UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ FACULTAD INGENIERIAS TECNOLOGÍA DEL CONCRETO LABORATORIO 02: INFORME LABORATORIO: DISEÑO DE MEZCLAS ACI 211.1 GRUPO 04 Toma de muestras del concreto fresco Elaboración y curado del concreto Trabajo que como parte del curso presentan los alumnos: DOCENTE: Arequipa, 16 de septiembre del 2021 INDICE GENERAL I. INTRODUCCIÓN....................................................................................................3 II. LOGRO DE LA PRÁCTICA ..................................................................................4 III. DOSIFICACIÓN TEORICA ...................................................................................5 3.1 Procedimientos de diseño de mezcla de concreto............................................5 3.1.1 Resistencia de diseño............................................................................................5 3.1.2 Elección de revenimiento ......................................................................................7 3.1.3 Determinación del tamaño máximo nominal del agregado .............................8 3.1.4 Estimación de la cantidad de agua y contenido de aire...................................9 3.1.5 Selección de relación agua y cemento ...............................................................9 3.1.6 Calculo del contenido de cemento.....................................................................10 3.1.7 Contenido de la cantidad de cemento en bolsas ............................................11 3.1.8 Calculo del Volumen absoluto de la pasta .......................................................11 3.1.9 Cálculo del Volumen de los agregados ............................................................11 3.1.10 Porcentaje del agregado fino..............................................................................11 3.1.11 Volúmenes absolutos del agregado ..................................................................11 3.1.12 Pesos secos de los agregados ..........................................................................12 3.1.13 Ajuste por humedad de los agregados .............................................................12 IV. RESULTADOS OBTENIDOS .............................................................................13 V. EVALUACION DE RESULTADOS ....................................................................28 VI. RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES...................................................29 VII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ..................................................................31 Página 2 de 31 I. INTRODUCCIÓN A lo largo de la historia el concreto es el elemento más usado en el ámbito mundial de la construcción, elemento que ha ido evolucionando a lo largo del tiempo y en consecuencia también las exigencias en cada una de sus aplicaciones, es así que este elemento juega un rol significativo para el desarrollo de nuestro país, en donde los ingenieros son los llamados a tomar plena conciencia sobre su uso. Cuando se construyen estructuras de concreto que deben cumplir con requisitos de calidad, seguridad, y vigencia en el tiempo que se espera de ellas, hay muchos aspectos que deben ser considerados, tales como: el conocimiento profundo de los componentes de la mezcla, la adecuada selección de los materiales, la comprensión de las propiedades del concreto, los criterios de diseño de las proporciones de la mezcla más adecuada para cada caso, el proceso de puesta en obra, el control de la calidad del concreto y los más adecuados procedimientos de mantenimiento y reparación de la estructura. La demanda del concreto ha impulsado la formulación de diferentes métodos de diseños de mezcla, métodos que permiten a los usuarios conocer no sólo las dosis de los componentes del concreto, sino también la forma más apropiada para elaborar la mezcla; la selección de las dosificaciones de concreto implica un balance entre economía y los requisitos específicos de la obra, que se rigen por el uso del concreto y las condiciones que se espera encontrar en el momento de su colocación. La aplicación apropiada de normas ASTM al concreto en estado fresco proporciona confiabilidad y precisión en la identificación del concreto de buena calidad y el concreto que no cumple las especificaciones. Esta práctica cubre la obtención de muestras representativas de concreto fresco cuando se requiere desarrollar pruebas para determinar la calidad del concreto fresco. También contiene la preparación de muestras de concreto para su posterior ensayo, cuando es deseable o necesario remover el agregado de un tamaño especificado. Esto se realiza preferiblemente por medio del tamizado en húmedo. Este ensayo brinda el los requerimientos y procedimientos del muestreo del concreto. Los cuáles serán materiales, mezcla, contenido de aire, temperatura, proporciones, están en cada norma específica. Esta práctica proporciona los requisitos normalizados para fabricar, curar, proteger y transportar el concreto para ensayo bajo condiciones de campo. Si las probetas son fabricados y curados de manera estándar, los datos de ensayo de resistencia pueden ser empleados para: la aceptación por cumplimiento de la resistencia especificada, la verificación de la adecuada proporción de la mezcla para la