigo y concha de abanico de manera experimental 30 Dónde: M1: Muestra 1 de Elementos en Grupo control (concreto convencional). M2: Muestra 2 de Elementos en Grupo Experimental (concreto elaborados de manera experimental, sustituyendo 2% y 4% de paja de trigo y 6% y 12% de concha de abanico). X1: Variable independiente (Concreto elaborado de manera convencional). X2: Variable independiente (Concreto sustituyendo 2% y 4% de paja de trigo y 6% y 12% de concha de abanico) Y1: Variable dependiente (resistencia a la compresión de un concreto elaborado de manera convencional). Y1´: Variable dependiente (resistencia a la compresión de un concreto modificado) Población y muestra Población La población estuvo constituida: Por 27 probetas. Constituido por el diseño de mezcla del concreto según el estándar de construcción, que ya ha sido elaborado en el laboratorio de Mecánica de Suelos de la Universidad San Pedro de Chimbote, con sus respectivos moldes para calcular el diseño de concreto convencional y el diseño de concreto aplicando cenizas de "PAJA DE TRIGO Y CONCHA DE ABANICO”. Muestra De acuerdo a la norma ASTM C-109 y su similar en Perú la NTP 334-090 tomamos un conjunto de como población de 27 unidades muestras de probetas de concreto. Por lo tanto. N=27 31 Técnica e instrumento Técnicas de recolección Ámbito de la Instrumento de información investigación Guía de observación resumen Grupo control y grupo Observación científica Fichas técnicas de experimental pruebas Tuvimos que observar el material para poder registrarlo en forma cuidadosa y exacta. Para esto utilizamos una guía de observaciones que resumido nos permitió elaborar sistemas de organización y clasificación de la información. Proceso y análisis de los datos Se aplicaron los siguientes métodos estadísticos, tanto descriptivo como inferencial. Método descriptivo Recolectada la información para el proceso de investigación, utilizamos métodos estadísticos descriptivos que apruebe clasificar sistemáticamente dicha información, presentarlo y resumirlo convenientemente como lo constituye las tablas de distribución de frecuencia, además visualizar el comportamiento de las variables de estudio se construirán gráficos estadísticos, ejemplo gráfico de barras. 32 Método estadísticos inferenciales Se empleó la prueba de hipótesis diferencia de medias, para corroborar científicamente la hipótesis de trabajo formulada. También se aplicó un análisis de varianza para evaluar y comprobar la variabilidad de la información en los grupos de estudios respectivos. Para proyectar e inferir los resultados obtenidos en la muestra hacia la población, se aplicó la estimación de parámetros, en este caso de la medida poblacional y varianza poblacional. El método experimental se apoyó en pruebas, ensayos, repetición, laboratorio especializados. La mayor parte del estudio, se realizó en el laboratorio, observando y debatiendo los resultados obtenidos. 33 RESULTADOS 34 Determinar la temperatura de calcinación Muestra: Ceniza de paja de trigo Curva de pérdida de masa – análisis gravimétrico Figura N° 04: Análisis termo gravimétrico – Ceniza de paja de trigo Fuente: UNT- Laboratorio de polímeros Según el análisis termo gravimétrico se muestra una importante pérdida del material conforme se aumenta la temperatura, la evidencia se da en el rango entre 80 y 130 °C y después el material pierde masa muy lentamente hasta completar la temperatura del ensayo. Se identifica una pérdida total de aproximadamente 15% de la masa inicial cuando se alcanza la máxima temperatura del ensayo 35 Curva calorimétrica análisis térmico diferencial Figura N° 05: Curva Calorimétrica – Ceniza de paja de trigo Fuente: UNT-Laboratorio de polímeros De acuerdo al análisis calorimétrico, se puede mostrar un pico de absorción térmica a 110°C, y un pico ligero a 750°C, indicando algún posible cambio estructural y de las características en el material. 