Diseño Mezcla Hormigon-consorcio Vial Argelia

[Escriba el nombre de la compañía]

DISEÑO DE MEZCLA DE HORMIGON CONSORCIO VIAL LA ARGELIA

MEDELLIN

JULIO DE 2014

DVP - CCC

1 CARRERA 82A No. 34 - 34 TELFAX 444 25 39 MEDELLIN - ANTIOQUIA

INTRODUCCION

Con muestras de granulares y arena suministrada por el Contratista de Obra y cementos tipo I, , se realizará diseño de mezcla de hormigón para una resistencia a los 28 días de 140 kg/cm2, 175 kg/cm2, 210 kg/cm2 y 280 kg/cm2 , esta mezclas será utilizadas en solados, atraques de obras hidráulicas, muros y cimentaciones y tuberías reforzadas, con espesores mínimo de pared de 10 cm. La resistencia a la compresión se puede definir como la máxima resistencia medida de un espécimen de concreto o de mortero a carga axial. Generalmente se expresa en kilogramos por centímetro cuadrado (Kg/cm) a una edad de 28 días se le designa con el símbolo f’ c. Para de terminar la resistencia a la compresión, se realizan pruebas especímenes de mortero o de concreto; a menos de que se especifique de otra manera, los ensayes a compresión de mortero se realizan sobre cubos de 5 cm. en tanto que los ensayes a compresión del concreto se efectúan sobre cilindros que miden 15 cm de diámetro y 30 cm de altura. La resistencia del concreto a la compresión es una propiedad física fundamental, y es frecuentemente empleada en los cálculos para diseño de puente, de edificios y otras estructuras. El concreto de uso generalizado tiene una resistencia a la compresión entre 210 y 350 kg/cm2 un concreto de alta resistencia tiene una resistencia a la compresión de cuando menos 420 kg/cm2, resistencia de 1,400 kg/cm2 se ha llegado a utilizar en algunas aplicaciones de construcción.

ASPECTOS A CONSIDERAR EN EL DISEÑO

El diseño de mezcla de hormigón involucra los siguientes aspectos:

Definición de los parámetros del concreto que se requiere en la obra: 1. Manejabilidad requerida del concreto (estado fresco) 2. Resistencia a la compresión a la edad especificada 3. Condiciones de uso y exposición ambiental

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4. Recursos de obra, para el mezclado, transporte, colocación, curado, etc.

Característica física de los materiales de la mezcla, mínimo los siguientes: 1. Cemento: densidad, fraguado, finura, resistencia. 2. agregados: granulometría, limpieza, densidad, absorción, masa

unitaria. 3. Agua: aptitud para el uso. 4. Aditivo: prueba de desempeño.

Definición de proporciones de materiales: 1. Estimar el contenido de aire. 2. Estimar la cantidad de agua (relación A/C)

3. Calculo de contenido de cemento 4. Optimización de granulometría 5. Ajustes (si se requiere) de proporciones 6. Mezcla de prueba.

Ensayos de mezcla.

Ajuste de proporciones (si se requiere) Otras consideraciones básicas son: Economía El costo del concreto es la suma del costo de los materiales, de la mano de obra empleada y los equipos para su fabricación. Sin embargo excepto para algunos concretos especiales, el costo de la mano de obra y los equipos son muy independientes del tipo y calidad del concreto producido. Por lo tanto los costos de los materiales son los más importantes y los que se deben tomar en cuenta para comparar mezclas diferentes. Debido a que, normalmente, el cemento es más costoso que los agregados, es claro que minimizar el contenido del cemento en el concreto es el factor más importante para reducir el costo del concreto. En general, esto puede ser hecho del siguiente modo:

Utilizando el menor slump que permita una adecuada colocación.

Utilizando el mayor tamaño máximo del agregado (respetando las limitaciones indicadas en el capítulo anterior).

Utilizando una relación óptima del agregado grueso al agregado fino.

