1 | P á g i n a
Influencia de arcilla expandida en diseño de mezcla de concreto
liviano alto rendimiento en distrito de Lircay Angaraes-
Huancavelica
Influence of expanded clay in the design of a high performance lightweight concrete mix in the district of Lircay
Angaraes-Huancavelica
• Miguel Obregon1 • Angel Osorio2
1Universidad Nacional de Huancavelica, Huancavelica, Perú.
Correo electrónico: miguelobregon@gmail.com
2Universidad Nacional de Huancavelica, Huancavelica, Perú.
Recibido: 09 Agosto del 2021 / Revisado: 27 Setiembre del 2021 / Aprobado: 22 Noviembre del 2022 / Publicado: 24 Enero del 2022
RESUMEN
La influencia al incorporar arcilla expandida en el diseño de mezcla y resistencia del concreto liviano de alto
rendimiento en el Distrito de Lircay – Angaraes – Huancavelica, al efecto, la pregunta de nuestra investigación es
la siguiente: ¿De qué manera influye la incorporación de arcilla expandida en la resistencia de concreto liviano de
alto rendimiento en el Distrito de Lircay – Angaraes - Huancavelica?, La influencia al incorporar arcilla expandida
en porcentajes 5%,10%,15% y 20%, en el diseño de mezcla influye significativamente en la resistencia del concreto
liviano de alto rendimiento la trabajabilidad y la homogeneidad se mantienen a medida que se aumenta la arcilla
expandida obteniendo un asentamiento de 6 a 2.5 cm. dentro de los límites de una consistencia balanceada. De los
resultados obtenidos a los 28 días de edad de f’c=210 kg/cm² y f’c=280 kg/cm², se concluye que los concretos con
adición de Arcilla en sus diferentes proporciones son inferiores al concreto patrón, superando a la resistencia
requerida f’c=210 kg/cm² y f’c=280 kg/cm². Con respecto del peso unitario del concreto fresco para
f’c=210kg/cm2 y f’c=280kg/cm2, se deduce que su peso vario significativamente en una mínima cantidad.
Se puede concluir que la arcilla expandida es aplicable para la elaboración de concretos debido a sus
resistencia y ligereza, pudiendo reducir las cargas sobre estructuras como losas y muros. También puede
ser aplicable en rellenos para instalaciones de tuberías reduciendo las proporciones y las cargas sobre
las mismas.
Palabras clave: Arcilla expandida; Concreto; Liviano; Resistencia del concreto.
ABSTRACT
The influence of incorporating expanded clay in the mix design and strength of high-performance lightweight
concrete in the District of Lircay - Angaraes - Huancavelica, to this effect, the question of our research is the
following: How does the incorporation of clay influence expanded in the resistance of high-performance
lightweight concrete in the District of Lircay - Angaraes - Huancavelica?, The influence of incorporating expanded
clay in percentages of 5%, 10%, 15% and 20%, in the mix design significantly influences the resistance of high-
performance lightweight concrete, workability and homogeneity are maintained as the clay is increased. expanded
obtaining a settlement of 6 to 2.5 cm. within the limits of a balanced consistency. From the results obtained at 28
days of age of f'c=210 kg/cm² and f'c=280 kg/cm², it is concluded that the concretes with the addition of Clay in
their different proportions are inferior to the standard concrete, surpassing the required resistance f'c=210 kg/cm²
and f'c=280 kg/cm². With respect to the unit weight of fresh concrete for f'c=210kg/cm2 and f'c=280kg/cm2, it
follows that its weight varied significantly in a minimal amount. It can be concluded that expanded clay is
applicable for the production of concrete due to its resistance and lightness, being able to reduce the loads on
structures such as slabs and walls. It can also be applied in fillings for pipe installations, reducing the proportions
and the loads on them.
Keywords: Expanded clay, Concrete, Light, Strength of concrete.
