DISEO DE MEZCLA METODO ACI

Tema: DISEO DE MEZCLA METODO WALKER1UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFACULTAD DE INGENIERIAE.A.P. INGENIERIA CIVILTECNOLOGIA DEL CONCRETODOCENTE: M. en ING. HECTOR PEREZ LOAYZA

I. iNTRODUCCIN

Tecnologia del concreto2

En el amplio campo de la Ingeniera civil el diseo de mezclas, es sin lugar a dudas, una de las principales bases para elaborar todo tipo de estructuras de Ingeniera, ya que la durabilidad y el desenvolvimiento efectivo de dicha obra se debe casi en su totalidad al concreto con el cual se trabaja. Es por ello que en la presente prctica se pretende elaborar un concreto que rena las caractersticas necesarias para ser utilizado en distintas obras de Ingeniera.Cabe sealar que para disear una mezcla de concreto existen diferentes mtodos, en esta prctica el mtodo a usar el Mtodo Walker.Las caractersticas que se desea en una mezcla de concreto estn en funcin de la utilidad que prestar en obra. As si se quiere utilizar en una estructura, se tendr una resistencia acorde a las solicitaciones y adems resistente al intemperismo, es decir que sea estable.ii. OBJETIVOSOBJETIVO GENERALDisear un concreto de resistencia a la comprensin de 250kg/cm2.

OBJETIVOS ESPECIFICOSDisear y obtener la resistencia demandada del concreto utilizando el mtodo Walker.

Realizar el diseo de mezcla de concreto con el estudio ya realizado a los agregados en la prctica anterior de laboratorio, utilizando sus caractersticas de estos y dems.

Elaborar una probeta para verificar las propiedades del concreto fresco y endurecido, tambin para comprobar las caractersticas dadas para dicho diseo.

Determinar las cantidades necesarias de acuerdo al diseo a realizar.

3Tecnologia del concreto

4 Agregado fino.Agregado grueso.Cemento.Balanza BadilejoMoldes para probetas de concreto estndar de 15 cm de dimetro por 30 de altura.Cono de Abrams.Varilla compactadora.Agua CronmetroMezcladora de concretoPrensa hidrulicaIII. MATERIAL Y EQUIPO

Tecnologia del concreto

5IV. MARCO TEORICO CONCRETO

DEFINICIN:El concreto es el material constituido por la mezcla en ciertas proporciones de cemento, agua, agregados y opcionalmente aditivos, que inicialmente denota una estructura plstica y moldeable y que posteriormente adquiere una consistencia rgida con propiedades aislantes y resistentes, semejantes a una roca, lo que hace un material ideal para la construccin.

Tecnologia del concreto6COMPONENTES DEL CONCRETO.Cemento. Elcementoes unconglomeranteformado a partir de una mezcla decalizayarcillacalcinadas y posteriormente molidas, que tiene la propiedad de endurecerse al contacto con el agua.TIPOS.TIPO I. uso general, alto calor de hidratacin, fc rpido. (Usado en el diseo de mezcla)TIPO II. Mediana resistencia a sulfatos, fc lento.TIPO III. Alto calor, fc muy rpido, baja resistencia a sulfatos.TIPO IV. Muy bajo calor, fc muy lento.TIPO V. resistencia alta a sulfatos, bajo calor, fc lento.

Tecnologia del concreto7Agua.El agua utilizada en la elaboracin del concreto y mortero debe ser apta para el consumo humano, libre de sustancias como aceites, cidos, sustancias alcalinas y materias orgnicas.

En caso de tener que usar en la dosificacin del concreto, agua no potable o de calidad no comprobada, debe hacerse con ella cubos de mortero, que deben tener a los 7 y 28 das un 90% de la resistencia de los morteros que se preparen con agua potable.

Tecnologia del concreto8AgregadosAgregado fino. Agregado finoorido finose refiere a la parte del rido o o inerte que interviene en la composicin del concreto.

