Informe de Aci

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

DISEÑO DE MEZCLA POR EL METODO A.C.IINTRODUCCION

Actualmente, el concreto es el elemento más usado en el ámbito mundial para la construcción, lo que conlleva a la evolución de las exigencias para cada uso del mencionado elemento.Los ingenieros hemos llegado a tomar plena conciencia del rol determinante que juega el concreto en el desarrollo nacional. La adecuada selección de los materiales integrantes de la mezcla; el conocimiento profundo de los materiales integrantes de la mezcla; el conocimiento profundo de las propiedades del concreto; los criterios de diseño de las proporciones de la mezcla más adecuada para cada caso, el proceso de puesta en obra; el control de la calidad del concreto; y los más adecuados procedimientos de mantenimiento y reparación de la estructura, son aspectos a ser considerados cuando se construye estructuras de concreto que deben cumplir con los requisitos de calidad, seguridad, y vigencia en el tiempo que se espera de ellas.El diseño de mezclas es un proceso que consiste en calcular las proporciones de los elementos que forman el concreto, con el fin de obtener los mejores resultados.Existen diferentes métodos de Diseños de Mezcla; algunos pueden ser muy complejos como consecuencia a la existencia de múltiples variables de las que dependen los resultados de dichos métodos, aun así, se desconoce el método que ofrezca resultados perfectos, sin embargo, existe la posibilidad de seleccionar alguno según sea la ocasión.El adecuado proporciona miento de los componentes del concreto dan a este la resistencia, durabilidad, comportamiento, consistencia, trabajabilidad y otras propiedades que se necesitan en determinada construcción y en determinadas condiciones de trabajo y exposición de este, además con el óptimo proporciona miento se logrará evitar las principales anomalías en el concreto fresco y endurecido como la segregación, exudación, fisuramiento por contracción plástica y secado entre otras.

OBJETIVOS

OBJETIVOS PRINCIPALES

Realizar el diseño de mezclas por el método ACI cuya resistencia sea de f’c = 250 kg/cm2 (A los 28 días), de consistencia plástica.

Realizar el diseño de mezclas por el método ACI con aditivo cuya resistencia sea de f’c = 250 kg/cm2 (A los 28 días), de consistencia plástica.

Conocer la realización práctica y teórica del diseño de mezclas.

TECNOLOGIA DEL CONCRETODISEÑO DE MEZCLAS METODO ACI



OBJETIVOS SECUNDARIOS

Realizar el diagrama esfuerzo - deformación unitaria del concreto a ensayar.

Establecer el Módulo de Elasticidad del concreto. Verificar si lo que falla es la pasta o el agregado, para así poder determinar

si es de buena o mala calidad.

MARCO TEORICO

CONCRETO

Se denomina concreto a la mezcla de cemento, agregados inertes (grava y arena) y el agua, formado un conglomerado que endurece conforme progresa la reacción química del agua sobre el cemento.

Los elementos básicos que conforman el concreto se dividen en dos grupos: activos e inertes.

Los activos son el agua y el cemento, dependiendo de ellos al reacción química (o sea su endurecimiento mientras fragua) hasta alcanzar una solides de gran resistencia (dependiendo de sus proporciones).

Los elementos inertes son: la grava y la arena, que ocupan gran parte del volumen del producto total, y las proporciones en que se mezclan estos elementos varían de acuerdo con la granulometría de los agregados y la resistencia final requerida.

En porcentaje aproximado estos elementos nos representan cada uno su valor.

EL CEMENTO

Es el producto que proviene de la pulverización del producto obtenido mediante una fusión incipiente de materiales arcillosos y piedras calizas con óxidos de calcio (silicio, aluminio y fierro), y con un agregado posterior como yeso (sin calcinar) y agua; como no contiene oxido de calcio en libertad no requiere apagado, siendo esto una de las características principales en que se distingue la cal del cemento.




El poder cementante de este producto es mayor que las cales hidráulicas porque su fraguado es más rápido (en agua y aire) y porque su resistencia a la compresión es mayor.

Los cementos tipos portland son cementos hidráulicos elaborados con materiales cuidadosamente seleccionados, bajo sistema de regulación exacta, utilizando materiales calcáreos (piedras calizas) y materiales arcillosos (esquistos volcánicos). Algunas vecesse utilizan como ingredientes escoria de altos hornos. La materia prima se tritura, pulveriza y se mezclan proporciones adecuadas para efectuar la composición química correcta, vertiéndose en hornos rotatorios donde se calcina (a temperaturas mayores a 1 400 ºC) hasta formar escoria de cemento (Clinker); esta se enfría y pulveriza, agregándole yeso (en pequeñas cantidades) para regular el tiempo de fraguado. El producto final finalmente pulverizado es el cemento portland terminado.

Existen diversos tipos de cemento como los siguientes:

Cemento común y corriente (normal): es el cemento de uso general; se usa en construcciones de: pavimento, estructuras de edificios, puentes, grandes claros, tanques, tuberías para agua y en particular en lugares donde no están expuestas a la acción de sulfatos o en que el calor generado por la hidratación del cemento no origina un aumento perjudicial a la temperatura.

Cemento modificado: contiene menor calor de hidratación y genera para temperatura, tiene mayor resistencia al ataque de los sulfatos (como en las estructuras de carácter hidráulico de drenaje donde las concentraciones de sulfatos son mayores pero no máximas). Se utiliza en estructuras de claros intermedios (8 a 15 m) y muros de concreto y es muy factible su utilización en tiempo de calor.