resistencia y control de la calidad. Página 3 de 31 II. LOGRO DE LA PRÁCTICA En la presente practica se logrará determinar la calidad y resistencia del concreto y el cumplimiento de los requisitos de calidad de las especificaciones bajo las cuales se suministra dicho concreto, y establecer los parámetros y criterios necesarios para adaptar el método de diseño de mezclas de concreto requerido en la ejecución del proyecto. Así mismo se conocerá los procedimientos correctos que se debe aplicar en la toma de muestra del concreto fresco, de los cuales obtener los resultados que sean representativos. Reconocer la variación de resistencias a compresión entre los muestreos, que radica en el asentamiento de cada mezcla debido al incremento de relación agua-cemento, y de los cuales determinar las propiedades involucrado que son excedentes o faltantes de la dosificación de mezcla de concreto requerido, así mismo asegurar la precisión en la identificación del concreto de buena calidad y del concreto que no cumple con las especificaciones apropiadas para llegar a una resistencia requerida. Esta práctica cubre los procedimientos para elaborar curar elementos de muestra representativos del concreto con la finalidad de conocer la resistencia a compresión y la resistencia a flexión, así conocer las propiedades normalizadas de los agregados y los componentes generales del concreto, conocer los procedimientos de curado, el periodo de aplicación, la importancia que interviene para su alcance a una resistencia requerida. 2.1. Objetivo General Realizar una correcta aplicación de Normas ASTM para pruebas al concreto en estado fresco, Determinar la calidad del concreto en cuanto a su cumplimiento cuantitativo conforme a las especificaciones normativas. 2.2. Objetivos Específicos o Realizar los procedimientos correctos de muestra y garantizar un buen control de calidad del concreto suministrado en obra. o Asegurar la precisión en la identificación del concreto de buena calidad y del concreto que no cumple con las especificaciones apropiadas. o Emplear los componentes del concreto según su requerimiento para la elaboración, y sus procedimientos adecuados para determinar la resistencia alcanzada. o Aplicar el curado su procedimiento correcto, y conocer la importancia que interviene en el proceso de endureciendo del concreto. Página 4 de 31 III. DOSIFICACIÓN TEORICA Según (Gustavo & Olivia, 2012), el diseño de mezclas es un proceso que consiste de pasos dependientes entre sí: Selección de los ingredientes convenientes (cemento, agregados, agua y aditivos) y Determinación de sus cantidades relativas de “proporcionamiento” para producir un concreto, tan económico como sea posible, de trabajabilidad, resistencia a compresión y durabilidad deseada. 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. Aunque se han realizado gran cantidad de trabajos relacionados con los aspectos teóricos del diseño de mezclas, en buena parte permanece como un procedimiento empírico. Y aunque hay muchas propiedades importantes del concreto, la mayor parte de procedimientos de diseño, están basados principalmente en lograr una resistencia a compresión para una edad especificada, así como una trabajabilidad apropiada. Además, es asumido que si se logran estas dos propiedades las otras propiedades del concreto también serán satisfactorias (excepto la resistencia al congelamiento y deshielo u otros problemas de durabilidad tales como resistencia al ataque químico). (págs. 79-80) 3.1. Procedimientos de diseño de mezcla de concreto Para el establecimiento de los pesos por metro cubico de concreto se debe seguir la siguiente secuencia 3.1.1. Resistencia de diseño La resistencia de diseño de una mezcla de concreto hidráulico debe ser igual a la resistencia especificada más una tolerancia que lleva en consideración las variaciones de los materiales, de los métodos de mezclado, del transporte y colocación del concreto y variaciones en la producción, curado y ensayo de probetas cilíndricas de concreto. La resistencia de diseño, que es mayor que f’c, se llama f’cr, y se le conoce como la resistencia promedio requerida en obra de una mezcla de concreto hidráulico. 3.1.1.1. Con datos estadísticos de producción en obra Si el fabricante del concreto tiene experiencia y una historia de resultados de ensayos de resistencia de los concretos fabricados con materiales semejantes a los que se va a emplear en la obra, realizados durante los últimos 12 meses con intervalos no menores a 60 días, con una resistencia de más de 70 kg/cm2 (7MPa) de la resistencia especificada y con ellos se puede realizar un análisis estadístico, entonces la resistencia requerida se puede calcular con base en la desviación estándar de esos resultados calculada así: Página 5 de 31 a) Datos de un solo grupo de por lo menos 15 ensayos de compresión Donde: S: Desviación estándar. n: Número de resultados de ensayos considerados. X: Promedio de los “n” resultados de ensayo considerados. Xi: Resultados de ensayos individuales. b) Datos de dos grupos de ensayos de resistencia a la compresión consecutivos que sumados sean por lo menos 30. Ninguno de los dos grupos debe tener menos de 10 resultados. Donde: S: Desviación estándar para los dos grupos combinados. s1, s2: Desviaciones estándar para los grupos 1 y 2, calculados de acuerdo con la ecuación 