36 Muestra: Ceniza de concha abanico Curva de pérdida de masa – análisis termo gravimétrico Figura N° 06: Análisis termo gravimétrico – Ceniza de concha de abanico Fuente: UNT-laboratorio de polímeros Según el análisis termo gravimétrico se muestra una muy leve caída del material, indicando buena estabilidad térmica del material hasta alcanzar los 700°C, temperatura en la cual marca el inicio para la descomposición acelerada y la perdida de material hasta caer bruscamente hasta la temperatura de ensayo máxima, y se evidencia una pérdida total de aproximadamente 43% de su masa inicial. 37 Curva calorimétrica análisis térmico diferencial Figura N° 07: Curva calorimétrica – ceniza de concha de abanico Fuente: UNT-Laboratorio de polímeros De acuerdo al análisis calorimétrico, se puede mostrar dos ligeras bandas endotérmicas, la primera a 110, y la otra a 210°C y luego se aprecia un intenso pico de absorción térmica a 890°C que es una temperatura de cambio estructural y de las características en el material. 38 Calcinación del material Muestra: Ceniza de paja de trigo Se procedió a la calcinación de la ceniza de paja de trigo a 750°C por 45 minutos. El tiempo de calcinación se tomó en cuenta de los antecedentes. Tabla N° 13: Pesos de ceniza de paja de trigo antes y después de calcinar Muestra Peso antes de calcinar Peso después de calcinar Ceniza de paja de trigo 59.69 g 48.88 g Hubo una pérdida de 10.81 gramos (18.10%) de masa. Muestra: Ceniza de concha de abanico Se procedió a la calcinación de la ceniza de concha de abanico a 890°C por 3 horas y 30 minutos. El tiempo de calcinación se tomó en cuenta de los antecedentes. Tabla N° 14: Pesos de ceniza de concha de abanico antes y después de calcinar Muestra Peso antes de calcinar Peso después de calcinar Ceniza de concha de abanico 5493 g 3064 g Hubo una pérdida de 2429 gramos (44.20%) de masa. 39 Caracterización de los materiales Composición química de la ceniza de paja de trigo Ceniza de paja de trigo Resultados (%) 750°C por 45 minutos Composición química (% Óxidos) (%Normalizado) Trióxido de Aluminio Al₂O₃ 1.903 1.645 Dióxido de Silicio SiO₂ 88.364 76.409 Trióxido de Difósforo P2O3 1.902 1.644 Dióxido de Azufre SO2 1.494 1.292 Dióxido de Cloro ClO2 4.148 3.587 Óxido de Potasio k₂O 14.054 12.153 Óxido de Calcio CaO 5.107 4.416 Óxido de Titanio TiO 0.051 0.053 Pentaóxido de Divanadio V2O5 0.010 0.008 Óxido de Manganeso MnO 0.054 0.047 Trióxido de Hierro Fe2O3 0.339 0.293 Trióxido de Niquel Ni₂O₃ 0.002 0.002 Óxido de Cobre CuO 0.005 0.004 Óxido de Zinc ZnO 0.022 0.019 Óxido de Estroncio SrO 0.037 0.032 Óxido de Zirconio ZrO 0.004 0.003 Dióxido de Cerio CeO₂ 0.037 0.032 Total 117.548 100.00 Tabla N° 15: Composición química expresada como óxidos de la ceniza de paja de trigo Fuente: UNMSM-Laboratorio de Arqueometria-FRXDE Según tabla N°15, mediante el ensayo de fluorescencia de rayos X, se obtuvo resultados óptimos en cuanto a la composición química ya que se esperó un porcentaje elevado en Óxido de Silicio (SiO2) que tenga semejanza con la composición química del cemento. La composición química de la ceniza de paja de trigo cuenta con 76.409% de Óxido de Silicio el cual permitirá obtener una buena resistencia y mantenerla. 