UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFACULTAD DE INGENIERAESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL

CURSO: TECNOLOGIA DEL CONCRETO

TEMA: DISEO DE MEZCLA POR EL METODO WALKER

DOCENTE: ING. PEREZ LOAYZA, Hector

ALUMNOS: -ALAYA GARCIA, Renzo Antonio -CHUNQUE ALCANTARA,Alfredo -LEON VALLEJOS, Mucio Fidel -RAMIREZ FLORES, Tommy -TRIVEOS RAMIREZ, Brand Cristopher

AO:3

GRUPO: C

CICLO:V

Cajamarca, Agosto del 2012

DISEO DE MEZCLA DE CONCRETO POR EL MTODO WALKER

I. INTRODUCCION

Actualmente el concreto es el material de construccin de mayor uso. Sin embargo, si bien su calidad final depende en forma muy importante tanto de un profundo conocimiento del material como de la calidad profesional del ingeniero, el concreto en general es muy desconocido en muchos de sus siete grandes aspecto: naturaleza, materiales, propiedades, seleccin de las proporciones, proceso de puesta en obra, control de calidad e inspeccin, y tratamiento de los elementos estructurales.

La seleccin de las proporciones por unidad cbica de concreto debe permitir obtener un concreto con la facilidad de colocacin, densidad, resistencia, durabilidad u otras propiedades que se consideran necesarias para el caso particular de la mezcla diseada.

Las posibilidades de empleo del concreto en la construccin son cada da mayores, pudiendo en la actualidad ser utilizados para una amplia variedad de propsitos. la nica limitacin a sus mltiples aplicaciones puede ser el desconocimiento por pate del ingeniero de todos los aspectos ya indicados; as como la importancia relativa de los mismos de acuerdo al uso que se pretenda dar al material.

Es necesario al seleccionar las proporciones de la mezcla debe tenerse en cuenta las condiciones de colocacin, la calidad y experiencia del personal profesional y tcnico, la interrelacin entre las diversas propiedades del concreto.

II. JUSTIFICACIN

Con el apoyo y la respectiva orientacin tcnica del Ingeniero del curso, nos hemos visto en la necesidad de aprender el comportamiento de los materiales de construccin, y siendo dentro de stos el ms importante el cemento nos lleva aprender a determinar el comportamiento del concreto en su estado tanto endurecido como fresco y aprender la dosificacin, o sea, la cantidad de los componentes que conforman el concreto de una manera no emprica.

III. ALCANCES SOBRE EL MTODO

Secuencia de diseo propuesta por Walker.

1. Determinar la resistencia promedio (f'cr) en funcin a la resistencia especificada (f'c) y la desviacin estndar de la compaa constructora y del laboratorio de ensayos (S).

2. Seleccin del tamao mximo nominal del agregado grueso en funcin de la granulometra y las dimensiones del elemento estructural a colar, as como espaciamiento mnimo entre los elementos de refuerzo.

3. Seleccionar la consistencia de la mezcla a obtener en funcin de condiciones de obra (consistencia: plstica, seca o fluida).

4. Determinar el Volumen unitario de agua de diseo, en funcin del Tamao Mximo Nominal, Slump, tipo de concreto (con o sin aire incorporado) [Tabla Walker 10.2.2].

5. Determinacin de la cantidad de aire (volumen) en funcin del Tamao Mximo Nominal y si es aire atrapado o incluido, condiciones de servicio (problemas de congelamiento y deshielo, ataque de sales diversas o in sulfato).

6. Seleccin de la relacin Agua-Cemento: por resistencia = f (f'cr) y por durabilidad = f(exposicin del elemento).

7. Determinacin del factor cemento (F.C.) en funcin del agua de mezclado y la relacin agua-cemento.

8. Determinacin de la suma de Volmenes Absolutos de cemento agua y aire (Pasta).

9. Determinacin del Volumen absoluto del Agregado Integral o Total.

10. Determinacin del porcentaje de incidencia del agregado fino en el contexto de volumen absoluto del agregado global.

11. Determinacin por diferencia del volumen de incidencia del agregado grueso.

12. Determinacin de los pesos secos de los agregados fino y grueso.

13. Correccin por humedad de los agregados.

14. Proporcionamiento tanto en diseo como en obra.

IV. OBJETIVOS

- Determinar el diseo de la mezcla de concreto por el Mtodo de Diseo planteado por Walker.