Cemento de alta resistencia y fraguado rápido: se usa en obras de corto límite de tiempo donde se debe aprovechar al máximo la cimbra y se requiera el trabajo del concreto lo más rápido posible, pero la resistencia final es la misma que el tipo 1; es de máxima utilidad en climas fríos. Estos cementos tienen la característica principal de tener a los 6 días resistencias superiores a las que se adquieren en 28 días con un cemento tipo 1.

Cemento de bajo calor: es un cemento especial para grandes secciones (grandes espesores) y cuando la cantidad de calor deberá ser la mínima, el




desarrollo de su resistencia es muy lenta, precisamente por el espesor y el gran volumen a fraguar.

Cementos contra sulfatos: se usa en cimentaciones (y estructuras en general) donde existen o están expuestas a una acción de sulfatos en gran cantidad o están en contacto con agua o terrenos conteniendo álcalis, teniendo etapas muy lentas de endurecimiento.

Además de los cementos ya mencionados, también existen otro tipo de cementos conocidos como cementos especiales; dentro de los cuales tenemos:

Cemento blanco: se elabora con materia prima seleccionada (piedra caliza, crolin y yeso) mediante un proceso que no produce color o manchas.

Cemento impermeable: se elabora mediante materiales repelentes al agua.

Cementos especiales: para endurecer en altas temperaturas.

LOS AGREGADOSEstos materiales son importantes por ser un material más económico que el cemento y por su facilidad de obtención, pero también por ser el elemento que da cuerpo (forma la estructura interna) al concreto, teniendo que estar muy bien cuidadas las especificaciones de grava y de arena, su tamaño requerido, limpieza, tipo de cantera,(o lugar donde de explote) y en general de la calidad de estos agregados y por sus características física, químicas y mecánicas dependerán directamente los resultados buscados.De manera general se pueden mencionar tres tipos de agregados:a) Agregados finos (arenas).




b) Agregados grueso (gravas).c) Agregados livianos o ligeros.

a. Agregado fino Constitución y origen de las arenas

La arena está constituida por granos sueltos y de estructura cristalina que provienen de la disgregación de las rocas naturales, por procesos mecánicos o químicos que arrastrados por corrientes aéreas o fluviales se acumulan en diferentes lugares. Las artificiales se obtienen mediante la trituración y molienda de rocas duras determinadas.De acuerdo con su origen las arenas toman el nombre de:

- Sílicas o cuarzosas.- Calizas.- Graníticas y arcillosas.

Con respecto a su dureza y estabilidad química las arenas sílicas son las mejores; las arenas calizas provienen de rocas calizas muy duras, no aceptando las de tipo blando. Las arenas de origen granítico, por su alterabilidad y por su poca homogeneidad, no deben usarcé salvo en el caso que contengan bastante cuarzo.

Tipos de arena

Las arenas de acuerdo con su procedencia o localización se denominan:- De rio.- De mina.- De playa o duna.- Artificiales.

a) Las arenas de rio, generalmente de partículas redondas por el acarreo que han sufrido, pueden contener arcillas y otras posibles impurezas, o bien pueden ser blandas, dependiendo de su localización.

b) Las arenas de mina son las depositadas en el interior de la tierra; están generalmente formadas por granos más angulosos, conteniendo arcillas y materia orgánicas.

c) Las arenas de playa o duna solamente se pueden emplear mediante un proceso de lavado (en agua dulce) siempre que tengan el tamaño adecuado, pues contienen sales alcalinas que absorben y retienen la humedad, dando con el tiempo origen a eflorescencias que son perjudiciales para los acabados interiores (por esta razón no se utilizaran granos muy pequeños).




d) Las arenas artificiales son de granos angulosos y superficie rugosa; no contienen polvo suelto por el proceso de cribado y selección a que son sometidas después de ser trituradas y molidas. Son aptas para los morteros y concretos, siempre y cuando provengan de rocas duras y no tengan aristas vivas y ángulos muy agudos, pues esto hace que disminuya la resistencia del conjunto.

Tamaño de los granosLas arenas, de acuerdo con el tamaño de sus granos, se clasifican en gruesas, medianas y finas. Son gruesas si pasan por un tamiz (malla metálica) de 5 mm y medianas si pasan por el de 2 mm. El tamaño de los granos es muy importante en la dosificación de morteros y la proporción en que se encuentran los granos de distinto tamaño constituye la composición granulométrica de la muestra y la óptima estructura es aquella en la que se combinan granos finos, medianos y gruesos; para dar la máxima compacidad; es decir, cuando los granos finos llenan los vacíos de los granos gruesos.

b. Agregado grueso Constitución de los agregados gruesos

Los agregados gruesos que se utilizan al mismo tiempo (para formar el conjunto) con las arenas para la dosificación de los concretos, deberán satisfacer las condiciones de estas, debiendo estar limpios, ser resistentes y tener una composición química estable.

Tamaño de los granosEl tamaño de estos agregados varia con el tipo o la clase de obra, empleándose desde 30, 50 y 90 mm para concretos simples o ciclópeos y en el concreto armado el tamaño será dado por la separación del refuerzo y se exige un maximo inferior de ¼’’ que es la minima separación entre refuerzos y entre la cimbra o molde y el refuerzo próximo.

EL AGUA

La relación agua-cemento es muy importante, porque el aumento de agua requerida da por resultado la disminución de la fatiga del concreto a los 28 días; por lo regular, cuando la mezcla no puede ser muy manejable, los operarios, sin la autorización del supervisor de obra, aumentan agua a las revolturas, siendo indispensable la vigilancia del residente de obra.