40 Composición química de la ceniza de concha de abanico Ceniza de concha de abanico Resultados(%) 890°c por 3 1/2horas Composición química (% óxidos) (%normalizado) Trióxido de Aluminio Al₂O₃ 5.297 5.083 Dióxido de Silicio SiO₂ 0.648 0.622 Trióxido de fósforo P2O3 1.146 1.099 Dióxido de Azufre SO2 0.549 0.527 Dióxido de Cloro ClO2 0.183 0.126 Óxido de Potasio K2O 0.043 0.041 Óxido de Calcio CaO 95.773 91.917 Óxido de Titanio TiO 0.012 0.011 Óxido de Manganeso MnO 0.002 0.002 Trióxido de Hierro Fe2O3 0.008 0.007 Óxido Cobaltoso Cobaltico Co3O4 0.002 0.002 Trióxido de Niquel Ni2O3 0.007 0.007 Óxido de Cobre CuO 0.005 0.005 Óxido de Zinc ZnO 0.002 0.002 Trióxido de Arsénico As2O3 0.008 0.012 Óxido de Estroncio SrO 0.190 0.182 Total 104.196 100.00 Tabla N° 16: Composición química expresada como óxidos de la ceniza de concha de abanico Fuente: UNMSM-Laboratorio de Arqueometria-FRXDE En la tabla N° 16 mediante el ensayo de fluorescencia de rayos X, se obtuvo resultados óptimos en cuanto a la composición química ya que se esperó un elevado contenido de Óxido de Calcio en la ceniza de concha de abanico. Se obtuvo un 91.917% de Óxido de Calcio y 0.622% de Dióxido de Silicio el cual va a proporcionar una buena resistencia. 41 Peso específico Tabla N° 17: Ensayo de peso específico Muestra Peso (g) - Ensayo Peso Especifico Ceniza de paja de trigo 64 2.667 Ceniza de concha de abanico 64 3.616 Cemento 92% + 2% ceniza de paja de 64 3.404 trigo + 6% ceniza de concha de abanico Cemento 84% + 4% ceniza de paja de 64 3.216 trigo + 12% ceniza de concha de abanico Fuente: Laboratorio de mecánica de suelos y ensayos de materiales. Según tabla N°17, ambos materiales en combinación son semejantes al cemento en cuanto al peso específico. Tabla N° 18: Ensayo de pH Muestra Peso (g) - Ensayo pH Cemento 20 12.77 Ceniza de paja de trigo 20 11.21 Ceniza de concha de abanico 20 12.96 Cemento 92% + 2% ceniza de paja de 20 13.02 trigo + 6% ceniza de concha de abanico Cemento 84% + 4% ceniza de paja de 20 12.97 trigo + 12% ceniza de concha de abanico Fuente: Laboratorio Físico Químico - COLECBI Según la tabla N°18, se observan como resultados que los materiales son altamente alcalinas, lo cual origina la reacción de los agregados reactivos. 42 Determinar las proporciones de mezcla y relación agua/cemento del concreto patrón y experimental Proporción de mezcla y relación agua cemento para concreto patrón y experimentales. Tabla N° 19: Cantidad de concreto por probeta Material Pesos Cemento 1931 Agregado grueso 6041 Agregado fino 6308 Agua 1361 Tabla N° 20: Peso de agua – relación agua/cemento (Patrón) Peso según relación a/c Agua para concreto 0.70 : 1 1361 g Tabla N° 21: Peso de agua – relación agua/cemento. (Experimental 01) Peso según relación a/c Agua para concreto 0.72 : 1 1388 g Tabla N° 22: Peso de agua – relación agua/cemento. (Experimental 02) Peso según relación a/c Agua para concreto 0.74 : 1 1438 g 43 Determinar y comparar la resistencia de concreto. Concreto patrón: Tabla N° 23 Características de los resultados del ensayo de resistencia a la compresión de C.P. Patrón Edad Fuerza Área Resistencia Resisten f´c f´c de Pesos Diámetro cia ensayo Promedio promedi (cm2) o (En Luego del Luego (kgf) (cm2) (kg/cm2) (kg/cm2) % % días) desoncofr del ado curado P-01 7 13.60 13.69 15.01 28788 176.86 162.77 77.51 P-02 7 13.65 13.75 15.10 29255 178.99 163.45 77.83 162.68 77.47 P-03 7 13.50 13.58 15.07 28850 178.28 161.83 77.06 P-04 14 13.60 13.70 15.05 32400 177.80 182.22 86.77 P-05 14 13.70 13.80 15.14 33920 179.94 188.51 89.77 188.04 89.54 P-06 14 13.60 13.70 15.08 34520 178.51 193.37 92.08 P-07 28 13.70 13.85 15.02 38860 176.86 219.72 104.63 P-08 28 13.65 13.75 15.00 38130 176.63 215.88 102.80 220.26 104.89 P-09 28 13.45 13.55 15.02 39880 177.10 225.19 107.23 44 Concreto experimental 01: Tabla N° 24: Características de los resultados del ensayo de resistencia a la compresión de concreto experimental 01 (Sustitución de 08% al cemento). Edad de Diáme Fuerza Área Resistencia Resistencia f´c f´c ensayo Pesos tro promedio Experim Prome ental 01 dio (En días) Luego del Luego (cm2) (kgf) (cm2) (kg/cm2) (kg/cm2) % % desoncofr del ado curado P-01 7 13.35 13.45 15.10 29770 179.08 166.24 79.16 P-02 7 13.50 13.55 15.08 26500 178.60 148.37 157.20 70.65 74.86 P-03 7 13.40 13.45 15.11 28150 179.32 156.99 74.76 P-04 14 13.30 13.35 15.07 29560 178.37 165.73 78.92 176.36 83.98 P-05 14 13.40 13.45 15.14 33280 180.03 184.86 88.03 P-06 14 13.50 13.60 15.04 31710 177.66 178.49 84.99 P-07 28 13.30 13.35 15.10 32820 179.08 183.27 183.27 87.27 78.30 NOTA: No se pudo realizar los ensayos de las otras (02) probetas por el motivo de la pandemia. 