3.1. n1, n2: Número de resultados de ensayos de los grupos 1 y 2 respectivamente 3.1.1.2. Cuando no se cuenta con suficientes datos estadísticos, pero si ensayos de 15 a 30 resultados. Tabla 1: Factor de modificación para la desviación estándar de la muestra cuando se dispone de menos de 30 ensayos Factor de modificación para la Número de ensayos desviación estándar de la muestra 15 1.16 20 1.08 25 1.03 30 a más 1.00 Página 6 de 31 La resistencia a la compresión promedio requerida se calcula con las siguientes fórmulas detalladas en la tabla 2: Tabla 2: resistencia promedio a la compresión requerida cuando hay datos disponibles para establecer una desviación estándar de la muestra Donde: f’cr: Resistencia a la compresión promedio requerida en kg/cm2. f’c: Resistencia a la compresión especificada en kg/cm2. σs: Desviación estándar de la obra en kg/cm2 3.1.1.3. No se cuenta con ensayos ni resultados Tabla 3: Resistencia promedio a la compresión requerida cuando no hay datos disponibles para establecer una desviación estándar de la muestra Una vez iniciada la obra, se pueden ir recopilando los datos de los ensayos de resistencia hasta tener un número suficiente que permita el estudio estadístico y con él calcular una nueva resistencia f’cr menos conservadora y por tanto más económica, siguiendo el procedimiento arriba indicado 3.1.2. Elección de revenimiento Primeramente, entendemos que el revenimiento consiste en medir el hundimiento que sufre una pila de concreto fresco en forma de cono truncado de concreto fresco al retirarle el apoyo; para hacer esta prueba se usa un molde metálico, cuyas medidas son 30 cm de altura, 10 cm en su base superior y 20 en su base de apoyo, esto se le conoce como el Cono de Abrams. Página 7 de 31 Si el revenimiento no se ha especificado, su valor apropiado para el trabajo puede ser seleccionado a partir de la Tabla 4. Los rangos del revenimiento que se muestran aplican cuando se usa vibración para consolidar el concreto. Deben emplearse mezclas de la consistencia más dura posible sin perder de vista que se puedan colocar con un buen rendimiento Tabla 4: Revenimientos recomendados para varios tipos de construcción *Pueden incrementarse en 2.5 cm cuando los métodos de compactación no sean mediante vibrado 3.1.3. Determinación del tamaño máximo nominal del agregado Los tamaños más grandes de agregados bien graduados tienen menos vacíos que los tamaños más pequeños. Por esto, los concretos con agregados de tamaño mayores requieren menos mortero por volumen unitario de concreto. 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: a. 1/5 de la menor dimensión entre los costados de las cimbras. b. 1/3 del espesor de las losas. c. 3/4 del espaciamiento mínimo libre entre varillas o alambres individuales de refuerzo, paquetes de varillas, cables o ductos de pretensado. A veces, estas limitaciones se pasan por alto si la trabajabilidad y los métodos de compactación permiten que el concreto sea colado sin cavidades o huecos. Cuando se Página 8 de 31 desea un concreto de alta resistencia, se pueden obtener mejores resultados con agregados de tamaño máximo reducido, ya que éstos producen resistencias superiores con una relación agua/cemento determinada. 3.1.4. Estimación de la cantidad de agua y contenido de aire La cantidad de agua por volumen unitario de concreto requerida para producir determinado revenimiento, depende del tamaño máximo, de la forma de la partícula, la granulometría de los agregados y de la cantidad de aire incluido (aire adicionado a través de aditivos químicos), no le afecta significativamente el contenido de cemento. La Tabla 5 provee valores estimados del agua de mezclado requerida para concretos hechos con varios tamaños máximos de agregados, con y sin aire incluido. Dependiendo de la forma y textura del agregado, los requerimientos de agua de mezclado pueden estar algunas veces por encima o por debajo de los valores tabulados, pero estos son suficientemente aproximados para la primera estimación. La diferencia en la demanda de agua no se refleja necesariamente en la resistencia ya que pueden estar involucrados otros factores de compensación Tabla 5: Requisitos aproximados de agua de mezclado y contenido de aire para diferentes revenimientos y tamaños máximos de agregado 3.1.5. Selección de relación agua y cemento La relación Agua / cemento (A/C) requerida se determina no sólo por los requisitos de resistencia, sino también por otros factores como la durabilidad y las propiedades del acabado. Puesto que diferentes agregados y cementos producen, generalmente, distintas resistencias empleando la misma relación A/C, es muy deseable establecer una relación entre la resistencia y la relación A/C para los materiales que de hecho van a emplearse. En ausencia de estos datos, valores aproximados y relativamente conservadores para concreto elaborado con cemento Portland Tipo I pueden tomarse de la Tabla 6. Con Página 9 de 31 materiales comunes, las relaciones A/C tabuladas deben producir las resistencias indicadas, con base en pruebas a los 28 días de especímenes curados bajo condiciones estándar de laboratorio. La resistencia promedio seleccionada debe por supuesto exceder de la resistencia especificada por un margen suficiente para mantener dentro de los límites especificados las pruebas con bajos valores Tabla 6: