Trabajo de grado

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UNIVERSIDAD DE IBAGUÉ 
 
 
Evaluación Del Comportamiento De Un Concreto No Convencional 
Adicionando Cenizas Volcánicas Del Volcán Cerro Machín 
 
 
 
Paula Andrea Palacio Ríos 
Carlos Andrés Orjuela González 
 
 
 
Universidad de Ibagué 
Facultad de Ingeniería 
Ingeniería Civil 
Ibagué, Tolima 
2019 
 
 2 
 
 
Evaluación Del Comportamiento De Un Concreto No Convencional 
Adicionando Cenizas Volcánicas Del Volcán Cerro Machín 
 
 
Paula Andrea Palacio Ríos 
Carlos Andrés Orjuela González 
 
Trabajo de Grado para Obtener el título de: 
Ingeniero Civil 
 
 
Directora: 
Magister - Ingeniería Civil 
Isabel Cristina Rojas Rodríguez 
 
 
 
Universidad de Ibagué 
Facultad de Ingeniería 
Ingeniería Civil 
Ibagué, Tolima 
2019 
 3 
RESUMEN 
 
Mediante el presente trabajo de investigación se pretende desarrollar un análisis 
de las propiedades mecánicas del concreto modificado con cenizas volcánicas 
del Volcán Cerro Machín a diferencia de las características que presenta un 
concreto convencional, para así poder observar y evidenciar tanto las ventajas 
como las desventajas de este material frente a algunos aspectos importantes en 
el mercado de la construcción como lo son la resistencia a la compresión, calidad 
del concreto y reacción frente a elementos como el acero. 
 Para tal fin se realizarán pruebas especificadas en la (NTC), Normas Técnicas 
Colombianas, las cuales manejan concretamente los procesos de producción y 
control de calidad del concreto como lo es la NTC 77 Concretos; además de 
emplear también algunos de los ensayos para la clasificación de los agregados 
tanto finos como gruesos en la INVE 2013 - sección 200, 400, Normas de 
ensayos de materiales para carreteras. 
Se espera que al final de la investigación, la información obtenida pueda ser 
aprovechada por profesionales de ingeniería civil y también por aquellos de 
carreras afines, con el fin de que concretos de este tipo sean empleados en el 
amplio campo de la construcción. 
 
 
 
 
 4 
ABSTRACT 
 
By means of the present research work, we intend to develop an analysis of the 
mechanical properties of concrete modified with volcanic ash from Cerro Machín, 
unlike the characteristics of a conventional concrete, in order to observe and 
demonstrate both the advantages and the disadvantages of this material. Faced 
with some important aspects in the construction market such as compression 
resistance, concrete quality and reaction to elements such as steel. 
 For this purpose, tests will be carried out specified in the (NTC), Colombian 
Technical Standards, which specifically handle the processes of production and 
quality control of concrete as it is the NTC 77 Concretes; in addition to using some 
of the tests for the classification of both fine and coarse aggregates in INVE 2013 
- section 200, Testing standards for road materials. 
It is expected that at the end of the investigation, the information obtained can be 
used by civil engineering professionals and also by those of related careers, in 
order that concretes of this type are used in the wide field of construction. 
 
 
 
 
 
 
 5 
ÍNDICE GENERAL 
 
1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 14 
2. JUSTIFICACIÓN ........................................................................................ 15 
3. ALCANCE DEL TRABAJO ........................................................................ 16 
4. OBJETIVOS ............................................................................................... 17 
4.1 General ............................................................................................... 17 
4.2 Específicos .......................................................................................... 17 
5. CAPÍTULO I. ESTADO DEL ARTE ............................................................ 18 
5.1 Escoria y Ceniza Volcánica del Distrito de Yura ................................. 18 
5.2 Uso De Ceniza Volcánica Como Puzolana Natural En Mezclas De 
Hormigón ...................................................................................................... 19 
5.3 Construcciones con Ceniza Volcánica pueden ser más Resistentes y 
Ecológicas ..................................................................................................... 21 
5.4 Propiedades del concreto fabricado con ceniza volcanica ...................... 22 
6. CAPÍTULO II. METODOLOGÍA ................................................................. 23 
6.1 Recolección de Materia Prima ............................................................ 25 
6.2 Ensayos de Laboratorio ...................................................................... 26 
6.2.1 Granulometría y Clasificación de los Agregados .......................... 26 
6.2.3 Peso Unitario de los Agregados en Estado Suelto y Compacto ... 27 
6.2.4 Densidad y Porcentaje de Absorción de los Agregados ............... 28 
6.2.5 Resistencia a la Degradación del Agregado Grueso por medio de la 
Maquina de los Ángeles ............................................................................. 29 
6.2.6 Resistencia a la Degradación por Absorción del Agregado Grueso 
por medio del Aparato Micro-Deval ........................................................... 29 
6.2.7 Corte Directo en condición Consolidada Drenada ........................ 30 
6.3 Diseño y Elaboración de Mezcla ......................................................... 30 
6.4 Control de Calidad............................................................................... 31 
 6 
6.4.1 Concreto en Estado Fresco .......................................................... 31 
6.4.2 Concreto en Estado Endurecido ................................................... 31 
7. CAPÍTULO III. RESULTADOS ................................................................... 31 
7.1 Elaboración de los Ensayos de Laboratorio ........................................ 31 
7.1.1 Gradación y Clasificación de los Agregados Gruesos .................. 31 
7.1.2 Gradación y Clasificación de los Agregados Finos (Arenas) ........ 35 
7.1.3 Gradación de los Agregados Finos (Ceniza Volcánica) ................ 38 
7.1.4 Equivalente de Arena de Suelos y Agregados Finos, INV E 133-
13…….. ...................................................................................................... 41 
7.1.5 Densidad Bulk (Peso Unitario) de los Agregados en Estado Suelto y 
Compacto, INV E 217-13 ........................................................................... 43 
7.1.6 Densidad, Densidad Relativa (GS) y Absorción del Agregado 
Grueso.. ..................................................................................................... 46 
7.1.7 Densidad, Densidad Relativa (GS) y Absorción del Agregado 
Fino…… ..................................................................................................... 47 
7.1.8 Resistencia a la Degradación de los Agregados de tamaños 
menores de 37,5 Mm (1 ½”) por medio de la Máquina de Los Ángeles, INV 
E 218-13 .................................................................................................... 49 
7.1.9 Determinación de la Resistencia del Agregado Grueso a la 
Degradación por Absorción, Utilizando el Aparato Micro-Deval, INV E 238-
13…….. ...................................................................................................... 51 
7.1.10 Ensayo de Corte Directo en condición Consolidada Drenada (CD), 
INV E 154-13 (Ceniza Volcánica) .............................................................. 54 
7.2 Diseño de la Mezcla ............................................................................ 58 
7.2.1 Chequeo de Asentamiento ........................................................... 58 
7.2.2 Chequeo de Tamaño Máximo Nominal (TMN) ............................. 59 
7.2.3 Estimar
el Contenido de Aire ........................................................ 60 
7.2.4 Estimar Cantidad de Agua ............................................................ 60 
7.2.5 Elegir Relación Agua – Cemento .................................................. 62 
 7 
7.2.6 Calcular Contenido de Cemento ................................................... 64 
7.2.7 Verificación de Especificaciones Granulométricas ....................... 64 
7.2.8 Calculo Cantidad de Agregados Gruesos y Finos ........................ 68 
7.2.9 Calculo Cantidad de Agregados Gruesos y Finos ........................ 69 
7.3 Elaboración de Mezcla Convencional ................................................. 70 
7.4 Elaboración de Mezcla con Proporción de Ceniza Volcánica ............. 71 
7.4.1 Proporción del 30% ...................................................................... 71 
7.4.2 Proporción del 10% ...................................................................... 73 
7.4.3 Proporción del 5% ........................................................................ 75 
7.5 Verificación del Control de Calidad del Concreto Convencional ......... 77 
7.6 Verificación del Control de Calidad del Concreto con Proporción de 
Ceniza Volcánica .......................................................................................... 78 
7.6.1 Cilindros con Inclusión de Varillas de Acero ................................. 81 
8. ANÁLISIS DE COSTOS MEDIANTE UNA OBRA DE PLACA HUELLA .... 85 
8.1 Presupuesto Empleando Concreto Convencional ............................... 85 
8.1.1 Presupuesto General .................................................................... 85 
8.1.2 Análisis de Precios Unitarios ........................................................ 86 
8.2 Presupuesto con Reemplazo de 10% de Cemento en el Concreto con 
Ceniza Volcánica .......................................................................................... 93 
8.2.1 Presupuesto General .................................................................... 93 
8.2.2 Análisis de Precios Unitarios ........................................................ 94 
9. CAPÍTULO IV. CONCLUSIONES .............................................................. 95 
10. CAPÍTULO V. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................ 98 
11. ANEXOS .............................................................................................. 101 
 
 
 