45 Concreto experimental 02: Tabla N° 25: Características de los resultados del ensayo de resistencia a la compresión de concreto experimental 02 (Sustitución de 16% al cemento). Edad Resistencia de Pesos Diame Fuerza Área Resistencia f´c f´c promedio Experim ensayo tro ental 02 Luego Luego (cm 2) (En del del (kgf) (cm2) (kg/cm2) (kg/cm2) % % días) desenc curado ofrado P-01 7 12.95 13.00 15.14 30710 179.95 170.66 81.27 P-02 7 12.90 13.00 15.13 27100 179.79 150.73 159.08 71.78 75.75 P-03 7 12.95 13.05 15.10 27910 179.08 155.85 74.22 P-04 14 13.20 13.30 15.11 32100 179.32 174.05 82.88 P-05 14 13.25 13.30 15.14 26450 180.03 146.92 164.94 69.96 78.54 P-06 14 13.15 13.20 15.07 31010 178.37 173.85 82.79 P-07 28 13.30 13.35 15.06 34100 178.13 191.43 91.16 P-08 28 13.25 13.30 15.14 31540 180.03 175.19 181.17 83.43 86.27 P-09 28 13.25 13.30 15.11 31720 179.32 176.89 84.24 46 Promedio de resistencia a la compresión de concreto Tabla N° 26: Promedio de resistencia de cada grupo de concreto Concreto experimental Concreto patrón Concreto experimental 01 02 kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2 7 Días 162.68 157.20 159.08 14 Días 188.04 176.36 164.94 28 Días 220.26 164.43 181.17 28 Días (%) 104.89% 78.30% 86.27% Validez estadística Tabla N°27 Resistencias a la compresión de probetas de concreto con una sustitución de cemento por ceniza de paja de trigo y concha de abanico según días de curado Resistencia de concreto con ceniza de trigo y concha Días de curado de abanico Patrón 8% 16% 7 162.68 157.20 159.08 14 188.04 176.36 164.94 28 220.26 164.43 181.17 Fuente: Resultados de los ensayos del laboratorio, USP En la tabla 27 se puede apreciar que las resistencias a la compresión de las probetas de concreto son mayores a los 28 días de curado y menores resistencias de presenta a los 7 días de curado. Después de verificar el cumplimiento de los supuestos de normalidad con Shapiro – Wilk (con un p>0.05 para cada tratamiento) y homogeneidad de varianzas con la prueba de Levene (p=0.706 y p>0.05) de las resistencias medias obtenidas en las probetas de concreto en cada tratamiento (sustitución de cemento por una 47 combinación de ceniza de paja de trigo y concha de abanico) se procedió a realizar la prueba ANOVA Tabla 28: Cálculo de la prueba ANOVA para verificar las diferencias entre las medias de las resistencias a la compresión de las probetas de concreto. Suma de Origen gl Media cuadrática F Sig cuadrados Ceniza de paja de trigo 7095,729 2 3547,865 36,951 ,003 y concha de abanico Días de curado 4855,063 2 2427,531 25,283 ,005 Error 384,059 4 96,015 Total 12334,851 8 Fuente: Resultados de los ensayos del laboratorio, USP. En la tabla 28 se puede visualizar que para la sustitución de cemento por ceniza de paja de trigo y ceniza de concha de abanico (en una combinación de 8% y 16%) el p-value< (p=0.003, p<0.05) entonces podemos decir que los datos muestran suficientes evidencias para rechazar la hipótesis nula (Ho: resistencias medias iguales). Por lo que podemos concluir que con nivel de 5% de significancia las resistencias medias en kg/cm2 logradas en las probetas de concreto, con sustitución de cemento por ceniza de paja de trigo y ceniza de concha de abanico en 0%, 8, y 16%, no son iguales. Es decir, existe una diferencia significativa entre las resistencias medias de las probetas de concreto. También se tienen que para los días de curado p-value (p=0.005, p 0.05) entonces podemos decir que las resistencias medias de las probetas de concreto son diferentes a consecuencia de los días de curado (existe un efecto significativo de los días de curado en las resistencias medias). 