LABORATORIO DE MATERIALES CIV 281 PRÁCTICA DE LABORATORIO N°5 DISEÑO Y CONTROL DE MEZCLAS DE CONCRETO Profesora Laura Navarro 2023 Contenido 1. Objetivos: ........................................................................................................................... 3 2. Introducción ....................................................................................................................... 3 3. Control de calidad del concreto .......................................................................................... 4 4. Propiedades de una mezcla de concreto ............................................................................. 4 4.1. Propiedades del concreto fresco: ................................................................................. 5 4.2. Información requerida para el diseño de mezcla. ........................................................ 5 4.3. Especificaciones para el diseño de mezcla .................................................................. 5 Diseño de Mezclas de Concreto – METODO DEL ACI ................................................... 6 5. 5.1. Nomenclatura de los componentes usada en la dosificación: ...................................... 6 5.2. Alcance del Método ..................................................................................................... 6 5.3. Procedimiento de dosificación usando las tablas del ACI ........................................... 7 5.4. Ejemplo Numérico de Diseño de Mezcla de Concreto - METODO DEL A.C.I. ....... 7 6. Correcciones por humedad de los agregados ..................................................................... 8 6.1. Corrección en la cantidad de agua de mezclado: ......................................................... 9 6.2. Peso húmedo de los agregados: ................................................................................... 9 7. Corrección por Slump ...................................................................................................... 10 8. Ensayos de control en Concreto Fresco (ASTM – NTP) ................................................. 10 9. Toma de muestras del concreto fresco ............................................................................. 10 a) Conceptos Generales ........................................................................................................ 10 b) Ensayo: ............................................................................................................................. 10 10. Temperatura del Concreto Fresco ................................................................................. 13 a) Conceptos Generales ........................................................................................................ 13 b) Ensayo: ............................................................................................................................. 13 11. Asentamiento (Slump) del Concreto Fresco ................................................................. 14 a) Conceptos Generales ........................................................................................................ 14 b) Ensayo: ............................................................................................................................. 16 12. Contenido de Aire del Concreto Fresco ........................................................................ 19 a) Conceptos Generales ........................................................................................................ 19 b) Ensayo: ............................................................................................................................. 19 13. Elaboración y curado de probetas cilíndricas de concreto ............................................ 21 a) Conceptos Generales ........................................................................................................ 21 b) Ensayo: ............................................................................................................................. 21 14. Equipos necesarios ........................................................................................................ 24 15. Guía de la Práctica y Evaluación................................................................................... 