Diseño de mezcla de concreto

OBJETIVOS Determinar la combinación más práctica de los materiales con los que se dispone para producir un concreto que satisfaga los requisitos de comportamiento bajo las condiciones particulares de uso. MARCO TEÓRICO Diseño de Mezcla del Concreto Los métodos descritos proporcionan una aproximación preliminar de las cantidades de materiales necesarios para elaborar la mezcla de concreto, que luego deben ser verificadas mediante mezclas de prueba en el laboratorio o en el campo y efectuar los ajustes que sean necesarios con el objetivo de lograr las características deseadas en el concreto fresco y endurecido. El documento ACI 211.1 resume el procedimiento de diseño de mezclas de concreto, en 9 pasos que son: Elección del revenimiento Elección del tamaño máximo de agregado Cálculo del agua de mezclado y el contenido de aire Selección de la relación agua- cemento Cálculo del contenido de cemento Estimación del contenido de agregado grueso Estimación del contenido de agregado fino Ajuste por humedad del agregado 1-Elección del revenimiento 2-Elección del tamaño máximo de agregado Por regla general, el tamaño máximo de agregado debe ser el mayor Disponible económicamente y guardar relación con las dimensiones de la estructura. En ningún caso el tamaño máximo debe exceder de:  ·   1/5 de la menor dimensión entre los costados de los moldes. ·   1/3 del espesor de las losas. ·  3/4 del espacio libre mínimo entre varillas de refuerzo Individuales, paquetes de varillas o torones de pretensado. El torón se define como un cable conformado de un cable central de mayor diámetro y recubierto en su perímetro por 6 cables de menor diámetro enrollados a los largo del cable central. 3-Cálculo del agua de mezclado y el contenido de aire La tabla 5.3.3 del apéndice A1 del documento ACI 211.1, proporciona la Cantidad de agua (en kg/m³ de concreto) y el porcentaje de aire atrapado en función de las siguientes variables: a) Tipo de concreto -Sin aire incluido -Con aire incluido (dependiendo si el nivel de exposición es bajo, medio o extremo) b) Revenimiento -De 1 a 2” -De 3 a 4” -De 6 a 7” c) Tamaño máximo nominal del agregado (Para 3/8”,1/2”,3/4”,1”, 1 ½”,2”,3” y 6”) Exposición ligera: Cuando se desee la inclusión de aire por otros efectos benéficos que no sean la durabilidad, por ejemplo para mejorar la cohesión o la trabajabilidad, o para incrementar la resistencia del concreto con un bajo factor de cemento, pueden emplearse contenidos de aire inferiores a los necesarios para la durabilidad. Esta exposición incluye servicio interior o exterior en climas en los que el concreto no estará expuesto a agentes de congelación o deshielo. Exposición moderada: Implica servicio en climas donde es probable la congelación, pero en los que el concreto no estará expuesto continuamente a la humedad o a agua corriente durante largos periodos antes de la congelación, ni a agentes descongelantes u otros productos químicos agresivos. Como ejemplos pueden señalarse: vigas exteriores, columnas, muros, trabes o losas que no estén en contacto con el terreno húmedo y que estén ubicadas de manera que no reciban aplicaciones directas de sales des congelantes. Exposición severa: Cuando el concreto estará expuesto a productos químicos descongelantes u otros agentes agresivos, o bien, cuando el concreto pueda resultar altamente saturado por el contacto continuo con humedad o agua corriente antes de la congelación. Ejemplos de lo anterior son: pavimentos, pisos de puentes, cunetas, desagües, aceras, revestimiento de canales, tanques exteriores para agua o resumideros. Nota: Para obtener información sobre las condiciones relativas al contenido de aire, consultar los comités ACI 201, 301 y 302. Tabla 5.3.3: Requisitos aproximados de agua de mezclado y contenido de aire para diferentes revenimientos y tamaños máximos nominales recomendados. 4-Selección de la relación agua-cemento Se conoce como relación agua/cemento (A/C) a la razón existente entre el peso del agua con respecto al peso de cemento, es decir:  A/C = Peso de agua/ Peso de cemento  Si se mantienen constantes las cantidades de agregado seco en una determinada proporción de concreto, se observa que a medida que La relación agua/cemento (A/C) se incrementa, esto conlleva una disminución en la resistencia del concreto. Por eso es importante tener un adecuado balance de dicha relación, de forma que permita que, para una determinada cantidad de cemento fija en la mezcla, se disponga de la suficiente cantidad de agua que permita una adecuada colocación del concreto y lograr la resistencia especificada (f`c). Los valores que están por debajo del valor promedio pueden representar problemas si están significativamente por debajo de f´c. De ahí que en ACI 318-02 se recomiendan 3 casos para estimar el valor de f´cr en función de la disponibilidad de registros de ensayos previos y toman en cuenta el valor de la desviación estándar s obtenida. A continuación se resumen las 3 situaciones descritas: Se disponen de una cantidad de 30 o más registros. Se dispone de 15 a 29 registros. Se cuenta con menos de 15 registros. 