UNC TECNOLOGÍA DEL CONCRETO DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO CON ADITIVO INCORPORADOR DE AIRE SIKA AER; POR EL MÉTODO A.C.I. COMITÉ 211. I. RESUMEN: En casos donde el proyecto se va a desarrollar en zonas con condiciones ambientales severas, es necesario utilizar un aditivo incorporador de aire para evitar el fenómeno de congelamiento. La finalidad del presente es realizar el diseño de mezclas de concreto utilizando el método planteado por el comité 211 del Instituto Americano del Concreto (ACI). Este método requiere de una serie de operaciones previas, tales como determinar las propiedades físicas de los materiales a usar: - Peso específico de masa, grado de absorción, contenido de humedad, módulo de finura (agregado fino y agregado grueso). - Tamaño Máximo Nominal, peso seco compactado y como requisito primordial, el perfil (agregado grueso). - Tipo, fábrica y peso específico del cemento. - Calidad de agua. Una vez completado el diseño y determinadas las cantidades en peso de cada uno de los constitutivos del concreto se procedió con su preparación, para luego determinar su SLUMP y peso unitario (concreto fresco); posteriormente se efectuó el vaciado en los moldes metálicos previamente engrasados. El concreto reposó en el molde metálico por espacio de 24 horas, al cabo de las mismas, las probetas fueron desmoldadas y sumergidas completamente en agua por 7 días, luego de ello se secaron al ambiente por 24 horas. A los 7 días de vida, las probetas, fueron sometidas al Ensayo de Resistencia a la Compresión, previa determinación de sus dimensiones y peso seco, considerando que a esta edad alcanza el 70% de la resistencia especificada a los 28 días. Cabe hacer notar que la preparación del concreto se mecánicamente, utilizando para ello una carretilla y una palana. INGENIERIA CIVIL realizó 1 UNC II. TECNOLOGÍA DEL CONCRETO INTRODUCCIÓN Las características del concreto están en función de su uso. Por ello la selección de las proporciones por unidad cúbica de concreto debe permitir obtener un concreto con la facilidad de colocación, densidad, resistencia, durabilidad u otras propiedades que se consideran necesarias para el caso particular de la mezcla diseñada. Al seleccionar las proporciones de la mezcla debe tenerse en cuenta las condiciones de colocación, la calidad y experiencia del personal profesional y técnico, la interrelación entre las diversas propiedades del concreto. El concreto está compuesto principalmente de cemento, agregados, agua y aire (atrapado). El Comité 211 del Instituto Americano del Concreto (ACI) ha desarrollado un procedimiento de diseño de mezclas de concreto bastante simple, el cual permite obtener valores de los diferentes materiales que integran la unidad cúbica de concreto. La determinación de las cantidades de materiales requeridas para preparar una unidad cúbica de concreto implica una secuencia cuyo cumplimiento permite, en función de las características de los materiales, preparar la mezcla adecuada para el trabajo que se va a efectuar. INGENIERIA CIVIL 2 UNC III. TECNOLOGÍA DEL CONCRETO OBJETIVOS - Realizar el diseño de una mezcla de concreto usando el método del Comité 211 del Instituto Americano del Concreto (ACI), basándonos en una resistencia especificada (resistencia requerida) con incorporador de aire. - Determinar las propiedades tanto del concreto fresco (slump, peso