Correspondencia entre la relación agua/cemento y la resistencia a la compresión Para condiciones de exposición severas la relación A/C debe mantenerse baja, aun cuando los requerimientos de resistencia puedan cumplirse con valores mayores. En la Tabla 7 se muestran los valores límite. Tabla 7: Relaciones agua/cemento máximas permisibles para concreto sujeto a exposiciones severas 3.1.6. Calculo del contenido de cemento La cantidad de cemento por volumen unitario de concreto se rige el cálculo del contenido de agua y selección de la relación A/C ya previstas anteriormente. El cemento requerido es igual al contenido estimado de agua de mezclado dividido entre la relación A/C. El empleo de aditivos puzolánicos o químicos afectará las propiedades del concreto tanto en estado fresco como endurecido Página 10 de 31 3.1.7. Contenido de la cantidad de cemento en bolsas Se calcula dividiendo el contenido del cemento entre 42.5 kg y se obtiene el número de bolsas de cemento por metro cubico de concreto. 3.1.8. Cálculo del Volumen absoluto de la pasta Se aplica la siguiente formula: Cemento/Peso específico del cemento * 1000 = Vol. Cemento m3 Agua/1000 = Vol. Agua m3 Aire/1000 = Vol. Aire m3 = Volumen absoluto de la pasta 3.1.9. Cálculo del Volumen de los agregados Se aplica la siguiente formula: Volumen absoluto de agregado = 1m3 – Volumen absoluto de la pasta 3.1.10. Porcentaje del agregado fino 3.1.11. Volúmenes absolutos del agregado Se aplica las siguientes formulas: Agregado fino m3 = % del agregado fino * Volumen absoluto del agregado Agregado Grueso m3 = Volumen absoluto del agregado – Agregado Fino m3 Página 11 de 31 3.1.12. Pesos secos de los agregados Ps. Fino = Agregado fino m3 * (peso específico de la arena * 1000) Ps. Grueso = Agregado grueso m3 * (peso específico de la piedra * 1000) 3.1.13. Ajuste por humedad de los agregados Pesos Húmedos Peso Húmedo AF = Peso AF Seco x (1.00 + Cont. Humedad AF) (Kg/m3) Peso Húmedo AG = Peso AG Seco x (1.00 + Cont. Humedad AG) (Kg/m3) Humedad Superficial Humedad Sup. A. Fino = %Contenido de Humedad - %Absorción (%) Humedad Sup. A. Grueso = %Contenido de Humedad - %Absorción (%) Aporte de Humedad de los agregados Aporte Humedad A.F. = Peso A.F. Seco x Humedad Sup. A. Fino (Lts/m3) Aporte Humedad A.G. = Peso A.G. Seco x Humedad Sup. A. Grueso (Lts/m3) Agua Efectiva: = Agua de Diseño +/- (∑ Aporte de Humedad AG + AF) Pesos de Materiales ya corregidos por Humedad (Kg/m3 Página 12 de 31 IV. RESULTADOS OBTENIDOS 4.1. ENSAYOS EN CONCRETO FRESCO Los ensayos realizados al concreto fresco fueron los siguientes: 4.1.1. ENSAYO DEL SLUMP O ASENTAMIENTO CON EL CONO DE ABRAMS El objetivo de este ensayo es definir la consistencia de la mezcla por el asentamiento, el asentamiento es un índice de la consistencia del concreto relacionado con su estado de fluidez Tabla 8: Ensayo del slump o asentamiento con el cono de Abrahams. Fuente: Elaboración propia. 4.1.1.1. ANÁLISIS DEL ENSAYO DE SLUMP Durante el proceso de mezclado se pudo observar que el concreto presenta una estructura muy poco homogénea, mostrando la baja capacidad del hormigón para envolver a las perlas de poliestireno expandido lo que indica que las partículas de EPS tendían a flotar a la parte superior de la superficie, esto se corrigió reduciendo la relación agua cemento, además del uso de aditivo para darle una buena trabajabilidad. En los concretos 1 y 2 se presentó el desmoronamiento d e la parte superior del concreto, también llamada falla por corte debido a la mala adherencia entre el agregado ligero y la pasta, a excepción de la réplica 1 perteneciente a la muestra 2 la cual presento un slump de 3″ siendo este un valor aceptable considerando que se trata de concreto aligerado. Mehta(1986) afirma que para el caso de los concretos ligeros, incluso 2 ó 3 pulgadas de slump pueden ser suficientes para obtener una trabajabilidad similar a la encontrada en un concreto normal de 4 ó 5 pulgadas de slump. Página 13 de 31 Beecrot (1992) señala que para valores iguales del slump para concretos ligeros y de peso normal no representan el mismo grado de trabajabilidad. En el caso del concreto 3 se presentó una falla por corte, pero las réplicas 1 y 2 presentaron una buena trabajabilidad con un slump de 3″ y 4 ¼ ″ respectivamente, siendo ambos valores aceptables para trabajo en obra. En el concreto 4 obtuvimos un slump de 6″, se redujo la falla por corte, aumentando la cantidad de agregado fino de la muestra, por lo que obtuvimos un concreto más viscoso y con mejor adherencia, además de ser más plástico de mejor trabajabilidad. Figura N° 1: Medición del slump de la mezcla. 