DISEÑO DE MEZCLA Y ENSAÑO A LA RESISTENCIA A LA COMPRESION DE

CILINDROS DE CONCRETO

YULIANA PEREIRA SOLANO

MANUEL FERNANCO GOMEZ PEREZ

JHON JAIRO OSORIO ROMAN

RAFAEL SAMITH MANJARREZ HERRERA

ING:

MARCOS DE LEON

UNIVERSIDAD DE SUCRE

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL

MATERIALES DE LA CONTRUCCION

SINCELEJO – SUCRE

2012

INTRODUCION

Se puede decir que las propiedades del concreto se estudian principalmente con

el propósito de seleccionar los ingredientes apropiados de la mezcla.

En la usanza británica, la selección de los ingredientes de la mezcla y sus

proporciones se llama diseño de mezcla. Este término, aunque común, tiene la

desventaja de denotar que la selección es una parte del proceso del diseño

estructural. Esto no es correcto porque el diseño estructural se relaciona con el

desempeño requerido del concreto, y no con el proporcionamiento por menorizado

de los materiales que aseguran ese desempeño. El termino americano

proporcionamiento de la mezcla no es nada excepcional, pero no se usa sobre

base universal. Por esta razón, adoptaremos, la expresión del encabezado de este

trabajo, a veces abreviada como selección de mezcla.

Aunque el diseño estructural no se relaciona normalmente con la selección de

mezcla, el diseño impone dos criterios para esta selección: la resistencia del

concreto y su durabilidad. Es importante agregar un requisito implícito en el

sentido de que la trabajabilidad debe ser apropiada para las condiciones de

colado. El requisito de trabajabilidad se aplica, digamos, no solo al revenimiento

en el tiempo de la descarga desde la mezcladora sino también a una limitación

sobre la pérdida del revenimiento hasta el momento de la colocación del concreto.

A causa de la dependencia de la trabajabilidad requerida respecto de las

condiciones de la obra, por lo que no se deberá fijar la trabajabilidad antes de

considerar el procedimiento de construcción.

Además, la selección de las proporciones de la mezcla tiene que tener en cuenta

el método de transporte del concreto, especialmente si se piensa en bombeo.

Otros criterios importantes son: tiempo de fraguado, el grado de sangrado y

facilidad de acabado; estos tres están interconectados. Dificultades considerables

pueden surgir si estos criterios no se consideran debidamente durante la selección

de las proporciones de la mezcla o cuando se ajustan estas proporciones.

La selección de las proporciones de la mezcla es así, simplemente, el proceso de

escoger los ingredientes adecuados del concreto y determinar las cantidades

relativas de los mismos con el objeto de producir, tan económicamente como sea

posible, concreto con cierto mínimo de propiedades especialmente resistencia,

durabilidad y una consistencia requerida.

OBJETIVOS

General:

Realizar el diseño de una mezcla de concreto partir de unos agregados

previamente analizados.

Especifico:

Optimizar los agregados para obtener un buen desempeño en la mezcla.

Obtener una buena resistencia para el diseño realizado.

Adquirir destreza a la hora de elaborar el diseño de mezcla y

posteriormente fundir los cilindros.

PROCEDIMIENTO

Datos para 1 m3 de concreto

Asentamiento de 5cm-10cm

T.M.N = 1”

Contenido de aire 1.7% = 17 litros= 0.017 m3/m3 = Vaire

Estimación del agua de mezclado

Asentamiento sin inclusor de aire = 195 kg/m3

Vagua = m/γ = 0.195 m3/m3; γ =1000 kg/m3

Estimación de la relación a/c para f´c = 296 kg/cm2

a/c = 0.453;

Entonces c= agua de mezclado/(a/c)

c = 195 kg/m3 / 0.453 Entonces

c = 430.46 kg/m3

PARA EL VOLUMEN DE CEMENTO TENEMOS QUE:

Vc = c/γc = 430.46 kg/m3/2840 kg/m3

Vc = 0.152 m3/m3

DOSIFICACIÓN PARA LA ARENA:

Modulo de finura de la arena: 2.34

b/b0’=0.71

b0’= (1407.6kg/m3)/2660=0.6.

b= (b/b0’)* b0’

b= (0.71)*0.6= 0.426.

por lo tanto para hallar el volumen de los agregados hacemos:

VT = Vc + Vagua + Vaire + Va

Entonces

1-0.152-0.195-0.017 = Va

Vagregados = 0.636m3/m3.