Agregado grueso.Es uno de los principales componentes del concreto, por este motivo su calidad es sumamente importante para garantizar buenos resultados en la preparacin de estructuras de concreto

Tecnologia del concreto9PROPIEDADES DEL CONCRETO.Trabajabilidad:Est definida por la mayor o menor dificultad para el mezclado, transporte, colocacin y compactacin del concreto. Su evaluacin es relativa, por cuanto depende realmente de las facilidades manuales o mecnicas de que se disponga durante las etapas del proceso, ya que un concreto que puede ser trabajable bajo ciertas condiciones de colocacin y compactacin, no necesariamente resulta tal si dichas condiciones cambian.Estabilidad:Es el desplazamiento o flujo que se produce en el concreto sin mediar la aplicacin de fuerzas externas.

Se cuantifica por medio de la exudacin y la segregacin, evaluada con mtodos standard que permiten comparar dichas caractersticas entre varios diseos, siendo obvio que se debe buscar obtener los valores mnimos.EN ESTADO FRESCO.

Tecnologia del concreto

10Segregacin:Las diferencia de densidades entre los componentes del concreto provocan una tendencia natural a que las partculas ms pesadas desciendan, pero en general, la densidad de la pasta con los agregados finos es slo un 20% menor que la de los gruesos (para agregados normales) lo cual sumado a su viscosidad produce que el agregado grueso quede suspendido e inmerso en la matriz.Exudacin:Propiedad por la cual una parte del agua de mezcla se separa de la masa y sube hacia la superficie del concreto.

Es un caso tpico de sedimentacin en que los slidos se asientan dentro de la masa plstica. El fenmeno est gobernado por las leyes fsicas del flujo de un lquido en un sistema capilar, antes que el efecto de la viscosidad y la diferencia de densidades.

Tecnologia del concreto

11Es una de las propiedades ms importantes en funcin de los problemas de fisuracin que acarrea con frecuencia.

Ya hemos visto que la pasta de cemento necesariamente se contrae debido a la reduccin del volumen original de agua por combinacin qumica, y a esto se le llama contraccin intrnseca que es un proceso irreversible.Contraccin:EN ESTADO ENDURECIDOElasticidad:En general, es la capacidad del concreto de deformarse bajo carga, sin tener deformacin permanente.

El concreto no es un material elstico estrictamente hablando, ya que no tiene un comportamiento lineal en ningn tramo de su diagrama carga vs deformacin en compresin, sin embargo, convencionalmente se acostumbra definir un Mdulo de elasticidad esttico del concreto mediante una recta tangente a la parte inicial del diagrama, o una recta secante que une el origen del diagrama con un punto establecido que normalmente es un % de la tensin ltimaTecnologia del concreto12Resistencia:Es la capacidad de soportar cargas y esfuerzos, siendo su mejor comportamiento en compresin en comparacin con la traccin, debido a las propiedades adherentes de la pasta de cemento.Depende principalmente de la concentracin de la pasta de cemento, que se acostumbra expresar en trminos de la relacin Agua/Cemento en peso.

Tecnologia del concretoV. PROCEDIMIENTO PARA EL DESARROLLO DE UN DISEO DE MEZCLA (METODO ACI)SIN ADITIVO

DISEO DE MEZCLAS. Primer paso: Estudio de la resistencia requerida.

Para nuestro caso, realizaremos un concreto proyectado para una resistencia a la comprensin de 250 kg/cm2, con fines de estudio, dicho concreto es normal.Tecnologia del concreto14Elegimos: fCR = 334 kg/cm2siendo los datos del agregado grueso y fino:AfAgMdulo de finura2.377.44% de humedad61.08% de absorcin1.320.85Peso unitario compac.1717.31 kg/m31485.32kg/m3Pe (masa)2.592.51Tecnologia del concreto15Tercer paso: Determinacin del tamao mximo nominal:Cuarto paso: Eleccin del tipo de consistencia.Elegimos una consistencia plstica, por ello el Slump debe estar en el rango de:

Quinto paso: Contenido de aire atrapado.Segn tablas del ACI para un TMN de 1" (Tabla 02), y para un concreto normal, el contenido de aire atrapado es:

El contenido de Aire es 1.5 %Tamao Mximo Nominal (agregado grueso) = 1"3" 4".Tecnologia del concreto16Sexto paso: Calcul del volumen del agua de mezcla.Calculamos en las tablas de ACI, para una consistencia plstica y un TMN de 1", para un concreto normal (Tabla N 1)Agua de diseo = 193 lt/m3