25 PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 2 PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA Laboratorio de Materiales PRÁCTICA DE LABORATORIO N°5 DISEÑO Y CONTROL DE MEZCLAS DE CONCRETO Autores: Laura Navarro, Juan Harman 1. Objetivos: • Verificar la efectividad del uso de mezclas de Prueba para dosificar mezclas de concreto. • Evaluar las propiedades del concreto en estado fresco y en estado endurecido de mezclas preparadas con diferentes relaciones agua-cemento. • Conocer y realizar los ensayos de control normalizados en concreto fresco y endurecido 2. Introducción El concreto de cemento portland es un “material compuesto”, constituido por una mezcla de material granular grueso (los agregados) embebido en una matriz de material endurecido (la pasta de cemento) que llena los espacios entre las partículas de agregado y las pega unas a otras. El primer paso antes de preparar concreto es elaborar la “dosificación” de los materiales, es decir, definir las proporciones en que se deben mezclar éstos para cumplir con los requisitos de cada obra y más específicamente, con los requisitos de los elementos que serán construidos con ese concreto. Por ejemplo, la dosificación para el concreto con el que se llenarán los cimientos de un edificio será distinta a la dosificación del concreto para las columnas o las vigas de la misma edificación. Cuando la piedra, arena, agua y cemento portland son mezclados conjuntamente en las proporciones apropiadas, el agua y el cemento forman una “pasta” que cubre la superficie de las partículas de piedra y los granos de arena, además de rellenar los espacios entre ellos. Durante el proceso de hidratación del cemento se forma un “gel” el cual, al endurecer, liga los agregados en una masa sólida que toma la apariencia de una piedra artificial, que a medida que se endurece se vuelve más fuerte. Las distintas proporciones en las que son mezclados los materiales influyen en la resistencia del concreto, especialmente la relación “agua/cemento” de manera que, trabajando con los mismos materiales (agua, cemento, arena y piedra) una variación en la relación “agua/cemento” lleva a una variación en la resistencia del concreto de manera inversamente proporcional, es decir, a menor relación agua/cemento mayor resistencia y viceversa. También influyen en la resistencia, las condiciones de compactación y el curado del concreto. Aunque el mayor desarrollo de la resistencia del concreto ocurre en los primeros días, el concreto puede ganar resistencia adicional por años si la humedad está presente y se mantiene la hidratación del cemento. PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 3 3. Control de calidad del concreto Cuando se prepara concreto según una dosificación ya aprobada para un caso particular, se debe verificar si el desempeño de la mezcla cumple con los requisitos teóricos que se espera para ese caso. Este es el motivo por el que se ejecutan ensayos en las mezclas de concreto fresco y posteriormente en el concreto endurecido. Estos ensayos se realizan mediante procedimientos establecidos (Normas) por autoridades competentes en cada país. Un ensayo se podría ejecutar de muchas maneras. Una “Norma” no es sino un acuerdo, establecido por entidades competentes, para realizar un ensayo de una determinada manera. La utilidad de disponer de una norma para el procedimiento de un ensayo es doble: a. Por una parte, hace que el ensayo sea “repetible”, vale decir, que distintas personas trabajando con el mismo material, puedan realizar el ensayo y obtener aproximadamente el mismo resultado. b. Por otra parte, hace que el ensayo sea “comparable”, es decir, si el ensayo se ha realizado siguiendo el procedimiento que indica la norma, con dos materiales distintos, se puede afirmar que el material con el que se obtuvo el resultado más cercano a las especificaciones técnicas es más adecuado o tiene un mejor comportamiento, que el que obtuvo el resultado más alejado a éstas. 4. Propiedades de una mezcla de concreto Se considera un concreto de buena calidad aquel que cumple con los requisitos de “Trabajabilidad”, “Resistencia”, “Durabilidad” y “Economía” que exige cada caso en particular. El concreto debe ser trabajable de acuerdo con la estructura en la que se va a usar para que pueda ser transportado y colocado en el encofrado sin segregar, manteniéndose homogéneo y con un mínimo de vacíos; debe tener suficiente resistencia para soportar las cargas a las que estará sometido, debe ser capaz de durar, bajo las condiciones de exposición a las cuales estará sujeto. Por último, debe ser producido económicamente en comparación a otros materiales similarmente resistentes y durables que pudieran ser utilizados. Las propiedades o características que debe tener una mezcla de concreto están en