El agua para mezclar el concreto deberá estar libre de acidos, álcalis y grasa (limos, sales y otras impurezas) a menos que los análisis o la experiencia indiquen que, a pesar de contener cualquier elemento, el agua puede ser aprovechada, evitando principalmente el agua que contenga cuerpos orgánicos, porque pueden interferir con el fraguado del cemento.En todas las especificaciones se pedirá que el agua (no contenga sulfatos) sea potable.

PROPIEDADES DEL CONCRETO

a. TRABAJABILIDAD

Se entiendo por trabajabilidad a aquella propiedad del concreto al estado no endurecido la cual determina su capacidad para ser manipulado, transportado, colocado y consolidado adecuadamente, con un mínimo de trabajo y un máximo de homogeneidad; así como para ser acabado sin que se presente segregación.

b. CONSISTENCIA

La consistencia del concreto es una propiedad que define la humedad de la mezcla por el grado de fluidez de la misma; entendiéndose con ello que cuanto más húmeda es la mezcla mayor será la facilidad con la que el concreto fluirá durante su colocación.

Las normas alemanas clasifican al concreto, de acuerdo a su consistencia, en tres grupos:

- Concretos consistentes o secos.- Concretos plásticos.- Concretos fluidos.

c. RESISTENCIA

La resistencia del concreto es definida como el máximo esfuerzo que puede ser soportado por dicho material sin romperse. Dado que el concreto está destinado principalmente a tomar esfuerzos de compresión, es la medida de su resistencia a dichos esfuerzos la que se utiliza como índice de su calidad.




d. DURABILIDAD

El concreto desde ser capaz de endurecer y mantener sus propiedades en el tiempo aun en aquellas condiciones de exposición que normalmente podrían disminuir o hacerle perder su capacidad estructural. Por tanto, se define como concreto durable a aquel que puede resistir, en grado satisfactorio, los efectos de las condiciones de servicio a las cuales está sometido.

e. DENSIDAD

En determinados tipos de obras, la selección de las proporciones de la mezcla de concreto es efectuada fundamentalmente para obtener alta densidad. En estos casos, empleando agregados especiales, se pueden obtener concretos trabajables con pesos unitarios del orden de 5600 kg/m3.

Ejemplos de aplicación de tales concretos son los recubrimientos pesados empleados para mantener las tuberías de los oleoductos debajo del agua; las pantallas de protección contra las radiaciones en las centrales nucleares; y determinados elementos empleados para aislamiento del sonido.

f. GENERACION DE CALOR

Un aspecto importante de la selección de las proporciones de los concretos masivos es el tamaño y perfil de la estructura en la cual ellos van a ser empleados. Ello es debido a que la colocación de grandes volúmenes de concreto puede obligar a tomar medidas para controlar la generación de calor debida al proceso de hidratación del cemento, con los resultantes cambios de volumen en el interior de la masa de concreto y el incremento en el peligro de figuración del mismo.

g. ELASTICIDAD

El concreto no es un material completamente elástico y la relación esfuerzo deformación para una carga en constante incremento adopta generalmente la forma de una curva. Generalmente se conoce como Modulo de Elasticidad a la relación del esfuerzo a la deformación medida en el punto donde la línea se aparta de la recta y comienza a ser curva.

h. ESCURRIMIENTO PLASTICO




Cuando el concreto está sujeto a una carga contaste, la deformación producida por dicha carga puede ser dividida en dos partes: la deformación elástica, la cual ocurre inmediatamente y desaparece totalmente en cuanto se remueve la carga, y el escurrimiento plástico el cual se desarrolla gradualmente.

El escurrimiento plástico puede por lo tanto ser definido como el alargamiento o acortamiento que sufre una estructura de concreto como consecuencia de una solicitación uniforme y constante de tracción o compresión respectivamente.

i. DILATACION TERMICA

Sabemos que las propiedades térmicas del concreto son importantes en relación con el mantenimiento en valores mínimos de los cambios de volumen.

La conductividad térmica es la medida de la velocidad con la cual el calor es transmitido a través de un concreto de área y espesor unitario cuando hay una diferencia unitaria de temperatura entre las dos caras.

La conductividad térmica es utilizada, en conexión con el calor específico y la determinación de un coeficiente denominado “difusidad”, el cual es un índice de la facilidad con la cual el concreto soporta los cambios de temperatura.

ESTADOS DEL CONCRETO

a. ESTADO FRESCO

Al principio el concreto parece una “masa”. Es blando y puede ser trabajado o moldeado en diferentes formas. Y así se conserva durante la colocación y la compactación. Las propiedades más importantes del concreto fresco son la trabajabilidad y la cohesividad.

b. ESTADO FRAGUADO

Después, el concreto empieza a ponerse rígido. Cuando ya no está blando, se conoce como fraguado del concreto El fraguado tiene lugar después de la compactación y durante el acabado.




c. ESTADO ENDURECIDO

Después de que concreto ha fraguado empieza a ganar resistencia y se endurece. Las propiedades del concreto endurecido son resistencia y durabilidad.

MEZCLAS EN EL LUGAR

El concreto hecho en obra es el material de construcción de mayor empleo en la edificación y vivienda. Muchos fabrican concreto, sin embargo pocos cuidan el proceso para asegurar la calidad.

El concreto hecho en el lugar de la obra se puede clasificar en 9 etapas:

Etapa 1 “Materiales”

El empleo de materias primas de calidad, no contaminadas y correctamente almacenadas, son esenciales para la calidad del concreto hecho en obra.Cemento: Almacena sobre tarimas o soportes de madera que impidan el contacto con el suelo o humedad (mínimo 10 cm de elevación).Arena y grava: A mayor tamaño de la grava se requiere menos cantidad de agua y cemento; sin embargo, cuida no exceder las dimensiones máximas de acuerdo al tipo de armado.Agua: Los contenedores o tambos deben estar limpios y libres de óxidos antes de vaciar el agua e impide la contaminación con materia orgánica, sales o aceites.