48 Figura N° 08: Barra de promedio de resistencias de concreto patrón y experimentales 250 225 220.26 200 188.04 183.27 176.36 175 181.17 Patron 162.68 159.68 164.94 Experimental 01 157.20 Experimental 02 150 125 100 7 14 28 Dias de curado 49 Resistencia a la compresión Figura N° 09: Línea de promedio de resistencias de concreto patrón y experimentales 250 225 220.26 200 188.04 183.27 176.36 175 Patron 181.17 Experimental 01 162.68 159.68 164.94 Experimental 02 150 157.20 125 100 0 5 10 15 20 25 30 Dias de curado 50 Resistencia a la compresión ANALISIS Y DISCUSIÓN 51 Análisis y discusión Se puede apreciar en los resultados de ensayo a la compresión de nuestros testigos que los resultados del concreto patrón fueron óptimos, por otro lado notamos en la tabla N° 24 y 25 notamos que la sustitución al 08% y 16 % aumenta la resistencia a las edades de 7, 14, 28 días de curado, pero no supera la resistencia f’c 210 kg/cm2. Según la composición química de la ceniza de paja de trigo se observa en la tabla N° 15 tiene un alto contenido de silicio con 76.409% y de calcio 4.416% aportando a la resistencia del concreto, por otro lado tiene un contenido de potasio de 12.153% que podría provocar agrietamiento, así como también falta de dureza en el concreto. Según la composición química de la ceniza de concha de abanico la cual se observa en la tabla N° 16 nos muestra un alto contenido de calcio con 91.917% la cual ayudara en la resistencia del concreto. Para el diseño de mezcla el slump de la primera combinación se la agrego 250 mililitros de agua más de la dosificación y a la segunda combinación se le agrego 700 mililitros más de la dosificación para obtener una trabajabilidad similar a la del concreto patrón. El pH de la ceniza de paja de trigo y la ceniza de concha de abanico son altamente alcalino con los valores de 11.21 y 12.96 respectivamente, y las combinaciones del 8% y 16% con los valores de 13.02 y 12.97 respectivamente siendo también altamente alcalinos, mostrando semejanza con la alcalinidad del cemento. 52 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 53 Conclusiones Las temperaturas obtenidas del análisis térmico diferencial activan la ceniza de paja de trigo y la ceniza de concha de abanico con altos contenidos de óxido de silicio (76.409) y óxido calcio (91.917%). La composición química de la ceniza de paja de trigo cumple con la norma ASTM 618-3 para el uso de puzolanas naturales calcinadas (artificiales). Por otro lado ceniza de concha de abanico brinda un alto contenido de calcio que ayuda en la resistencia del concreto Se concluye que el pH de las combinaciones tiene un nivel de un Cemento Portland Tipo I. Se concluye que la ceniza de la paja de trigo y concha de abanico no aporta trabajabilidad a la mezcla, debido a la densidad es menor que la del cemento, por eso se agregó a la combinación 01, 250 ml de agua y la combinación 02, 700 ml y con una relación agua cemento de 0.72 y 0.74 respectivamente. Se concluye que al obtener nuestra relación agua cemento con las cenizas de los materiales, indica que cuanto más denso el concreto, más apretado los poros y menos agua puede pasar a través de ellos, debido a eso se aumentó la relación a/c. Se concluyó que la resistencia en la combinación al 08% supera por poco a la combinación al 16% en su resistencia a los 28 días de curado, pero no logran superar al concreto patrón. Se concluye que la segregación del concreto son los materiales en polvo dado que sufrió una segregación por tamaño cuando se presentó variaciones importantes en la distribución de su tamaño de las partículas. 