DISEO DE MEZCLA: MTODO DIM

DISEO DE MEZCLAMTODO DIM

I. INTRODUCCIN

En el amplio campo de la Ingeniera civil el diseo de mezclas de concreto, 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 as que la labor del ingeniero es el de disear el concreto ms econmico, trabajable y resistente que fuese posible, partiendo, desde luego, de las caractersticas fsicas de los agregados, el cemento y el agua.Es por ello que en la presente prctica se elabor tres probetas de concreto para determinar sus propiedades mecnicas en laboratorio mediante los ensayos: una probeta a compresin convencional, otra a compresin longitudinal y la ltima a flexin; para ser utilizado en distintas obras de Ingeniera. Cabe sealar que para disear una mezcla de concreto existen diferentes mtodos pero en esta vez se va disear por el mtodo DIM

II. OBJETIVOS 2.1.- OBJETIVO GENERAL: Disear y determinar la resistencia del concreto utilizando el mtodo DIM.

2.2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS: Elaborar tres probetas de concreto para corroborar las propiedades del concreto fresco y endurecido, tambin para comprobar las caractersticas dadas para dicho diseo. Lograr un diseo econmico y favorable partiendo de las propiedades de los agregados estudiados y utilizados. Relacionarnos ms con el diseo de concretos de alta resistencia, as como la incorporacin de aditivos en el diseo de mescla

III. MARCO TERICOPROPIEDADES DE LA MEZCLALas 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.En carreteras con losas de concreto, adems de su resistencia al intemperismo y al flexo-traccin, deba comportarse adecuadamente frente a la abrasin producida por el rozamiento que va a haber entre la loza y los neumticos de los vehculos.En depsitos estancos ya sean elevados, en superficie o enterrados, deber ser impermeable.Para lograr estas cualidades se debe recurrir a procedimientos adecuados de dosificacin y en algunos casos el uso de aditivos.Existen algunas propiedades que son comunes a todos los concretos y no dependen de la utilidad especfica. Estas propiedades se pueden dividir en dos grupos: cuando el concreto est en estado fresco y endurecido.

PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO:1. CONSISTENCIA O FLUIDEZ.Es la resistencia que opone el concreto a experimentar deformaciones. Depende de la forma, gradacin y tamao mximo del agregado en la mezcla en la mezcla, cantidad de agua de mezclado.La consistencia se mide mediante el ensayo de slump con el Cono de Abrams (ASTM C-143), para concretos hechos con agregado grueso cuyo tamao mximo es menor de 2. En la actualidad se acepta una correlacin entre la norma alemana y los criterios norteamericanos; considerndose que: A las consistencias secas corresponde asentamiento de 0 a 2 (0 mm a 50 mm). A las consistencias plsticas corresponde asentamiento de 3 a 4 (75 mm a 100 mm). A las consistencias fluidicas corresponde asentamientos de ms de 5( 125 mm)

2. TRABAJABILIDAD.Se entiende por Trabajabilidad a aquella propiedad del concreto en estado fresco la cual determina su capacidad para ser manipulado, transportado, colocado y consolidado adecuadamente con un mnimo de trabajo y un mximo de homogeneidad; as como para ser acabado sin que se presente segregacin.Esta definicin involucra conceptos tales como capacidad de moldeo, cohesividad y capacidad de compactacin. Igualmente, la Trabajabilidad involucra el concepto de fluidez, con nfasis en la plasticidad y uniformidad dado que ambas tienen marcada influencia en el comportamiento y apariencia final de la estructura.3. HOMOGENEIDAD:Se refiere a que los componentes del concreto se encuentren en la misma proporcin en cualquier parte de la masa. Considerando que el concreto es una mezcla cuyos componentes tienen diferente peso especfico, estos tendern a segregarse. La homogeneidad depende del tipo y tiempo de mezclado, del transporte, de la compactacin, etc.