Por medio del método grafico encontramos que la optimización de los agregados

es de: 69% de los agregados gruesos y 31% de los agregados finos. Con esto se

puede hallar los volúmenes de estos agregados.

Vfinos= 0.636*0.31= 0.197 m3/m3.

Vgruesos=0.636*0.69=0.439 m3/m3.

Por lo tanto de las prácticas anteriores tenemos que:

Densidad Aparente del agregado grueso=2.5 gr/cm3=2500kg/m3.

Densidad Aparente del agregado fino=2.63 gr/cm3=2630kg/m3.

dg = 2500 kg/m3

df = 2630 kg/m3

dpromedio = (%f)*df + (%g)*dg

dpromedio = 0.31 x 2630 + 0.69 x 2500 = 2540.3 kg/m3.

Los pesos de los agregados será de:

Warena = dpromedio *Vagregados* %arena.

Warena =( 2540.3 kg/m3)( 0.636m3/m3)(0.31)

Warena = 500.84 kg/m3.

Wgrava= dpromedio *Vagregados* %grava.

Wgrava =( 2540.3 kg/m3)( 0.636m3/m3)(0.69).

Wgrava = 1114.79 kg/m3.

Material Masa kg/m3 Densidad

(kg/m3)

Volumen m3/m3

Cemento 430.46 2840 0.152

Aire 0 0 0.017

Agua 195 1000 0.195

Arena 500.84 2630 0.197

Grava 1114.79 2500 0.439

Para hacer la corrección por humedad hacemos:

La arena presento una humedad de 2% y se toma que para la grava presento una

humedad de 0%, por lo tanto tenemos que:

Mharena = Marena (1+h) = 500.84 kg/m3 (1 + 0.02) = 510.86 kg/m3.

Como la humedad es mayor que la absorción en la arena entonces se sabe que tendrá

mas agua en exceso por lo tanto se le hace una corrección:

Corrección por humedad

Aguaarena= Ma (h – abs.) = 500.84 kg/m3 (0.02 – 0.0067)= 6.66 kg/m3.

Esta agua será en exceso para mezcla.

Por lo tanto se debe corregir el contenido de agua:

El agua de mezclado será de

Ma = 195 - 6.66= 188.34 kg/m3. Esta será la cantidad de agua de mezclado.

Ajustamos las diferentes variables del cementos y los agregados.

Para el cemento tenemos que:

c = 188.34 kg/m3 / 0.453

c = 415.76 kg/m3.

Ahora para hallar el volumen total de los agregados tenemos que:

VT = Vc + Vagua + Vaire + Va

Vagregados =1 m3/m3- 0.146m3/m3 - 0.18834m3/m3 - 0.017 m3/m3.

Vagregados=0.649 m3/m3.

Ahora encontraremos sus respectivos pesos:

Warena = dpromedio *Vagregados* %arena.

Warena = (2540.3 kg/m3)( 0.649m3/m3)(0.31)

Warena = 519.75 kg/m3.

Wgrava= dpromedio *Vagregados* %grava.

Wgrava =( 2540.3 kg/m3)( 0.660m3/m3)(0.69).

Wgrava = 1156.85 kg/m3.

Material Masa (kg/m3) Densidad

(kg/m3)

Volumen m3/m3

Cemento 415.76 2840 0.146

Aire 0 0 0.017

Agua 188.34 1000 0.18834

Arena 511.1 2630 0.194

Grava 1137.57 2500 0.455

Vcilindro = π/4 (15cm)2 x 30/1003

Vcilindro = 5.3E-3 m3.

Para hallar la cantidad de cemento que se necesita para un cilindro tenemos que:

1 m3 → 415.76 kg

5.3E-3 m3 → Mc.

Mc = 2.20 kg.

Por lo tanto Para los 4 cilindros mas 15% de cemento tenemos que m= 10.12 kg.

Ahora para la arena tenemos que:

1 m3 → 511.1kg

5.3E-3 m3 →Ma

Ma = 2.71 kg.

Para los 4 cilindros y 15% de mas es de m=12.466kg.

Para la grava será de:

1 m3 → 1137.57kg

5.3E-3 m3 → Mg

Mg = 6.03 kg

Para los 4 cilindros y 15% de mas es de m= 27.738kg.

Agua

1 m3 → 188.34 kg

5.3E-3 m3 → Magua

Magua = 0.998kg

Para los 4 cilindros y 15% de mas es de m= 4.59kg.