- Determinar la resistencia a compresin (f'c) alcanzado mediante ste mtodo y el mdulo de elasticidad del concreto fabricado en el laboratorio.

- Verificar el tipo de rotura obtenida en el ensayo de compresin de las probetas, as como la distribucin granulomtrica que se ha obtenido con el uso de este mtodo y las condiciones de mezclado usadas.

- Verificar la hiptesis de que el Mtodo de Diseo planteado por Walker da como resultados de diseo mezclas sobregravosas.

- Conocer mejor la tecnologa del concreto desde el punto de vista prctico.

- Verificar las caractersticas del concreto fresco como son: la trabajabilidad y la consistencia; as como del concreto endurecido tal como la resistencia a la compresin (no siendo posible verificar la durabilidad), mdulo de rigidez.

- Conocer y aprender a manejar mejor las caractersticas del concreto en obra mediante el mezclado, colado y transporte del concreto.

III.- MARCO TEORICO

CEMENTO

Se usar cemento portland, tipo l normal, de acuerdo a la calificacin usada en U.S.A.; salvo en donde se especifique la adopcin de otro tipo debido a consideracin especial.

En trminos generales no deber protegerse en bolsas o en silos en forma que no sea afectado por la humedad ya sea del medio o de cualquier agente externo.

Se controlar la calidad del mismo, segn la norma A.S.T.M. C-150 y enviarn muestras al laboratorio especializado a fin de que lo estipulado en las normas garantice la buena calidad en forma peridica.

AGUA:

El agua empleada ser fresca y potable, libre de sustancias perjudiciales como aceite, cidos, lcalis, sales, materiales orgnicos y otras sustancias que puedan perjudicar o alterar el comportamiento eficiente del concreto, acero y otros, tampoco deber tener partculas de carbn, humus, ni fibras vegetales.

Se podr usar agua de pozo, siempre y cuando cumpla con las condiciones anteriormente mencionadas y que no contenga sales o sulfatos.

Se podr usar agua no potable cuando las probetas cubicas de mortero preparados con dicha agua, tengan por lo menos 90% de la resistencia a los 7 y 28 das de las preparadas con agua potable, normas A.S.T.M.

AGREGADOS: Los agregados a usarse son: fino (arena), y grueso (grava). Ambos debern considerarse como ingredientes separados del cemento.

Deben estar de acuerdo con las especificaciones para agregados segn Norma A.S.T.M. C-33, se podr usar otros agregados siempre y cuando se haya demostrado por medio de la practica o ensayos especiales, que produzcan concreto con resistencia y durabilidad adecuada.

El agregado fino (arena) deber cumplir con lo siguiente: Grano duro y resistente. No contendr un porcentaje con respecto al peso total de ms del 5% del material que pase por el tamiz #200 (serie U.S.) en caso contrario el exceso deber ser eliminado mediante el lavado correspondiente.

El porcentaje total de arena en la mezcla puede variar entre 30% y 45% de tal manera que consiga la consistencia deseada del concreto. El criterio general para determinar la consistencia ser el emplear concreto tan consistente como se pueda, sin que deje de ser fcilmente trabajable dentro de las condiciones llenado que se est ejecutando.

La trabajabilidad del concreto es muy sensitiva a las cantidades de material que pasen por los tamices N 50 y N100, una deficiencia de estas medidas puede hacer que la mezcla necesite un exceso de agua y se produzca afloramiento y las partculas finas se separen y salgan a la superficie.

No debe haber menos del 15% de agregado fino que pase por la malla N50, ni 5% que pase por la malla N100.

La materia orgnica se controlara por el mtodo A.S.T.M. C-40 y el fino por A.S.T.M. C-17.