4. SEGREGACIN:La segregacin se puede definir como la descomposicin mecnica del concreto en sus partes constituyentes, de modo que su distribucin deje de ser uniforme. Se puede presentar dos formas de segregacin: en la primera las partculas gruesas tienden a separarse del mortero porque suelen desplazarse a lo largo de una pendiente o se asientan ms que las partculas finas; en la segunda forma de segregacin la lechada se separa de la mezcla y se produce exclusivamente en aquellas que estn hmedas.

5. EXUDACIN:La exudacin o sangrado es una forma de segregacin en la cual una parte del agua de la mezcla tiende a elevarse a la superficie de un concreto recin colocado. Este fenmeno se debe a que los constituyentes slidos no pueden retener toda el agua cuando se sedimentan.En el proceso de la exudacin se presentan dos factores importantes, los mismos que no necesariamente estn relacionados, pero que es preciso distinguirlos:

- La velocidad de exudacin, que viene a ser la rapidez con la que el agua se acumula en la superficie del concreto.- La capacidad de exudacin, que est definida por el volumen total de agua que aparece en la superficie del concreto.La exudacin del concreto no cesa hasta que la pasta de cemento se ha endurecido lo suficientemente, como para poner fin al proceso de sedimentacin.

PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO1. ELASTICIDAD.El concreto no es un material completamente elstico y la relacin esfuerzo deformacin para una carga en constante incremento, adopta generalmente la forma de una curva. Generalmente se conoce como mdulo de elasticidad a la relacin del esfuerzo a la deformacin medida en el punto donde la lnea se aparta de la recta y comienza a ser curva.Para el diseo estructural se supone un mdulo de elasticidad constante en funcin de la resistencia a la compresin del concreto. En la prctica, el mdulo de elasticidad del concreto es una magnitud variable cuyo valor promedio es mayor que aquel obtenido a partir de una frmula.En el diseo de mezclas se debe tener en cuenta que el mdulo de elasticidad del concreto depende, entre otros de los siguientes factores: La resistencia a la compresin del concreto y, por lo tanto de todos aquellos factores que lo afectan. A igualdad de resistencia, de la naturaleza petrogrfica de los agregados. De la tensin del trabajo De la forma y tiempo de curado del concreto Del grado de humedad del concreto.

El mdulo de elasticidad del concreto aumenta al incrementarse la resistencia en compresin y, para un mismo concreto, disminuye al aumentar la tensin de trabajo.2. RESISTENCIALa resistencia a la compresin simple del concreto es su propiedad ms caracterstica y la que define su calidad. En 1919, Duff Abrams estableci experimentalmente que la resistencia a la compresin es funcin de la relacin agua/cemento (a/c) en forma ms significativa que otras variables como la calidad de los agregados, la compacidad, etc. La resistencia aumenta con el tiempo y depende del estado de humedad durante este tiempo y del estado de humedad durante el tiempo de depsito.3. DURABILIDADEs aquella propiedad que se define como la capacidad que el concreto tiene para resistir las condiciones, para las cuales se ha proyectado, sin deteriorarse con el tiempo.4. RESISTENCIA A COMPRESIN:Se considera generalmente que la resistencia del concreto, constituye la propiedad ms valiosa, aunque sta no debe ser el nico criterio de diseo, ya que en algunos casos pueden resultar ms importantes caractersticas como la durabilidad, impermeabilidad, etc. Sin embargo la resistencia nos da una idea general de la calidad del concreto.