función de la obra en la cual será usado y del uso que tendrá en ésta. Por ejemplo: • En una edificación, tendrá una resistencia acorde a las solicitaciones y además resistente al intemperismo, es decir debe ser estable (durable). • En carreteras con losas de concreto, además de su resistencia a flexo tracción y al intemperismo, debe comportarse adecuadamente frente a la abrasión producida por el tráfico. • En depósitos estancos ya sean elevados, en superficie o enterrados, deberá ser impermeable. • En laboratorios se requiere de un concreto resistente a la acción de agentes químicos. • En obras marinas o en contacto con suelos de alto contenido de sales solubles, el concreto PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 4 será hecho con cementos especiales. Existen propiedades o características que son comunes a todas las mezclas de concreto y que sólo se pueden modificar cuantitativamente según la utilidad específica. Estas propiedades se dividen en dos grupos según se trate del concreto en estado fresco o en estado endurecido. 4.1.Propiedades del concreto fresco: • Trabajabilidad • • • • • Exudación Temperatura Peso unitario Tiempo de fragua Contenido de aire (%) - Consistencia o fluidez - Docilidad o compactabilidad. 4.2.Información requerida para el diseño de mezcla. Características físicas de los agregados (a partir de ensayos de laboratorio) • • • • • • Análisis granulométrico Peso específico Peso unitario compactado Peso unitario suelto Humedad de absorción Humedad natural o actual Información experimental • • Correlación entre la resistencia a la compresión y la relación agua/cemento (w/c). Comportamiento del concreto fresco según la dosis de agua y el tipo de agregado a usar. NOTA.- La información experimental, puede ser reemplazada tentativamente por valores empíricos tabulados, para una primera aproximación. 4.3.Especificaciones para el diseño de mezcla De acuerdo con la obra y al tipo de elemento estructural en el que se usará el concreto. • • • • • • • Resistencia a la compresión (f’c). Expectativa que existan valores menores de f’c. Tamaño Máximo Nominal del agregado. Asentamiento (slump) Relación w/c máxima (*) Contenido mínimo de cemento (*) Contenido de aire (*) (*) Sólo en caso de ser necesario, por ejemplo, en concretos que estarán sujetos a condiciones climáticas severas. PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 5 5. Diseño de Mezclas de Concreto – METODO DEL ACI Este método de diseño está indicado en el reporte ACI 211.1-91: Practica estandarizada para dosificar concretos normales y pesados. 5.1.Nomenclatura de los componentes usada en la dosificación: Cemento (c) Agua (w) Agregados pétreos: Arena (a) Grava o piedra (g) Aire, naturalmente atrapado (ai) Cemento + Agua Pasta + Arena Mortero + Piedra = = = Pasta Mortero Concreto Relaciones importantes en una mezcla: - Relación entre el Peso del Agua y el Peso del Cemento = w/c - Relación en volumen absoluto entre la arena y el Agregado global (grava + arena) = a/A 5.2.Alcance del Método • Para concretos con: ➢ Agregados de peso normal a pesados. ➢ Trabajabilidad adecuada para vaciados en obra. ➢ Con o sin aditivos químicos u otros materiales cementicios (excepto humo de sílice). ➢ Válido para mezclas normales: cuyo peso unitario está entre 2,300 a 2,450 kg/m3 y su resistencia a la compresión entre 150 y 450 kg/cm2. • Considera que los agregados cumplen con los requisitos granulométricos de la Norma ASTM C33 (Arena y piedra normada). No se tiene en cuenta la granulometría del agregado global resultante, ni se distingue entre piedra chancada o redondeada, por lo tanto, no da resultados satisfactorios para agregados no normalizados. • Está concebido para producir concretos más “secos” (con menos agua) de manera de alcanzar la resistencia deseada con menor cantidad de cemento, con el consecuente ahorro en el costo. (relación a/A baja), por lo tanto, no funciona en el caso de concretos sumamente plásticos, necesarios para su colocación por bombeo o por condiciones arquitectónicas. • El método proporciona una primera aproximación de la dosificación, que deberá ser verificada con mezclas de prueba, en laboratorio o en campo, y corregida, si es necesario, para producir el concreto con las características deseadas. PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 6 5.3. Procedimiento de dosificación usando las tablas del ACI Paso 1. Elección del asentamiento. (TABLA N° 1) Paso 2. Estimación aproximada de la cantidad de agua de mezclado y del contenido de aire. (TABLA N° 2) Paso 3. Definición