4.1.1.2. ENSAYO DE CONTENIDO DE AIRE El aire atrapado normalmente en diámetros mayores a 1 mm, representa un problema para el concreto, pues disminuye la resistencia, reduce las secciones afectivas de los elementos y causa un mal aspecto. Con el fin de mejorar la manejabilidad y disminuir el riesgo de exudación segregación en estado fresco y aumentar la durabilidad en el concreto endurecido, es común agregar burbujas microscópicas de aire intencionalmente en el concreto durante la preparación. Uno de los procedimientos estandarizados para determinar el contenido de aire del concreto en estado fresco es el ensayo de presión, descrito en la Norma ASTM C 231 Para nuestra experimentación establecimos un rango de porcentajes de diseño de 5% a 7%,(según el grado de exposición), sin embargo, obtuvimos resultados que salieron fuera de nuestro rango establecido, con un promedio entre 7 y 10.9%. Página 14 de 31 Esta variación en la cantidad de aire es debido a que al utilizar poliestireno expandido se adiciona una estructura de vacíos cuya resistencia es muy baja, y un aumento en la dosificación de EPS provoca un aumento del aire ocluido en el mortero en cantidades variables en función de la geometría y tamaño de las partículas. Gráfica 1: Relación entre la cantidad de agregado de poliestireno expandido y el contenido de aire promedio. Fuente: Elaboración propia. En la gráfica se puede observar que no existe una relación clara entre el volumen de agregado ligero y la cantidad de aire. Sabemos que el contenido de aire depende no solo de la cantidad de agregado ligero sino también de las proporciones de los elementos que componen la mezcla, características físicas de los materiales y el modo de compactación. Por lo cual la cantidad de aire atrapada en las muestras probablemente se deba a problemas ocurridos durante el proceso de compactación. EL PESO UNITARIO y e l contenido de aire son dos controles con los cuales se verifica la uniformidad del concreto además nos permite determinar el rendimiento del concreto El peso unitario en un concreto convencional normalmente está entre 2240kg/m3 2460kg/m3, pero en concretos aligerados el peso unitario no es mayor de 1850Kg/m3 como puede observarse en la gráfica el peso de las muestras oscila en un rango de 1100 y 1500 kg/m3 . Página 15 de 31 Gráfica 2: Relación entre el volumen del agregado ligero y el peso unitario. Fuente: Elaboración propia. En la gráfica se puede observar que a medida que aumenta el volumen de agregado ligero el peso unitario disminuye a excepción del concreto 4 el cual no cumple con las especificaciones ya que contiene mayor cantidad de agregado fino. 4.1.1.3. ENSAYO DE TEMPERATURA El control de la temperatura del concreto en estado fresco es importante debido a que condiciona la velocidad del proceso de endurecimiento inicial del concreto. La temperatura del concreto depende del aporte calorífico de cada uno de sus componentes, además del calor liberado por la hidratación del cemento, la energía de mezclado y el medio ambiente. A mayor temperatura durante el muestreo mayor será la resistencia inicial, disminuyendo la resistencia a largo plazo. Tabla 9. Criterios de aceptación Normatividad Página 16 de 31 Fuente: Especificación Normalizada para Concreto Premezclado, ASTM C94. Tabla 10. Temperaturas obtenidas en el ensayo de concreto fresco. Fuente: Elaboración propia. En la tabla 5.3 de resultados obtenida para los ensayos de temperatura podemos observar que las temperaturas registradas se encuentran dentro de los límites de aceptación establecidos por la norma ya que estas están dentro de un rango de (22 a 27°C). 4.1.2. PROBETAS DE CONCRETO. 4.1.2.1. OPERACIONES PREVIAS PARA LA ELABORACIÓN DE LAS PROBETAS DE CONCRETO Mezcla con máquina. Antes que empiece la rotación de la mezcladora se debe introducir el agregado grueso con algo de agua que se use en la mezcla y la solución del aditivo cuando ésta se requiera. Se pone en funcionamiento la mezcladora, al cabo de unas cuantas revoluciones se para, o no, para adicionar el agregado fino, el cemento y el agua Seguidamente se debe mezclar el concreto durante 3 minutos a partir del momento en que todos los ingredientes estén en la mezcladora. Se apaga la mezcladora durante 3 minutos y se pone en funcionamiento durante 2 minutos de agitación final. Se debe cubrir el extremo abierto de la mezcladora para evitar la evaporación durante la mezcla. Debe restituirse todo mortero que se pierda por adhesión a la mezcladora para conservar las proporciones. El concreto se debe recibir en un recipiente limpio y seco para agitarlo con un badilejo o pala hasta hacerlo uniforme y evitar la segregación. Página 17 de 31 Los moldes deben estar limpios y cubiertos con aceite mineral (desmoldante). Figura N°2: Preparación de los moldes para el moldeo de probetas. 4.1.2.2. MOLDEO DE LAS PROBETAS DE CONCRETO. Lugar del moldeo. Se deben moldear las muestras lo más cerca posible del lugar donde se van a guardar para su fraguado en las siguientes 24 horas. Los moldes se llevarán al depósito inmediatamente después de su elaboración. Colóquense los moldes sobre una superficie rígida y libre de vibraciones, evitando inclinaciones y movimientos bruscos. Transpórtense evitando sacudidas, golpes, inclinaciones o raspaduras de la superficie. En la colocación de la capa final se debe intentar colocar una capa de concreto que complete exactamente el relleno del molde. Pasos a seguir para la preparación de los especímenes: Llenar y compactar en tres capas iguales. Llenar en exceso la última capa 25 golpes con la varilla Penetrar 2,5 cm (1”) en la capa anterior 10 a 15 golpes laterales con el mazo de goma Página 18 de 31 Figura N°3: Apisonado de las probetas de concreto. Después de la compactación, se debe efectuar el acabado con las manipulaciones mínimas, de tal manera que la superficie quede plana y pareja a nivel del borde del cilindro o lado del molde, y no debe tener depresiones o protuberancias mayores de 3.2 mm (1/8"). Si se desea, puede colocarse una capa de pasta de cemento sobre el espécimen a manera de refrentado (capping) Figura N° 4: Enrasado y almacenamiento de probetas. 