5. ADITIVOS.losaditivos parahormign(concreto)son componentes denaturaleza orgnica(resinas) oinorgnica, cuya inclusin tiene como objeto modificar las propiedades fsicas de los materiales conglomerados en estado fresco. Se suelen presentar en forma de polvo o de lquido, comoemulsiones.GRUPOS:Se pueden distinguir dos grupos principales: Modificadores de la reologa, que cambian el comportamiento en estado fresco, tal como la consistencia, docilidad, etc. Modificadores delfraguado, que adelantan o retrasan el fraguado o sus condiciones.Los componentes bsicos del hormign soncemento,aguayridos; otros componentes minoritarios que se pueden incorporar son: adiciones, aditivos, fibras, cargas y pigmentos.Existen aditivos que incrementan la fluidez del concreto hacindolo ms manejable, los aditivos que aceleran el fraguado son especialmente diseados para obras o construcciones donde las condiciones climticas evitan un curado rpido.Los aditivos retardantes son usados en lugares donde el concreto fraga rpidamente, especialmente en regiones con clima clido o en situaciones donde el concreto debe ser transportado a grandes distancias; esto con la intencin de manipular la mezcla por mayor tiempo.CLASIFICACINDe acuerdo con su funcin principal se clasifica a los aditivos para el hormign de la siguiente manera:Aditivo reductor de agua/plastificante:Aditivo que, sin modificar la consistencia, permite reducir el contenido de agua de un determinado hormign, o que, sin modificar el contenido de agua, aumenta el asiento (cono de abrams)/escurrimiento, o que produce ambos efectos a la vez.Aditivo reductor de agua de alta actividad/aditivo superplastificante:Aditivo que, sin modificar la consistencia del hormign, o que sin modificar el contenido de agua, aumenta considerablemente el asiento (cono de abrams)/ escurrimiento, o que produce ambos efectos a la vez.Aditivo reductor de agua:Aditivo que reduce la prdida de agua, disminuyendo la exudacin.Aditivo inclusor de aire:Aditivo que permite incorporar durante el amasado una cantidad determinada de burbujas de aire, uniformemente repartidas, que permanecen despus del endurecimiento.Aditivo acelerador de fraguado:Aditivo que reduce el tiempo de transicin de la mezcla para pasar del estado plstico al rgido.Aditivo acelerador del endurecimiento:Aditivo que aumenta la velocidad de desarrollo de resistencia iniciales del hormign, con o sin modificacin del tiempo de fraguado.Aditivo retardador de fraguado:Aditivo que aumenta el tiempo del principio de transicin de la mezcla para pasar del estado plstico al estado rgido.Aditivo hidrfugo de masa:Aditivo que reduce la absorcin capilar del hormign endurecido.Aditivo multifuncional:Aditivo que afecta a diversas propiedades del hormign fresco y/o endurecido actuando sobre ms de una de las funciones principales definidas en los aditivos mencionados anteriormente.Existen otra variedad de productos que, sin ser propiamente aditivos y por tanto sin clasificarse como ellos, pueden considerarse como tales ya que modifican propiedades del hormign, como ocurre con los colorantes o pigmentos que actan sobre el color hormign, los generadores de gas que lo hacen sobre la densidad, etc.NORMATIVALa Instruccin Espaola del Hormign Estructural (EHE) establece que se dosificarn en unidades porcentuales sobre peso de cemento no pudiendo superar el 5%.

IV. PROPIEDADES FSICAS DE LOS AGREGADOS A EMPLEARAc mostraremos las caractersticas de los agregados utilizados para los diseos de mezclas, cabe sealar que las caractersticas de los agregados son del primer informe que pertenecen a la cantera El Gaviln. Tambin se mostrarn todas las caractersticas de los componentes del concreto para as poder proceder con el diseo.A.-AGREGADO FINO Y GRUESO:PROPIEDADAGREGADO FINOAGREGADO GRUESO

Tamao mximo nominal---3/4

Mdulo de finura2.77 (arena media)7.28 (grava media)

Peso unitario suelto (kg/m3)1583.311417.20

Peso unitario compactado (kg/m3)1783.991531.44

Peso espec. De masa (gr/cm3)2.5882.517

Peso esp. SSS (gr/cm3)2.6552.543

Peso espec. Aparente (gr/cm3)2.7752.585

Contenido de humedad (%)3.21.1

Grado de absorcin (%)1.41.05

B.- CEMENTO:Portland Tipo I (ASTM C 1157)Peso Especfico 3.12 gr/cm3.C.- AGUA:Agua Potable, cumple con la Norma NTP 339.088 o E 0-60D.- ESPECIFICACIONES DE DISEODisear una mezcla de concreto normal, con las siguientes caractersticas:fc (Resistencia especificada a los 28 das)+ FibraConsistencia: Plstica