Tecnologia del concreto17Sptimo paso: Calcul de la relacin agua/cemento.Calculamos en las tablas ACI para una resistencia de 334 kg/cm2 (Tabla 03),Relacin A/C = 0.5

334Interpolando:Tecnologia del concreto18Onceavo paso: Usamos la tabla de Walker para determinar el grado de incidencia del agregado fino respecto del agregado integral.A la tabla se entra con los siguientes datos:TMN = 1Perfil del agregado grueso = angularFactor cemento = 9.082 Bolsas/m^3Mdulo de finura del agregado fino = 2.37Decimo paso: Determinamos el Vabs del agregado global:1m3 - 0.331718 m3 = 0.668282 m3

Doceavo paso: Volmenes absolutos de los agregados:AGREGADO FINO = 38% X 0.668282m3 = 0.253947 m3AGREGADO GRUESO =62% X 0.668282m3 = 0.414335 m3Treceavo paso: Clculos de los pesos secos de los agregados:Peso seco del agregado fino = 0.253947 m3 X 2590 = 657.72 kg Peso seco del agregado grueso = 0.414335 m3 X 2510 = 1039.98 kg Catorceavo paso: Valores de diseo en el laboratorio:Volumen de agua de mezcla = 193 lts/m^3.Cemento = 386 kg/m^3.Agregado fino seco =657.72 kg/m^3.Agregado grueso seco = 1039.98 kg/m^3.23Quinceavo paso: Correccin por la humedad de los agregados.Peso hmedo de los agregados:Peso hmedo del agregado fino = 657.72 kg X (1 + 6%) = 697.16 kg/m^3Peso hmedo del agregado grueso = 1039.98 kg X (1 + 0.85%) = 1051.2 kg/m^3

Aportes de agua de mezcla por la humedad de los agregados:Humedad de los agregados:

Para el agregado fino = 657.72 kg X (6% - 1.32%) = +30.78 ltsPara el agregado fino = 1039.98 kg X (1.08% - 0.85%) = +2.39 lts Aporte = +33.17 lts

Aporte de agua: +33.17 ltAgua efectiva = 193 lt/m3 - (33.17 lt/m3) =160 lt/m3Tecnologia del concreto24Diesiseisavo paso : Materiales al pie de obra:

Agregado fino hmedo = 697.16 kg.Agregado grueso hmedo = 1051.2 kg.Cemento = 386 kg/m^3.Agua de mezcla =160 lts/m^3.Tecnologia del concreto25VI. ELABORACION DE LA PROBETA:- Calculamos el volumen de mezcla para una probeta cilndrica de 15 cm de dimetro por 30 cm de alto: - Considerando alguna prdida de la mezcla en proceso de mezclado, consideramos en volumen: 0.02 m3- Peso de los ingredientes para la mezcla de prueba de 1 probetas.Agregado fino hmedo = 4.65 kg.Agregado grueso hmedo = 7 kg.Cemento = 2.57 kg.Agua de mezcla = 1.10 lts.

Tecnologia del concreto

26PROCEDIMIENTO DE LA ELABORACION DE LA PROBETA Con la balanza pesamos cada uno de los componentes, en las cantidad obtenidos en el diseo de mezcla.

CementoTecnologia del concreto272. Aadimos cada uno de los componentes del concreto en la mezcladora y dejamos que se cree una mezcla homognea.

Aadiendo componentes Mezclando componentes

283. Aadimos es volumen de agua calculado, y dejamos mezclar durante un aproximado de 3 minutos y vertemos la mezcla en un depsito. Mezclando por 3 minutos Vertemos la mezcla

4.-En la mezcla encontramos una apariencia equilibrada

29Llenando el cono y compactando. SlumpComo se puede apreciar el Slump obtenido es 10.5 cm, lo cual no coincide con la consistencia de diseo. 5. Comprobamos la consistencia el Slump este en el rango de 3 a 4 pulgadas, para consistencia plstica que se dise; con el badilejo llenamos el cono de Abrams y cada un tercio aplicamos 25 golpes con la varilla compactador, retiramos el cono y lo colocamos al lado de la mezcla en forma invertida y medimos el Slump.