Y cuando sea necesario utilizando un aditivo conveniente

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Es necesario además señalar que en adición al costo, hay otros beneficios relacionados con un bajo contenido de cemento. En general, las contracciones serán reducidas y habrá menor calor de hidratación. Por otra parte un muy bajo contenido de cemento, disminuirá la resistencia temprana del concreto y la uniformidad del concreto será una consideración crítica. La economía de un diseño de mezcla en particular también debería tener en cuenta el grado de control de calidad que se espera en obra. Por lo tanto, la resistencia promedio del concreto producido debe ser más alta que la resistencia a compresión mínima especificada. Al menos en pequeñas obras, podría ser más barato “sobrediseñar” el concreto que implementar el extenso control de calidad que requeriría un concreto con una mejor relación costo – eficiencia. Trabajabilidad Claramente un concreto apropiadamente diseñado debe permitir ser colocado y compactado apropiadamente con el equipo, normalmente, disponible. El acabado que permite el concreto debe ser el requerido y la segregación y sangrado deben ser minimizados. Como regla general el concreto debe ser suministrado con la trabajabilidad mínima que permita una adecuada colocación y reacomodamiento de las partículas. La cantidad de agua requerida por trabajabilidad dependerá principalmente de las características de los agregados en lugar de las características del cemento. Cuando la trabajabilidad debe ser mejorada, el rediseño de la mezcla debe consistir en incrementar la cantidad de mortero en lugar de incrementar simplemente el agua y los finos (cemento). En algunos casos una menos mezcla económica podría ser la mejor solución. Y se deben prestar especial cuidado en obra al frecuente pedido de “más agua”. Resistencia y durabilidad En general las especificaciones del concreto requerirán una resistencia mínima a compresión. Estas especificaciones también podrían imponer limitaciones en la máxima relación agua/cemento (a/c) y el contenido mínimo de cemento. Es importante asegurar que estos requisitos no sean mutuamente incompatibles. No siempre y necesariamente la resistencia a compresión a 28 días será la más

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importante, debido a esto la resistencia a otras edades podría controlar el diseño. Entonces, el proceso de diseño de mezcla, envuelve cumplir con todos los requisitos antes vistos. Asimismo debido a que no todos los requerimientos pueden ser optimizados simultáneamente, es necesario compensar unos con otros. Finalmente debe ser recordado que incluso la mezcla perfecta no producirá un concreto apropiado si no se lleva a cabo procedimientos apropiados de colocación, acabado y curado.

DATOS

INICIALES

Tabla 01

Fecha Julio 2014

Cliente CONSORCIO VIAL ARGELIA

Proyecto Mantenimiento El Carmen - La Argelia Sector La Argelia - Parte Alta

Tipo de obra Varias

Resistencia 28 días 140 kg/cm2 , 175 kg/cm2, 210 kg/cm2,

280 kg/cm2

Equipos para elaboración Mezcladora manual de capacidad para 1.0 bultos de cemento.

Curado Riego manual por hidratación. Condiciones de exposición Clima cálido, lluviosos a húmedo. Al aire

Condiciones de control de calidad Regular (en campo no premezclado)

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CARACTERÍSTICA MINERALOGICA DE LOS MATERIALES Materiales de las playas del rio Atrato cerca al Siete, de tipo aluvial redondeado, con mediano contenido de partículas cuarzosas gris.

ENSAYOS SOBRE LOS AGREGRADOS MINERALES Se resumen algunos de los ensayos realizados sobre los materiales MATERIA ORGANICA

11

X

v

x

COLOR DE ENSAYO No 6

CUMPLE

NO CUMPLE


COLOR DE REFERENCIA No





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PESO ESPECÍFICO Y ABSORCION FINOS

1 2 3 PROMEDIO

479.6 478.6 477.7

500.0 500.0 500.0

297.8 296.4 301.2

202.2 203.6 198.8

500.0 500.0 500.0

20.4 21.4 22.3

181.8 182.2 176.5

2.372 2.351 2.403 2.375

2.473 2.456 2.515 2.481

2.638 2.627 2.707 2.657

4.3 4.5 4.7 4.5

A = Peso de la muestra seca al horno despues del ensayo

V = Volumen (Cm3) del matraz o picnometro

W = Peso en gramos del agua agregada al matraz para llenar su volumen

(Peso Matraz+Peso Muestra+Peso Agua) - (Peso Matraz+Peso Muestra)

ABSORCION (%) ((500-A)/A)*100)

PRUEBA No :

A (Grms) :

V (Grms) :

W (Grms) :

V - W

PESO MUESTRA S.S.S (500 Grms)

500 - A

(V - W) - (500 - A)

DENSIDAD BULK (A/(V-W))

DENSIDAD BULK S.S.S (500/(V-W))

DENSIDAD APARENTE (A/(V-W)-(500-A))

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PESO ESPECÍFICO Y ABSORCION GRUESOS

1 2 3 PROMEDIO

2755.0 1943.0 811.0

2835.0 2012.0 831.1

1760.0 592.9 517.2

1075.0 1419.1 313.9

995.0 1350.1 293.8

80.0 69.0 20.1

2.563 1.369 2.584 2.172

2.637 1.418 2.648 2.234

2.769 1.439 2.760 2.323

2.9 3.6 2.5 3.0

A = Peso de la muestra seca al horno despues del ensayo

B = Peso en el aire de la muestra saturada superficialmente seca

C = Peso de la muestra sumergida en agua

B - A

DENSIDAD BULK (A/(B-C))

DENSIDAD BULK S.S.S (B/(B-C))

DENSIDAD APARENTE (A/(A-C))

ABSORCION (%) ((B-A)/A)*100)

A - C

PRUEBA No :

A (Grms) :

B (Grms) :

C (Grms) :

B - C

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CARAS FRACTURADAS

B C D E F

% TAMAÑO PESO INICIALPESO PART.