V. CLCULOS Y RESULTADOS5.1. DISEO DE MEZCLA DE CONCRETO - METODO DE FINURA DE COMBINACION DE AGREGADOSPaso 1: Clculo de la Resistencia Promedio (Resistencia media requerida):Para el clculo de la resistencia promedio tomamos como base la resistencia especificada dada y la siguiente tabla. (Cabe sealar que para a eleccin de la resistencia promedio hay varias opciones, nosotros hemos elegido este que a continuacin se presenta) fcr = 1.20 fcrfcr = 1.2*600fcr = 720 kg/cm^2 fcr = 1.10 fcr+5Mpa (ACI 3185-II) fcr = 711kg/cm^2POR TANTO fcr = 720 kg/cm2Pas 2: TMN = 3/4Pas 3: Eleccin del asentamiento:Segn el requerimiento de obra dado se requiere una consistencia plstica entonces se tiene que: Slump: 3 a 4 Pas 4: Clculo del volumen unitario de agua AGUA = 204 L/m3 ----- sin aire incorporado (perfil angular) Paso 5: Porcentaje de Aire atrapado = 2 %Paso 6: Clculo de la relacin agua/cemento.Como en el requerimiento de obra nos dice que es para un concreto normal entonces la eleccin de la relacin agua/cemento para el diseo ser por Resistencia. Interpolando datos se tiene:

fc a/c 500------------0.5700------------- 0.3 900----------- 0.4 x = 0.593A/C = 0.3Pas 7: Clculo del factor cemento:

Al resultado obtenido se le divide entre 42.5 para as calcular el factor cemento: Factor Cemento: 14.4 bolsas / m3

Paso 8: volumen de pasta ElementoPeso en kg/m3Volumen en m3

cemento6120.1967

agua183.60.1836

aire2%0.020

aditivo12.0890.0064

Volumen absoluto de la pasta0.4067 m3

Paso 9: volumen de agregado global: Vol agregado global= 1-0.4067 Vol. Agregado global = 0.5890m^2Pas 9: Clculo de rf y rgagregado grueso7175Y=.54% PARCIAL%ACUMU

tamizpeso retenido% ret acu0.460.54

peso gramos%

2.0000.000.00000

1.5000.000.00000

1.002455.5834.2234.221326.013216.239773116.2397731

0.752551.4835.5669.781377.799216.873999733.1137728

0.501782.8824.8594.63962.755211.790927944.9047007

0.38284.93.9798.60153.8461.8841623446.788863

cazoleta100.081.39100.00peso Ag=8165.22

agregado fino1000

tamizpeso retenidoPESO ACUM DE AG+AFx=.46

421321.321.38378.223853.9812389.173099389.173099

8.00239.723.9745.278617.923964.2432400.307301789.4804

16.00142.914.2959.568760.824029.9772406.9450871196.42549

30.00115.411.5471.108876.224083.0612412.3054831608.73097

50.00120.812.0883.188997.024138.6292417.9167122026.64768

100.00115.711.5794.759112.724191.8512423.2910432449.93873

cazoleta42.84.2899.039155.524211.5392425.279128

peso af=990.3

peso total=990.3

modulo de finura5.21

Paso 10: volumen de agregados:Volumen absoluto del agregado fino = (0.46*0.589)= 0.2709m3Volumen de agregado grueso = (0.54*0.589)=0.3181m^3Paso 11: peso de agregados:Agregado fino= 0.2709*(2588)=701.09Agregado grueso=0.3181*(2517)=800.66