4.1 Se dispone de una cantidad de 30 o más registros. 4.2 Se dispone de 15 a 29 registros. 4.3 Se cuenta con menos de 15 registros. Una vez se determina el valor de f´cr y si el concreto será con o sin inclusión de aire se procede a determinar la relación A/C de la tabla 5.3.4 (a) que se muestra a continuación: 5-Cálculo del contenido de cemento El cemento requerido es igual al contenido estimado de agua de mezclado dividido entre la relación A/C Si no obstante, la especificación incluye un límite mínimo separado sobre el cemento, además de los requerimiento de resistencia y durabilidad, la mezcla debe basarse en el criterio que conduzca a una cantidad mayor de cemento. C=A/(A/C) Donde: C = Cantidad de cemento por m³ de concreto A = Cantidad de agua por m³ de concreto A/C =Relación agua-cemento 6-Estimación del contenido de agregado grueso En la tabla 5.3.6 se muestra el volumen de agregado, en m³, con base al peso volumétrico varillado seco (PVV), para un m³ de concreto. Este volumen se convierte a peso seco del agregado grueso requerido en un m³ de concreto, multiplicándolo por el peso volumétrico varillado en seco por m³ de agregado grueso. 7-Estimación del contenido de agregado fino Hasta el paso 6 se han estimado todos los componentes del concreto, excepto el agregado fino, cuya cantidad se determina por diferencia. ACI 211.1 proporciona 2 formas determinarlo: Por el método de peso Por el método de volumen absoluto (preferido en el país) 7.1 Por el método de peso Cuando se desea un cálculo teóricamente exacto del peso del concreto fresco por m³, puede emplearse la siguiente fórmula: U = 10Ga (100-A) + CM(1-Ga/Gc) – WM(Ga-1) Donde: U : Peso del concreto fresco, por m³. Ga : Promedio pesado del peso específico de la combinación de agregado fino y grueso, a granel en condición SSS. Gc : Peso específico del cemento (generalmente es 3.15) A : Porcentaje de contenido de aire. WM : Requerimiento de agua de mezclado, kg/m³ CM : Requerimiento de cemento, kg/m³ La estimación del contenido de agregado fino se hace restando al peso del concreto fresco la suma de las cantidades de agua, cemento y agregado grueso que se han determinado previamente: Agregado fino = Peso del concreto - (peso del agua+ peso del cemento + peso agregado grueso) En kg/m³ de concreto 7.2 Por el método de volumen absoluto Un procedimiento más exacto para calcular la cantidad requerida de agregados finos, implica el empleo de volúmenes desplazados por los componentes (determinación de gravedades específicas). En este caso, el volumen total desplazado por los componentes conocidos (el agua, aire, cemento y agregado grueso) se resta del volumen unitario del concreto para obtener el volumen requerido de agregado fino. El volumen ocupado por cualquier componente en el concreto es igual a su peso dividido entre la densidad de ese material (siendo ésta el producto del peso unitario del agua por el peso específico del material). Con las cantidades de cemento, agua y agregado grueso establecido y la cantidad aproximada de aire atrapado de 1% que se determinó en la tabla 5.3.3, el contenido de arena puede calcularse como sigue: Peso volumétrico = Peso/Volumen Volumen = Peso/ peso volumétrico Gravedad específica=Peso volumétrico/Peso volumétrico del agua Peso volumétrico=gravedad específica x peso volumétrico del agua (1000 kg/m³) Volumen=Peso/(gravedad específica x peso volumétrico del agua) 8-Ajustes por humedad del agregado Determinación de pesos húmedos Agregado fino húmedo = Agregado fino seco (1+af) Agregado grueso húmedo = Agregado grueso seco (1+ag) b) Determinación del agua a añadir Agua a añadir=Agua neta de mezclado-Agua por humedad+agua por absorción Agua a añadir=Agua neta de mezclado -Warena seca arena+Warena seca absarena -Wgrava seca grava+Wgrava seca absgrava Agua a añadir=Agua neta de mezclado -Warena seca (arena-absarena) - Wgrava seca (grava- absgrava) PROCEDIMIENTOS Y RESULTADOS CONCLUSIONES El proporcionamiento de mezclas de concreto, más comúnmente llamado diseño de mezclas es un proceso que consiste de pasos dependientes entre sí: Selección de los ingredientes convenientes (cemento, agregados, agua y aditivos). Determinación de sus cantidades relativas “proporcionamiento” para producir un, tan económico como sea posible, un concreto de trabajabilidad, resistencia a compresión y durabilidad apropiada. Estas proporciones dependerán de cada ingrediente en particular los cuales a su vez dependerán de la aplicación particular del concreto. También podrían ser considerados otros criterios, tales como minimizar la contracción y el asentamiento o ambientes químicos especiales. LABORATORIO 5 ESTRUCTURAS DE CONCRETO 2 10