4.1.2.3. DESMOLDEO DE LAS PROBETAS. Extracción de la muestra. Las muestras deben ser removidas de sus moldes en un tiempo no menor de 20 horas ni mayor de 48 horas después de su elaboración cuando no se empleen aditivos; en caso contrario, se podrán emplear tiempos diferentes. Figura N° 5: Desmolde de probetas Página 19 de 31 4.1.2.3. CURADO DE LAS PROBETAS Ambiente de curado. Se deben mantener las muestras en condiciones de humedad con temperatura de 23.0 ± 2.0 ºC (73.4 ± 3 ºF) desde el momento del moldeo hasta el momento de ensayo. El almacenamiento durante las primeras 48 horas de curado debe hacerse en un medio libre de vibraciones. La condición de humedad debe lograrse por inmersión de la muestra sin el molde en agua. Se permite lograr la condición de humedad por el almacenamiento en un cuarto húmedo. No deben exponerse los especímenes a condiciones de goteo o de corrientes de agua. Debe evitarse que se sequen las paredes de la muestra luego del periodo de curado. Máximo en 30 min después de desmoldar, colocar las probetas en una solución de agua de cal 3 g/L, El propósito del curado húmedo es para maximizar la hidratación del cemento. Figura N° 6: Curado de probetas de concreto. 4.1.2.4. ENVÍO DE PROBETAS AL LABORATORIO Si se envía probetas a un laboratorio lejano estas no deben ser transportadas por más de 4 h. Los cilindros deben ser amortiguados durante el transporte y manipulados con cuidado en todo momento. Página 20 de 31 Figura N° 7: Envío de las probetas de concreto. 4.2. ENSAYOS EN CONCRETO ENDURECIDO La resistencia a la compresión de las mezclas de concreto se puede diseñar de tal manera que tengan una amplia variedad de propiedades mecánicas y de durabilidad, que cumplan con los requerimientos de diseño de la estructura. Los resultados de las pruebas de resistencia a la compresión se usan fundamentalmente para determinar que la mezcla de concreto suministrada cumpla con los requerimientos de la resistencia especificada, ƒ´c, del proyecto. Los resultados de las pruebas de resistencia a partir de cilindros moldeados se pueden utilizar para fines de control de calidad, aceptación del concreto o para estimar la resistencia del concreto en estructuras. El ensayo a compresión se llevó a cabo de acuerdo a la norma ASTM C39/C39M 4.2.1. ANÁLISIS DEL ENSAYO DE COMPRESIÓN Observando los resultados mostrados en la tabla 5.5, se tiene que la resistencia a la compresión a 7 días representa en promedio el 82.4% de la obtenida a 28 días. Los valores obtenidos para la resistencia a la compresión de los especímenes fueron óptimos ya que 3 de las muestras superaron la resistencia especificada en el diseño, solo el concreto 1 no alcanzo la resistencia especificada, además presento una falla por corte, e s t o puede ser debido a que este concreto contiene un mayor volumen de agregado ligero (0.373 m3). Como sabemos Existe una correlación negativa entre el aumento en la dosificación del EPS y la consistencia, El aumento en la dosificación de EPS provoca un aumento del aire ocluido en el mortero en cantidades variables en función de la geometría de las partículas causando la pérdida de trabajabilidad. Página 21 de 31 Además, se observó que el concreto 1, presentaba burbujas de aire atrapado e n diámetros mayores a 1 mm, esto debido a problemas ocurridos durante el proceso de compactación. En el caso de la probeta número 4, se intentó aumentar la cantidad de agregado fino para hacerlo más ligero, por lo cual tuvo un comportamiento mucho más p l á s t i c o , sin problemas de segregación y el tipo de fractura fue como se observa en la figura 8 . Figura N° 8: Ensayo a compresión de probeta standard. En este caso el poliestireno actuó como un elemento amortiguador, y se obtuvo una mayor resistencia a la compresión y mejor trabajabilidad, además de presentar una buena adherencia entre las partículas de poliestireno expandido y la pasta de cemento como puede observarse en la figura 9. Esto sale fuera del rango de diseño, en realidad se esperaba obtener una menor resistencia a la compresión ya que estas probetas contienen mayor cantidad de agregado fino, sin embargo, se obtuvieron valores de resistencia superiores a los establecidos en el diseño , una posible explicación seria que las micro fisuras generadas d u r a n t e el proceso de ruptura, produzcan un margen de error en la lectura de la compresora durante el ensayo. Página 22 de 31 Figura N° 9: Fallo de la probeta ensayada a compresión. Gráfica 3: Relación entre el Contenido de Cemento y la Resistencia a Compresión. Fuente: Elaboración propia. Normalmente en un concreto convencional un incremento en el contenido de cemento significa también un incremento en su resistencia a la compresión, sin embargo, no ocurre lo mismo en los concretos ligeros en los cuales un incremento en el contenido de cemento no siempre significa un incremento en la resistencia a la compresión. Gráfica 4: Relación entre el Volumen de agregado ligero y la Resistencia a compresión. Fuente: Elaboración propia. Página 23 de 31 En la gráfica se observa que a medida que el contenido de agregado ligero aumenta, disminuye su resistencia a la compresión, esto debido a que el agregado ligero aumenta la cantidad de aire ocluido. Gráfico 5: Relación entre la Densidad y la Resistencia a Compresión. Fuente: Elaboración propia. Como puede observarse en la gráfica los concretos con una mayor densidad o Peso unitario, presentan una mejor resistencia a la compresión, es decir que conforme se incrementa la densidad del concreto hay un aumento directamente proporcional de la resistencia. 