Revista Científica Ciencias Ingenieriles (2022)
Vol. 2, Núm. 1, pp. 01 – 10
ARTÍCULO ORIGINAL
https://doi.org/10.54943/ricci.v2i1.214
ISSN: 2961-2357(En línea)
ISSN: 2961-2446(Impreso)
2 | P á g i n a
1. INTRODUCCIÓN
Actualmente las construcciones se vienen
desarrollando cada vez con innovaciones
estructurales y arquitectónicos, teniendo como
principal componente el concreto en la estructura,
pero se sabe que el concreto posee un peso de 2400
kg/m³ que es uno de los factores que se pone a limite
cuando se realiza los diseños estructurales.
En esta investigación se realizó el estudio a la arcilla
en sus diferentes etapas y analizar su influencia y sus
propiedades en diferentes estados tales como: fresco,
calcinada, saturada y en su incorporación en la
mezcla de concreto, peso unitario, la granulometría,
en el estado endurecido, en la resistencia a la
compresión.
En la investigación se han realizado en etapas de
ensayo de materiales como el análisis
granulométrico de los agregados fino grueso y arcilla
expandida, una vez realizado el ensayo a los
materiales se al cálculo de las proporciones
adecuados en diferentes porcentajes de 5%, 10%,
15% y 20% y para diferentes resistencias a la
compresión de 210 kg/cm² y 280kg/cm².
En la presente investigación se busca determinar la
influencia de la arcilla expandida en el diseño de
mezcla del concreto liviano en el desempeño a la
compresión, buscando la reducción del peso del
concreto y de toda la estructura mediante el uso del
concreto liviano.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
La Observación servirá para recopilar datos de los
procesos y actividades que se realicen insitu. Ubicar
punto estratégico de estudio por zona. para
agregados y la cantera de arcilla Recolectar la
muestra de agregados y arcilla.
Técnicas Que Se Utilizará En Este Estudio Serán La
Observación servirá para recopilar datos de los
procesos y actividades que se realicen insitu. Ubicar
punto estratégico de estudio por zona. para
agregados y la cantera de arcilla Recolectar la
muestra de agregados y arcilla.
3. RESULTADOS
3.1 Arcilla expandida calcinada: generalidades
La cantera de la arcilla expandida, se encuentra
ubicada en el lugar: Ocopilla Distrito: Huancayo
Provincia: Huancayo Departamento: Junín, cuyas
coordenadas utm: 479557.26 E y 8666048.54N;
Altitud: 3300msnm
3.2 Disponibilidad de material en la cantera
Para determinar la cantidad de material disponible,
se ha realizado el levantamiento topográfico del área
donde se encuentra la arcilla expandida
Tabla 1
Cuadro de cálculo de potencia de arcilla
Cálculo de potencia de cantera
Descripción
Cantidad
Área aprox. Aprovechable de Cantera
1,200.00
Profundidad promedio aprovechable
3.20
Profundidad de desbroce (suelo superficial que
0.15
Potencia bruta
3,840.00
Volumen de desbroce
180.00
Potencia neta aprovechable en cantera
3,660.00
Potencia neta aprovechable en cantera
3 toneladas
Pasos para realizar el calcinado de la arcilla
expandida:
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1. Se ha realizado el secado natural en
tamaños de 3/4 semejante a piedras
chancadas.
2. Se ha llevado al horno de que alcanza una
temperatura aproximada de 700 °c
3. Los trozos de arcilla se han colocado junto
con los ladrillos artesanales para que se
calcinen.
4. Se ha recogido en recipientes para llevar al
laboratorio.
3.3 Granulometría de la arcilla expandida
El estudio granulométrico se realizó con los tamices
N° 1 1/2", N° 1”, N° 3/4", N° 1/2", 3/8” y N° 4; para
ver la forma y su distribución de tamaños de las
partículas de la arcilla calcinada. Su granulometría
está entre 10-16 mm. Cabe indicar que la arcilla
expandida no contiene materia orgánica. (Parra
Henao, 2000) , pues para ello se realizó:
1. Se ha separado una cantidad adecuada para realizar el ensayo granulométrico empezando por el cuarteo.
Figura 1
Cuarteo de arcilla expandida
2. Se ha separado una cantidad de 1750 gramos para realizar la cuantificación.
Figura 2
Granulometría del agregado de arcilla expandida
4 | P á g i n a
3. Se ha pasado por los tamices mencionados y se ha los siguientes resultados.
Tabla 2
Cuadro de análisis granulométrico de la arcilla expandida
4. Con los datos obtenidos se ha realizado la curva granulométrica.
Figura 3
Curva granulométrica
3.4 Agregado grueso
La cantera del agregado Grueso, se encuentra
ubicada en Ocopa del Distrito de Lircay Provincia:
Angaraes en el Departamento: Huancavelica, con
Coordenadas UTM: 530933.35E y 8568960.15 y
Altitud: 3200msnm.