Paso 12: materiales de diseo: Agua = 183.6 Litros Cemento = 612.00 Kg. A Fino = 701.1 Kg. A Grueso = 800.7 Kg. Aditivo=12.09 kgFibra=30 kg Pas 11: Correccin por humedad:Cemento = 612.00 Kg. A Fino = 701.1 * 1.04 = 723.54 kg A Grueso = 800.7* 1.025 = 807.7 kg Agua Efectiva = 183.6 701.1*(4 - 1.4)/100 8007*(2.5 1.05)/100 = 170.58 LitrosPas 12: Materiales de diseo para 4.5 especmenes:Cemento = 344*0.01 = 0.612 Kg. A Fino = 862.05*0.01 = 7.24 kg A Grueso = 926.51*0.01 = 8.09 kg Agua Efectiva = 168.50*0.01 = 1.71 LitrosAditivo =12.09*0.01 =0.121kgFibra = 30 kg =0.3Kg

5.2. PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS:5.2.1. PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCOTeniendo lo pesos hmedos que vamos a utilizar para las dos tandas proseguimos a pesar nuestros materiales en la balanza en su estado hmedo, como por ejemplo mostramos una foto donde se est pesando el cemento.

Pesamos el cemento

Pesamos las fibras adicionadas al concreto

El aditivo aadido al concreto

Aditivo plastificante del concreto

Paso 2: Mezclamos los agregados con el cemento en el trompo

Mesclando agregados y concreto

Medicin de aditivo disuelto para en concreto

Vaciado del concretoImgenes donde se muestra la obtencin de la mezcla de concretoA. SLUMP:Llenar el cono de Abrams con la mezcla en tres capas, en cada una de ella compactar con 25 golpes, para posteriormente medir su slump.

Slump = 7 cm = 3

B. APARIENCIA: La apariencia es equilibrada como podemos observar es mejor que el mtodo del mdulo de fineza de agregados combinados.

Apariencia equilibrada ni sobre gravosa ni sobre arenosa

C. PESO UNITARIO DE CONCRETO FRESCO:Primero se procedi a llenar cada probeta con la pasta de concreto.A continuacin mostramos el moldeamiento en una de las tres probetas para ser ensayada a flexin.

Colocacin de mezcla para ensayo a flexinCompactando con 25 golpes en 3 etapas la mezclapesamos otra probeta, la cual ser ensayada a compresin para encontrar su peso unitario en estado fresco.

Peso en estado fresco,=24.740 kgPeso del molde =11.7kg

Peso Unitario de Concreto Fresco =

Peso Unitario de Concreto Fresco =

Peso Unitario de Concreto Fresco: 2346 kg/m3

Finalmente la dejamos fraguar durante 24 horas, para el siguiente paso desencofrar colocarlo a un recipiente de agua para que se elabore el curado de la probeta durante 7 das.

5.2.2. PROPIEDADES MECANICAS DEL CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO

A. ENSAYO A COMPRESIN PROBETA N 1 Ensayo a traccin, mediante el mtodo brasileo

Ensayo ha compresiona) TIPO DE FALLA

Tipo de Falla por agregadoEntonces podemos decir que la falla por agregado es debido a que, ste es de cerro, el cual tiene baja resistencia a la abrasin.

b) ESFUERZO A LA COMPESIONProcesamiento de datos en la siguiente tabla:AREA (cm2)182.415Altura (mm)304.8

PROBETA N 01

CargaDeformacionDeformacion Unitariaf'c = Carga/ A

(kg)hu=h/h(kg/ cm2)

(mm)