4.2.2. RELACIÓN ENTRE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN Y EL MÓDULO DE ROTURA Diferentes investigadores proponen fórmulas para relacionar la t k c n resistencia a la compresión con la resistencia a la tracción, muchas de ellas de la forma: Con los resultados obtenidos se ha encontrado una expresión matemática que relaciona la resistencia a compresión y la resistencia a tracción del concreto ligero estudiado. La expresión es la siguiente: t 5.007 c 0.3468 Ecuación 4.1 Relacionar la resistencia a la compresión. en donde ambos esfuerzos están dados en Kg/cm2. La gráfica de la ecuación se presenta a continuación: Página 24 de 31 Gráfico 6: Relación entre la Resistencia a la Compresión y el Módulo de Rotura. Fuente: Elaboración propia En concretos convencionales el módulo de ruptura es cerca de 10% al 20% de la resistencia a compresión dependiendo del tipo, dimensiones y volumen del agregado grueso utilizado, es decir un aumento de la resistencia va a acompañado de un aumento proporcionalmente mayor de los módulos de rotura. Lo q u e puede o b s e r v a r s e e n la g r á f i c a obtenida para concretos ligeros donde se aprecia una clara t endencia lineal ascendente ya que presentan una relación directamente proporcional, dependiendo de su resistencia a compresión y densidad, es decir, un aumento en el volumen de agregado ligero significaría una reducción en la resistencia a compresión del concreto y una subsecuente disminución del módulo de rotura. Tabla 11: Relación porcentual entre la Resistencia a Compresión y el Módulo de Rotura. f’c a 28 días concreto 1 concreto 2 concreto 3 concreto 4 87 (kg/cm2) 126 141 187.5 Relación 23.89089613 27.46 Módulo de Rotura MR/f'c (%) 27.16537274 21.56 (kg/cm2) 28.24596077 20.03 31.18056673 16.63 Fuente: Elaboración propia. Página 25 de 31 En el cuadro 11 podemos observar que La relación MR/f’c para los concretos ligeros al igual que en los concretos convencionales va disminuyendo a medida que aumenta la resistencia a la compresión, en este caso los porcentajes obtenidos fluctúan en un rango de 16 a 27%. Gráfico 7: Resistencia a la Compresión vs. Relación MR / f’c a 28 días Fuente: Elaboración propia. En la gráfica puede observarse una tendencia lineal descendente, lo que significa que existe una relación inversamente proporcional entre la resistencia a la compresión y la relación MR / f’c. 4.2.3. ENSAYO DE TRACCIÓN POR FLEXIÓN Este Modo Operativo está basado en la Norma ASTM C 78, la misma que se ha adaptado al nivel de implementación y a las condiciones propias de nuestra realidad. El método consiste en evaluar la resistencia a la tracción a través de pruebas de flexión, es decir se determina la resistencia a la flexión del concreto, por medio del uso de una viga simple cargada en los tercios de la luz. El valor del módulo de rotura indicado en MPa (lb/puIg 2) se considerará como el normalizado PROCEDIMIENTO Para este ensayo, se usó una viga de sección transversal cuadrada de 15 centímetros de lado y 50 centímetros de longitud, la cual se carga en los tercios de la luz entre apoyos, es recomendable minimizar el pulimento de las superficies laterales de la muestra, ya que esto puede variar las características físicas de esta y afectar los resultados del ensayo. Página 26 de 31 Debido a que todas las vigas ensayadas presentaron fractura en el tercio central determinamos el módulo de rotura utilizando la formula anterior. A continuación, se muestra los valores promedio del Módulo de Rotura: Tabla 12: Módulo de Rotura promedio a 7 y 28 días Módulo de rotura Módulo de rotura (M.R) a 7 días. (kg/cm2) (M.R) a 28 días. (kg/cm2) CONCRETO 1 18.0 21.9 CONCRETO 2 21.9 26.9 CONCRETO 3 23.7 31.1 Fuente: Elaboración propia. En promedio el Módulo de Rotura a 7 días representa aproximadamente el 80% del correspondiente a 28 días, valor similar al encontrado para los resultados a compresión. En los concretos convencionales los valores recomendados para el Módulo de Ruptura varían desde los 41 kg/cm2 (583 psi) hasta los 50 kg/cm2 (711 psi) a 28 días dependiendo del uso que vayan a tener, en el caso de los concretos alivianados este valor es menor, y disminuye a medida que se aumenta la cantidad de agregado ligero ya que este es un material menos denso y con menor resistencia. En la tabla 12 se muestran los resultados obtenidos, en este caso el módulo de rotura a 28 días oscila en un rango de 21 a 32(kg/cm2), lo cual es un resultado bastante favorable considerando que se trata de un material más ligero. Gráfico 8: Relación entre el contenido de cemento y Modulo de rotura. Fuente: Elaboración propia. Página 27 de 31 En el grafico observamos que las probetas 1 y 2 presentan un mejor comportamiento a flexión mientras que la probeta 3 presenta una resistencia a flexión menor ,a pesar de poseer un mayor contenido de cemento, esto pudo ser debido a que no hubo una adecuada dosificación de agregado fino y agua lo mismo que ocurrió con la probeta número 4 la cual contiene mayor cantidad de