unitario, segregación, exudación), como del concreto endurecido (esfuerzo de rotura, esfuerzo máximo, módulo de elasticidad). - Evaluar la resistencia a compresión alcanzada por el concreto endurecido. - Determinar las características del concreto fresco y endurecido al incorporarle aire mediante un aditivo. IV. MARCO TEORICO - En el método de Diseño A.C.I. (American Concrete Institute), se determina en primer lugar los contenidos de cemento, agua, aire y agregado grueso por diferencia de la suma de volúmenes absolutos en relación con la unidad cubica, el volumen absoluto y peso seco del agregado fino. - De esta manera, sea cual fuere la resistencia deseada, en tanto se mantengan constantes el tamaño máximo nominal del agregado grueso y el módulo de finura del agregado fino, el contenido total de agregado grueso en la mezcla será el mismo, independientemente del contenido de pasta. - Para el método estudiado, los contenidos de agregados grueso y fino varían para las diferentes resistencias, siendo esta variación función, principalmente, de la relación agua cemento y del contenido total de agua, expresados a través del contenido de cemento de la mezcla. INGENIERIA CIVIL 3 UNC TECNOLOGÍA DEL CONCRETO V. ESPECIFICACIONES Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES 1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS: En el diseño de mezclas se especificó un de 250Kg/cm2 a los 28 días. Teniendo en cuenta estos datos elaboramos las muestras de prueba. 2. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES Cemento: Cemento Pacasmayo tipo I Peso Específico 3.11 gr/cm3. Agua: Potable de la red de servicio público, ciudad universitaria. AGREGADO GRUESO T.M.N 1” Ensayo Valor Comentario Este valor se encuentra dentro del rango <1350Kg./m3;1680Kg./m3 > Puss 1281.1Kg./m3 Pusc 1575.6Kg./m3 No hay Rango que determine la norma técnica Mf 7.786 No hay Rango que determine la norma técnica Pemasa 2.50gr./cm3 Pe sss 2.53gr./cm3 Pea 2.57gr./cm3 Absorción 1.09% No hay Rango que determine la norma técnica ω(%) 1.10% No hay Rango que determine la norma técnica Los pesos específicos sí se encuentran en el rango <2.45 ; 2.71> AGREGADO FINO Ensayo Valor Comentario Puss 1322.7Kg./m3 Se encuentra fuera del rango <1400Kg./m3;1700Kg./m3 > Pusc 1596Kg./m3 Se encuentra fuera del rango <1550Kg./m3;1750Kg./m3 > Mf 3.2 Se encuentra fuera del límite <0.79 ; 3.81> 3 Pemasa 2.4gr./cm Pe sss 2.5gr./cm3 Pea 2.7gr./cm3 Absorción 4.68% No hay Rango que determine la norma técnica ω(%) 4,53% No hay Rango que determine la norma técnica INGENIERIA CIVIL Los pesos específicos sí se encuentran en el rango <2.45 ; 2.71> 4 UNC TECNOLOGÍA DEL CONCRETO En el diseño de la mezcla se considerará una temperatura mínima de -18°C. Para el cálculo de la resistencia promedio tomamos como base la resistencia especificada dada y la siguiente tabla. (Cabe señalar que para a elección de la resistencia promedio hay varias opciones, nosotros hemos elegido este que a continuación se presenta) La resistencia de diseño de 250 kg/cm2 Por tratarse de un aditivo incorporador de aire se le aumentara la resistencia en un 10%. f’c = 250 + 10%(250) = 275 kg/cm2. f’cr = 275+84 f’cr = 359 kg/cm2 1. Selección del tamaño máximo nominal del agregado grueso. Según la granulometría del agregado grueso tenemos el valor de 2. Selección del asentamiento o SLUMP. Según el requerimiento de una mezcla