FRACT.

%PART.

FRACT.

PART. FRACT.

CORREGIDO

PASA RETIENE % GRAMOS GRAMOS % %

11/2 1" 0.09 187.9 121.8 64.8 5.8

1" 3/4" 0.03 60.2 200.1 332.4 9.6

3/4" 3/8'' 0.75 1552.8 496.5 32.0 23.8

3/8'' No 4 0.14 281.3 71.6 25.5 3.4

2082.2 42.7

A

TAMIZ

PESO MUESTRA TOTAL (Grs) :

CARA FRACTURADA

CORREGIDO (%):

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ALARGAMIENTOS

PASA RETIENE

11/2" 1" 0.07 168.1 0.0 0.0 0.0

1'' 3/4" 0.21 534.2 125.7 23.5 4.9

3/4" 1/2" 0.43 1107.2 481.1 43.5 18.6

1/2" 3/8'' 0.19 486.0 216.9 44.6 8.4

3/8'' No 4 0.11 286.0 129.8 45.4 5.0

0.93 2581.5 953.5 31.4 36.9

36.9

TOTALES Y PROMEDIOS

ALARGAMIENTO:

EJECUTO REVISO

TAMAÑO% TAMAÑO

PESO TOTAL

PARTICULAS

PESO

PARTICULA

LARGA

%

PARTICULA

LARGA

%

CORREGIDO

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EQUIVALENTE DE ARENAS

LECTURA EQUIVALENTE DE

PUNTO ARCILLA ARENA ARENA

1 180 76

2 175 71

3 183 76

Prom.

41 %EQUIVALENTE DE ARENA

42.22

40.57

41.53

41.44

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GRADACION

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PESOS UNITARIOS

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DESGASTE MAQUINA DE LOS ANGELES

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14 CALLE 42B No. 81 A – 125 TELFAX 444 25 39 MEDELLIN - ANTIOQUIA

Tabla 1 Característica de los agregados

Característica Unidad Agregado

grueso

Agregado

fino Densidad compacta kg/m3 1,655.00 1,641.00

Densidad suelta kg/m3 1,605.00 1,565.00

Peso especifico SSS kg/m3 2,603.00 2,466.00

Peso especifico aparente kg/m3 2,643.00 2,524.00

Absorción % 0.90 1.60

Equivalente de arena % 41

Desgaste % 34.90

Perdida de solidez en sulfato de sodio % 4.40 6.44

Se muestra un material medianamente duro, con algún contenido de arcillas,

bien gradado.

VARIABILIDAD DE LA RESISTENCIA DEL HORMIGON

Debido a las condiciones de control de calidad, efecto de la fabricación de la mezcla de hormigón en obra, se debe determinar la resistencia de diseño, de tal manera que probabilísticamente, solo un 5% de los elementos ensayados este con resistencia por debajo de la especificada. La tabla No. 2 muestra el valor de la desviación estándar para los diferentes tipos de control de calidad.

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Tabla 2 Desviación estándar para diferentes controles de calidad en obra

σ = 0.14 fm

La probabilidad que la resistencia de diseño sea superada se determina así:

xXZ

Para una certeza del 95%, el valor de Z es igual a 1.65, con lo cual se tiene:

f’c f’c = fm - 1.65 σ

f’c = fm -1.65 x ( 0.14 fm )

f’c = fm - 0.231 fm

f’c = 0.769 fm

fm= f’c/0.769

Por lo tanto, la resistencia de diseño fm, se muestra en la tabla No.

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3 Tabla 3 Resistencia de diseño y resistencia especificada

Resistencia de mezcla (kg/cm2)

Especificada Diseño

140 178

175 222

210 266

280 355

En comparación la especificación INVIAS Articulo 630 -07, establece el siguiente rango de resistencia de diseño.

Tabla 4 Resistencia de diseño y especificada según INVIAS

Resistencia de mezcla (kg/cm2)

Especificada Diseño

140 210

175 245

210 295

280 365

Por el carácter del rigor del análisis probabilístico, referenciado en la norma ACI 211.1 -70, se toman los valores de diseño de la tabla 1.