 8 
ÍNDICE DE TABLAS 
 
Tabla 1. Esquema de la metodología experimental. ........................................ 24 
Tabla 2. Gradación de agregados gruesos. ..................................................... 32 
Tabla 3. Gradación de agregados finos (Arena). .............................................. 35 
Tabla 4. Gradación de agregados finos (Ceniza Volcánica)............................. 39 
Tabla 5. Datos obtenidos en la lectura de las probetas. ................................... 41 
Tabla 6. Tabla 630.1, Requisitos del agregado fino para concreto estructural, 
tomada del Instituto Nacional de Vías INVIAS, Art 630-1. ................................ 42 
Tabla 7. Tabla 218-1, Granulometrías de las muestras de ensayo, tomada de la 
Norma de Ensayo de materiales para carreteras del INVIAS, Sección 200, 
agregados pétreos. .......................................................................................... 49 
Tabla 8. Numero de esferas según la granulometría de la muestras de ensayo, 
tomada de la Norma de Ensayo de materiales para carreteras del INVIAS, 
Sección 200, agregados pétreos. ..................................................................... 50 
Tabla 9. Datos obtenidos en el laboratorio. ...................................................... 50 
Tabla 10. Tabla 630-3, Requisitos de agregados grueso para concreto 
estructural, tomada de las Especificaciones Generales de Construcción del 
INVIAS, Art 630. ............................................................................................... 51 
Tabla 11. INV E-238-13, sección 7,3 Distribución de las masas para el ensayo, 
tomada de la Norma de Ensayo de materiales para carreteras del INVIAS, 
Sección 200, agregados pétreos. ..................................................................... 52 
Tabla 12. Datos obtenidos en el laboratorio. .................................................... 52 
Tabla 13. Tramo de la tabla 330-2, Requisitos de agregados para bases 
granulares, tomada de las Especificaciones Generales de Construcción del 
INVIAS, Art 330. ............................................................................................... 53 
Tabla 14. Datos de fuerza de corte y deformación prueba 1. ........................... 54 
Tabla 15. Datos de fuerza de corte y deformación prueba 2. ........................... 55 
Tabla 16. Datos de fuerza de corte y deformación prueba 3. ........................... 56 
Tabla 17. Esfuerzos totales. ............................................................................ 57 
Tabla 18. Resistencia de la mezcla. ................................................................. 63 
Tabla 19. Tabla de volúmenes ......................................................................... 64 
Tabla 20. Especificaciones granulométricas .................................................... 65 
Tabla 21. Granulometría de Fuller y Thomson. ................................................ 65 
 9 
Tabla 22. Granulometría de Fuller y ajuste. ..................................................... 66 
Tabla 23. Granulometría de la grava. ............................................................... 66 
Tabla 24.Granulometría de la arena. ................................................................ 67 
Tabla 25. Proporción de agregados. ................................................................ 68 
Tabla 26. Pesos específicos. ............................................................................ 68 
Tabla 27. Diseño de la mezcla. ........................................................................ 68 
Tabla 28. Volumen de los cilindros para la mezcla. ......................................... 69 
Tabla 29. Proporciones para la mezcla. ........................................................... 69 
Tabla 30. Informe de mezcla de concreto. ....................................................... 70 
Tabla 31. Falla de cilindros de concreto convencional, es decir sin reemplazo de 
cemento............................................................................................................ 78 
Tabla 32. Falla de cilindros de concreto combinado, con 30% de reemplazo de 
cemento............................................................................................................ 79 
Tabla 33. Falla de cilindros de concreto combinado, con 10% de reemplazo de 
cemento............................................................................................................ 80 
Tabla 34. Falla de cilindros de concreto combinado, con 5% de reemplazo de 
cemento............................................................................................................ 80 
Tabla 35. Reacción del acero en el concreto combinado con diferentes 
proporciones de ceniza volcánica. ................................................................... 82 
Tabla 36. Reacción del concreto con reemplazo del 30% de cemento. ........... 83 
Tabla 37. Reacción del concreto con reemplazo del 10% de cemento. ........... 84 
Tabla 38. Reacción del concreto con reemplazo del 5% de cemento. ............. 84 
Tabla 39. Presupuesto general de placa huella, concreto convencional. ......... 85 
Tabla 40. AIU Excavaciones varias sin clasificar. ............................................ 86 
Tabla 41. AIU Sub-base granular compactada................................................. 87 
Tabla 42. AIU Mejoramiento de la sub-rasante con adición de material granular 
(afirmado).
........................................................................................................ 88 
Tabla 43. AIU Concreto clase D (3500 PSI), concreto convencional. .............. 89 
Tabla 44. AIU Concreto clase G (ciclópeo). ..................................................... 90 
Tabla 45. AIU Acero de refuerzo - Grado 60. ................................................... 91 
Tabla 46. AIU Tubería en concreto reforzado 900 mm. ................................... 92 
Tabla 47. Presupuesto general de placa huella, concreto combinado. ............ 93 
Tabla 48. AIU Concreto clase D (3500 PSI), concreto combinado. .................. 94 
 
 10 
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES 
 
Ilustración 1. Curva granulométrica grava. ....................................................... 32 
Ilustración 2. Curva granulométrica arena. ....................................................... 36 
Ilustración 3. Curva granulométrica ceniza volcánica. ...................................... 39 
Ilustración 4. Esfuerzo cortante Vs Deformación de las 3 pruebas. ................. 57 
Ilustración 5. Esfuerzo Cortante Vs Normal...................................................... 58 
Ilustración 6. Elección de asentamiento. .......................................................... 59 
Ilustración 7. Contenido aproximado de aire. ................................................... 60 
Ilustración 8. Cantidad de agua con TMN. ....................................................... 61 
Ilustración 9. Cantidad de agua con Asentamiento y TMN. .............................. 62 
Ilustración 10. Gráfica de proporción relación agua - cemento. ....................... 63 
Ilustración 11. Gráfica de granulometrías. ........................................................ 67 
Ilustración 12. Mezcla de Concreto Convencional. ........................................... 69 
Ilustración 13. Prueba de Asentamiento Concreto Convencional..................... 69 
Ilustración 14. Llenado de Especímenes Concreto Convencional. ................... 70 
Ilustración 15. Especímenes Concreto Convencional. ..................................... 70 
Ilustración 16. . Mezcla de Concreto con 30% de ceniza. ................................ 71 
Ilustración 17. Prueba de Asentamiento con 30% de Ceniza. .......................... 72 
Ilustración 18. Especímenes Concreto con 30% de Ceniza. ............................ 73 
Ilustración 19. Mezcla de Concreto con 10% de ceniza. .................................. 74 
Ilustración 20. Prueba de Asentamiento con 10% de Ceniza. .......................... 74 
Ilustración 21. Especímenes Concreto con 10% de Ceniza. ............................ 75 
Ilustración 22. Mezcla de Concreto con 5% de ceniza. .................................... 76 
Ilustración 23. Prueba de Asentamiento con 5% de Ceniza. ............................ 76 
Ilustración 24. Especímenes Concreto con 5% de Ceniza. .............................. 77 
Ilustración 25. Gráfica resistencias de concreto convencional. ........................ 78 
Ilustración 26. Gráfica resistencias del concreto combinado, con 30% de 
reemplazo de cemento. .................................................................................... 79 
Ilustración 27. Gráfica resistencias del concreto combinado, con 10% de 
reemplazo de cemento. .................................................................................... 80 
Ilustración 28. Gráfica resistencias del concreto combinado, con 5% de 
reemplazo de cemento. .................................................................................... 81 
 11 
Ilustración 29. Tamices empleados para la clasificación del agregado grueso.
 ....................................................................................................................... 101 
Ilustración 30. Porcentaje mayor de la muestra que queda retenida en el tamiz 
de 0,5”. ........................................................................................................... 101 
Ilustración 31. Agregado grueso empleado para el proceso de gradación, 
después de pasar 24 h en el horno. ............................................................... 101 
Ilustración 32. Tamices empleados para la clasificación del agregado fino. .. 101 
Ilustración 33. Agregado fino empleado para el proceso de gradación, después 
de pasar 24 h en el horno............................................................................... 101 
Ilustración 34. Probetas con el contenido de arenas y llenadas hasta las 15” con 
solución stock. ................................................................................................ 101 
Ilustración 35 . Lectura de la arcilla después de 20 min de reposo. ............... 102 
Ilustración 36. Lectura de la arena después de 20 min de reposo. ................ 102 
Ilustración 37. Masa unitaria compacta para el agregado grueso. ................. 102 
Ilustración 38. Masa unitaria compacta para el agregado liviano (Arena). ..... 102 
Ilustración 39. Masa unitaria compacta para el agregado liviano (Ceniza 
Volcánica)....................................................................................................... 102 
Ilustración 40. Ensayo densidad y % adsorción, agregado grueso, peso de la 
muestra saturada (sumergido en la canastilla), mediante la balanza mecánica.
 ....................................................................................................................... 102 
Ilustración 41. Ensayo densidad y % adsorción, agregado grueso después de 
pasar 24 ± 4 horas en el horno. ...................................................................... 103 
Ilustración 42. Ensayo densidad y % adsorción, proceso de secado de la muestra 
de agregado fino empleando un secador. ...................................................... 103 
Ilustración 43. Ensayo densidad y % adsorción, determinación del estado SSS 
de la arena. .................................................................................................... 103 
Ilustración 44. Ensayo densidad y % adsorción, agregado fino, peso de la 
muestra en estado SSS. ................................................................................ 103 
Ilustración 45. Ensayo densidad y % adsorción, peso del picnómetro con los 500 
gramos de arena y aforado el espacio restante con agua destilada. ............. 103 
Ilustración 46. Máquina de los ángeles empleada para el ensayo. ................ 103 
Ilustración 47. Muestra después de retirada de la máquina de los ángeles. .. 104 
Ilustración 48.Muestra después del lavado sobre el tamiz # 12. .................... 104 
 12 
Ilustración 49. Ensayo Micro-Deval, tamices empleados para obtener 750 g de 
muestra. ......................................................................................................... 104 
Ilustración 50. Ensayo Micro-Deval, tamices empleados para obtener 375 g de 
muestra. ......................................................................................................... 104 
Ilustración 51. Ensayo Micro-Deval, recipiente donde se pone la muestra, el agua 
y las esferas magnéticas. ............................................................................... 104 
Ilustración 52. Máquina del ensayo de Corte Directo. .................................... 104 
Ilustración 53. Ensayo de Corte Directo, montaje del molde de la muestra. .. 104 
Ilustración 54. Ensayo de Corte Directo, ubicación de la muestra en el recipiente.
 ....................................................................................................................... 105 
Ilustración 55. Ensayo de Corte Directo, muestra consolidada drenada, para el 
ensayo. ........................................................................................................... 105 
Ilustración 56. Ensayo de Corte Directo, ubicación de la muestra en el equipo.
 .......................................................................................................................
105 
Ilustración 57. Pesaje del agregado grueso para la elaboración de la mezcla.
 ....................................................................................................................... 105 
Ilustración 58. Pesaje del cemento para la elaboración de la mezcla. ........... 105 
Ilustración 59. Pesaje del agregado fino (arena) para la elaboración de la mezcla.
 ....................................................................................................................... 105 
Ilustración 60. Pesaje del agregado fino (ceniza) para la elaboración de la 
mezcla. ........................................................................................................... 106 
Ilustración 61. Medición del agua para la elaboración de la mezcla. .............. 106 
Ilustración 62. Mezcla de concreto. ................................................................ 106 
Ilustración 63. Probetas para encofrar el concreto. ........................................ 106 
Ilustración 64. Cilindros para el ensayo de compresión. ................................ 106 
Ilustración 65. Cilindros para la medición y posterior ensayo de compresión. 106 
Ilustración 66. Pesaje de los cilindros. ........................................................... 107 
Ilustración 67. Ensayo de compresión de los cilindros. .................................. 107 
Ilustración 68. Resultado ensayo de compresión. .......................................... 107 
Ilustración 69. Materiales para las probetas con varillas de acero. ................ 107 
Ilustración 70. Cilindros con varillas de acero encofrados. ............................. 107 
Ilustración 71. Cilindros con varillas de acero en la piscina de curado. .......... 107 
Ilustración 72. Cilindros con varillas de acero. ............................................... 108 
Ilustración 73. Medición del diámetro de los cilindros con varillas de acero. .. 108 
 13 
Ilustración 74. Medición de la longitud de los cilindros con varillas de acero. 108 
Ilustración 75. Resultados obtenidos 30% ceniza. ......................................... 108 
Ilustración 76. Resultados obtenidos 10% ceniza. ......................................... 108 
Ilustración 77. Resultados obtenidos 5% ceniza. ........................................... 108 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 14 
1. INTRODUCCIÓN 
 