Etapa 2 “Proporcionamiento”

Una mezcla bien diseñada reduce costos (porque emplea sólo el cemento requerido); garantiza la trabajabilidad en estado fresco y la resistencia-durabilidad en estado endurecido.

Etapa 3 “Dosificación”

La forma más fácil de dosificar el concreto en obra es por volumen (litros), mientras que el concreto premezclado se dosifica de manera exacta por peso (kilogramos).

Recomendaciones: Emplea cubetas de plástico con una capacidad de 18 a 20 litros.




Etapa 4 “Mezclado”

Se deben obtener mezclas uniformes y homogéneas. Una revoltura mal mezclada tiene partes “pobres” (falta de cemento) en algunas zonas y “ricas o chiclosas” (cargada de cemento) en otras.

Recomendaciones: Realiza el mezclado óptimo por medios mecánicos (uso de revolvedora). El mezclado manual (a pala) NO alcanza la calidad del mezclado mecánico.

Etapa 5 “Transporte”

Se debe garantizar la conservación de las características de uniformidad y cohesión de la mezcla.

Recomendaciones: Transporta adecuadamente la mezcla mediante cubetas o carretillas.

Etapa 6 “Vaciado”

El concreto en el interior de la cimbra debe quedar denso (sin huecos) y uniforme (sin segregación) para asegurar el correcto desempeño ante cargas y medio ambiente al cual es sometido.

Recomendaciones: Evita el desplazamiento de la cimbra y/o acero de refuerzo.

Etapa 7 “Compactación o vibrado”




Es vital eliminar el aire atrapado y los huecos en la mezcla para obtener un concreto denso y de mayor impermeabilidad.

Recomendaciones: Alcanza la compactación óptima por medios mecánicos (uso de vibrador), aunque se puede ejecutar de forma manual (varillado).

Etapa 8 “Acabado”

La finalidad es brindar calidad apropiada y buena apariencia a la superficie terminada del concreto. Otras veces se trata sólo de preparar la superficie para recibir el acabado definitivo.

Recomendaciones: Para una mejor resistencia al desgaste e impermeabilidad, debes asegurar un buen acabado en pisos y losas.

Etapa 9 “Curado”

Un buen curado es indispensable para alcanzar la resistencia deseada y para reducir el agrietamiento a edades tempranas. Si no se realiza adecuadamente, el concreto se encoge y agrieta desde recién endurecido, y su resistencia puede ser 30% menor.

Recomendaciones: Existen varios sistemas para curar, procura emplear el más eficiente: Inunda el elemento totalmente con agua limpia.

MEZCLAS EN PLANTA

Los componentes del concreto, por lo general, se almacenan en plantas dosificadoras antes de cargarlos en la mezcladora. Estas plantas tienen equipo para pesaje y control, y tolvas o depósitos para almacenar el cemento y los agregados. La dosificación se controla con básculas manuales o automáticas.

Siempre que es posible, se utiliza el mezclado con máquina para lograr el mezclado y consistencia uniformes de cada carga. Se logran buenos




resultados con las mezcladoras del tipo tambor giratorio, de uso generalizado en Estados Unidos y con mezcladores de contracorriente, en las cuales las aspas mezcladoras giran en sentido opuesto al tambor.

El tiempo de mezclado, contado desde el momento en que los ingredientes y el agua están en el tambor, debe ser, por lo menos, de 1.5 minutos para una mezcla de 1 yarda3, más de 0.5 min por cada yarda3 de capacidad adicional.

Dosificadora móvil (mezclador continuo). Los mezcladores dosificadores móviles son camiones especiales que dosifican por volumen y mezclan continuamente el concreto a medida que los materiales se van alimentando de manera continua.

Mezcladores de alta energía a diferencia de los mezcladores de concreto convencionales, primero mezclan el cemento y el agua para formar una lechada por medio de aspas rotatorias de alta velocidad. En seguida se agrega la lechada a los agregados y se mezcla con un equipo convencional para producir una mezcla de concreto uniforme.

TRANSPORTACION DEL CONCRETO

El método usado para transportar el concreto depende de cuál es el menor costo y el más fácil para el tamaño de la obra. Algunas formas de transportar el concreto incluyen: un camión de concreto, una bomba de concreto, una grúa y botes, una canaleta, una banda transportadora y un malacate o un montacargas. En trabajos pequeños, una carretilla es la manera más fácil para




transportar el concreto. Siempre transporte el concreto en una cantidad tan pequeña como sea posible para reducir los problemas de segregación y desperdicio.

MANEJO Y COLOCACION DEL CONCRETO

MANEJO

Al manejar y usar cemento o concreto fresco, evite el contacto con la piel. Lleve ropa y el equipo protector adecuados.

COLOCACION

Al colocar el concreto tenga mucho cuidado en no dañar o mover las cimbras y el acero de refuerzo. Coloque el concreto tan cerca de su posición final como sea posible. Empiece colocando desde las esquinas de la cimbra o, en el caso de un sitio con pendiente, desde el nivel más bajo. La cimbra debe resistir la presión del concreto que se vacíe en ésta.