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VALOR DE ASENTAMIENTO

De acuerdo al tipo de estructura se recomienda utilizar un asentamiento de 4 a 6 cms, para una consistencia del concreto tipo media y un grado de trabajabilidad medio. El concreto se debe vibrar manualmente (mirar tabla 5) Tabla 5 Valores recomendados de asentamiento

En comparación la especificación INVIAS establece los siguientes rangos de asentamiento Tabla 6 Asentamientos según articulo 630 -07 INVIAS

Para efecto de este diseño y por las condiciones de fabricación en campo, con mediano nivel de control de calidad se adopta un asentamiento de 6 cm CANTIDAD DE AGUA MAXIMA EN LA MEZCLA

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De acuerdo al asentamiento esperado y al tamaño máximo de los agregados se determina la cantidad de agua y el contenido de aire. En este diseño particular el tamaño máximo nominal es de 30.1 mm (11/2 pul). Tabla 7 Cantidad de agua y contenido de aire en la mezcla

La cantidad máxima de agua es de 170 kg/m3 de concreto y el contenido de aire atrapado es del 1.3% VALOR MÁXIMO DE LA RELACION AGUA: CEMENTO.

El valor máximo de la relación agua/cemento, se determina en base a la resistencia de diseño esperada a los 28 días.

Grafica 1 Relación agua – cemento vs resistencia en kg!cm2

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Tabla 8 Relación agua/cemento

Resistencia diseño Resistencia especificada Relación Agua /cemento

178 kg/cm2 140 kg/cm2 075

222 kg/cm2 175 kg/cm2 0.65

266 kg/cm2 210 kg/cm2 0.58

355 kg/cm2 280 kg/cm2 0.48

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GRADACIÓN

Las arenas corresponden a las suministradas por el contratista

Tabla 9 Gradación de las arenas

Tamiz %R e t . A cu m . %P asa

Pulgadas Milímetros 3/8¨ 9.50 0.00 100.00

No 4 4.75 0.00 100.00

No 8 2.36 26.62 73.38

No 16 1.18 49.01 50.99

No 30 0.600 67.35 32.65

No 50 0.300 86.03 13.97

No 100 0.150 95.36 4.64

No 200 0.075 98.01 1.99

Pasa 200

100.00

El agregado grueso son cantos rodados clasificados.

Tabla 10 Gradación agregado grueso

Tamiz %R e t . A cu m . %P asa

Pulgadas Milímetros

1 1/2" 38.1 0.00 100.00

1" 25.4 14.70 85.30

1/2" 12.7 67.93 32.07

No 4 4.76 98.83 1.17

No 8 2.36 99.57 0.43

Pasa 8 100.00

Para obtener un menor consumo de cemento, se sugiere utilizar una gradación densa, tipo Fuller,

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Tabla 11 Combinación propuesta vs gradación teórica de Fuller

Pulgadas Milimetros Porcentaje q ue p asa Porcentaje participacion

Combinacion Fulle 60 40

Gruesos Arenas Gruesos Arenas

11/2" 38.1 100 100 60 40 100 100.00

1" 25.4 85.3 100 51.18 40 91.18 83.32

1/2" 12.7 32.07 100 19.24 40 59.24 61.00

No 4 4.76 1.17 100 0.7 40 40.7 39.22

No 8 2.36 0.43 73.38 0.26 29.35 29.61 28.60

No 16 1.18 50.99 0 20.4 20.4 20.94

No 30 0.600 32.65 0 13.06 13.06 15.44

No 50 0.300 13.97 0 5.59 5.59 11.31

No 100 0.150 4.64 0 1.86 1.86 8.28

No 200 0.075 1.99 0 0.8 0.8 6.06

Pasa 200

Grafica 2 Combinación propuesta gradación teórica de Fuller

Se muestra que una combinación de 60% de agregado grueso y 40% de agregado fino, proporciona un adecuado esqueleto mineral, que garantiza un bajo consumo de cemento y una alta resistencia.


Tamaño máximo: 11/2”

Tamaño máximo nominal: 1”

Modulo de finura de la combinación: 5.29 Se verifica la demanda de agua por el ábaco No. 1, dando un valor de 163 lts/m3,

adopta para el diseño el valor de 170 lt/m3, determinado anteriormente.