El concreto es una mezcla de cemento, agregados gruesos y finos en diferentes 
proporciones y agua, esta es una mezcla que gracias a sus propiedades tanto 
en estado fresco (manejabilidad) como en estado endurecido (resistencia) ha 
sido además de empleada, estudiada desde hace muchos años. Su aparición se 
dio cuando “los constructores griegos y romanos descubrieron que ciertos 
depósitos volcánicos, mezclados con caliza y arena producían un mortero de 
gran fuerza, capaz de resistir la acción del agua, dulce o salada”. (Revista 
ARQHYS, 2012) 
Por ser una mezcla que posee grandes propiedades se han realizado y se siguen 
realizando trabajos de investigación como el presente, para observar el 
comportamiento del concreto al ser combinado con otro material que le pueda 
dar igual o mayor resistencia y así lograr optimizar y perfeccionar cada vez más 
el área de la construcción con hormigón. 
La ceniza volcánica ha sido uno de los materiales de los cuales se le ha 
incorporado a la mezcla convencional de concreto teniendo en su mayoría muy 
buenos resultados, gracias a sus propiedades “se señala que uno de los 
elementos más abundantes en este tipo de polvo es la sílice, el cual es un 
cementante natural” (Hablemos de Volcanes, 2016) y otra gran ventaja es que 
este “es un material abundante alrededor de volcanes activos e inactivos en todo 
el mundo, es natural y generalmente es considerada como un material de 
desecho”. (Coutts M. V., 2018) 
 
 15 
2. JUSTIFICACIÓN 
 
La baja utilización de aditivos naturales en la mezcla de concreto convencional 
en Colombia aun genera desconfianza tal vez por el desconocimiento técnico de 
la viabilidad de realizar avances en la construcción con concretos modificados 
con requisitos específicos, es por ello que una mejora en las características 
mecánicas del concreto es de gran ayuda a los aportes de ingeniería y 
construcción del país y más aun teniendo en cuenta que la ceniza volcánica es 
un material que se encuentra en un amplio suministro alrededor de volcanes 
activos e inactivos en Colombia, está naturalmente disponible además es 
considerado como un material de desecho, ya que generalmente no tiene ningún 
propósito generalizado (Diego Alexander Guerrero, 2013). 
En este caso se estudiará la reacción y resistencia al combinar ciertos 
porcentajes de ceniza volcánica extraída del volcán cerro machín en una mezcla 
de concreto, este volcán perteneciente a la cadena volcánica de la Cordillera 
Central colombiana, se localiza en el departamento del Tolima, en las 
coordenadas geográficas 4° 29' N y 75° 22' O, a una distancia de 150 km al 
suroccidente de Bogotá y a 17 km al oeste de Ibagué. El acceso se puede hacer 
por un carreteable en pésimo estado que une a El Boquerón (carretera Ibagué - 
Armenia) con Salento (Quindío); y desde Cajamarca, por la vía a Toche. 
(Universidad del Valle, 2018) 
Su historia geológica es muy corta y se caracteriza por su alta explosividad, 
explicada por la composición dacítica de los productos volcánicos emitidos. 
Tales productos son domos, tres de los cuales cierran el conducto volcánico, 
depósitos de flujos piroclásticos de ceniza y pómez, de ceniza y bloques y de 
 16 
oleadas piroclásticas, así como depósitos provenientes de flujos de lodo 
(lahares). (Sevicio Geologico Colombiano, 2018). 
Además de verificar cómo reaccionará el concreto con ceniza volcánica al ser 
incorporado, varillas de acero, asimismo se realizará una comparación de 
presupuesto de una placa huella realizada con mezcla convencional contra una 
realizada con la combinación de ceniza volcánica, para así obtener los posibles 
ahorros en cuanto a costos, teniendo en cuanta que no se afectara la resistencia 
a la compresión del concreto en el proyecto. 
 
3. ALCANCE DEL TRABAJO 
 
La finalidad del trabajo es presentar los resultados de los ensayos 
experimentales desarrollados en el laboratorio, comparando los resultados 
obtenidos en con una mezcla de concreto convencional de resistencia de 3,500 
Psi y asentamiento de 7 cm y concretos adicionando 30%, 10% y 5% de ceniza 
volcánica extraída del Volcán Cerro Machín en relación a la proporción del 
cemento. 
Con este trabajo de investigación se contribuye a la caracterización de los 
concretos adicionando ceniza volcánica en Colombia. Cabe resaltar que los 
resultados son permitidos para la ceniza extraída del Volcán Cerro Machín por 
las características del mismo. 
 
 
 17 
4. OBJETIVOS 
 
4.1 General 
 Evaluar el comportamiento de un concreto no convencional adicionando 
cenizas volcánicas del Cerro Machín, trabajando para una resistencia a la 
compresión de 3500 Psi y un asentamiento de 7cm. 
4.2 Específicos 
 Determinar la resistencia a la compresión del concreto con cenizas 
volcánicas. 
 Comparar las propiedades mecánicas del concreto modificado frente a 
un concreto convencional. 
 Medir el ahorro en cuanto a costos de una obra realizada con concreto 
convencional frente a un concreto combinado con ceniza volcánica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 18 
5. CAPÍTULO I. ESTADO DEL ARTE 
 
El análisis del estado del arte del presente trabajo de investigación es el que se 
evidencia a continuación: 
5.1 Escoria y Ceniza Volcánica del Distrito de Yura 
 Objetivo 
Determinar si es factible emplear escoria y ceniza volcánicas del distrito de Yura 
como agregados para la elaboración de concreto estructural liviano. (Ortiz, 2018) 
 Muestra 
Se estudiarán propiedades físicas, mecánicas y volumétricas del concreto.
Para 
las propiedades físicas se tienen densidad plástica (72 muestras), densidad seca 
al aire (72 muestras), densidad aparente (35) y densidad seca (35), así como la 
absorción del concreto endurecido (35) y volumen de poros permeables (35), 
slump del concreto fresco (4), contenido de aire en concreto fresco (8), 
penetración de agua en concreto endurecido (8), conductividad térmica del 
concreto endurecido (32). Y propiedades mecánicas del concreto endurecido: 
resistencia a compresión (120), a tracción indirecta por compresión diametral 
(28) y a flexión (4). (Ortiz, 2018) 
 Palabra Claves 
Concreto estructural liviano, geología de los materiales volcánicos. 
 Resultados 
Se puede confirmar que el concreto normal es un mejor conductor de calor que 
el concreto ligero respecto a su densidad seca, lo que indica que el concreto 
ligero es un mejor aislante que el concreto normal por unidad de volumen de 
 19 
concreto. Esta superioridad del concreto normal aparentemente se manifiesta en 
dos rangos de resistencia a compresión separados, el primero entre 210 y 295 
kg/cm2, y el segundo entre 350 y 500 kg/cm2. El rango en que el ratio entre la 
conductividad térmica por unidad de volumen es mayor para concreto ligero que 
para el concreto normal es entre 295 y 350 kg/cm2. (Ortiz, 2018) 
 Conclusiones 
La escoria y ceniza volcánicas son aptas física y químicamente para la 
elaboración de concreto estructural liviano. (Ortiz, 2018) 
El concreto estructural ligero tiene entre 4%, 17% 25% y 42% más de absorción 
en estado endurecido que el concreto normal de 210, 280, 350, y 500 kg/cm2 
respectivamente. (Ortiz, 2018) 
5.2 Uso De Ceniza Volcánica Como Puzolana Natural En Mezclas De 
Hormigón 
 Objetivo 
Comparar los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con diferentes 
cantidades de ceniza volcánica en estado crudo adicionada a la mezcla de 
hormigón para encontrar cuál tiene mejor desempeño. (GUTIERREZ, 2016) 
 Muestra 
Se precedió elaborar cilindros de 20 x 10 centímetros de diámetro con la mezcla 
diseñada que serán sometidos a esfuerzos de compresión tal como lo detalla la 
norma ASTM C39, la que establece proceso para elaborar mezclas, tamaño de 
la muestra, proceso de curado y cómo realizar los ensayos. 
 20 
En las mezclas se reemplazó por peso el 5%, 10%, 15% del cemento de la 
mezcla. (GUTIERREZ, 2016) 
 Palabra Claves 
Hormigón, mortero. 
 Resultados 
Conforme lo muestran los ensayos de compresión y flexión, los resultados 
obtenidos al reemplazar cemento por ceniza volcánica en estado crudo no fueron 
satisfactorios para ningún porcentaje reemplazo. La resistencia a la compresión 
de los cilindros ensayados se vio perjudicada notablemente, ninguno de los 
cilindros elaborados para los diferentes porcentajes de reemplazo llegó a la 
resistencia a la compresión deseada. 
Para la mezcla de hormigón de f´c= 350 los resultados fueron positivos. 
Conforme lo indican los resultados de las muestras ensayadas, el mejor 
escenario fue el reemplazo del 10% de cemento por ceniza volcánica en estado 
crudo. (GUTIERREZ, 2016) 
 Conclusiones 
Pasado cierto límite de adición, la ceniza deja de aportar a las características 
mecánicas del hormigón f’c= 350 y perjudica la capacidad de resistir esfuerzos 
de compresión y flexión. (GUTIERREZ, 2016) 
 