agregado fino por lo cual no se pudo obtener una correcta lectura, y es por ello que sus resultados no se muestran en la gráfica Gráfico 9: Relación entre la densidad y Modulo de rotura. Fuente: Elaboración propia. En la gráfica se puede observar que a medida que aumenta la densidad del concreto aumenta el módulo de rotura, esto debido a la disminución de la cantidad de agregado ligero y a un aumento de la cantidad de pasta la cual actúa como un material de soporte ante los esfuerzos de tracción, dándole una mayor resistencia a compresión y a su vez aumentando el módulo de rotura. V. EVALUACION DE RESULTADOS - De los resultados obtenidos para la prueba del Ensayo del Slump o Cono de Abrams se desprende que el concreto presentó una estructura muy poco homogénea. De los concretos evaluados se presentó desmoronamiento superior, posiblemente por mala adherencia entre agregados, así mismo cabe mencionar que algunas replicas se presentaron slumps de 3″ y 4 ¼ ″ siendo un valor aceptable, como de slumps de 6″. - Para la experimentación se estableció un rango de porcentajes de diseño de 5% a 7%, sin embargo, se obtuvo resultados que salieron fuera del rango establecido, con un Página 28 de 31 promedio entre 7 y 10.9%, debido posiblemente a la experimentación ejecutada con los materiales usados en la formulación del concreto durante las pruebas. - Los ensayos destructivos durante las pruebas a las que fueron sometidas las probetas presentan diversidad de comportamiento, muy posiblemente a la variabilidad de los componentes . VII. RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES 6.1. CONCLUSIONES - El contenido de humedad de los agregados puede variar por factores climatológicos y es un factor que se debe tener en consideración para el diseño de mescla - El factor agua cemento es un elemento importante es la clave para calcular pues depende de ello la consistencia de la mezcla y su posterior resistencia. - Es esencial la correcta colocación de las probetas, por 3 capas y con 25 golpes cada una además de un chuseado con una varilla lisa pues aseguramos el completo llenado. - El desmoldado se debe realizar con sumo cuidado de no dañar las probetas pues aún falta el curado. - El curado en agua es un paso esencial ara aumentar la resistencia de la mezcla. - Las principales características hay que tener son el conocimiento profundo de los componentes de la mezcla, adecuada selección de materiales, comprensión de las propiedades del concreto, criterios de diseño de las proporciones de la mezcla más adecuada para cada caso, proceso de puesta en obra, control de la calidad del concreto - La formulación de diferentes métodos de diseños de mezcla, métodos que permiten a los usuarios conocer no sólo las dosis de los componentes del concreto, sino también la forma más apropiada para elaborar la mezcla - Aplicación apropiada de normas ASTM al concreto en estado fresco proporciona confiabilidad y precisión en la identificación del concreto de buena calidad y el concreto que no cumple las especificaciones. - Se debe realizar los procedimientos correctos para el muestreo y garantizar un buen control de calidad del concreto suministrado en obra. 6.2. RECOMENDACIONES - El curado de agua es esencial para aumentar la resistencia de la mezcla. Revisar todos sus datos antes de empezar a diseñar, deberán de estar dentro de los parámetros establecidos en la norma, de no ser así aparecerán anómalos. Página 29 de 31 - Se recomienda cambiar la posición a la probeta durante su “secado” para una distribución homogénea del W% en toda su estructura, antes de someterla a prueba de compresión simple, y al momento de colocar la probeta en su posición dentro de la prensa, asegurándose que el extremo con mayor W% este en la parte superior de la posición para obtener resultados óptimos. - En obra se tiene que respetar las proporciones de los componentes del concreto, obtenidos en el laboratorio, a menos que se produzca cambios en sus características, en cuy cas deberán efectuarse ajustes al diseño. Controlar la humedad de los agregados, en caso de no poder controlar los cambios de humedad se debe verificar periódicamente su contenido. Controlar constantemente el asentamiento de cono de Abrans que se encuentre dentro de los límites aceptables. - Se debe tomar un número suficiente de muestras cilíndricas para poder realizar ensayos a los 7, 14 y 28 días. Se deberá guardar muestras para poder ensayarlas ocasionalmente a los 56 días. - Se debe proporcionar el equipo adecuado para este tipo de ensayos, como son los guantes, guardapolvos o mamelucos, filtros de aire. Página 30 de 31 VII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Gustavo, C. (2012). Adaptación del método de diseño de mezclas de concreto según ACI 211.1 utilizando los tipos de cemento ASTM C-1157, UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR. doi:https://n9.cl/ugfrm Riva López, Enrique (1996) “ Diseño de Mezclas” Perú Riva López, Enrique (2000) “ Naturaleza y materiales del concreto” Edit. ACI. Perú Abanto Castillo, Flavio “ Tecnología del Concreto” . Editorial San Marcos. Lima – Perú. Reglamento Nacional de Construcciones. NTE E.060–Concreto Armado. American Concrete Institute (1998) – Capitulo peruano. “Tecnología del Concreto”. Hebert Vizconde Poemape “ Diseño de mezcla concreto método ACI” Página 31 de 31