de la relación w/c. (TABLA N° 3: a y b) Paso 4. Cálculo del contenido de cemento. Paso 5. Determinación del contenido de agregado grueso. (TABLA N° 4) Paso 6. Cálculo del contenido de agregado fino. Paso 7. Correcciones por el contenido de humedad de los agregados 5.4. Ejemplo Numérico de Diseño de Mezcla de Concreto - METODO DEL A.C.I. Se requiere elaborar concreto para el vaciado de columnas, de 280 kg/cm2 de resistencia media requerida. Se cuenta con cemento Sol tipo I (Pe = 3.15) y agregados que cumplen con la norma ASTM C33 o la NTP 400.037, con las características físicas que se presentan en el siguiente cuadro: Características físicas de los agregados Agregado T.M. M.F. PUc (gr/cm3) PUs (gr/cm3) Pem (gr/cm3) a (%) o (%) Piedra 1” --- 1.683 1.593 2.715 0.65 1.05 Arena --- 2.83 1.584 1.510 2.660 1.02 0.80 Dosificación usando las tablas del A.C.I.: Tabla N°1: Slump recomendable = 8 a 10 cm. por tratarse de un elemento de concreto armado. Tabla N°2: Para Tamaño Máximo de la piedra de 1” (25mm) y slump de 8 a 10cm. se indica tomar: 195 litros de agua y 1.5 % de aire ocluido por metro cúbico de concreto. Tabla N°3(a): Para una Resistencia media de 280 kg/cm2 se requiere: Relación w/c = 0.61 – (0.61-0.54) * 30/50 = 0.568 Tabla N°3(b): En este caso, como el concreto no estará sometido a condiciones severas, no se considera las recomendaciones de esta tabla y se confirma la relación “agua/cemento” calculada de w/c = 0.568 Tabla N°4: Para TM=1” y MF=2.83 Se tomará el siguiente volumen de agregado grueso varillado (compactado) en seco por m3 de concreto: Vol. de piedra = 0.67 – (0.67-0.65)*0.03/0.20 = 0.667 PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 7 Usando los valores obtenidos de las cuatro Tablas del ACI, los pasos para la dosificación serian: Paso 1. Elección del asentamiento: de 8 a 10 cm. (Tabla N° 1). Paso 2. Estimación de la cantidad de agua de mezclado y del contenido de aire. Peso de agua = 195 kg de agua y Volumen de aire ocluido = 0.015m3. (Tabla N° 2) Paso 3. Definición de la relación w/c. = 0.568 (Tabla N° 3a) Paso 4. Cálculo del contenido de cemento. Peso del cemento = 195/0.568 = 343 kg Volumen del cemento = 343/3150 = 0.109 m3. Paso 5. Determinación del contenido de agregado grueso. (Tabla N° 4) Volumen de agregado grueso varillado (compactado) en seco = 0.667 m3. Peso seco agregado grueso = 0.667 x 1683 = 1123 kg Volumen absoluto de agregado grueso = 1123 / 2715 = 0.414 m3 Paso 6. Cálculo del contenido de agregado fino. Volumen total acumulado = 0.195 + 0.109 + 0.015 + 0.413 = 0.732 m3. Volumen absoluto de agregado fino = 1.000 – 0.732 = 0.267 m3 Peso seco agregado fino = 0.267 x 2660 = 710 kg Dosificación en peso para 1.000 m³ de mezcla con agregados secos Material operaciones Agua Cemento 195 / 0.568 Aire Piedra 0.667 x 1683 Arena Peso total = Peso (kg) Operaciones Volumen (m³) 195 195 / 1000 0.195 343 343 / 3150 0.109 - 1.5 / 100 0.015 van.... 1123 1123 / 2715 0.414 0.732 710 0.267 x 2660 0.267 2371 Volumen total = 1.000 NOTA: Las dosificaciones se deben hacer utilizando una tabla de formato, mas no en cálculos sueltos. 6. Correcciones por humedad de los agregados Tomando en cuenta los siguientes hechos, se explica la necesidad de corregir los pesos de los agregados y del agua que se usará en la preparación de una mezcla de concreto: 1. Los pesos de los agregados indicados en la dosificación son pesos secos. 2. En la realidad los agregados se encuentran con alguna humedad natural (wo). 3. En la mezcla de concreto, cuando los agregados entren en contacto con el agua, absorberán agua hasta llegar al estado saturado superficialmente seco (SSS), es decir alcanzarán la humedad de absorción (wa). PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 8 6.1. Corrección en la cantidad de agua de mezclado: Dependiendo de la humedad natural de los agregados, éstos absorberán agua si wo < wa o cederán agua a la mezcla si wo > wa. Para mantener la cantidad de agua determinada en la dosificación teórica se debe calcular el peso de agua que será absorbida o cedida y aumentar o disminuir esa cantidad a la determinada en la dosificación (Pagua = Pw). Corrección del agua = Pp*(ap- op)/100 + Pa*(aa- oa)/100 Peso del agua corregido = Pw + Corrección del agua 6.2. Peso húmedo de los agregados: El peso de agregado que se usa en la mezcla es, en todos los casos, el peso húmedo que permitirá tener el peso seco de agregado determinado en la dosificación. Peso húmedo de la piedra = Pp + Pp*(op)/100 Peso húmedo de la arena = Pa + Pa*(oa)/100 Aplicaciones: 1. Corrección en