 
 21 
5.3 Construcciones con Ceniza Volcánica pueden ser más Resistentes y 
Ecológicas 
 Objetivo 
Probando el uso de otros materiales más amigables con el medio ambiente, 
como las cenizas volcánicas. (Coutts M. V., 2018) 
 Resultados 
La estudiante del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental (CEE) del MIT, 
Stephanie Chin, quien participó en la investigación, explica que disminuir la 
cantidad de energía que se necesita es “la principal motivación para tratar de 
encontrar una alternativa. La ceniza volcánica se forma a altas temperaturas y 
presión, sin embargo, la naturaleza hace todas esas reacciones químicas por 
nosotros". 
Según los cálculos de los investigadores, añadir este material 100% natural, 
permite utilizar un 16% menos de energía para construir un vecindario con 26 
edificios de concretos hechos con un 50% por ciento de ceniza volcánica. (Coutts 
M. V., 2018) 
 Conclusiones 
Al reemplazar el cemento tradicional por las rocas volcánicas pulverizadas, es 
posible reducir la energía que se necesita para hacer concreto. 
Analizaron los datos y concluyeron que reemplazar el 50% del cemento 
tradicional por ceniza volcánica con un tamaño de partícula promedio de 17 
micrómetros, puede reducir la energía incorporada del hormigón en un 16%. Y 
si se quiere lograr que el concreto sea aún más resistente, se puede moler más 
 22 
la ceniza y así aumenta significativamente la resistencia del hormigón (aunque 
también la energía utilizada). (Coutts M. V., 2018) 
5.4 Propiedades del concreto fabricado con ceniza volcanica 
 Palabra claves 
Permeabilidad al cloruro, Fuerza compresiva, Hormigón, Resistividad eléctrica, 
Hidratación, Mortero, Porosidad, Resistencia al sulfato, Ceniza volcánica. 
 Resultados 
Hossain y Lachemi (2004) reportaron los resultados de residuos resistencia a la 
compresión de hormigones realizados con 0 a 40% de volcanes. Cenizas 
volcánicas como reemplazo de cemento por masa, sometidas a altas 
temperaturas. Hasta 800 ◦C. La composición química de la ceniza volcánica era 
óxido de calcio (6.1%), sílice (59.3%), alúmina (17.5%), óxido de hierro (7%), 
trióxido de azufre (0,7%), magnesia (2,6%), óxido de sodio (3,8%), LOI (1%), y 
su finura fue de 285 m2 / kg. Pruebas iniciales de contenido de aire, caída y 
resistencia a la compresión de 28 días se llevaron a cabo, Los resultados de 
resistencia a la compresión residual del concreto de ceniza volcánica (VAC), Se 
observó que: a) de 25 a 200 ◦C, la VAC con 20–40% mostró un aumento en la 
fuerza. La ganancia de fuerza se debió probablemente a la formación de 
tobermorita, que se formó por reacción entre no hidratado de partículas y cal a 
alta temperatura (Nasser y Marzouk, 1979). La fuerza de control OPC sin 
embargo se redujo en un 14%. No El agrietamiento visible o el desprendimiento 
se absorbieron en este rango de temperatura; b) de 200 a 400 ◦C, una 
disminución significativa es la fuerza (19–33%) Se observó en VAC. Esta 
reducción se debió a la estructura de los poros. Engrosamiento de tales 
 23 
hormigones (Chan et al., 1996); c) la pérdida (59–73%) de resistencia se observó 
en una temperatura de 400–600 ◦C distancia. El VAC funcionó mejor y no mostró 
grietas excepto Grietas del cabello. El mejor rendimiento de VAC en temperatura 
fue Debido a la cantidad reducida de Ca (OH) 2, que de otro modo resultó en 
pérdida de fuerza y desintegración. (B.V., 2012) 
 Conclusiones 
La ceniza volcánica cumple con los requisitos de ASTM C618 para materiales 
puzolánicos, Tiene propiedades físicas y químicas que Indican claramente que 
podría ser utilizado como reemplazo parcial de cemento, pasta y mortero, Por lo 
tanto, también se puede utilizar en mezclas. Fabricación de cemento y hormigón. 
(B.V., 2012) 
 
6. CAPÍTULO II. METODOLOGÍA 
 
 
En la tabla 1 se presenta el esquema de la metodología experimental empleada 
en el trabajo de investigación.
 24 
 
 
 Tabla 1. Esquema de la metodología experimental. 
 
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 
ANÁLISIS DE RESULTADOS 
 25 
La ceniza volcánica es el residuo que se produce cuando una erupción está a 
punto de ocurrir o está ocurriendo. Las cenizas volcánicas poseen varios efectos 
negativos en la gente que vive en la zona, incluso con varios casos en los que 
ha bajado la temperatura global del planeta. La cantidad de problemas que la 
ceniza puede causar depende en gran medida del tamaño de la erupción, pero 
incluso la erupción más pequeña podría tener efectos medibles en un área. 
(Volcanpedia, 2018) 
Además, se sabe
que el concreto es una mezcla de cemento, grava, arena, 
aditivos y agua. Maleable en su forma líquida y de gran resistencia en su estado 
sólido. (Argos, 2017), Para su elaboración se emplean grandes proporciones de 
cemento para lo cual se necesita mucha energía, porque hay altas temperaturas 
involucradas y es un proceso que tiene varias etapas. Además, el concreto es el 
segundo material más utilizado en el mundo, por lo que la huella ambiental que 
deja su elaboración, es bastante significativa: la producción de cemento Portland 
tradicional (el más común en la construcción) representa aproximadamente el 
5% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono (Coutts, 2018), 
Con base a lo anterior, se realizará el seguimiento de cómo se comporta el 
concreto modificado con ceniza volcánica, y como este podría ayudar a la 
industria de la construcción e ingeniería, por ello para desarrollar los objetivos de 
esta investigación se empleará la siguiente metodología: 
6.1 Recolección de Materia Prima 
Se recolectará la mayor cantidad posible de materia prima de ceniza volcánica, 
directamente de un punto del Volcán Cerro Machín, ubicado sobre la cordillera 
central de los Andes colombianos a 7 km de la Cabecera Municipal de 
Cajamarca, Tolima; para realizar los ensayos necesarios para su clasificación y 
 26 
posterior utilización en la mezcla del concreto. Además de adquirir los demás 
materiales como lo son agregado grueso, agregado fino y cemento de uso 
general. 
6.2 Ensayos de Laboratorio 
 
Los ensayos se realizarán respectivamente a los materiales empleados, como la 
ceniza volcánica y los agregados tanto grueso como fino, todos respecto al 
tamaño de sus partículas según lo recomienda la Norma INV E 2013. 
6.2.1 Granulometría y Clasificación de los Agregados 
Se hallara granulometría, extrayendo una fracción de muestra tanto de arena 
como de grava y de ceniza volcánica, se llevara al horno por a una temperatura 
de 110° C durante 24 horas según lo indica la Norma INV E 2013, obteniendo un 
peso definido en gramos de los agregados, luego se tamiza por mallas con 
diferentes aberturas para así realizar los cálculos correspondientes, obteniendo 
con esto el módulo de finura de la arena y el tamaño máximo y tamaño máximo 
nominal de la grava, además de los porcentajes de grava, arena y finos 
presentes en la ceniza. 
6.2.2 Equivalente de Arena de Agregados Finos 
Se tomaran aproximadamente 1500 gramos de agregado fino, (pasa #4). Se 
preparan los cilindros graduados de plástico transparentes, que tienen un 
diámetro inferior de 31.75 +- 0.381 mm y de altura 17” aproximadamente, 
graduado en espacios de 2.54 mm, desde el fondo hasta una altura de 15”, luego 
se realiza la preparación de Stock, la cual contiene 454 gramos de cloruro de 
calcio anhidro de grado técnico, 2050 gramos de glicerina USP, formaldehido 47 
gramos solución al 40% por volumen; se disuelven los 454 gramos de cloruro de 
 27 
calcio en 1.89 litros de agua destilado. Se deja enfriar y filtrar con un papel 
plegado de filtración rápida. Se añaden los 2050 gramos de glicerina y los 47 
gramos de formaldehído a la solución filtrada, se mezcla bien y se diluye en 3.78 
litros. 
6.2.3 Peso Unitario de los Agregados en Estado Suelto y Compacto 
 
Este ensayo de laboratorio es utilizado para determinar la relación de masa 
volumen, el valor de las masas se tuvo en cuenta para determinar la densidad 
compactada de cada material y los valores de masa unitaria determinan la 
proporción de los agregados. En primer lugar, se tomó una muestra de agregado 
grueso o grava y una de agregado fino o arena, posterior a esto se realizó por 
separado el procedimiento para los agregados gruesos y finos. 
6.2.3.1 Masa Unitaria Suelta 
Primero se halla el peso promedio del recipiente, luego se toma la muestra y se 
procede a insertarla en el molde dejándola caer a una altura no mayor a 55 mm 
desde la parte superior del molde, después de esto se barre el exceso de 
material sin hacer fuerza y por último ya estando lleno el molde se pesa 
nuevamente con la muestra. 
6.2.3.2 Masa Unitaria Compacta 
 
Primero se halla el peso promedio del recipiente, posterior a esto se inserta una 
primera capa de la muestra realizando la compactación producida por 25 golpes 
realizados por una varilla en todas las partes de la capa para obtener una buena 
distribución, ya con esto se procede a verter una segunda capa y se realiza el 
proceso de compactación producida por 25 golpes y por último se echa una 
tercera capa la cual se llena hasta la parte superior del molde y se compacta de 
 28 
igual forma que las dos capas anteriores, para finalizar se nivela la superficie y 
se determina el peso del recipiente lleno. 
6.2.4 Densidad y Porcentaje de Absorción de los Agregados 
 
6.2.4.1 Agregado Grueso 
Se determina el peso SSS, dejando la muestra sumergida por 24 ± 4 horas, para 
que sus poros se llenen de agua luego, la muestra se seca con una toalla 
partícula por partícula retirando el exceso de agua. 
Luego de tomar el peso SSS, procedimos a tomar el peso sumergido de la 
muestra con ayuda de una pesa que sumerge la muestra en una canasta unida 
a una muestra mecánica, tomamos la medida del peso, y se obtiene así el peso 
sumergido, por último se pone la muestra a secar en un horno por 24 ± 4 horas, 
para poder obtener el peso seco de nuestra muestra de grava. 
6.2.4.2 Agregado Fino 
 
Se deja la muestra de arena en inmersión durante 24 ± 4 horas, se seca el 
exceso de agua con un secador cuidando de que la muestra no se secara 
demasiado, se hace la prueba con un cono para determinar si la muestra está 
en estado SSS, se colocaron 4 capas dentro del cono y se compactaba con un 
pisón metálico a una altura de 5mm; con el fin de comprobar que al levantar el 
cono truncado la arena perdiera la forma cónica truncada y se convirtiera en 
cono, ya con ello se puede decir que la muestra está en estado SSS. 
Luego se vierten 500 gramos de arena en un picnómetro para hallar la gravedad 
específica, se pesa el picnómetro, agua y la muestra juntos, luego se deja al 
baño maría para quitar los vacíos que pudieran estar presentes en el recipiente. 
 29 
Finalmente para hallar la densidad relativa seca de la muestra y para ello se deja 
por 24 ± 4 horas en el horno. 
6.2.5 Resistencia a la Degradación del Agregado Grueso por medio de 
la Maquina de los Ángeles 
 
Este método se emplea para medir la resistencia a la degradación de los 
agregados gruesos de tamaño menor 37.5mm por medio de la máquina de los 
ángeles. Con este se busca medir la degradación de un material pétreo con una 
composición granulométrica definida, como resultado de una combinación de 
acciones que incluye abrasión, impacto y molienda en un tambor de acero 
rotatorio que contiene un número definido de esferas metálicas, el cual depende 
de la granulometría de las muestras de ensayo. A media que gira el tambor una 
pestaña recoge las esferas y las deja caer por gravedad desde la parte más alta 
del tambor, creando un efecto de impacto y trituración. (INVIAS, 2013) 
6.2.6 Resistencia a la Degradación por Absorción del Agregado Grueso 
por medio del Aparato Micro-Deval 
 
El ensayo de Micro-Deval es una medida de la resistencia a la abrasión y de la 
durabilidad de los agregados pétreos, como resultado de una acción combinada 
de abrasión y molienda con esferas de acero con presencia de agua. Una 
muestra con granulometría normalizada se sumerge inicialmente en agua por un 
lapso no menor a una hora. La muestra se coloca entonces en un recipiente de 
acero de 200 mm de diámetro, con dos litros de agua una carga abrasiva, que 
consta de 5000 gramos de esferas de acero de 9.5 mm de diámetro. 
 30 
6.2.7 Corte Directo en condición Consolidada Drenada 
 