ANALISIS DE RESULTADOS

Después de haber realizado los cálculos pertinentes y obtener los resultados previstos se

tiene que:

Para los parámetros iniciales estimados como TMN, asentamiento, contenido de aire y

estimación del agua de mezclado, lo cual nos permitió calcular el volumen de agua en la

mezcla que fue de 0.195 m3/m3. Previamente conociendo la relación agua-cemento con

los parámetros antes mencionados se obtuvo un contenido de cemento de c = 430.46

kg/m3 y un volumen de 0.152 m3/m3.

La optimización de los agregados se tuvo que implementar ya que el agregado

fino no cumplió con la granulometría optima, lo cual se realizo el procedimiento

adecuado dando como resultados para la arena un peso de 500.84 kg/m3 y volumen

de 0.197 m3/m3, para la grava un peso de 1114.79 kg/m3 y un volumen de 0.439

m3/m3.

Se hizo un reajuste por humedad lo cual se le realizo a la grava ya que presento

una humedad de 2%. Al hacer todo este procedimiento los datos corregidos son

de masa del cemento 415.76 kg/m3, volumen 0.146 m3/m3, para el agua su peso

fue de 188.34 kg/m3 y volumen de 0.18834 m3/m3, para la grava su peso fue de

1137.57 kg/m3 y su volumen de 0.455 m3/m3, por ultimo para la arena tenemos que

el peso fue de 511.1 kg/m3 y su volumen de 0.194 m3/m3.

La cantidad de materiales para la elaboración de 4 cilindros más un adicional del

15% por perdidas ya que hay que realizar la prueba de asentamiento se distribuyo

de la siguiente manera 10.12 kg de cemento, 12.46 kg de arena, 27.738 kg de

grava y 4.59 kg de agua.

CONCLUSION

Los distintos métodos de selección de la mezcla pueden parecer simples y, en

realidad, no implican cálculos muy complejos. Sin embargo, para llevar a la

práctica exitosamente la selección se requiere experiencia, que unida al

conocimiento de la influencia de los distintos factores que afectan las propiedades

del concreto. Este conocimiento se debe basar en una comprensión del

comportamiento del concreto. Cuando estas tres experiencias, conocimiento, y

comprensión estando todos presentes, es probable que la primera mezcla de

ensayo sea aproximadamente satisfactoria, y que se pueda ajustar en forma

rápida y exitosa para lograr una mezcla con las propiedades deseadas.

No es suficiente seleccionar una mezcla adecuada de concreto; también es

necesario asegurar una ejecución exacta de todas las operaciones comprendidas

en la elaboración del concreto, tal ejecución requiere destreza respaldada por

conocimiento apropiado en el grado de ejecución. La creencia, alguna vez

sostenida, de que cualquiera puede hacer concreto, ha conducido a veces a una

situación tal que así fuera. Las consecuencias de tal ejecución se manifiestan

solas antes de mucho. No se exagera si se dice que, empleado completamente, el

concreto es un material de construcción de muy buenos resultados pero, en el

sentido literal de la palabra, debe hacerse un estudio previo de los materiales que

lo van a constituir para así realizar una diseño de mezcla lo cual cumpla con todas

los requerimientos del constructor.

DISEÑO Y MEDIDA DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESION DE LOS

CILINDROS DE CONCRETO

Los cilindros fueron realizados de acuerdo a los resultados del diseño de mezcla

del grupo número 2, razón por la cual los resultados obtenidos en nuestro diseño

de mezcla son totalmente diferentes a los que se utilizaron para la realización de

los cilindros de concreto. Las masas de los diferentes componentes del cilindro

son las siguientes.

Tabla 1.0 DISEÑO DE MEZCLA

Masa de la Arena (Kg) 10,35

Masa de la Grava (Kg) 24,69

Masa del Cemento (Kg) 8,989

Masa del Agua (Kg) 4,076

Los cilindros fueron ensayados a los 7 y 14 días (No alcanzo el tiempo para los 28

días) obteniendo los resultados que se mostraran a continuación:

Tabla 1.1 ENSAYO A LOS 7 DIAS

Diámetro 1 (m) 0,1516 Altura 1 (m) 0,305

Diámetro 2 (m) 0,1535 Altura 2 (m) 0,31

Diámetro 3 (m) 0,1521 Altura 3 (m) 0,31

Diámetro Promedio (m) 0,1524 Altura Promedio (m) 0,30833333

Fuerza Axial de Falla (KN) 384,2

Masa del Cilindro (Kg) 13,324

Tabla 1.2 ENSAYO A LOS 14 DIAS

Diámetro 1 (m) 0,154 Altura 1 (m) 0,305

Diámetro 2 (m) 0,1531 Altura 2 (m) 0,31

Diámetro 3 (m) 0,1528 Altura 3 (m) 0,31

Diámetro Promedio (m) 0,1533 Altura Promedio (m) 0,30833333

Fuerza Axial de Falla (KN) 487,5

Masa del Cilindro (Kg) 13,422

Para los 7 días, como se puede observar en la tabla 1.1 La fuerza Axial de falla

es de 384,2 KN y el diámetro promedio de 0,1533 m; con estos se halla el

esfuerzo de falla.