Los agregados gruesos debern cumplir con lo siguiente:El agregado grueso, grava limpia, libre de partculas de arcilla plstica en su superficie y proveniente de rocas que no se encuentren en proceso de descomposicin.Se tomaran la correspondiente muestra para someter los agregados a los ensayos correspondientes de durabilidad ante el sulfato de sodio y sulfato de magnesio y ensayo de A.S.T.M. C-33.

El tamao mximo de los agregados es de 1 para el concreto.

En elementos de espesor reducido o cuando existe gran densidad de armadura se podr disminuir el tamao mximo de agregado, siempre que se obtenga gran trabajabilidad y se cumpla con el asentamiento requerido y que la resistencia del concreto que se obtenga, sea la indicada en el proyecto.

El tamao mximo del agregado en general, tendr una medida tal que no sea mayor que 1/5 de la medida ms pequea entre las caras interiores de las formas dentro de las cuales se vaciara en concreto, ni mayor que 1/3 del peralte de losas o que los de espaciamiento mnimo libre entre barras individuales de refuerzo a paquetes de barras.

En columnas la dimensin mxima del agregado ser limitada a lo expuesto anteriormente, pero no ser mayor que 2/3 de la mnima distancia entre barras.

Hormign: Es una mezcla uniforme de agregado fino y agregado grueso. Deber ser bien graduada entere la malla 100 y la malla 200 y limpio de materias orgnicas y otras materias perjudiciales.

PESO UNITARIO DEL CONCRETO

El peso unitario del concreto es la suma de todos los componentes que intervienen en l. Nos proporciona un valor que lo podemos comparar tanto en estado fresco como en estado endurecido. Se pueden comparar concretos con tres caractersticas diferentes que son:

a) Concretos normales cuyo peso por unidad de volumen se encuentra entre 2200 a 2400 Kg/m.

b) Concretos livianos son aquellos que tiene un peso por unidad de volumen inferior a los 1900 Kg/m.

c) Concreto pesado cuyo peso por unidad de volumen se encuentra entre 2800 a 6000 Kg/m.

CANTIDAD DE MATERIAL POR METRO CUBICO

Una vez logrado hallar las condiciones necesarias del diseo de mezcla, se procede a cuantificar la cantidad de material que se necesit por metro cbico para un determinado diseo. en nuestro caso hemos obtenido diferentes valores para cada una de las relaciones agua/cemento y cada una de ellas con su cambio de mdulo de finura global. Con esto tendremos un estimado de cuanto material necesitemos para lograr un metro cbico de concreto.

Estos valores son hallados tanto en el diseo seco como en el diseo de obra, en nuestro caso como las propiedades de todos los elementos utilizados se encuentran con valores normales, solo es necesario poner atencin al diseo en seco, ya que el diseo en obra puede variar por el procedimiento constructivo que se siga y por el grado de control que en ella se est tomando en cuenta.

IV. PROCEDIMIENTO Y CALCULOS:

A) CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES:

-AGREGADO FINO:ARENA DE RIOPeso Especfico Aparente:2.5 g/cm3Peso Unitario Suelto Seco:1322.7 kg/m3Peso Unitario Seco Compactado:1596 kg/m3Humedad Natural:4.53%Absorcin:6.38 %Mdulo de Finura:2.79 -AGREGADO GRUESO:PIEDRA CHANCADAPerfil:AngularTamao Mximo Nominal:1Peso Especfico Aparente:2.53 g/cm3Peso Unitario Suelto Seco:1281.1 kg/m3Peso Unitario Seco Compactado:1453 kg/m3Humedad Natural:1.03%Absorcin:1.09 %Mdulo de Finura:7.78

Cemento:

CEMENTO PORTLAND ASTM C-150 TIPO I PACASMAYO.PESO ESPECIFICO:3150 Kg/m3 Agua:Potable.