Se toma la muestra de ceniza volcánica, se ubica entre dos rocas porosas, luego 
se instala la caja de contención
con la muestra en la máquina de corte directo, 
se llena de agua para que se sature la muestra bajo la carga normal, dejándola 
por 24 horas para que se sature totalmente, luego de pasadas 24 horas se le 
monta un peso determinado, en este caso fueron 8, 16 y 32 kilogramos en el eje 
vertical, se leen los datos para determinar cuanta fuerza está recibiendo la 
muestra horizontalmente, para la fuerza vertical se aplica la fuerza antes 
mencionada, es decir, 8, 16 y 32 kilogramos a la cual se debe adicionar 1 
kilogramo debido al andamiaje, lo que se itera en esta fuerza es el área para 
determinar el esfuerzo a compresión. Primero se realiza consolidación para 
asegurar se de en condiciones consolidadas luego, se lleva a la falla a la 
velocidad determinada para que se de en esfuerzos efectivos. 
6.3 Diseño y Elaboración de Mezcla 
 
Se realizará el diseño de la mezcla mediante el procedimiento descrito en el libro 
“Tecnología del Concreto y del Mortero”, con una resistencia de 3500 Psi (24 
Mpa) y un asentamiento de 7 cm; según la norma INV E 402-13 se realiza la 
elaboración de los especímenes, empleando cilindros de 100x200 mm, se 
realizarán 8 testigos de concreto convencional, los cuales se fallaran de la 
siguiente forma dos en cada fecha 7, 14, 28 y 56 días; 44 especímenes de 
concreto modificado con ceniza volcánica, con proporciones de 5%, 10% y 30% 
de la cantidad del cemento, fallando 32 de la misma forma que el convencional, 
y los otros 12 cilindros con 2 varillas de acero de ½” en su interior se fallaran con 
ayuda de una maceta con el fin de observar su reacción frente a este elemento 
 31 
de gran utilización en el área de la construcción, de ellos se fallara uno en cada 
fecha 7, 14, 28 y 56 días. 
6.4 Control de Calidad 
 
6.4.1 Concreto en Estado Fresco 
Después de realizar la mezcla manual de los materiales utilizados para la 
elaboración del concreto se debe proceder a realizar la prueba de asentamiento 
según la Norma Técnica Colombiana NTC 396 y la norma INV E 404-13, 
empleando el cono Slump. Se toma una pequeña muestra de concreto fresco se 
coloca en el cono y se va compactando con ayuda de una varilla hasta cubrir 
totalmente el molde, se procede a levantar este con la finalidad de medir cuanto 
se asienta el concreto con referencia al molde. 
6.4.2 Concreto en Estado Endurecido 
Una vez obtenidos los cilindros de prueba, se procederá a fallar cada uno de 
ellos con el fin de verificar su resistencia y así conocer sus cualidades o falencias 
respecto a la homogeneización y con ello comparar el concreto convencional con 
el combinado con la ceniza, se fallaran a los 7, 14, 28 y 56 días respectivamente 
según la Norma INV E 410-13. 
7. CAPÍTULO III. RESULTADOS 
 
7.1 Elaboración de los Ensayos de Laboratorio 
7.1.1 Gradación y Clasificación de los Agregados Gruesos 
Elaboración de la granulometría de los agregados gruesos así como de la 
clasificación mediante el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos SUCS y 
el Sistema de Clasificación AASHTO. 
 32 
Tabla 2. Gradación de agregados gruesos. 
 GRADACIÓN DE AGRAGADOS GRUESOS 
 TAMIZ Peso 
Retenido (g) 
% 
Retenido 
% Retenido 
Acumulado 
% Pasa 
 IN mm 
 2 50 0 0.00% 0.00% 100% 
TM 
 
1 1/2 37.5 0 0.00% 0.00% 100% 
 1 25 21 0.483% 0.483% 99.517% 
 3/4 19 21 0.483% 0.966% 99.034% 
TMN 
 
 1/2 12.5 2250 51.772% 52.738% 47.262% 
 3/8 12.5 1541 35.458% 88.196% 11.804% 
 1/4 6.3 471 10.838% 99.034% 0.966% 
 # 4 0.187 4.75 17 0.391% 99.425% 0.575% 
 # 8 0.0929 2.36 21 0.483% 99.908% 0.092% 
 # 10 0.0787 2 0 0.00% 99.908% 0.092% 
 # 60 0.0098 0.25 2 0.046% 99.954% 0.046% 
 # 200 0.0029 0.075 1 0.023% 99.977% 0.023% 
 FONDO 1 0.023% 100.00% 0% 
 TOTAL 4346 100% 
 
 
Ilustración 1. Curva granulométrica grava. 
 
De la anterior grafica podemos obtener los valores para D60, D30 y D10, que nos 
servirán para hallar el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura. 
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
110%
0011 01 0 0
%
 P
A
S
A
APERTURA DEL TAMIZ (MM)
CURVA GRANULOMÉTRICA
 33 
𝐃𝟔𝟎 = 14 
𝐃𝟑𝟎 = 13 
𝐃𝟏𝟎 = 12.5 
Obtenemos en coeficiente de uniformidad: 
CU = 
D60
D10
 → CU = 
14
12.5
 
𝐂𝐔 = 1.12 
Ahora hallamos el coeficiente de curvatura: 
CC = 
(D30)2
D10∗D60
 → CC = 
(13)2
12.5∗14
 
𝐂𝐂 = 0.965 
 
TAMAÑO MÁXIMO → Tamaño de menor abertura por donde pasa el 100% de 
las partículas. 
TAMIZ DE 1 1/2" 
TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL → Tamiz inmediatamente superior a el tamiz en 
el que quedan retenidas al menos el 15% de las partículas. 
TAMIZ DE 1/2" 
 
CLASIFICACIÓN DE LA MUESTRA 
 SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (SUCS) 
SUELOS DE PARTÍCULAS GRUESAS 
 34 
- Más de la mitad del material es retenido en la malla N° 200 
Retenido N° 200 = 99,977 % 
GRAVAS 
- Más de la mitad de la fracción gruesa retenida en la malla N° 4 
Retenido N° 4 = 99,425 % 
GRAVAS LIMPIAS 
- Con pocos finos o sin ellos 
Predominio de un tamaño o un tipo de tamaños, con ausencia de 
algunos tamaños intermedios. 
 
GP → Gravas mal gradadas, mezclas de arena y grava con pocos 
finos o sin ellos. 
 
 SISTEMA DE CLASIFICACIÓN AASHTO 
MATERIALES GRANULARES 
- 35 % o menos del total de la muestra pasada por el número 200 
Pasa N° 200 = 0,023 % 
ANÁLISIS DE TAMIZ 
- Porcentaje de paso 
Número 10 → 50 Máximo 
Pasa N° 10 = 0,092 % 
 
 35 
Número 60 → 30 Máximo 
Pasa N° 40 = 0,046 % 
Número 200 → 15 Máximo 
Pasa N° 200 = 0,023 % 
GRUPO DE CLASIFICACIÓN 
A-1 → A-1-a 
 
7.1.2 Gradación y Clasificación de los Agregados Finos (Arenas) 
 
Elaboración de la granulometría de los agregados finos así como de la 
clasificación mediante el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos SUCS y 
el Sistema de Clasificación AASHTO. 
Tabla 3. Gradación de agregados finos (Arena). 
GRADACIÓN DE AGRAGADOS FINOS 
TAMIZ Peso 
Retenido 
(g) 
% Retenido 
% Retenido 
Acumulado 
% Pasa 
Nominal (mm) 
# 4 4.75 65 5.0% 5.0% 95% 
# 10 2 301 23.154% 28.154% 71.846% 
# 40 0.425 681 52.385% 80.538% 19.462% 
# 60 0.25 109 8.385% 88.923% 11.077% 
# 100 0.15 77 5.923% 94.846% 5.154% 
# 200 0.075 60 4.615% 99.462% 0.538% 
FONDO 7 0.538% 100% 0% 
TOTAL 1300 100% 
 
 36 
 
Ilustración 2. Curva granulométrica arena. 
De la anterior grafica podemos obtener los valores para D60, D30 y D10, que nos 
servirán para hallar el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura. 
𝐃𝟔𝟎 = 1.45 
𝐃𝟑𝟎 = 0.59 
𝐃𝟏𝟎 = 0.23 
Obtenemos en coeficiente de uniformidad: 
CU = 
D60
D10
 → CU = 
1.45
0.23
 
𝐂𝐔 = 6.304 
Ahora hallamos el coeficiente de curvatura: 
CC = 
(D30)2
D10∗D60
 → CC = 
(0.59)2
0.23∗1.45
 
𝐂𝐂 = 1.043 
 
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 . 0 10 . 1 01 . 0 01 0 . 0 0
%
 P
A
S
A
APERTURA DEL TAMIZ (MM)
CURVA GRANULOMÉTRICA
 37 
Además, se obtienen los valores del porcentaje de arena y módulo de finura. 
 
% ARENA = 94,462 % 
 
MÓDULO DE FINURA = 2,975 % 
 
 
CLASIFICACIÓN DE LA MUESTRA 
 SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (SUCS) 
SUELOS DE PARTÍCULAS GRUESAS 
- Más de la mitad del material es retenido en la malla N° 200 
Retenido N° 200 = 99,462 % 
ARENAS 
- Más de la mitad de la fracción gruesa pasa la malla N° 4 
Pasa N° 4 = 95,000 % 
Arena = 94,462 % 
ARENAS LIMPIAS 
- Con pocos finos o sin ellos 
Predominio de un tamaño o un tipo de tamaños, con ausencia de 
algunos tamaños intermedios. 
 
SP → Arenas y arenas gravosas mal gradadas con pocos finos o 
sin finos. 
 
 38 
 SISTEMA DE CLASIFICACIÓN AASHTO 
MATERIALES GRANULARES 
- 35 % o menos del total de la muestra pasada por el número 200 
Pasa N° 200 = 0,538 % 
ANÁLISIS DE TAMIZ 
- Porcentaje de paso 
Número 40 → 50 Máximo 
Pasa N° 40 = 19,462 % 
Número 200 → 25 Máximo 
Pasa N° 200 = 0,538 % 
GRUPO DE CLASIFICACIÓN 
A-1 b
7.1.3 Gradación de los Agregados Finos (Ceniza Volcánica) 
 
Elaboración de la granulometría de los agregados finos, de la ceniza volcánica. 
 