el agua de mezclado Peso = P (kg) a (%) o (%) (a - o) (%) corrección P x (a - o)/100 Piedra 1123 0.65 1.05 -0.40 -4.5 cede agua Arena 710 1.02 0.80 0.22 1.6 capta agua Agregado Corrección total en el agua : -2.9 2. Peso húmedo de los agregados Piedra Peso = P (kg) 1,123 o (%) 1.05 corrección (P x o / 100) 11.8 Peso húmedo (P + corrección) 1,134.8 Arena 710 0.80 5.7 715.7 Agregado Dosificación corregida por humedad y absorción de los agregados, para 1.000 m³ de mezcla de prueba Material Agua Pesos con correcciones Pesos corregidos indicadas (kg) 195-4.5+1.6 192 343+0 343 - - Piedra 1123+11.8 1135 Arena 710+5.7 716 Cemento Aire Peso total = PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 2,387 9 Resultados de las mediciones hechas en la mezcla de prueba: - Slump o Revenimiento = Peso unitario compactado del concreto = 9 cm. 2,365 kg/m3 Si el slump, % de aire y peso unitario obtenidos difieren de los valores asumidos se deberá hacer correcciones a la dosificación para su uso posterior. 7. Corrección por Slump El reporte del ACI 211.1 indica que, si el slump de la mezcla de prueba no fue el correcto, se debe aumentar o disminuir la cantidad de agua en 2 kg/m³ de concreto, por cada aumento o disminución de 1 cm en el slump, según sea necesario. Con la nueva cantidad de agua se calcula una nueva dosificación. Si en el ejemplo anterior el slump medido hubiera sido, 12 cm se debería corregir de la siguiente manera: considerando que el slump es 3cm mayor que el requerido, se debe disminuir la cantidad de agua a 195-6 = 189 litros de agua por m³ de concreto, y hacer una nueva dosificación. 8. Ensayos de control en Concreto Fresco (ASTM – NTP) • “Toma de muestras del concreto fresco”. Normas NTP 339.036 y ASTM C172. • “Temperatura del concreto fresco”. Normas NTP 339.184 y ASTM C1064. • “Asentamiento del concreto fresco”. Normas NTP 339.035 y ASTM C143. • “Contenido de aire del concreto fresco”. Normas NTP 339.083 y ASTM C231. • “Elaboración y curado de probetas de concreto en obra”. Normas NTP 339.033 y ASTM C31. 9. Toma de muestras del concreto fresco a) Conceptos Generales El proceso de ensayo de concreto fresco en el campo comienza con los procedimientos para obtener y preparar la muestra de concreto que será ensayada y la protección adecuada que se le debe dar a esta muestra, para evitar los efectos dañinos de la evaporación de agua y de agentes contaminantes. Ya que el concreto puede ser aceptado o rechazado, basándose en los resultados de los ensayos realizados en una cantidad de mezcla que se puede considerar pequeña, si se la compara con el total de la tanda, es muy importante que la muestra que se obtenga sea representativa de toda la tanda de concreto y los resultados de los ensayos reflejen las características de toda la tanda. b) Ensayo: NORMAS: NTP 339.036 y ASTM C172 PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 10 La norma ASTM C172 (y su equivalente en NTP) establecen los procedimientos que se deben seguir para obtener una muestra representativa de concreto fresco, tal como llega al lugar donde va a ser usado y los límites de tiempo para la ejecución de cada ensayo. En esa muestra se ejecutarán ensayos de control de calidad cuyos resultados servirán para determinar la conformidad de todo el lote de concreto, con los requisitos de calidad indicados en las especificaciones bajo las que se vende. La norma incluye el muestreo desde mezcladoras fijas, mezcladoras móviles y de camiones con depósitos giratorios o de otro tipo de los que transportan concreto fresco. Aparatos - Recipiente. - El recipiente para recoger las muestras de concreto fresco debe ser de material no absorbente, de preferencia metálico, de forma y tamaño adecuado para impedir la segregación de los agregados. Pala y cucharón. - Se utilizan para remezclar y homogenizar la muestra, en caso de ser necesario, antes de realizar los ensayos. Balde con agua. - Para humedecer los aparatos y posteriormente limpiarlos. - Tamaño de la muestra La muestra de concreto debe ser de por lo menos 30 litros, cuando se van a moldear probetas estándar para el ensayo de resistencia a la compresión. Se puede obtener muestras menores si sólo se van a ejecutar los ensayos rutinarios de contenido de aire y asentamiento. Procedimiento General La muestra representativa debe ser una “muestra compuesta”, es decir debe estar conformada por pequeñas porciones de mezcla, tomadas de diferentes lugares y que se combinan en una sola muestra con la que se realizarán los ensayos. (Figura 1) El tiempo entre la obtención de la primera