Concreto:Las especificaciones del concreto son:Fc = 300 kg/cm2 D.S. = 20 kg/cm2Consistencia Plstica = 3- 4

B) ELABORACION DE LA PROBETA DE CONCRETO:

Materiales a utilizar:

CementoBalanza de error 0.01 gr

Agua y probeta

Agregado grueso

Elaboracin del diseo de mezcla :

Determinacin de la resistencia promedio (fcr), en funcin de la Resistencia a Compresin especificada ( fc )

fc = 300 kg/cm2 y DS= 20 kg/cm2 Luego por formula: fcr = 300 + 1.33 (20) = 326.60 fcr = 300+2.33 (20)-35=311.60 Utilizaremos el fcr mayor que ser: fcr = 326.60 Seleccin del Slump de Diseo:Consistencia plstica: 3-4

Seleccin del TMN del Agregado Grueso segn el ensayo de granulometra realizado en laboratorio: TMN: 1

Seleccin del volumen unitario de agua de mezclado, en este caso disearemos un concreto sin aire incorporado, de tal manera que

Agua de mezclado = 197 litros/m3

Seleccin del Contenido de Aire:No se requiere incluir aire:

Contenido de aire = 1.5%

Seleccin de la Relacin Agua/Cemento:Dado que no se presenta problemas para utilizar el diseo por durabilidad utilizaremos solo el diseo tomando en cuenta solo la resistencia.Para un concreto con un fc de 300 kg/cm2 y sin aire incorporado.

A/C = 0.55

Factor Cemento

Fc = = = 35818 kg

Cantidad de cemento por bolsas = = 8.43 bolsas/m3 8 bolsas/m3

Calculo del volumen absoluto sin agregado ( quiere decir el volumen de la pasta)

Cemento: 358.18/3150 = 0.1137 m3Agua: 197/1000 =0.197 m3Aire: 1.5/100 = 0.015 m3Volumen de la pasta: 0.3257 m3

Calculo del volumen del agregado total.agregado total = 1 0.3257 = 0.6743 m3

Calculo del porcentaje de incidencia del agregado fino sobre el agregado total.

MF del Af = 2.79

Por lo tanto de la tabla de Walker se tendra: 8.43 ---------------x 8 ------------------46 7 ------------------49

X= %Af = 44.71 %

Calculo del Volumen del Af y Ag : Af = 0.6743 x (44.71%) = 0.3015 m3. Ag= 0.6743 x (100-44.71%) = 0.3728 m3.

Calculo de los pesos de los agregados (secos):Peso Af = 0.3015 x 2500 = 753.75 kg.Peso Ag = 0.3728 x 2530 = 943.184 kg

Determinamos la cantidad de material por m3 de concreto: Cemento : 358.18 kg/m3 Agregado Fino : 753.75 kg/m3 Agregado Grueso : 943.184 kg/m3 Agua de Mezcla: 197 lts/m3 Contenido de Aire Atrapado: 1.5 %

Realizamos la correccin por humedad de los agregados:

a) Calculo de los pesos humedos- Af = Peso Af x ( ) = 753.75 x ( ) = 787.89 kg

- Ag = Peso Ag x ( ) = 943.184 x ( ) = 952.90 kg

b) Calculo de la humedad superficial:Humedad superficial = ( W - Ab) %Af= (4.53 6.38) % = -1.85%Ag= (1.03 1.09) % = -0.06%

c) Aporte de agua por humedad superficial del agregado:Af= 753.75 x ( -0.0185) = -13.9443 ltsAg= 943.184 x (-0.0006) = -0.5659 lts

Aporte por humedad = -14.5102 lts

d) Volumen de agua efectiva:Agua efectiva = Agua de mezcla - Aporte por humedad = 197 (-14.5102) = 211.5102 212 lts. Determinamos la cantidad de material por m3 de concreto al pie de obra : Cemento : 358.18 kg/m3 Agregado Fino : 787.89 kg/m3 Agregado Grueso : 952.90 kg/m3 Agua de Mezcla: 212 lts/m3 Contenido de Aire Atrapado: 1.5 %

Finalmente realizamos el proporcionamiento al pie de obra: , , , / 1 : 2.2 : 2.7 / 25.14 lts/bolsa Calculamos las proporciones de cada material para realizar las probetas:

Volumen de probeta: (= =0.0053m3Factor =2*volumen de probeta =0.0106Cemento: 358.18*0.0106 =3.79 kg.Agregado Fino: 787.89*0.0106 =8.35 kg.Agregado Grueso: 952.90*0.0106 =10.10 kg.Agua efectiva: 212*0.0106 =2.25 Lts.