METODO DE DISEÑO DEL A.C.I

El método de fineza de la combinación de agregados, utilizado para calcular las proporciones del concreto, consta de los siguientes pasos:

Paso Nº 01: Primeramente se debe contar con los datos de necesarios de los agregados y del cemento que se va a emplear en el concreto.

Además, se debe contar con las características de concreto que se desea elaborar.

Datos de los agregados:

Agregado fino:

Peso específico de masa. Absorción. Contenido de humedad. Módulo de finura.

Agregado grueso:

Tamaño máximo nominal. Peso unitario volumétrico compactado. Peso específico de masa.




Absorción. Contenido de humedad. Módulo de finura.

Datos del cemento:

Peso específico.

Características del concreto:

Resistencia en compresión de diseño a los 28 días. Consistencia. Desviación estándar.

Paso Nº 02: Una vez que se cuente con los datos requerido, se calcula la resistencia promedio; para lo cual se hace uso de las siguientes formulas:

f ' cr=f ' c+1.34 S…………………(I )

f ' cr=f ' c+2.33 S−35………….(II )

Donde :

f 'cr=resistencia promedio

f 'c=resistencia encompresiondediseñoa los 28dias

S=desviacionestandar

Luego de reemplazar los valores correspondientes; se selecciona como resistencia promedio el mayor valor de las ecuaciones (I) y (II).

Nota: Según el valor que se obtenga para la resistencia promedio, sería importante tener en consideración el siguiente cuadro:

Grado de control de calidad f 'cr

Excelente 1.1 f ' c

Bueno 1.2 f ' c

Malo/No existe 1.3−1.5 f 'c




Paso Nº 03: Se selecciona el tamaño máximo nominal (TMN), el cual será el menor valor de los 4 datos siguientes:

Dato Tamaño máximo nominal del A.G (TMN)

Granulometría Abertura del tamiz inmediatamente superior al que retiene del 14-15%

Peralte de lozas Menor que h/3

Espacio mínimo entre caras de encofrados

2e/5

Espacio mínimo entre elementos de refuerzo

3e/4

Paso Nº 04: Determinación del slump (asentamiento), el cual dependerá del tipo de consistencia requerido para el concreto.

Consistencia Slump (Asentamiento) Trabajabilidad

Seca 0’’ a 2’’ Poco trabajable

Plástica 3’’ a 4’’ Trabajable

Húmeda o fluidica Mayor a 5’’ Muy trabajable

Nota: Este valor muchas veces hay que elegirlo en función de las condiciones del proyecto.

Paso Nº05: Determinar el volumen de mezcla o también denominado volumen unitario de mezcla. Este valor se determina utilizando la siguiente tabla:

Asentamiento

Agua, en 1/m3, para los tamaños máximos nominales del agregado grueso y consistencia indicados

3/8'' 1/2'' 3/4'' 1'' 1 1/2'' 2'' 3'' 6'' Concretos sin aire atrapado

1'' a 2'' 207 199 190 179 166 154 130 113




3'' a 4'' 228 216 205 193 181 169 145 1246 a 7'' 243 228 216 202 190 178 160 …

Concretos con aire atrapado 1'' a 2'' 181 175 168 160 150 142 122 1073'' a 4'' 202 193 184 175 165 157 133 1196 a 7'' 216 205 197 184 174 166 154 …

Paso Nº 06: Se selecciona el contenido de aire del concreto, para lo cual se hace uso de la siguiente tabla:

Tamaño máximo nominal (TMN) Aire atrapado3/8'' 3.0%1/2'' 2.5%3/4'' 2.0%1'' 1.5%

1 1/2'' 1.0%2'' 0.5%3'' 0.3%6'' 0.2%

Paso Nº 07: Determinación de la relación agua cemento. Esta relación selecciona únicamente por resistencia, utilizando el siguiente cuadro

f 'cr(28 días)

Relación agua-cemento de diseño en peso

Concretos sin aire incorporado

Concretos con aire incorporado

150 0.80 0.71200 0.70 0.61250 0.62 0.53300 0.55 0.46350 0.48 0.4400 0.43 …450 0.38 …

Nota: si el valor de la resistencia promedio no encaja en los valores de la tabla, será necesario realizar una interpolación, para hallar el valor requerido.




Paso Nº 08: Se calcula el factor cemento (F.C), utilizando la siguiente relación:

F .C=VolumenUnitario de AguaRelacion Agua−Cemento

Paso Nº 09: se calcula mediante tablas la cantidad de agregado grueso.

Paso Nº 10: Se calcula el volumen de agregado fino por el método de volumen absoluto.

V |AF|=1m3−∑ V|¿|(C+agua+aire+AG)¿

Paso Nº 11: Se elabora un cuadro con los valores de diseño en laboratorio.

Paso Nº 12: Corrección por humedad de los agregados. Esta operación se realiza siguiendo el siguiente procedimiento:

a) Se calcula el peso húmedo de los agregados, multiplicando el valor de diseño de cada agregado por “1+contenido de humedad”.

b) Se calcula la humedad superficial de cada agregado, mediante la diferencia: “Contenido de humedad-absorción”.

c) Se calcula el aporte de agua por humedad del agregado, para ello se calcula el aporte individual del agregado fino y grueso, multiplicando el valor de diseño por la humedad superficial. Finalmente el aporte de agua será la suma del aporte individual de cada tipo de agregado.

d) Se calcula el agua efectiva. Este valor se evalúa mediante la diferencia del volumen unitario de agua con el aporte de agua del agregado.

e) Finalmente se elabora un cuadro con las proporciones de los materiales ya corregidos por humedad del agregado.Estos datos corresponderán al material al pie de obra.