plástica se tiene un asentamiento igual a: 3. Selección del volumen unitario de agua de diseño (tabla N°II de la separata del docente), con el empleo de la tabla correspondiente. Entrando a la tabla y para una mezcla con un asentamiento de 3’’ a 4’’ sin aire incorporado y con T.M.N. del agregado grueso de 1’’, tenemos: Contenido de agua = 175 lts. 4. Selección del contenido de aire, con el empleo de la tabla correspondiente. Teniendo en cuenta que la mezcla va a tener problemas de congelamiento y deshielo se determina el contenido de aire para un T.M.N. del agregado grueso de 1’’, considerando la tabla 4.2.1. Del ACI. Contenido de aire = 6% 5. Selección de la relación agua/cemento por resistencia, para un concreto sin aire incorporado, interpolando valores tenemos o Para un valor de: f’cr=359 Kg/cm2. INGENIERIA CIVIL 5 UNC TECNOLOGÍA DEL CONCRETO o Una relación por resistencia a/c = 0.4 o Una relación por durabilidad a/c = 0.5 o Luego elegiremos la menor relación: a/c = 0.4 6. Determinación del factor cemento. a/c = 0.4 F.C. = Vagua/(a/c) = 175/0.4 = 437.5 kg/m3 = 437.5/42.5 = 10.294 bls/m3. 7. Determinación del contenido de agregado grueso: Módulo de finura del agregado fino T.M.N. del agregado grueso = 3.2 = 1” 8. Determinación de la sumatoria de volúmenes absolutos de cemento, agua de diseño, aire y agregado grueso. INGENIERIA CIVIL 6 UNC TECNOLOGÍA DEL CONCRETO Elemento Agua Cemento Aire Agregado grueso Aditivo SUMA Peso en kg/m3 Volumen en m3 175 0.1750 437.5 0.1407 6% 0.0600 975.86 0.3903 1.108*F.C. 0.000445 - 0.766445 9. Determinación de agregado fino: Vagr.fino = 1 - .766445 = 0.23355 m3. 10. Determinación de los valores de diseño del cemento, agua, aire, agregado fino y agregado grueso. Cemento Agua Aire Agregado Grueso seco Agregado Fino seco 11. 437.5 kg/m3 175 lts 6% 975.86 kg/m3 560.52 kg/m3 Corrección por humedad de los agregados. Los pesos húmedos de los agregados fino y grueso serán igual al respectivo peso seco multiplicado por la unidad mas el contenido de humedad expresado en forma decimal. -Peso húmedo del agregado: Fino……………………………………… 560.52 x 1.0453 = 585.912 kg/m3 Grueso…………………………………. 975.86 x 1.0100 = 985.619 kg/m3 * El agua de absorción no es parte del agua de mesclado, por lo que deberá ser excluida de las correcciones por humedad del agregado, para ello se debe calcular la humedad superficial. -Humedad superficial del agregado: Fino……………………………………….4.53-4.68= -0.15% Grueso……………………………………1.10-1.09= +0.01% INGENIERIA CIVIL 7 UNC TECNOLOGÍA DEL CONCRETO *Conocida la humedad superficial se puede determinar el aporte de cada uno de los agregados al agua de mezcla. Para ello se multiplicara el peso seco del agregado por la humedad superficial del mismo expresada en fracción decimal. -Aporte de humedad del agregado: Fino…………………………………… 560.52 x – 0.0015= -0.841 lts/m3 Grueso………………………………… 975.86 x 0.00010 = +0.0976 lts/m3 Total………………………………………. -0.7434 lt/m3 *Como el agregado quita agua del diseño de mezcla, dicha cantidad deberá ser aumentada al agua de diseño para así poder determinar el agua efectiva para el diseño. *agua efectiva………………………………….175 +0.7434 = 175.7434 lts/m3 = 175.7L Materiales al pie de obra: 12. AL PIE DE OBRA 437.5 Kg CEMENTO AGUA DE DISEÑO 175.7 L AGREGADO FINO HUMEDO 585.9 Kg AGREGADO GRUESO HUMEDO 985.6 Kg ADITIVO 445.4 cm3 *Proporción en Peso para un metro cubico: 13. 