3.5 Granulometría del agregado grueso
El estudio granulométrico se realizó tamizando con
los tamices N° 1 1/2", N° 1”, N° 3/4", N° 1/2", 3/8”y
N° 4; para ver la forma y su distribución de tamaños
de las partículas del agregado grueso para ello
realizamos:
1. Se ha separado una cantidad adecuada para realizar el ensayo granulométrico empezando por el cuarteo.
Tamiz
Abertura
m-1
Peso retenido
% Retenido
%
Acumulado
retenido
% que
pasa
2"
50.000
0.0
0.0
0.0
0.0
100.0
1 1/2"
37.500
0.0
0.0
0.0
0.0
100.0
1"
25.000
0.0
0.0
0.0
0.0
100.0
3/4"
19.000
11.7
11.7
0.7
0.7
99.3
1/2"
12.500
1195.7
1195.7
68.3
69.0
31.0
3/8"
9.500
231.7
231.7
13.2
82.2
17.8
N°4
4.750
259.3
259.3
14.8
97.0
3.0
Fondo
52.1
52.1
3.0
100.0
0.0
Total
1750.5
1750.5
100.0
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Figura 4
Cuarteo de Agregado grueso
2. Se ha separado una cantidad de 1750 gramos para realizar la cuantificación de tamaños.
Figura 5
Granulometría del agregado grueso
3. Se ha pasado por los tamices mencionados y se ha obtenido los siguientes resultados.
Tabla 3
Cuadro de análisis granulométrico del agregado grueso
Tamiz
Abertura
M-1
Peso retenido
% Retenido
% Acumulado
retenido
% Que pasa
2"
50.000
0.0
0.0
0.0
0.0
100.0
1 1/2"
37.500
0.0
0.0
0.0
0.0
100.0
1"
25.000
0.0
0.0
0.0
0.0
100.0
3/4"
19.000
121.7
121.7
2.6
2.6
97.4
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1/2"
12.500
3021.1
3021.1
64.5
67.1
32.9
3/8"
9.500
1266.1
1266.1
27.0
94.1
5.9
N°4
4.750
270.6
270.6
5.8
99.9
0.1
Fondo
3.8
3.8
0.1
100.0
0.0
Total
4683.3
4683.3
100.0
4. Con los datos obtenidos se ha realizado la curva granulométrica.
Figura 6
Curva granulométrica
Tabla 4
Densidades del hormigón
Tipos de hormigón
Densidades
Concretos ligeros
De 200 a 1500 kg/m 3
Concreto
Ordinario
Apisonados
De 2000 a 2200 kg/m 3
Vibrados
De 2300 a 2400 kg/m 3
Centrifugados
De 2400 a 2500 kg/m 3
Proyectados
De 2500 a 2600 kg/m 3
Concreto pesados
Hasta 4000 kg/m 3
Tabla 5
Granulometría del agregado grueso
Tamaño de Malla
Limites ASTM que pasa
N° de tamiz
mm
%
2”
50.80
100
1 1/2”
38.10
95 -100
1”
25.40
-
3/4”
19.10
35-70
1/2”
12.70
-
3/8”
9.52
10-30
#4
4.76
0-5
Bandeja
-
-
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Tabla 6
Límites de porcentaje que pasa el agregado fino
Tamaño de Malla
Limites ASTM que pasa
N° de tamiz
mm
%
3/8”
9.50
100
#4
4.76
95 -100
#8
2.36
80-100
#16
1.18
50-85
#30
0.60
25-60
#50
0.30
10-30
#100
0.15
2-10
#200
0.074
-
Bandeja
-
-
Tabla 7
Análisis estadístico – resistencia a la compresión a los 28 días
Muestra
X
Xn-
(Xn- )^2
M - SA – 01
492.80
-134.10
17982.81
M - CA – 01
224.60
134.10
17982.81
Tabla 8
Porcentaje de resistencia alcanzada respecto al F’cr de diseño – F’c= 210 kg/cm2.