-PROCEDIMIENTO PARA LA ELABORACION Y ESTUDIO DE LAS PROBETAS: Luego de realizar la correccin por humedad obtenemos el diseo corregido por metro cubico de concreto, el cual nos arroja los pesos de los agregados y cemento as como los litros de agua efectiva que se han de utilizar en la mezcla. Estas cantidades se han calculado para dos probetas.

Agregado fino8.35Kg.

Agregado grueso10.10 Kg.

Agua efectiva 2.25 Lts.

Cemento 3.79Kg.

Adicin de los elementos de mezclado:

1) Luego se procede a aadir cada uno de las cantidades de los elementos, en el orden siguiente:

2) Primero una pequea cantidad de agua para mojar la superficie.

3) Luego se coloca el agregado grueso y el agregado fino, se mezcla durante un tiempo.

4) Seguidamente se vacia el cemento, se mezcla estos elementos.

5) Luego se procede colocar el agua batiendo con cuidado para no perder agua, y que la mezcla se haga conforme al diseo.

6) Vaciamos la mezcla del trompo a una carretilla

A. CALCULO DEL SLUMP

Material y Equipo:

Cono de Abrams. Varilla 5/8 de pulgada x 60 cm. Balanza de precisin. Bandeja. Regla Badilejo

Procedimiento:

Colocamos 3 capas de concreto fresco en el Cono de Abrams; la primera capa se coloc a una tercera parte del volumen del cono apisonndolo por medio de una varilla de acero con 25 golpes, la segunda hasta las dos terceras partes y por ltimo se apisona y enrasa, durante dicho proceso el cono debe permanecer lo ms quieto posible, ya que el ensayo puede fallar al mnimo movimiento.

Luego se procede a retirar cono y determinar el valor del asentamiento.

Al retirar el cono se determina el slump midiendo con una regla el asentamiento, con el cual determinamos su consistencia. Resultados de Ensayo:SLUMPOBERVACION

PROBETAcmPulg.consistencia

N 018.893.5C. Plastica

CONCLUSIN:La consistencia esperada o asumida fue una consistencia plstica cuyos valores fluctan entre 3-4 pulgadas y como podemos observar en la tabla adjunta los valores obtenidos corresponden al asentamiento predeterminado.

B. REALIZACIN DE LA PROBETA DE CONCRETO

1. Aceitamos las paredes del molde de la probeta (para evitar la adherencia de la mezcla al molde)

2. Colocamos la mezcla dentro del molde en tres capas. Cada una de estas capas es compactada con golpes realizados con el empleo de una varilla compactadora.

3. Luego se enraza la superficie.

4. se cubre con una bolsa para impedir que la evaporacin del agua de mezcla.C. DETERMINACIN DEL PESO UNITARIO DE CONCRETO FRESCO

Material y Equipo:

Concreto fresco Balanza de precisin Badilejo Moldes cilndricos de 6 de dimetro por 12 de altura.Procedimiento: 1) Ahora al tener compactadas las dos probetas se procede analizar el peso unitario del concreto fresco del concreto fresco siguiendo los pasos:2) Primeramente se registra el peso del molde vaco (el cual se ha registrado inicialmente antes de vaciar la mezcla).3) Pesamos la muestra en estado fresco, y la dejamos que se seque durante 24 horas4) Calculamos el volumen del molde a partir de sus dimensiones haciendo uso del vernier.

Resultados de Ensayo:

PROPIEDADPROBETA N 01

W molde ( kg)11.185

W molde + C (kg)24.460

Volumen(molde)(cm3)5301.438

P.U.de C (kg)2.504

D. PROPIEDADES MECANICAS EVALUADAS DEL CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO D.1. RESISTENCIA A LA COMPRESIN:Material y Equipo:

Mquina Universal de Compresin Simple Concreto fresco Moldes cilndricos de 6 de dimetro por 12 de altura.