Paso Nº 13: Se calcula la proporción en peso de los materiales componentes del concreto diseñado.

Paso Nº 14: Se halla los pesos por tanda de un saco.

VERIFICACION DEL DISEÑO “MEZCLA DE PRUEBA”

Para verificar el diseño de una mezcla de concreto, en el laboratorio, se confeccionan 3 probetas estándar de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura; teniendo en cuenta las proporciones halladas en el diseño y considerando los desperdicios que se podrían generar al momento de vaciar el concreto a la probetas.

Luego de confeccionadas las probetas, estas se secan y se someten a un proceso de curado durante un periodo de 7 días, tiempo después del cual, estas probetas serán ensayadas en la maquina universal de compresión, con el fin de verificar si cumple con las características del concreto diseñado.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

DISEÑO DE UNA MEZCLA DE CONCRETO

Problema: Diseñar una mezcla de concreto para un fc’=250kg/m2, de consistencia plástica y con una desviación estándar de 21 kg/m2.

MATERIALES

a) Cemento :




Portland ASTM TIPO I “Pacasmayo” Peso Específico………………………………………………..3.15 gr/cm3

b) Agua: Potable, de la red pública de la ciudadc) Agregado fino: Peso específico de masa…………………………………......2.611 gr/cm3

Peso específico saturado superficialmente seco…………...2.667 gr/cm3

Peso unitario suelto seco………….......................................1579 Kg/cm3

Peso unitario compactado seco………….............................1759.4 Kg/cm3

Absorción…………………………………………………………….2.119 % Contenido de humedad…………………………………………….2.872 %d) Agregado grueso: Tamaño máximo nominal (TMN)………………………………………..1’’ Peso específico de masa…………………………………..…2.686 gr/cm3

Peso específico saturado superficialmente seco…………...2.725 gr/cm3

Peso unitario suelto seco………….......................................1526.4 Kg/cm3

Peso unitario compactado seco………….............................1678.7 Kg/cm3

Absorción…………………………………………………………….1.454 % Contenido de humedad…………………………………………….1989 % Módulo de finura............................................................................7.707

Solución:

Paso Nº01: Características del concreto solicitado

fc’=250kg/m2

Consistencia plástica

Paso Nº 02: Determinación de la Resistencia promedio: Como el nivel de control de calidad es bueno.

f ' cr=1.2 f 'c…………………(I )

f ' cr=f ' c+84 ………………… (II)

Reemplazamos valores, y elegimos el mayor dato obtenido:

f ' cr=1.2∗250=300kg /m2………….(I )

f ' cr=250+84=334 kg/m2………….(II )




Comparándolos datos obtenidos en (I) y en (II), elegimos la siguiente resistencia promedio:

∴ f 'cr=334 kg/m2

Paso Nº 03: Selección del tamaño máximo nominal (TMN) del A.G

Mediante los datos granulométricos, obtenidos en el ensayo de agregados de la cantera “El guitarrero”; determinamos un Tamaño Máximo Nominal del agregado grueso equivalente a 1’’.

∴TMN A .G=1 ' '

Paso Nº 04: Determinación del SLUMP (Asentamiento)

El asentamiento o SLUMP, se toma del siguiente cuadro:

Consistencia Slump (Asentamiento) Trabajabilidad

Seca 0’’ a 2’’ Poco trabajable

Plástica 3’’ a 4’’ Trabajable

Húmeda o fluidica Mayor o igual a 5’’ Muy trabajable

∴SLUMP=3' '−4' '

Paso Nº 05: Determinación del volumen de agua de mezcla (V. unitario)

Este dato se obtiene de la siguiente tabla; para ello se entra con los datos del asentamiento y el tamaño máximo nominal del A.G:

AsentamientoAgua, en 1/m3, para los tamaños máximos nominales

del agregado grueso y consistencia indicados

3/8'' 1/2'' 3/4'' 1'' 1 1/2'' 2'' 3'' 6'' Concretos sin aire atrapado

1'' a 2'' 207 199 190 179 166 154 130 1133'' a 4'' 228 216 205 193 181 169 145 1246 a 7'' 243 228 216 202 190 178 160 …

Concretos con aire atrapado 1'' a 2'' 181 175 168 160 150 142 122 1073'' a 4'' 202 193 184 175 165 157 133 119




6 a 7'' 216 205 197 184 174 166 154 …En la tabla se determina que para un agregado grueso de TMN de 1’’, en una mezcla de consistencia plástica y sin aire incorporado, corresponde un volumen unitario de 193 lt/m3.

∴Volumenunitario deagua=193<¿m3

Paso Nº 06: Selección del contenido de aire (aire atrapado)

Para la selección del contenido de aire atrapado entra con el TMN del A.G, a la siguiente tabla:

Tamaño máximo nominal (TMN) Aire atrapado3/8'' 3.0%1/2'' 2.5%3/4'' 2.0%1'' 1.5%

1 1/2'' 1.0%2'' 0.5%3'' 0.3%6'' 0.2%

En la tabla se determina que el contenido de aire atrapado para un agregado grueso de tamaño máximo nominal de 1’’, es de 1.5 %.