10000.150.0004921265.482

20000.190.0006233610.964

30000.220.00072178516.446

40000.290.00095144421.928

50000.350.00114829427.410

60000.430.00141076132.892

70000.590.00193569638.374

80000.680.00223097143.856

90000.770.00252624749.338

100000.850.00278871454.820

110000.920.00301837360.302

1200010.0032808465.784

130001.120.00367454171.266

140001.20.00393700876.748

150001.30.00426509282.230

160001.430.00469160187.712

170001.50.0049212693.194

180001.580.00518372798.676

190001.670.005479003104.158

200001.750.00574147109.640

210001.80.005905512115.122

220001.880.006167979120.604

230001.950.006397638126.086

240002.020.006627297131.568

250002.10.006889764137.050

260002.150.007053806142.532

270002.230.007316273148.014

280002.290.007513123253.496

290002.440.008005249258.978

300002.490.008169291264.460

310002.550.008366142269.942

320002.60.008530184375.424

330002.650.008694226380.906

340002.70.008858268386.388

350002.750.00902231391.870

360002.810.00921916397.352

370002.870.00941601402.834

380002.90.009514436408.316

390002.980.009776903413.798

400003.050.010006562419.280

410003.10.010170604524.762

420003.130.010269029530.244

430003.160.010367454535.726

440003.230.010597113541.208

450003.40.011154856546.690

460003.50.01148294752.172

Carga de primera falla: 95 tnCarga de ruptura : 100 tn.

ESFUERZO DE DISEO (28 DIAS)600kg/cm2

AREA RESISTENTE182.415cm2

CARGA LTIMA10000kg

ESFUERZO CALCULADO (14 DIAS)548.200kg/cm2

% ALCANZADO98.68%

Podemos observar que el % alcanzado a los 14 das es 98.68%, el cual indica un buen diseo; ya que el % mnimo es 80%.

DIAGRAMA ESFUERZO - DEFORMACION

c) MDULO DE ELASTICIDAD Por Mtodo de la SecanteE=TAN=E=TAN=E=TAN= 22 943.32

Mtodo de la Cuerda (entre 10% y 40% de esfuerzo)E=TAN=E=TAN=18 278.53 kg/cm2

Por la frmula del ACIE=15000*E=15000*E=235 595.522 kg/cm2B. ENSAYO A TRACCION PROBETA 2Realizacin de medidasENSAYO A TRACCION

D (mm) =152.4L (cm) =30.5Ar (cm2)=1459.3

PROBETA N 02

CargaDeformacionDeformacion Esfuezo a Traccion

(kg)hUnitaria(kg/cm2)

(mm)u=h/h2P/(*L*D)

10000.210.001381.371

20000.220.001442.741

30000.250.001644.112

40000.270.001775.482

50000.290.001906.853

60000.320.002108.223

70000.340.002239.594

80000.360.0023610.964

90000.390.0025612.335

100000.420.0027613.705

110000.450.0029515.076

120000.470.0030816.446

130000.490.0032217.817

140000.510.0033519.187

150000.520.0034120.558

160000.540.0035421.928

170000.560.0036723.299

180000.580.0038124.669

Carga Mxima18000kg

Deformacion mxima0.002

Esfuerzo mx a Traccion24.67kg/cm2

Esfuerzo mx a estimado24.49kg/cm2

VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESA.- Conclusiones: Se ha logrado determinar las siguientes propiedades tanto para el estado fresco y endurecido del concreto.SLUMPOBERVACION

7.5 cm3Consistencia Plstica

Apariencia De MezclaEquilibrada

Peso Unitario de C fresco2346 kg/m3

MODULO DE ELASTICIDAD (menor)22 943.32 kg/cm2

Esfuerzo a compresin Mximo 548.2 kg/cm2 (98.68% del especificado)

Esfuerzo a flexin mximo (14 dias)24.67kg/cm2

Tipo de falla a la compresinFalla por agregado grueso.

Tipo de falla a la FlexinFalla por ruptura diagonal.

B.- Recomendaciones: En el momento de calcular el SLUMP se debe lograr una compactacin adecuada, poniendo correctamente los pies, evitando el movimiento del cono. Los especmenes al momento de curado deben estar totalmente sumergidos en agua.VII. BIBLIOGRAFIA1. Reglamento ACI 318S-112. Resultados de Prctica de Laboratorio.3. RIVVA LOPEZ: Diseo de Mezclas, ICG4. PASQUEL CARBAJAL, Enrique: Tpicos de tecnologa del Concreto. 2 Edicin. 1998. Lima Per.

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