MEDIDAS DE ACONDICIONAMIENTO PREVIO:

1) Luego de un da se desmoldan y se dejan curar en agua por 7 das, tiempo por el cual la resistencia del concreto deber alcanzar el 60% a 70% de su resistencia a los 28 das.

2) Despus de esta etapa se desencofra y se somete a un proceso de curado. Despus de todo este proceso se evaluara sus propiedades mecnicas.

3) Transcurrido el tiempo de curado se deja secar para luego ser sometidos al ensayo de compresin.

D.2. ENSAYO DE RESISTENCIA A COMPRESIN.Procedimiento Despus de que la probeta est seca ensayamos a compresin, utilizando la maquina universal. La probeta hemos ensayado a siete das por lo cual fc(a 7 das) es igual al 70% del fc de diseo.

Datos de las medidas.

D.3. RESULTADOS DEL ENSAYO.

DimetroAltura

1medida15.3030.0

2medida15.2430.3

3medida15.2830.2

promedio15.2730.2

cm/cm2/cm3mm

Dimetro15.27152.7

Altura30.2302

rea183.13

Volumen5530.47

MedidaCarga(Kg)Deformacin(mm)Esfuerzo(Kg/cm2)Deformacin unitaria

0000,000,00000

110000,055,460,00017

220000,2410,920,00079

330000,4716,380,00156

440000,5921,840,00195

550000,7127,300,00235

660000,8632,760,00285

770000,9538,220,00315

880001,0443,680,00344

990001,1349,150,00374

10100001,2754,610,00421

11110001,560,070,00497

1212000265,530,00662

1313000370,990,00993

CALCULOS Y RESULTADOS: Calculo de esfuerzo alcanzado en el laboratorio: Esfuerzo mximo alcanzado a los 7 das de curado: 70.99 kg/ cm2Para verificar si llegamos al porcentaje de resistencia requerido para los 7 das, hacemos:7 das 70%fc = 175 kg/ cm27 das. x %fc = 70.99 kg/ cm2 X = 23.6633% fc

V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

- La mezcla obtenida en laboratorio por el mtodo Walker da como resultado una mezcla sobregravosa tal como se haba predicho, por cuanto se concluye que este mtodo de diseo se puede utilizar con aditivos que mejoren la trabajabilidad del concreto tales como plastificantes, superplastificantes, microslica o incorporacin de aire.

- La mezcla obtenida por ser sobregravosa trae como consecuencia segregacin en el concreto fresco, esto por la diferencia de peso especfico entre el agregado fino y el grueso.

- La carga media de rotura de los testigos, calculada en laboratorio, fue de 13 toneladas; siendo este aproximadamente el 25% de la carga de rotura a los 28 das.- Existen ciertas restricciones en el desarrollo de la prctica en cuanto a las mediciones un tanto imprecisas porque el equipo utilizado no es el apropiado.

- Estos resultados son satisfactorios a pesar del poco tiempo de curado, por lo que nuestra resistencia equivale al 106.83 % de la resistencia de diseo (204Kg/cm) a pesar de slo tener 12 das de curado.

- Por la gran cantidad de grupos de prctica, que emplean el laboratorio y la poca disponibilidad de equipo, el horario de atencin del laboratorio debera ampliarse.

En contraposicin a lo anteriormente mencionado en cuanto al criterio econmico ha resultado ms favorable el diseo por el mtodo A.C.I. por el uso de menos cemento con un 96.3% con respecto al mtodo propuesto por Walker.

- De acuerdo al tipo de rotura que se ha presentado podemos determinar que se ha presentado una rotura tpica formando la falla un ngulo respecto a la horizontal.

- Se ha podido determinar mediante observacin directa de las probetas ensayadas y partidas que el grado de acomodo de las partculas no ha sido el ptimo, o sea que el mezclado y compactado han sido los correctos.

- Con respecto a la calidad del agregado grueso se puede afirmar que en cuanto a la grava esta es resistente pues no ha fallado en la rotura del concreto con excepcin de algunos granos meteorizados.

- El agregado fino presenta mucha impureza y finos por lo que sera necesario lavarlos o regular de alguna otra forma esta deficiencia.