Densidad promedio de los agregados: Grafica 3 Demanda de agua en función del modulo de finura y el asentamiento

CEMENTO

El contenido unitario de cemento (CUC) definido como la cantidad de


cemento para un metro cubico de mezcla) se determina de la siguiente manera:

Tabla 12 Contenidos del cemento

Resistencia Contenido cemento (kg)

140 kg/cm2 227

175 kg/cm2 262

210 kg/cm2 294

280 kg/cm2 355

Se estima el peso específico del cemento como de 3150 kg/m3

VOLUMEN PROMEDIO DE LOS AGREGADOS

Se determina en base a un metro cubico (1000 lts) de mezcla, considerando los volúmenes (o pesos) del cemento, agua y aire ya obtenidos.

Volumen total de agregados = 1000 litros - F Volúmenes del

(agua+cemento+aire) Para el caso de agregados con distintos pesos específicos

se tiene:

Volumen total de agregados = S Vai = PesoAG1/PeAG1 + PesoAG2/PeAG2 + ...+ PesoAFn/PeAFn Pero:

Vai = PTag*%AG1/PeAG1 + PTag*%AG2/PeAG2 + ...+ PTag*%AFn/PeAFn

Donde PTag es el peso total de los agregados y %AGi corresponde al porcentaje de participación de cada agregado.

Por lo tanto el peso total del agregado se determina así:


Tabla 13 Volumen y peso de los agregados para un metro cubico de mezcla

Resistencia (kg/cm2)

Volúmenes (dm

3)

Peso total

de los agregados

(kg)

Aire Agua Cemento Agregados

140 13 170 72.06 744.94 1932.43

175 13 170 83.17 733.83 1903.61

210 13 170 93.33 723.67 1877.26

280 13 170 112.7 704.3 1827.01

CANTIDAD PARA UN METRO CUBICO DE MEZCLA

Tabla 14 Cantidades de los componentes resistencia 140 kg/cm2

Para un metro cubico de hormigón de resistencia 140 kg/cm2

Componente Peso

(kg) Densidad

(Kg/dm3)

Volumen

(dm3)

Peso

SSS

Agua 170 1 170 170

Cemento 227 3.15 72.06 227

Agregado fino 772.97 2.524 306.25 785.34

Agregado grueso 1159.46 2.643 438.69 1169.9 Aire - - 13 -

Total 2329.43 1000 2352.24



Componente

Para un metro cubico resistencia 175

de hormigón

kg/cm2

de

Peso (kg)

Densidad

(Kg/dm3)

Volumen

(dm3)

Peso SSS

Agua 170 1 170 170

Cemento 262 3.15 83.17 262

Agregado fino 761.44 2.524 301.68 773.62


Total 2335.61 1000 2358.07


Componente

Para un metro cubico resistencia 210

de hormigón

kg/cm2

de

Peso (kg)

Densidad

(Kg/dm3)

Volumen

(dm3)

Peso SSS

Agua 170 1 170 170

Cemento 294 3.15 93.33 294

Agregado fino 750.9 2.524 297.5 762.91


Total 2341.26 1000 2363.41

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Componente

Para un metro cubico de hormigón resistencia 280 kg/cm2

de

Peso (kg)

Densidad

(Kg/dm3)

Volumen

(dm3)

Peso SSS

Agua 170 1 170 170

Cemento 355 3.15 112.7 355

Agregado fino 730.8 2.524 289.54 742.49


Total 2352.01 1000 2373.57

RELACIONES DE TRABAJO VOLUMETRICAS SUELTAS Con las densidades suelta es de los materiales, se determinan los volúmenes sueltos de los mismos y con ello las relaciones volumétricas para trabajo en campo (proporciones)

Tabla 18 Relación volumétrica suelta de los materiales

Resistencia (kg/cm2)

A gua (lts)

Relación volumétrica

Cemento Arena Grava

140 170 1.0 3.0 4.0

175 170 1.0 2.5 3.5

210 170 1.0 2.0 3.0

280 170 1.0 1.5 2.5

Se deben hacer las verificaciones correspondientes en obra de acuerdo al sistema de fabricación de la mezcla. ANEXOS

En el anexo No. 1 se muestran los resultados de los ensayos

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realizados.

CONCLUSIONES RECOMENDACIONES

Se debe verificar en obra que los materiales presenten el mismo grado de sanidad que los materiales presentado a laboratorio.

Se debe verificar la correcta dosificación en volumen de los componentes del hormigón.

Debe realizarse corrección al volumen de agua, dependiendo de la humedad de los agregados.

Una vez verificadas las proporciones se debe curar todos los elementos fabricados en campo, preferiblemente con tipo antisol.

Presento:

Ing. José Joaquín Lara Ruiz Gerente Técnico

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