306. Llenamos las probetas, engrasadas previamente, con la mezcla; pesando los moldes y calculando su volumen con el fin de calcular el peso volumtrico fresco del concreto.Calculamos el peso volumtrico del concreto fresco SIN ADITIVO: 0.00237603 kg/cm3 = 2376.03 kg/m3

PESO VOLUMETRICO DEL CONCRETO FRESCOPROBETApeso del recipiente (kg)peso del recipiente + concreto (kg)peso del concreto (kg)volumen de recipiente (cm3)peso volumtrico del concreto fresco (kg/cm3)SIN ADITIVO8.6521.512.855408.17540.00237603

Presento exudacin 31

7. Una vez llenado el molde, lo cubrimos para evitar la evaporacin de agua, y lo dejamos fraguar durante 24 horas, pasado ese tiempo desmoldamos y sumergimos en agua para curarlos durante 7 das, luego de esto sacamos y dejamos secar al aire libre por un da.

Probetas sacadas del estanque de curado, listas para secar y luego su ensayo a la comprensin.

DESENCOFRANDO

VII. PROCESAMIENTO DE RESULTADOS.

321. Calculamos el dimetro promedio y alto promedio de cada probeta.De donde obtenemos un promedio de: 0.00229662 kg/cm3.Equivalente a:2. Pesamos la probeta para calcular su peso volumtrico seco.SIN ADITIVO: 2318.82 kg/m3.

PROBETA DIMETRO ALTURA sin aditivo30.215.05PESO VOLUMETRICO DEL CONCRETO SECOprobetapeso del concreto(kg)volumen del recipiente (cm^3)peso volumetrico del concreto fresco (kg/cm^3)sin aditivo12.6655461.839090.00231882333. Llevamos la probeta a la prensa hidrulica, y calculamos es esfuerzo y la deformacin unitaria para cada probeta:

34Graficamos la curva esfuerzo vs deformacin unitaria, hallamos el esfuerzo mximo, esfuerzo en el lmite proporcional elstico, el esfuerzo de rotura y el esfuerzo de diseo adems del mdulo de elasticidad.3. Agregando linea de tendencia

3628 das = 181.97 kg/cm2E = 200876..65 kg/cm2E = 202344.38 kg/cm2Modulo de Yung segun el grafico40%10%Convirtiendo el modulo de elasticidad a los 28 das se tiene:E = 13641.43kg/cm2CARACTERIZTICAS DE LA PROBETA LUEGO DE SER ENSAYADA A LA COMPRESION

MODO DE FALLA:En la parte inferior por aplastamiento TIPO DE FALLA:Descendente APARIENCIA:Equilibrada

Ha fallado el agregado ya que la cantera esta formada por rocas areniscas

V. PROCEDIMIENTO PARA EL DESARROLLO DE UN DISEO DE MEZCLA (METODO WALKER)CON ADITIVOSIKAMENT 290N

DISEO DE MEZCLAS. Primer paso: Estudio de la resistencia requerida.Para nuestro caso, realizaremos un concreto proyectado para una resistencia a la comprensin de 250 kg/cm2, con fines de estudio, dicho concreto es normal.Tecnologia del concreto

40Elegimos: fCR = 334 kg/cm2siendo los datos del agregado grueso y fino:AfAgMdulo de finura2.377.44% de humedad61.08% de absorcin1.320.85Peso unitario compac.1717.31 kg/m31485.32kg/m3Pe (masa)2.592.51Tecnologia del concreto41Tercer paso: Determinacin del tamao mximo nominal:Cuarto paso: Eleccin del tipo de consistencia.Elegimos una consistencia plstica, por ello el Slump debe estar en el rango de:

Quinto paso: Contenido de aire atrapado.Segn tablas del ACI para un TMN de 1" (Tabla 02), y para un concreto normal, el contenido de aire atrapado es:El volumen de aire atrapado es 1.5 %Tamao Mximo Nominal (agregado grueso) = 1"3" 4".Tecnologia del concreto

42Sexto paso: Calcul del volumen del agua de mezcla.Calculamos en las tablas de ACI, para una consistencia plstica y un TMN de 1", para un concreto normal (Tabla N 1)Agua de mezcla = 193 lt/m3Tecnologia del concreto