 
 
 
 39 
Tabla 4. Gradación de agregados finos (Ceniza Volcánica). 
GRADACIÓN DE LA CENIZA VOLCÁNICA 
Tamiz 
Apertura 
del tamiz 
(mm) 
Peso 
Retenido 
(g) 
% 
Retenido 
% Retenido 
Acumulado 
% Pasa 
 3/4 19 45.6 3.3% 3.3% 96.7% 
 3/8 9.5 73.3 5.3% 8.7% 91.3% 
#4 4.75 33.4 2.4% 11.1% 88.9% 
#8 2.36 122.3 8.9% 20.0% 80.0% 
#16 1.1 233.1 17.0% 37.0% 63.0% 
#30 0.6 497.6 36.2% 73.2% 26.8% 
#50 0.3 323.4 23.5% 96.7% 3.3% 
#100 0.15 37.8 2.8% 99.5% 0.5% 
#200 0.075 2.3 0.2% 99.7% 0.3% 
FONDO 4.7 0.3% 100.0% 0.0% 
TOTAL 1373.5 100% 
 
 
Ilustración 3. Curva granulométrica ceniza volcánica. 
 
De la anterior grafica podemos obtener los valores para D60, D30 y D10, que nos 
servirán para hallar el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura. 
𝐃𝟔𝟎 = 1.10 
𝐃𝟑𝟎 = 0.62 
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0%
0.010.1110
%
 
P
A
S
A
APERTURA DEL TAMIZ MM
CURVA GRANULOMÉTRICA
 40 
𝐃𝟏𝟎 = 0.37 
Obtenemos en coeficiente de uniformidad: 
CU = 
D60
D10
 → CU = 
1.10
0.37
 
𝐂𝐔 = 2.973 
Ahora hallamos el coeficiente de curvatura: 
CC = 
(D30)2
D10∗D60
 → CC = 
(0.62)2
0.37∗1.10
 
𝐂𝐂 = 0.944 
 
Se obtienen de igual forma los porcentajes de los agregados presentes en la ceniza 
volcánica. 
 
% GRAVA = 11,09 % 
 
% ARENA = 88,57 % 
 
% FINO = 0,34 % 
 
 
 
 
 
 
 
 41 
7.1.4 Equivalente de Arena de Suelos y Agregados Finos, INV E 133-13 
 
Tabla 5. Datos obtenidos en la lectura de las probetas. 
EQUIVALENTE DE ARENA 
N° de 
Probeta 
Lectura de Arcilla 
(in) 
Lectura de Arena 
(in) 
1 4,3 3,8 
2 4,5 3,9 
3 4,4 3,9 
Se obtiene mediante la siguiente ecuación el equivalente de arena en cada una 
de las lecturas. 
Ecuación 1. Equivalente de arena. 
EQUIVALENTE DE ARENA = 
𝐋𝐞𝐜𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐝𝐞 𝐀𝐫𝐞𝐧𝐚
𝐋𝐞𝐜𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐝𝐞 𝐀𝐫𝐜𝐢𝐥𝐥𝐚
*100 
 
 Equivalente de arena con la lectura de la probeta numero 1: 
𝐄𝐀𝟏 = 88,372 % 
 Equivalente de arena con la lectura de la probeta numero 2: 
𝐄𝐀𝟐 = 86,667 % 
 Equivalente de arena con la lectura de la probeta numero 3: 
𝐄𝐀𝟑 = 88,636 % 
Para obtener finalmente el valor del equivalente de arena total se realiza un 
promedio de los anteriores valores: 
Ecuación 2. Equivalente de arena promedio. 
EQUIVALENTE DE ARENA = 
𝐄𝐀𝟏+ 𝐄𝐀𝟐+𝐄𝐀𝟑
𝟑
 
 
EQUIVALENTE DE ARENA = 88 % 
 42 
Se procede a verificar el valor óptimo de equivalente de arena, sabiendo de ante 
mano que la muestra se trabajó en seco, según la norma de ensayo INV E-133-
13. 
Tabla 6. Tabla 630.1, Requisitos del agregado fino para concreto estructural, tomada del Instituto Nacional 
de Vías INVIAS, Art 630-1. 
 
Se debe tener en cuenta que estamos verificando si el agregado granular 
trabajado en el laboratorio nos sirve o no para mezclas de concreto, y la anterior 
tabla es requisito del agregado fino empleadas en la elaboración del mezcla para 
concreto estructural, al comparar el valor optimo mínimo para la muestra seca 
con el resultado obtenido en el laboratorio podemos observar que este valor 
cumple, ya que el valor mínimo para el agregado fino es del 60% y el valor del 
promedio del ensayo es de 88%, es decir mayor que el valor mínimo, por tanto 
si cumple. 
 43 
7.1.5 Densidad Bulk (Peso Unitario) de los Agregados en Estado Suelto 
y Compacto, INV E 217-13 
 
Ecuación a emplear para el cálculo de peso unitario de la muestra suelta y 
compacta en los agregados gruesos y finos: 
Ecuación 3. Peso específico Bulk. 
PESO ESPECÍFICO BULK = 
𝐆−𝐓
𝐕
 
Donde: 
G = Peso del agregado + recipiente (kg). 
V = Volumen del recipiente (m3). 
T = Peso del recipiente (kg). 
 
Volumen del cilindro empleado: 
Ecuación 4. Volumen del cilindro. 
VOLUMEN = 
ᴫ
𝟒
∗ 𝐃𝟐 ∗ 𝐏 
Donde: 
D = Diámetro del recipiente (metros). 
P = Profundidad del recipiente (metros). 
 
→ VOLUMEN = 
ᴫ
4
∗ (0,114 cm)2 ∗ 0,164 cm 
VOLUMEN = 0,00167395 𝐦𝟑 
 
 44 
7.1.5.1 Agregado Grueso 
 
 Masa unitaria suelta para el agregado grueso: 
G = 6,889 kg. 
V = 0,00167395 m3. 
T = 5,003 kg. 
PESO ESPECÍFICO BULK = 1.126,68 
 𝐤𝐠
 𝐦𝟑
 
 
 Masa unitaria compacta para el agregado grueso: 
G = 6,999 kg. 
V = 0,00167395 m3. 
T = 5,003 kg. 
PESO ESPECÍFICO BULK = 1.192,39 
 𝐤𝐠
 𝐦𝟑 
 
7.1.5.2 Agregado Fino (Arena) 
 
 Masa unitaria suelta para el agregado liviano (Arena): 
G = 6,931 kg. 
V = 0,00167395 m3. 
T = 5,003 kg. 
PESO ESPECÍFICO BULK = 1.151,77 
 𝐤𝐠
 𝐦𝟑
 
 
 
 45 
 Masa unitaria compacta para el agregado liviano (Arena): 
G = 7,133 kg. 
V = 0,00167395 m3. 
T = 5,003 kg. 
PESO ESPECÍFICO BULK = 1.272,44 
 𝐤𝐠
 𝐦𝟑 
 
7.1.5.3 Agregado Fino (Ceniza Volcánica) 
 
 Masa unitaria suelta para el agregado liviano (Ceniza Volcánica): 
G = 6,463 kg. 
V = 0,00167395 m3. 
T = 5,003 kg. 
PESO ESPECÍFICO BULK = 872,19 
 𝐤𝐠
 𝐦𝟑
 
 
 Masa unitaria compacta para el agregado liviano (Ceniza Volcánica): 
G = 6,791 kg. 
V = 0,00167395 m3. 
T = 5,003 kg. 
PESO ESPECÍFICO BULK = 1.068,13 
 𝐤𝐠
 𝐦𝟑
 
 
 46 
7.1.6 Densidad, Densidad Relativa (𝐆𝐒) y Absorción del Agregado 
Grueso 
 
Se seleccionan partículas mayores al tamiz #4. 
 Datos obtenidos en el laboratorio. 
B = Peso SSS → Inmersión en agua por 24 ± 4 horas (después de quitar el 
exceso de agua). 
B = 1847 Gramos 
 
C = Peso de la muestra saturada → Peso sumergido en la canastilla. 
C = 1107 Gramos 
 
A = Peso seco → Peso después de estar en el horno durante 24 ± 4 horas. 
 A = 1819 Gramos 
 
 Cálculos a realizar. 
Ecuación 5. Densidad Relativa Seca. 
DENSIDAD RELATIVA SECA = 
𝐀
𝐁−𝐂
 
 
Densidad Relativa Seca = 2,458 
 
 
 47 
 Ecuación 6. Densidad Relativa SSS 
DENSIDAD RELATIVA SSS = 
𝐁
𝐁−𝐂
 
 
Densidad Relativa SSS = 2,496 
 
Ecuación 7. Densidad Relativa Aparente. 
DENSIDAD RELATIVA APARENTE = 
𝐀
𝐀−𝐂
 
 
Densidad Relativa Aparente = 2,555 
 
Ecuación 8. % Absorción. 
% ABSORCIÓN = 
𝐁−𝐀
𝐀
 * 100 
 
% Absorción = 1,539 % 
 
 
7.1.7 Densidad, Densidad Relativa (𝐆𝐒) y Absorción del Agregado Fino 
 
 Datos obtenidos en el laboratorio. 
 
S = Peso SSS → Inmersión en agua por 24 ± 4 horas (después de quitar el 
exceso de agua). 
 S = 500 Gramos 
 
 
 48 
B = Peso del picnómetro aforado con agua 
 
B = 654 Gramos 
 
 
C = Peso del picnómetro aforado con agua + suelo 
 
C = 960 Gramos 
 
 
A = Peso seco → Peso después de estar en el horno durante 24 ± 4 horas. 
 
 A = 491 Gramos 
 
 Cálculos a realizar. 
 
Ecuación 9. Densidad Relativa Seca Finos. 
DENSIDAD RELATIVA SECA = 
𝐀
𝐁+𝐒−𝐂
 
 
 
Densidad Relativa Seca = 2,531 
 
 
Ecuación 10. Densidad Relativa SSS Finos. 
DENSIDAD RELATIVA SSS = 
𝐒
𝐁+𝐒−𝐂
 
 
Densidad Relativa SSS = 2,577 
 
 
Ecuación 11. Densidad Relativa Aparente Finos. 
 DENSIDAD RELATIVA APARENTE = 
𝐀
𝐁+𝐀−𝐂
 
 
Densidad Relativa Aparente = 2,654 
 
 
 49 
 
Ecuación 12. % Absorción Finos. 
% ABSORCIÓN = 
𝐒−𝐀
𝐀
 * 100 
 
% Absorción = 1,833 % 
 
7.1.8 Resistencia a la Degradación de los Agregados de tamaños 
menores de 37,5 Mm (1 ½”) por medio de la Máquina de Los 
Ángeles, INV E 218-13 
 
Se elige el tipo de granulometría de la tabla 218-1, de INV E 218-13, según la 
gradación del agregado que se ha trabajado en los anteriores laboratorios, este 
nos indica que el número de tamiz donde quedo el mayor porcentaje retenido fue 
el de ½”; es decir la granulometría a emplear será la B. 
Tabla 7. Tabla 218-1, Granulometrías de las muestras de ensayo, tomada de la Norma de Ensayo de 
materiales para carreteras del INVIAS, Sección 200, agregados pétreos. 
 