437.5 585.9 ---------- : ----------437.5 437.5 1 : 1.34 985.6 : ------- / 437.5 : 2.25 175.7 -------10 / 17.57 lts/bolsa *Pesos húmedos: *Volumen del espécimen0.01333m3 o o o o o Cemento = 5.83 Kg. A° Fino = 7.81 Kg. A° Grueso = 13.14 Kg. Agua Efectiva = 2.34 lts. Aditivo = 5.937 ml. INGENIERIA CIVIL 8 UNC TECNOLOGÍA DEL CONCRETO IX.- DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO Y EL CONCRETO ENDURECIDO 1. PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO a. SLUMP En teoría el slump alcanzado deberá estar entre 3” y 4”. El slump determinado con la prueba del cono de Abrams es 2.8’’ b. PESO UNITARIO Teóricamente el peso unitario del concreto fresco deberá fluctuar entre 2300 Kg/m3 y 2400 Kg/m3. Según el diseño un m 3 de concreto deberá pesar 2307.5Kg. El peso unitario del concreto elaborado es como sigue: PESO VOLUMETRICO DEL CONCRETO DISEÑADO Probeta 1 Vol Probeta W Probeta Vacía W Probeta +Mezcla W mezcla (Kg.) (Kg.) 11.260 24.280 13.02 de 5.65 litros 0.00565m3 PROBETA 1 PESO UNITARIO POR PESO UNITARIO POR PROBETA m3 13.02 Kg 2304.42 Kg/m3 c. SEGREGACIÓN El concreto elaborado tiene una segregación LEVE, casi NULA. d. EXUDACIÓN La exudación, en el concreto elaborado es LEVE. 2. PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO INGENIERIA CIVIL 9 UNC TECNOLOGÍA DEL CONCRETO a. ESFUERZO MÁXIMO, ESFUERZO DE ROTURA Y MÓDULO DE ELASTICIDAD Para determinar estas características presentamos a continuación los datos obtenidos en los ensayos de resistencia a la compresión de cada una de las probetas, así como sus gráficas respectivas: carga última: tiempo: velocidad: PUNTO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 14 2.9 4.83 CARGA(kg) 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 Tn altura (mm) diámetro (cm) min 301 15.08 Tn/min DEFORMACIÓN(mm) ESFUERZO (kg/cm2) esfuerzo 28 días 0.3 5.599 7.999 0.6 11.198 15.997 0.85 16.797 23.996 0.95 22.396 31.994 1.14 27.995 39.993 1.24 33.594 47.991 1.42 39.193 55.990 1.75 44.792 63.988 1.98 50.391 71.987 2.2 55.990 79.985 2.49 61.589 87.984 2.84 67.188 95.982 3.2 72.786 103.981 3.4 78.385 111.979 Área (cm2) 178.605 DEF. UNITARIA 0.0009967 0.0019934 0.0028239 0.0031561 0.0037874 0.0041196 0.0047176 0.0058140 0.0065781 0.0073090 0.0082724 0.0094352 0.0106312 0.0112957 EXPRESIÓN DE RESULTADOS: INGENIERIA CIVIL 10 UNC TECNOLOGÍA DEL CONCRETO X.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES: Se realizaron 01 espécimen donde se pudo observar las propiedades del concreto fresco (manejabilidad) y endurecido (resistencia a la compresión). Se obtuvo una resistencia promedio de compresión 126.45 Kg/Cm2 RECOMENDACIONES: Se recomienda colocar los especímenes en forma correcta en la máquina de compresión para evitar errores en el momento de la lectura y ejecución de la práctica. En el momento de calcular el SLUMP se debe lograr una compactación adecuada, poniendo correctamente los pies, evitando el movimiento del cono. Los especímenes al momento de curado deben estar totalmente sumergidos en el agua. XI.- BIBLIOGRAFÍA USADA: a. Rivva López, Enrique: “NATURALEZA Y MATERIALES DEL CONCRETO”. Edit. ACI. Perú. b. Rivva López, Enrique: “DISEÑO DE MEZCLAS”. Perú. INGENIERIA CIVIL 11 UNC TECNOLOGÍA DEL CONCRETO c. Abanto Castillo, Flavio: “TECNOLOGIA DEL CONCRETO”, Editorial San Marcos. d. Asociación de productores de cemento “BOLETINES TÉCNICOS”. Perú. e. Copias del curso. ANEXOS INGENIERIA CIVIL 12