Debido a que el aditivo reduce el 25% de la cantidad de agua de mezcla entonces el agua de diseo serAgua de diseo = 193- 0.25*193= 144.75 lt/m343Sptimo paso: Calcul de la relacin agua/cemento.Calculamos en las tablas ACI para una resistencia de 300 kg/cm2 (Tabla 03),Relacin A/C = 0.50Tecnologia del concreto

3340.5044Noveno paso: Dosificacin del aditivo:El aditivo como superplastificante tiene una dosificacin entre 0.7% - 1.4% del peso del cementoPeso especfico del aditivo =1200 kg/m^3Decimo paso: Hallamos el volumen absoluto de la pasta:Vabs de la pasta = 0.25471 m3.Onceavo paso: Determinamos el Vabs del agregado global:1m3 - 0.25471 m3 = 0.74529 m3Doceavo paso: Usamos la tabla de Walker para determinar el grado de incidencia del agregado fino respecto del agregado integral.A la tabla se entra con los siguientes datos:TMN = 1Perfil del agregado grueso = angularFactor cemento = 7 bolsas/m^3Mdulo de finura del agregado fino = 2.37

Los valores de la tabla corresponden a porcentajes del agregado fino en relacin al volumen absoluto total de agregados.Por tanto el grado de incidencia del agregado fino es = 42% y del agregado grueso es 58%.Treceavo paso: Volmenes absolutos de los agregados:AGREGADO FINO = 42% X 0.74529 m3 = 0.313022 m3AGREGADO GRUESO =58% X 0.74529 m3 = 0.432268 m3Catorceavo paso: Clculos de los pesos secos de los agregados:Peso seco del agregado fino = 0.313022 m3 X 2590 = 810.727 kg Peso seco del agregado grueso = 0.432268 m3 X 2510 = 1084.99 kgQuinceavo paso: Valores de diseo en el laboratorio:Volumen de agua de mezcla = 144.75 lts/m^3.Cemento = 289.5 kg/m^3.Agregado fino seco = 810.727 kg/m^3.Agregado grueso seco = 1084.99 kg/m^3.Aditivo = 2.6055 kg/m^3Dieciseisavo paso: Correccin por la humedad de los agregados.Humedad de los agregados:AF = 810.727*(1+6/100) = 859.37 kgAG = 1084.99*(1+1.08/100) = 1096.71 kgHumedad superficial:Af=w% - % absorcin = 6% 1.32%= +4.32%Ag=w% - % absorcin = 1.08% 0.85%= +0.23%Aportes agua de mezcla por la humedad de los agregados:Af = peso seco*humedad = 810.727*(4.32%) = +37.942 ltAg = peso seco*humedad = 1096.71*(+0.23%) = +2.4954 ltAporte de agua: = +40.437 ltAgua efectiva = 144.75lt/m3 - (40.437 lt/m3) = 104.313 lt/m3Pesos de los materiales corregidos por humedad de los agregados a ser empleados en la mezclas de prueba.Cemento:289.5 kg/m3Agua Efectiva:104.313 lt/m3Agregado fino hmedo: 859.37 kg/m3Agregado grueso hmedo:1096.71 kg/m3Aditivo: 2.6055 kg/m3Diecisieteavo paso: Proporciona miento en peso de diseo:50VI. ELABORACION DE LA PROBETA:- Calculamos el volumen de mezcla para una probeta cilndrica de 15 cm de dimetro por 30 cm de alto: - Considerando alguna prdida de la mezcla en proceso de mezclado, consideramos en volumen: 0.02 m3- Peso de los ingredientes para la mezcla de prueba de 1 probetas.Cemento: 289.5 kg/m3 (0.02 m3)/3= 1.93 kgAgua: 104.313 lt/m3 (0.02 m3)/3= 0.7 ltAgregado fino: 859.37 kg/m3 (0.02 m3)/3= 5.729 kgAgregado grueso: 1096.71 kg/m3 (0.02 m3)/3= 7.306 kgAditivo: 2.6055kg/m^3*(0.02m^3)/3 =2 3.45 ml

Tecnologia del concreto

51PROCEDIMIENTO DE LA ELABORACION DE LA PROBETA Con la balanza pesamos cada uno de los componentes, en las cantidad obtenidos en el diseo de mezcla.