 50 
La cantidad de esferas de acero empleadas en el ensayo dependerá de la 
granulometría del
agregado, se obtiene esta cantidad de la siguiente tabla: 
Tabla 8. Numero de esferas según la granulometría de la muestras de ensayo, tomada de la Norma de 
Ensayo de materiales para carreteras del INVIAS, Sección 200, agregados pétreos. 
 
Tabla 9. Datos obtenidos en el laboratorio. 
 
 Cálculo del porcentaje de pérdidas del ensayo: 
Ecuación 13. % Pérdidas. 
% PÉRDIDAS = 
𝐏𝟏− 𝐏𝟐
𝐏𝟏
 * 100 
 
 
% PÉRDIDAS = 28,774% 
 
Se procede a verificar el valor óptimo del ensayo, sabiendo de ante mano que la 
muestra se trabajó en seco y por un periodo de 500 revoluciones, según la norma 
de ensayo INV E-128-13. 
Peso de la muestra seca antes del ensayo 5001
Peso de la muestra seca después de lavar 
sobre el tamiz #12
3562
Definición 
MÁQUINA DE LOS ÁNGELES
N° de 
Pesos
Valor (g)
 51 
Tabla 10. Tabla 630-3, Requisitos de agregados grueso para concreto estructural, tomada de las 
Especificaciones Generales de Construcción del INVIAS, Art 630. 
 
Se debe tener en cuenta que estamos verificando si el agregado granular 
trabajado en el laboratorio nos sirve o no para mezclas de concreto estructural, 
para eso se identifica si se cumple con el requisito o si por el contrario se excede 
y al comparar el valor máximo para la muestra seca con el resultado obtenido en 
el laboratorio podemos observar que este valor cumple el requisito, ya que el 
valor máximo para esta es 40 %, y el valor del ensayo es de 28,774 %, es decir 
menor que los valores máximos, entonces afirmamos que este agregado es 
óptimo para mezclas de concreto. 
 
7.1.9 Determinación de la Resistencia del Agregado Grueso a la 
Degradación por Absorción, Utilizando el Aparato Micro-Deval, 
INV E 238-13 
 
 52 
Se distribuye el peso de la muestra según el tamaño máximo nominal del 
agregado que se ha trabajado en los anteriores laboratorios, este nos indica que 
el número de tamiz es el de ½”; es decir se trabaja como lo indica la siguiente 
tabla. 
Tabla 11. INV E-238-13, sección 7,3 Distribución de las masas para el ensayo, tomada de la Norma de 
Ensayo de materiales para carreteras del INVIAS, Sección 200, agregados pétreos. 
 
Tabla 12. Datos obtenidos en el laboratorio. 
 
 Cálculo del porcentaje de pérdidas del ensayo: 
Ecuación 13. % Pérdidas. 
% PÉRDIDAS = 
𝐏𝟏− 𝐏𝟐
𝐏𝟏
 * 100 
% PÉRDIDAS = 8,53% 
 
Se procede a verificar el valor óptimo del ensayo, sabiendo de ante mano que la 
muestra se trabajó en seco y que es tipo B, según la norma de ensayo INV E-
238-13. 
Peso inicial de la muestra 1500
Peso después del lavado 1372
APARATO MICRO-DEVAL
N° de Pesos Valor (g)Definición 
 53 
Tabla 13. Tramo de la tabla 330-2, Requisitos de agregados para bases granulares, tomada de las 
Especificaciones Generales de Construcción del INVIAS, Art 330. 
 
Se debe tener en cuenta que estamos verificando si el agregado granular 
trabajado en el laboratorio nos sirve o no para mezclas de concreto, y la anterior 
tabla es requisito para bases granulares empleadas en la elaboración de la 
mezcla para pavimentos, pero como verificación se puede chequear con esta 
misma tabla para la mezcla de concreto y al comparar el valor optimo máximo 
para la muestra seca con el resultado obtenido en el laboratorio podemos 
observar que este valor cumple para una base granular Clase A y Clase B, ya 
que los valores máximos son 25 % y 30 % respectivamente, y el valor del ensayo 
es de 8,53 %, es decir menor que los valores máximos, esto en cuanto a las 
características de dureza. 
Al ser el valor de perdida tan bajo en presencia de agua y una carga abrasiva, 
se puede observar que el material tendrá una buena resistencia y durabilidad en 
las condiciones de desgaste natural. 
 
 54 
7.1.10 Ensayo de Corte Directo en condición Consolidada Drenada (CD), 
INV E 154-13 (Ceniza Volcánica) 
 
 Datos obtenidos en laboratorio para la prueba número 1. 
- Peso del recipiente = 0.2 gramos 
- Peso del recipiente con la muestra = 130 gramos 
- Peso del recipiente más muestra saturada = 137.9 gramos 
- Peso del recipiente más muestra seca = 118.7 gramos 
- Carga aplicada + peso del montaje = 8 kg + 1 kg = 9000 gramos 
Tabla 14. Datos de fuerza de corte y deformación prueba 1. 
PRUEBA 1 
Deformación 
(In) 
Deformación 
(cm) 
Longitud 
1 (cm) 
Longitud 
2 (cm) 
Área 
(cm2) 
Fza. 
Corte (N) 
Esf. Cort. 
(N/cm2) 
0 0 6.08 6.08 36.9664 0.0 0 
10 0.0254 6.0546 6.08 36.811968 29.5 0.8013698 
20 0.0508 6.0292 6.08 36.657536 32.0 0.8729447 
30 0.0762 6.0038 6.08 36.503104 34.0 0.9314276 
40 0.1016 5.9784 6.08 36.348672 38.0 1.0454302 
50 0.127 5.953 6.08 36.19424 41.5 1.1465913 
60 0.1524 5.9276 6.08 36.039808 13.5 0.3745858 
70 0.1778 5.9022 6.08 35.885376 46.0 1.2818592 
80 0.2032 5.8768 6.08 35.730944 48.0 1.3433734 
90 0.2286 5.8514 6.08 35.576512 50.0 1.4054216 
100 0.254 5.826 6.08 35.42208 52.5 1.4821264 
110 0.2794 5.8006 6.08 35.267648 57.0 1.6162121 
120 0.3048 5.7752 6.08 35.113216 61.0 1.7372376 
130 0.3302 5.7498 6.08 34.958784 65.0 1.8593324 
140 0.3556 5.7244 6.08 34.804352 69.0 1.9825107 
150 0.381 5.699 6.08 34.64992 71.0 2.0490668 
160 0.4064 5.6736 6.08 34.495488 72.0 2.0872295 
170 0.4318 5.6482 6.08 34.341056 74.0 2.1548551 
180 0.4572 5.6228 6.08 34.186624 76.0 2.2230917 
190 0.4826 5.5974 6.08 34.032192 77.0 2.2625636 
200 0.508 5.572 6.08 33.87776 77.5 2.2876365 
210 0.5334 5.5466 6.08 33.723328 78.0 2.312939 
220 0.5588 5.5212 6.08 33.568896 78.5 2.3384743 
230 0.5842 5.4958 6.08 33.414464 79.0 2.3642456 
240 0.6096 5.4704 6.08 33.260032 79.5 2.3902563 
 55 
250 0.635 5.445 6.08 33.1056 80.5 2.4316128 
260 0.6604 5.4196 6.08 32.951168 80.0 2.427835 
270 0.6858 5.3942 6.08 32.796736 79.5 2.4240217 
 MÁX 2.4316128 
 
 Datos obtenidos en laboratorio para la prueba número 2. 
- Peso del recipiente = 0.2 gramos 
- Peso del recipiente con la muestra = 130 gramos 
- Peso del recipiente más muestra saturada = 138.9 gramos 
- Peso del recipiente más muestra seca = 110 gramos 
- Carga aplicada + peso del montaje= 16 kg + 1 kg = 17000 gramos 
Tabla 15. Datos de fuerza de corte y deformación prueba 2. 
PRUEBA 2 
Deformación 
(In) 
Deformación 
(cm) 
Longitud 
1 (cm) 
Longitud 
2 (cm) 
Área 
(cm2) 
Fza. 
Corte (N) 
Esf. Cort. 
(N/cm2) 
0 0 6.08 6.08 36.9664 0.0 0 
10 0.0254 6.0546 6.08 36.811968 74.0 2.0102158 
20 0.0508 6.0292 6.08 36.657536 84.5 2.3051195 
30 0.0762 6.0038 6.08 36.503104 93.0 2.5477285 
40 0.1016 5.9784 6.08 36.348672 96.5 2.6548425 
50 0.127 5.953 6.08 36.19424 97.5 2.6937988 
60 0.1524 5.9276 6.08 36.039808 99.0 2.7469625 
70 0.1778 5.9022 6.08 35.885376 99.0 2.758784 
80 0.2032 5.8768 6.08 35.730944 102.0 2.8546685 
90 0.2286 5.8514 6.08 35.576512 104.0 2.923277 
100 0.254 5.826 6.08 35.42208 103.0 2.9077908 
110 0.2794 5.8006 6.08 35.267648 104.5 2.9630555 
120 0.3048 5.7752 6.08 35.113216 108.0 3.075765 
130 0.3302 5.7498 6.08 34.958784 111.0 3.1751676 
140 0.3556 5.7244 6.08 34.804352 118.0 3.3903806 
150 0.381 5.699 6.08 34.64992 119.0 3.4343514 
160 0.4064 5.6736 6.08 34.495488 121.0 3.5077051 
170 0.4318 5.6482 6.08 34.341056 121.0 3.5234793 
180 0.4572 5.6228 6.08 34.186624 122.0 3.5686472 
190 0.4826 5.5974 6.08 34.032192 123.0 3.614225 
200 0.508 5.572 6.08 33.87776 124.0 3.6602184 
210 0.5334 5.5466 6.08 33.723328 120.0 3.5583677 
220 0.5588 5.5212 6.08 33.568896 121.5 3.619422 
 56 
230 0.5842 5.4958 6.08 33.414464 126.0 3.7708221 
240 0.6096 5.4704 6.08 33.260032 127.5 3.8334299 
250 0.635 5.445 6.08 33.1056 128.0 3.8664153 
260 0.6604 5.4196 6.08 32.951168 129.0 3.914884 
270 0.6858 5.3942 6.08 32.796736 126.0 3.8418457 
 MÁX 3.914884 
 