∴ Aireatrapado=1.5 %

Paso Nº07: Relación agua-cemento

En este caso no presenta ningún tipo de acción externa que pudiera dañar el concreto, se seleccionara la relación agua-cemento únicamente por resistencia. Esto mediante la siguiente tabla:

f 'cr(28 días)

Relación agua-cemento de diseño en peso

Concretos sin aire incorporado

Concretos con aire incorporado

150 0.80 0.71200 0.70 0.61




250 0.62 0.53300 0.55 0.46350 0.48 0.4400 0.43 …450 0.38 …

Como el dato de la resistencia promedio no encaja en la tabla, se calculara la relación agua-cemento mediante interpolación:

350−334350−220

= 0.48−x0.48−0.57

≫≫≫ x=0.50

∴Relacion Agua−Cemento=0.50

Paso Nº 08: Factor Cemento (F.C)

El factor cemento lo calculamos por la relación siguiente:

F .C=VolumenUnitario de AguaRelacion Agua−Cemento

F .C= 1930.50

=386kg /m3=9.08bolsas/m3

∴F .C=386kg

m3=9bolsas/m3

Paso Nº 09: Calculo de la cantidad del agregado grueso.

Por tabla se tiene interpolando para hallar C:

2.40−2.502.40−2.60

= 0.71−x0.71−0.69

x=0.713




C= b / b0

b =C* b0

b =0.713* 1485.32

b =1059.03 kg/m3

Paso Nº 10: Calculo del volumen absoluto

La suma de los volúmenes absolutos de los elementos.

Cemento……………………………. 386/ (3.12 * 1000) = 0.112 m3

Agregado grueso…………………...1059.03/ (2.510*1000)=0.428 m3

Agua……………………………….....………193 / (1 * 1000) = 0.193 m3

Aire……………………………………………………….1.5 % = 0.015 m3

Volumen absoluto de la pasta………………………..…………0.7536 m3

∴Volumenabsoluto=0.7536 m3

Volumen del agregado fino = 1 - 0.7536 = 0.246 m3.

Peso suelto seco del AF = 0.246*2.59 = 638 kg/m3

Paso Nº 11: Valores de diseño en laboratorio

Cemento………………………………………………………….…..386 kg/ m3

Agua de diseño………………………………………………………...…193 lt/ m3

Agregado fino seco…………………………………………………638 kg/ m3

Agregado grueso seco………………………………………..….1059.03kg/ m3

Paso Nº 12: Corrección por humedad de los agregados

a) Humedad superficial: Agregado fino…………………………………….2.99 – 1.32 = 1.67 % Agregado grueso…………………………………1.01 – 0.81= 0.23 %b) Aporte de agua por humedad del agregado:




Agregado fino.……………………638* (+ 1.67*10^(-3)) = +10 lt/m3

Agregado grueso………………1059 * (+ 2.30*10^(-3)) = + 2.43 lt/m3

Aporte de agua por humedad………………………………..+ 12.43 lt/m3

c) Agua efectiva: Agua efectiva…………………………………...193 – 12.43 = 180.59 lt/m3

Los pesos de los materiales integrantes de la unidad cubica de concreto, ya corregidos por humedad del agregado, a ser empleados en las mezclas de prueba serán (materiales al pie de obra):

Cemento…………………………………………………………….386 kg/ m3

Agua efectiva….………………………………………………….…180.59lt/ m3

Agregado fino húmedo…..………………………………………644.44 kg/ m3

Agregado grueso húmedo….………………………………….1090.69 kg/ m3

Paso Nº 13: Proporción en peso:

a) Materiales corregidos: 386

378.43:

644.44378.43

:1090.69378.43

≫≫≫1 :1.7 :2,82/20.45<¿bolsa

∴1 :1.7 :2.82 0.46<¿bolsa




VERIFICACION DEL DISEÑO “MEZCLA DE PRUEBA”En nuestra práctica solamente se elaboró una probeta de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura; para ello se realizaron los siguientes cálculos:

V probeta=A∗H=3.14∗D2

4∗H

V probeta=π∗0.152

4∗0.30

V probeta=5.3014∗10−3m3

Calculo para 3 probetas: V=3∗5.3014∗10−3m3=0.0159≈ 0.02m2

Cantidades de material para elaborar la probeta de concreto: Cemento………………………………………..…355 * 0.006 = 2.37 kg Agua efectiva…………………………………..….187.9 * 0.006 = 1.25 lt A.F húmedo…………………………………...….444.42 * 0.006= 2.96 kg A.G húmedo...............................................…....1087.63 * 0.006= 7.25 kg

Con estas cantidades de material se realiza la mezcla correspondiente, la cual será vaciada a la probeta estándar mencionada anteriormente. Luego de ello se somete a la probeta a un periodo de curado de 7 días; para finalmente someterla a un ensayo de compresión.Los datos del ensayo de compresión obtenidos en el ensayo son los siguientes:

Tiempo =4.15 min H (mm.) D (mm.) Área (cm2)300 150 176.71

Punto Carga(Kg.)

DeformaciónTotal (mm.)

Esfuerzo(Kg./cm2)

DeformaciónUnitaria

1 1000 0.09 5.65884242 0.000300002 2000 0.28 11.3176848 0.000933333 3000 0.44 16.9765273 0.001466674 4000 0.515 22.6353697 0.001716675 5000 0.72 28.2942121 0.002400006 6000 0.85 33.9530545 0.00283333


A

D=15 cm

H=30 cm



7 7000 0.93 39.6118969 0.003100008 8000 1.04 45.2707394 0.003466679 9000 1.1 50.9295818 0.0036666710 10000 1.2 56.5884242 0.0040000011 11000 1.27 62.2472666 0.0042333312 12000 1.33 67.9061090 0.0044333313 13000 1.383 73.5649515 0.0046100014 14000 1.445 79.2237939 0.0048166715 15000 1.507 84.8826363 0.0050233316 16000 1.55 90.5414787 0.0051666717 17000 1.615 96.2003211 0.0053833318 18000 1.67 101.859164 0.0055666719 19000 1.71 107.518006 0.0057000020 20000 1.765 113.176848 0.0058833321 21000 1.81 118.835691 0.0060333322 22000 1.85 124.494533 0.0061666723 23000 1.88 130.153376 0.0062666724 24000 1.94 135.812218 0.0064666725 25000 1.98 141.471061 0.0066000026 26000 2.03 147.129903 0.0067666727 27000 2.14 152.788745 0.0071333328 28000 2.19 158.447588 0.0073000029 29000 2.23 164.10643 0.0074333330 29500 2.3 166.935851 0.00766667

Edad: 07 Días

grafico de esfuerzo Vs deformacion




0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.0090

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Gráfico Esfuerzo Vs Deformación Uni-taria

NOTA: los primeros 4 puntos se descartan por ser la deformacion de la mordaza.