Cod. De Diseño
de Mezcla
Edad (días)
7
14
28
Patrón=210
70.61%
101.80%
112.45%
210 + 5% Arc
72.79%
116.39%
107.89%
210 + 10%Arc
69.05%
108.23%
100.34%
210 + 15%Arc
71.67%
87.59%
96.97%
210 + 20%Arc
54.18%
85.37%
88.44%
Tabla 9
Resistencia a la Compresión vs Edades- F’c= 280 kg/cm2.
COD. DE DISEÑO
MEZCLA
Edad (días)
7
14
28
Patrón -280
271.60
498.00
492.80
280 + 5% Arc
329.50
428.60
396.90
280 +10% Arc
331.40
328.00
343.60
280 +15% Arc
274.90
339.70
224.60
280 +20% Arc
247.10
254.90
271.40
8 | P á g i n a
4. DISCUSIÓN
Se realizaron pruebas de asentamiento (slump), a
cada diseño de mezcla, los datos obtenidos se
resumen en la siguiente figura:
Figura 6
Pruebas de asentamiento (slump), a cada diseño de mezcla
Figura 7
Asentamiento vs Diseño de Mezcla F’c= 210 kg/cm2.
9 | P á g i n a
Figura 8
Asentamiento vs diseño de mezcla f'c=280kg/cm2
Se observa que el slump de las mezclas con adiciones
de Arcilla Calcinada disminuye (es menor al
concreto patrón); es decir la mezcla pierde
trabajabilidad conforme se le adiciona el Porcentaje
de Arcilla. Para conocer en qué porcentaje varían los
resultados del asentamiento (slump)de las mezclas
con adición de Arcilla, respecto del concreto patrón.
Tabla 10
% de Variación del Asentamiento Respecto al Concreto Patrón – F’c=210
Cod. de diseño mezcla
Slump
(pulg.)
% Variación respecto al
concreto patrón
Obs.
Patrón -210
6"
-
-
210+ 5% Arc
51/2"
8.33%
Menor al patrón
210 + 10% Arc
4"
33.33%
Menor al patrón
210 + 15% Arc
3"
50.00%
Menor al patrón
210 + 20% Arc
2 1/2"
58.33%
Menor al patrón
Tabla 10
% de Variación del Asentamiento Respecto al Concreto Patrón –F’c=280 kg/cm2
Cod. de diseño mezcla
Slump
(pulg.)
% Variación respecto al
concreto patrón
Obs.
Patrón -280
6”
-
-
280+ 5% Arc
5 3/8”
10.42%
Menor al patrón
280 + 10% Arc
4 ¼”
29.17%
Menor al patrón
280 + 15% Arc
3”
50.00%
Menor al patrón
280 + 20% Arc
2 3/8”
60.42%
Menor al patrón
10 | P á g i n a
5. CONCLUSIÓN
Como conclusión del trabajo se identificó que la
influencia al incorporar arcilla expandida en
porcentajes 5,10,25y 20%, en el diseño de mezcla
f´c= 210 kg/cm2 y f´c= 280 kg/cm2, no influye
significativamente en la resistencia del concreto
liviano de alto rendimiento la trabajabilidad y la
homogeneidad se mantienen a medida que se
aumenta la arcilla expandida obteniendo un
asentamiento de 6 a 2.5 cm dentro de los límites de
una consistencia balanceada.
6. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
J. T. García Pérez, Diseño de Hormigones Dirigido
a la Aplicación, Catalunya, Universitat
Politècnica de Catalunya, 2004.
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F. B. N. Vandenbussche, Procedimiento para
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y gránulos obtenidos mediante la
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D. G. Y. VERA and D. W. V. APOLINARIO,
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C.V., 2005.
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Concreto Estructural.
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CrossRef.
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Concrete ASTM C 1077, "Concrete
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