Un resultado aparentemente alto para un cilindro que fue realizado para resistir a

los 28 días 21 Mpa + Fs.

Peso Específico:

Tabla 1.3 Esfuerzo de Falla para 7 Días

Área (m2) 0,01824147

Volumen (m2) 0,00562445

Peso Especifico (KN/m3) 23,2393158

Esfuerzo de Falla (Mpa) 21,0618999

Para los 14 días, como se puede observar en la tabla 1.2, la fuerza axial de falla

es de 487.5 KN y el diámetro promedio de 0.1533 m; con estos se calcula es

esfuerzo de falla.

Un resultado aparentemente alto para un cilindro que fue realizado para resistir a

los 28 días 21 Mpa + Fs.

Peso Específico:

ANALISIS DE RESULTADOS

De acuerdo a los resultados obtenidos tanto en el diseño de mezcla como en la

prueba de resistencia a la compresión de los cilindros de concreto se puede

analizar qué:

El diseño de mezcla fue realizado para soportar 296 Kg/cm2 a los 28 días,

incluido el factor de seguridad, lo que equivale a 29.0376 Mpa. Se sabe que al

ensayar un cilindro a los 7 días, la resistencia a la compresión tiene que estar

comprendida entre el 50-70% (0.5 - 0.7

) de la resistencia a los 28 días para el

cual fue diseñado, y para los 14 días 0.9 . Para el caso de nuestro ensayo se

tiene:

Resistencia a los 7 días de: 21.062 Mpa

0.5

0.7

21.062 equivale a un porcentaje de:

Como se puede observar la resistencia a los 7 días queda por fuera (Mayor) del

rango, este equivale al 72.53% de la resistencia para la cual fue diseñado, tan solo

se aleja un 2.53% por encima lo que se podría aceptar debido a que no se conoce

la desviación estándar.

Resistencia a los 14 días de: 26.412 Mpa

0.9

26.412 equivale a un porcentaje de:

E igual que para los 7 días, en los 14 días la resistencia también supera lo

estipulado (0.9 pero tan solo por 0.96%, como es una diferencia muy poca se

puede decir que si está cumpliendo con la condición.

Para los 28 días; no se pudo realizar el ensayo debido a que no disponíamos del

tiempo necesario. Razón por la cual no se presentan los cálculos para este, pero

se sabe que la resistencia para los 28 días tiene que ser de

.

CONCLUSION

Después de haber realizado todos los respectivos cálculos se puede llegar a las

siguientes conclusiones:

El cilindro de concreto fue diseñado para soportar un esfuerzo de = 296

Kg/cm2 incluido el factor de seguridad, y en los resultados de las pruebas a

la resistencia a la compresión para los 7 y 14 días siempre supero por un

pequeño porcentaje al estipulado para estos días con respecto a la

resistencia para el que fue diseñado; para los 7 días 2.53%, para los 14

días 0.96% por lo tanto se puede deducir que la optimización de los

agregados estuvo bien realizada pero con una pequeña desviación, pero

igual se obtuvo al final la resistencia .

Para la realización de los cilindros se utilizaron los resultados de todos los

ensayos realizado durante el semestre, obteniendo en la prueba de la

resistencia a la compresión el resultado deseado, por lo que se puede decir

que todos los laboratorios fueron realizados satisfactoriamente.

El peso especifico del concreto es de 24 KN/m3, el obtenido en los cilindros

realizados es de 23.24 KN/m3 (Diferencia de 0.76 KN/m3) para el cilindro

que se ensayo a los 7 días y 23.14 KN/m3 (Diferencia de 0.86 KN/m3) para

el de 14 días; esta diferencia o desviación se debe a un posible error al

medir la masa del cilindro o las dimensiones de este, también puede ser

porque no se compacto lo necesario a la hora de fundir el concreto lo que

pudo haber generado que quedaran espacios vacios dentro del cilindro

disminuyendo la masa que debería estar contenida en ese volumen.

Se cumplieron todos los objetivos propuestos, tanto en este ensayo como

en todos los ensayos realizados durante el semestre.