54 Recomendaciones Recomiendo que se tienen que conservar las temperaturas obtenidas de los materiales, dado que contienen un alto contenido de silicio y calcio. Recomiendo usar un aditivo que baje el porcentaje de óxido de potasio el cual está presente en la ceniza de paja de trigo ya que podría provocar agrietamiento, así como también falta de dureza en el concreto. Se recomienda que para el curado de las probetas deban estar sumergidas totalmente y evitar ser expuestos a los rayos solares. Se recomienda disminuir la relación agua cemento de los experimentales, para poder tener una resistencia parecida al concreto patrón. Se recomienda un estudios de los agregados con ensayos en laboratorio de suelo y dicho ensayos deben realizar en una superficie limpia y evitar contaminación de los materiales. Se recomienda alargar la edad de curado de la sustitución al 08 % y 16% en 60 días. Para realizar el ensayo de resistencia a la compresión la probeta debemos retirar con anticipación del agua 03 horas, para tener resultados óptimos. Se recomienda realizar el vaciado a una altura menor de 1.20 m. dado que evitaremos la segregación del concreto. Se recomienda evitar pasar los 02 minutos de mezcla. 55 AGRADECIMIENTO Agradezco a Dios y mis Padres por darme la fortaleza y de no claudicar en mi investigación y llegar a cumplir unos de mis metas. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 56 Ortiz, (2018). Resistencia A La Compresión Del Concreto F’c=210kg/Cm2 Al Sustituir El Cemento Con Ceniza De Concha De Abanico Y Cascara De Arroz En 12% En La Relación 3:1” Julián (2015). con su investigación titulada: "resistencia de nuevos materiales para sustituir el cemento en concreto”. Lencinas (2016). Con su investigación titulada: “evaluación de mezclas de concreto con adiciones de cenizas de paja de trigo como sustituido en porcentajes del cemento portland puzolánico ip en la zona altiplánica” Rivva, E, (2010). Materiales para el concreto (2da edición ed.). Lima: icg. Pca, P.C.(2004). Diseño y control de mezclas de concreto (vol. primera edición). Sánchez, F, (2001), "tecnología del concreto y del mortero", Colombia: bhandar editores. Osorio, j. (2013). “resistencia mecánica del concreto y resistencia a la compresión”. Juárez e. (2005) tecnología del concreto. Abanto castillo, f. (1994). Tecnología del concreto. Lima-Perú: san marcos. Nizama, D(2014) Valoración de residuos crustáceos para concreto de baja resistencia Sencico (2014) Manual de preparación, colocación y cuidados del concreto Rivera, G (2013) Concreto simple Mendo, J (2008) Manejo y explotación de los bancos naturales de concha de abanico (Argopecten purpuratus) en la costa peruana Abanto, F (2017) Tecnología del concreto Tejada, T (2008) El cultivo de Trigo en la Sierra Norte del Perú 57 ANEXOS 58 Figura 01 Lugar de la paja de Figura 02: Limpieza de la trigo (Cebadin – Cajamarca) paja para evitar los limos Figura 03: Pulverizar la paja de trigo con el batan 59 Figura 04: Lugar de la concha Figura 05: Lavado de las de abanico (Samanco) conchas (03 veces) Figura 06: Pulverizamos las conchas de abanico con el batan 60 Figura 07: En la cantera “LA Figura 08: Cuarteo de los TRAVESURA” materiales Figura 09: Peso de los agregados 61 Figura 10: Slump patrón con el Figura 11: Vaceado de las In g. Cerna probetas Figura 12: Concreto Experimental 01 62 F igura 13: Slump Exp – 01 con Figura 14: Vaceado de probetas el Ing. Montañez del Exp - 01 Figura 15: Concreto Experimental 02 63 Figura 16: Slump Exp – 02 Figura 17: Ensayo de compresión a los 7, 14y 28 (Patrón) Figura 18: Ensayo de compresión a los 7, 14y 28 (C. Exp.) 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102