CementoTecnologia del concreto

522. Aadimos cada uno de los componentes del concreto en la mezcladora y dejamos que se cree una mezcla homognea.

Aadiendo componentes Mezclando componentes

533. Aadimos es volumen de agua calculado, y dejamos mezclar durante un aproximado de 3 minutos y vertemos la mezcla en un depsito. Mezclando por 3 minutos Vertemos la mezcla

4.-En la mezcla encontramos una apariencia equilibrada.

54Llenando el cono y compactando. SlumpComo se puede apreciar el Slump obtenido es 9.6 cm, lo cual no coincide con la consistencia de diseo. 5. Comprobamos la consistencia el Slump este en el rango de 3 a 4 pulgadas, para consistencia plstica que se dise; con el badilejo llenamos el cono de Abrams y cada un tercio aplicamos 25 golpes con la varilla compactador, retiramos el cono y lo colocamos al lado de la mezcla en forma invertida y medimos el Slump.

556. Llenamos las probetas, engrasadas previamente, con la mezcla; pesando los moldes y calculando su volumen con el fin de calcular el peso volumtrico fresco del concreto.Calculamos el peso volumtrico del concreto frescoCON ADITIVO: 0.00276974 kg/cm3 = 2751.975 kg/m3PESO VOLUMETRICO DEL CONCRETO FRESCOPROBETApeso del recipiente (kg)peso del recipiente + concreto (kg)peso del concreto (kg)volumen de recipiente (cm3)peso volumtrico del concreto fresco (kg/cm3)CON ADITIVO9.02524.8915.8655727.9700.00276974

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7. Una vez llenado el molde, lo cubrimos para evitar la evaporacin de agua, y lo dejamos fraguar durante 24 horas, pasado ese tiempo desmoldamos y sumergimos en agua para curarlos durante 7 das, luego de esto sacamos y dejamos secar al aire libre por un da.

Probetas sacadas del estanque de curado, listas para secar y luego su ensayo a la comprensin.

DESENCOFRANDO

VII. PROCESAMIENTO DE RESULTADOS.

571. Calculamos el dimetro promedio y alto promedio de cada probeta.De donde obtenemos un promedio de: 0.00224769 kg/cm3.Equivalente a:2. Pesamos la probeta para calcular su peso volumtrico seco.CON ADITIVO: 2247.69 kg/m3.

PROBETA DIMETRO ALTURA con aditivo15.4330.05PESO UNITARIO VOLUMETRICO DEL CONCRETO SECOPROBETApeso del concreto (kg)volumen de recipiente (cm3)peso volumtrico del concreto seco (kg/cm3)13.215727.9700.00224769583. Llevamos la probeta a la prensa hidrulica, y calculamos es esfuerzo y la deformacin unitaria para cada probeta:

59Graficamos la curva esfuerzo vs deformacin unitaria, hallamos el esfuerzo mximo, esfuerzo en el lmite proporcional elstico, el esfuerzo de rotura y el esfuerzo de diseo adems del mdulo de elasticidad.

6028 das = 220.92 kg/cm2Modulo de Yung segun el grafico40%10%Convirtiendo el modulo de elasticidad a los 28 das se tiene:E = 16762.2kg/cm2CARACTERIZTICAS DE LA PROBETA LUEGO DE SER ENSAYADA A LA COMPRESION

MODO DE FALLA:En la parte inferior por aplastamiento TIPO DE FALLA:Descendente APARIENCIA:Equilibrada

Ha fallado el agregado ya que la cantera esta formada por rocas areniscas

CONCLUSIONES

63Para que nuestro trabajo se pueda considerar como representativo para un tipo de mortero, es necesario realizar como mnimo 6 probetas tanto para la flexin como para la compresin, de lo contrario los resultados podran desecharse.Al observar el grafico esfuerzo Vs deformacin unitaria vemos que el concreto diseado solo tiene un tramo elstico.

Una vez terminado de mezclar el concreto, es de suma importancia lavar la mezcladora e instrumentos usados, de lo contrario se adherir una capa de concreto que luego ser difcil de quitar.

64RECOMENDACIONESanexos