 Datos obtenidos en laboratorio para la prueba número 3. 
- Peso del recipiente = 4 gramos 
- Peso del recipiente con la muestra = 130 gramos 
- Peso del recipiente más muestra saturada = 136.7 gramos 
- Peso del recipiente más muestra seca = 112 gramos 
- Carga aplicada + peso del montaje= 32 kg + 1 kg
= 33000 gramos 
Tabla 16. Datos de fuerza de corte y deformación prueba 3. 
PRUEBA 3 
Deformación 
(In) 
Deformación 
(cm) 
Longitud 
1 (cm) 
Longitud 
2 (cm) 
Área 
(cm2) 
Fza. 
Corte (N) 
Esf. Cort. 
(N/cm2) 
0 0 6.08 6.08 36.9664 0.0 0 
10 0.0254 6.0546 6.08 36.811968 73.5 1.9966333 
20 0.0508 6.0292 6.08 36.657536 103.5 2.8234304 
30 0.0762 6.0038 6.08 36.503104 122.0 3.3421815 
40 0.1016 5.9784 6.08 36.348672 142.0 3.9066076 
50 0.127 5.953 6.08 36.19424 150.0 4.1443058 
60 0.1524 5.9276 6.08 36.039808 162.0 4.4950295 
70 0.1778 5.9022 6.08 35.885376 170.5 4.7512391 
80 0.2032 5.8768 6.08 35.730944 175.0 4.8977155 
90 0.2286 5.8514 6.08 35.576512 183.0 5.1438432 
100 0.254 5.826 6.08 35.42208 189.5 5.3497705 
110 0.2794 5.8006 6.08 35.267648 200.0 5.6709197 
120 0.3048 5.7752 6.08 35.113216 209.0 5.9521748 
130 0.3302 5.7498 6.08 34.958784 212.0 6.0642842 
140 0.3556 5.7244 6.08 34.804352 213.0 6.1199243 
150 0.381 5.699 6.08 34.64992 212.5 6.1327703 
160 0.4064 5.6736 6.08 34.495488 215.0 6.2326992 
170 0.4318 5.6482 6.08 34.341056 220.0 6.406326 
180 0.4572 5.6228 6.08 34.186624 220.0 6.4352654 
190 0.4826 5.5974 6.08 34.032192 225.0 6.6113872 
200 0.508 5.572 6.08 33.87776 228.5 6.7448379 
 57 
210 0.5334 5.5466 6.08 33.723328 220.5 6.5385006 
220 0.5588 5.5212 6.08 33.568896 221.0 6.5834754 
230 0.5842 5.4958 6.08 33.414464 222.0 6.6438295 
 MÁX 6.7448379 
 
 
Ilustración 4. Esfuerzo cortante Vs Deformación de las 3 pruebas. 
 
Tabla 17. Esfuerzos totales. 
MASA 
(KG) 
PESO 
(N) 
Normal 
(N/cm2) 
Cortante 
(N/cm2) 
9 88.29 2.38838513 2.43161278 
17 166.77 4.51139413 3.91488399 
33 323.73 8.75741214 6.74483791 
 
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
E
s
fu
e
rz
o
 (
N
/c
m
2
)
Deformación (cm)
Esfuerzo Cortante Vs Deformación 
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
 58 
 
Ilustración 5. Esfuerzo Cortante Vs Normal. 
 
7.2 Diseño de la Mezcla 
Primero se seleccionan los valores o parámetros con los cuales se trabajara para 
realizar los cálculos respectivos y finalmente obtener las cantidades de cada 
elemento con los cuales se hará el diseño de mezcla. 
A continuación se evidenciara paso a paso el procedimiento para el diseño de 
mezcla. 
7.2.1 Chequeo de Asentamiento 
 
Se selecciona un asentamiento de 7 cm, con consistencia y grado de 
trabajabilidad media. 
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C
o
rt
a
n
te
 (
N
/c
m
2
) 
Normal (N/cm2)
Cortante Vs Normal
 59 
 
Ilustración 6. Elección de asentamiento. 
 
Asentamiento = 7 cm 
7.2.2 Chequeo de Tamaño Máximo Nominal (TMN) 
Del laboratorio de agregado grueso se obtiene el valor del tamaño máximo y del 
tamaño máximo nominal los cuales nos servirán para determinar otros valores 
más adelante. 
 
TAMAÑO MÁXIMO → Tamaño de menor abertura por donde pasa el 100% 
de las partículas. 
TAMIZ DE 1,5" 
 
TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL → Tamiz inmediatamente superior a el tamiz 
en el que quedan retenidas al menos el 15% de las partículas. 
TAMIZ DE 0,5" 
 60 
7.2.3 Estimar el Contenido de Aire 
Se estima el porcentaje promedio aproximado del aire atrapado, esto depende 
principalmente del TMN de la muestra. 
 
Ilustración 7. Contenido aproximado de aire. 
 
Aire = 2,5 % 
 
7.2.4 Estimar Cantidad de Agua 
Para estimar el valor de la cantidad de agua se tienen dos parámetros a seguir, 
de los cuales se adopta el mayor valor. 
- Primer parámetro: Gráfica la cual depende del asentamiento y del TMN 
de la muestra. 
 61 
 
Ilustración 8. Cantidad de agua con TMN. 
 
 
 
Valor obtenido = 198,7 kg/m3 
- Segundo parámetro: Tabla que depende principalmente del asentamiento 
y del TMN. 
 62 
 
Ilustración 9. Cantidad de agua con Asentamiento y TMN. 
 
Valor obtenido = 215 kg/m3 
Se adopta el mayor valor para la cantidad de agua: 
Agua = 215 kg/𝐦𝟑 
 
7.2.5 Elegir Relación Agua – Cemento 
Este valor se obtiene mediante una gráfica de concreto sin inclusor de aire versus 
resistencia a la compresión, en la tabla inicialmente propuesta por ASOCRETO 
no se encontraba el valor de resistencia para este diseño de mezcla, el cual es 
de 3500 psi, por tanto se realizó una proporción con los valores establecidos por 
hasta llegar al valor de resistencia a trabajar. Para obtener el valor de resistencia 
de diseño para la mezcla se mayora en un 15 % la resistencia de diseño, es 
decir: 
 
 63 
Ecuación 14. Resistencia de diseño para la Mezcla.. 
RESIST.DE DISEÑO PARA LA MEZCLA = RESIST. DISEÑO * 1,15% 
RESIST.DE DISEÑO PARA LA MEZCLA = 4025 PSI 
RESIST.DE DISEÑO PARA LA MEZCLA = 282,99 kg/cm2 
Tabla 18. Resistencia de la mezcla. 
RESISTENCIA 
RESISTENCIA A DISEÑAR 3500 PSI 246.07 kg/cm2 
RESISTENCIA CON MARGEN A 
DISEÑAR 
4025 PSI 282.99 kg/cm2 
 
Con el valor de resistencia de diseño para la mezcla en kg/cm2, se ingresa a 
la gráfica: 
 
Ilustración 10. Gráfica de proporción relación agua - cemento. 
 
 
Relación agua/cemento = 0,465 
 
 64 
7.2.6 Calcular Contenido de Cemento 
R = 
a
c
 Cemento = 
a
R
 
Ecuación 15. Contenido de cemento.. 
C = 
a
R
 
 Cemento = 462,366 kg/𝐦𝟑 
Los volúmenes de las mezclas se evidencias en la siguiente tabla: 
Tabla 19. Tabla de volúmenes 
Cálculo De Contenido De Cemento (Kg/m^3) 462.366 
Volumen Cemento Para 1 m^3 (m^3/m^3) 0.159 
Volumen De Mezcla m^3 1 
Volumen De Agua (Kg/m^3) 215 
Volumen De Aire Atrapado m^3 0.025 
Volumen De Agregados (m^3/m^3) 0.601 
Volumen Agregado Grueso (m^3/m^3) 0.37 
Volumen Agregado Fino (m^3/m^3) 0.23 
 
7.2.7 Verificación de Especificaciones Granulométricas 
Se elige el número del agregado según el tamaño máximo nominal TMN de la 
muestra. 
 65 
Tabla 20. Especificaciones granulométricas 
 
Se obtiene la granulometría de Fuller para graficarla: 
Tabla 21. Granulometría de Fuller y Thomson. 
 
Con la granulometría de Fuller, la granulometría del agregado grueso y fino se 
realiza una última grafica ideal o de ajuste para finalmente darle porcentajes de 
agregados que llevara la mezcla de concreto. 
 
 
 66 
Tabla 22. Granulometría de Fuller y ajuste. 
TAMIZ FULLER AJUSTE 
Pulgadas Milímetros %PASA %PASA 
1 ½ 38,1 100 100,00 
1 25 82,0 99,71 
¾ 19 71,0 99,42 
½ 12,5 58,0 68,36 
3/8 9,5 50,0 47,08 
No 4 4,75 35,0 38,35 
No 8 2,36 25,0 28,79 
No 16 1,18 18,0 
No 30 0,6 12,0 
No 50 0,3 9,0 
No 100 0,15 6,0 
No 200 0,075 0,0 
 
Tabla 23. Granulometría de la grava. 
 0,60 
 GRAVA 
Tamiz Abertura (mm) % Pasa 
1-1/2" 37.5 100 
1 25.00 99.52 
0.75 19.00 99.03 
 ½ 12.50 47.26 
 3/8 9.50 11.80 
0.25 6.30 0.97 
# 4 4.75 0.58 
# 8 2.36 0.09 
# 10 2.00 0.09 
# 40 0.425 0.05 
# 200 0.075 0.02 
Fondo - 0.00 
 
 67 
Tabla 24.Granulometría de la arena. 
 0,40 
 ARENA 
Tamiz Abertura (mm) % Pasa 
1-1/2" 37.5 100 
1 25.00 100 
 1/2 12.50 100 
# 4 4.75 95 
# 10 2.00 71.85 
# 40 0.425 19.46 
# 60 0.250 11.08 
# 100 0.149 5.15 
# 200 0.075 0.54 
Fondo - 0.00 
 
A continuación se presenta la gráfica de las granulometrías tanto de la grava, la 
arena, Fuller y ajuste. 
 
Ilustración 11. Gráfica de granulometrías. 
 68 
7.2.8 Calculo Cantidad de Agregados Gruesos y Finos 
Con los porcentajes de arena y grava que me arrojaron la gráfica de ajuste se 
calcula la cantidad de material que se va a emplear. 
Tabla 25. Proporción de agregados. 
PROPORCION DE AGREGADOS 
GRUESO FINO 
60% 40% 
 
Tabla 26. Pesos específicos. 
Peso Específico Promedio De Agregados 
(Kg/m^3) 
2594.60 
Peso Promedio De Agregados (Kg/m^3) 1558.22 
Peso Del Agregado Grueso (Kg) 934.93 
Peso Del Agregado Fino (Kg) 622.74 
 
A continuación se presenta la tabla en la cual se calculó el contenido tanto del 
agua, cemento, agregado fino y agregado grueso por m3. 
Tabla 27. Diseño de la mezcla. 
 
Calculo del volumen de los cilindros: 
DISEÑO POR METRO CUBICO 
 
Peso (Kg/m3) 
Proporción en 
volumen, suelto