0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.0080

20

40

60

80

100

120

140

160

180

f(x) = 5.01627E+016 x⁶ − 1547320000000000 x⁵ + 19076100000000 x⁴ − 120504000000 x³ + 415062000 x² − 724909 x + 523.998R² = 0.99932579902241

Gráfico Esfuerzo Vs Deformación Uni-taria

Ajuste de los datos:

Despreciamos los 4 primeros puntos por mostrarnos la deformación de la mordaza, pero la carga si va a afectar al concreto por ende:




Punto Esfuerzo(Kg./cm2)

DeformaciónUnitaria




5 0.000000 0.000000006 15.000000 0.000433337 25.000000 0.000700008 39.000000 0.001066679 45.000000 0.0012666710 56.5884242 0.0016000011 62.24726662 0.0018333312 67.90610904 0.0020333313 73.56495146 0.0022100014 79.22379388 0.0024166715 84.8826363 0.0026233316 90.54147872 0.0027666717 96.20032115 0.0029833318 101.8591636 0.0031666719 107.518006 0.0033000020 113.1768484 0.0034833321 118.8356908 0.0036333322 124.4945332 0.0037666723 130.1533757 0.0038666724 135.8122181 0.0040666725 141.4710605 0.0042000026 147.1299029 0.0043666727 152.7887453 0.0047333328 158.4475878 0.0049000029 164.1064302 0.0050333330 166.9358514 0.00526667

Calculo de los esfuerzos y el módulo de elasticidad del concreto: Esfuerzos:

σ max=168 Kg /cm2

εmax=0.0079

σ l . pe=70Kg /cm2

ε l . p .e=0.0048

σ diseño=(0.70∗70 )=49 Kg /cm2

ε diseño=0.0038

Método Teórico: Se calcula con la f ' c, a los 7 dias.E=15000√ f 'c≫≫≫≫ E=1500√300=25980.76kg /cm2




∴E=25980.76kg /cm2

Método practico:

E=σmax

ξmax−0.002≫≫≫≫ E= 166.93

0.00526667−0.002=51100.9682 kg/cm2

∴E=51100.9682kg /cm2

MEDICION DEL SLUMP (Asentamiento) Se procedió a añadir la mezcla en el cono de Abrams, chuzándolo con una

varilla de acero, primero una tercera parte la cual fue compactada con 25

golpes, luego se agregó un poco más de mezcla hasta las 2/3 partes,

compactándolo también con el mismo número de golpes y finalmente se

llenó hasta el ras y compacto.

Se enrazo ayudándonos con una varilla de acero, luego se procedió a

desmoldar.

Finalmente se midió el slump con ayuda de una regla.

∴SLUMP=2 ' '

CUADRO DE RESUMEN




VALORES DE DISEÑO EN LABORATORIO

Cemento………………………………………………………….…..378.43 kg/ m3

Agua de diseño………………………………………………………...…193 lt/ m3

Agregado fino seco…………………………………………………641.33 kg/ m3

Agregado grueso seco………………………………………..….1144.87 kg/ m3

VALORES DE DISEÑO CORREGIDOS

Cemento…………………………………………………………….378.43 kg/ m3

Agua efectiva….………………………………………………….…182.05 lt/ m3

Agregado fino húmedo…..………………………………………659.75 kg/ m3

Agregado grueso húmedo….………………………………….1167.6 kg/ m3

PROPORCION EN PESO DE LOS MATERIALES SIN CORREGIR

∴1 :1.69 :3.03 :21.68<¿bolsa

PROPORCION EN PESO DE LOS MATERIALES CORREGIDOS

1 :1.74 :3.09/20.45<¿bolsa

MODULO DE ELASTICIDAD TEORICO

∴E=25980.76kg /cm2

MODULO DE ELASTICIDAD PRACTICO

E=51100.9682kg /cm2

SLUMP

2’’




CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La resistencia promedio obtenido en el diseño fue de f ‘cr=328.14 kg/m^2.

La proporción en peso que se obtuvo luego de diseñar el concreto fue de:

1 :1.69:3.03 :21.68<¿bolsa; teniendo en consideración las correcciones

necesarias.

La probeta ensayada fallo de acuerdo a lo esperado, se notó dentro de la

ruptura de la misma que el agregado no fallo sino la pasta, lo que nos haría

pensar que los agregados poseen una buena resistencia. El tipo de falla se

dio en un ángulo aproximado de 45° ante la acción de una carga gradual.

Luego de determinar el valor del slump en el laboratorio, se verifico que

este valor equivalente a 2’’, se encontraba dentro del rango correspondiente

a una mezcla de consistencia seca.




ANEXOS


Materiales usados en laboratorio.

Preparación de la mezcla.

Proceso de determinación del SLUMP en el laboratorio.

Informe de Aci

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