y la última porción de mezcla debe ser lo más corto posible, pero siempre menor a 15 minutos. Figura 1: Muestreo del concreto para ensayos de control de calidad (Fuente PCA) Después de obtener las diferentes porciones de mezcla, se transportan al lugar donde se ejecutarán los ensayos del concreto fresco o se moldearan las probetas, luego se deben combinar y remezclar con una pala o cucharón, lo mínimo necesario para asegurar la uniformidad de la “muestra compuesta” y cumplir con los siguientes límites de tiempo indicados en la norma, para iniciar los ensayos: (Figura 2) - Ensayo de Asentamiento y/o Contenido de Aire y/o Temperatura: Dentro de los 5 minutos posteriores a la obtención de la última porción de la muestra. Moldeado de especímenes para ensayos de resistencia: Dentro de los 15 minutos posteriores a la obtención de la última porción de la muestra. PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 11 Temperatura del concreto Elaboración de probetas Ensayo de Slump, Contenido de Aire (Pu) Figura 2: Esquema de posición en el tiempo de la realización de los ensayos de control en el concreto. Fuente: Fotografías libro Diseño de Mezclas de concreto – Steven Kosmatka Se debe mantener el lapso entre la obtención y el uso de la muestra, tan corto como sea posible, además de proteger la muestra del sol, el viento y cualquier otra fuente que pueda producir una rápida evaporación y/o contaminación. Procedimiento según el tipo de mezcladora A. Mezcladora Fija Se obtienen dos o más porciones de mezcla tomadas a intervalos regulares, durante la descarga del tercio central del contenido de la mezcladora y luego se remezclan estas porciones para tener una sola muestra compuesta. Nunca se deben obtener las muestras de la primera parte de la descarga de una mezcladora, ni de la última parte de ésta. Para obtener las muestras, se pasa el recipiente a través de toda la corriente de descarga de la mezcladora, o se desvía el flujo un momento para que caiga el concreto en el recipiente. Se debe tener cuidado en no disminuir mucho la velocidad de descarga para no producir segregación de los agregados. B. Camiones con depósitos giratorios Se obtienen dos o más porciones de mezcla tomadas a intervalos regulares, durante la descarga del tercio central del contenido del depósito giratorio y luego se remezclan estas porciones para tener una sola muestra compuesta. Nunca se deben obtener las muestras de la primera parte de la descarga, ni de la última parte de ésta. Además, en ningún caso se tomarán muestras antes que toda el agua se haya vertido al depósito giratorio del camión. Para obtener las muestras, se pasa el recipiente a través de toda la corriente de descarga de la mezcladora, o se desvía el flujo un momento para que descargue el concreto en el recipiente. Se regula la velocidad de descarga del concreto, variando la velocidad de giro del depósito y no la abertura de la compuerta. PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 12 C. Para camiones abiertos, vagonetas y otras unidades de transporte sin tapa Se elige el procedimiento más adecuado a las condiciones de cada caso, dentro de los descritos anteriormente. NOTA. - En el caso que no sea posible tomar las muestras durante la descarga del concreto en alguno de los casos anteriores, se toman las muestras después de completar la descarga. Tomando en este caso cinco porciones de mezcla de lugares diferentes del montón formado. 10. Temperatura del Concreto Fresco a) Conceptos Generales La temperatura del concreto es uno de los factores más importantes que influyen en la calidad, tiempo de fragua y resistencia del concreto. Sin controlar la temperatura es muy difícil, si no imposible, predecir el desempeño de una mezcla de concreto. Cuando se mezclan cemento y agua se producen una serie de reacciones químicas (proceso denominado “hidratación del cemento”) que liberan calor y son responsables del posterior endurecimiento del concreto. Desde que se mezclan el cemento y el agua en un concreto, éste se va calentando continuamente ya que, el calor interno generado por el proceso de hidratación del cemento se propaga a los otros materiales que, a su vez, tenían su propia temperatura al momento de ser incorporados a la mezcla, se produce entonces un intercambio de calor hasta llegar a una temperatura de equilibrio que será la temperatura del concreto fresco. El concreto con una temperatura inicial alta, probablemente tendrá una resistencia inicial más alta que lo normal pero una resistencia final más baja que lo normal. Al final, la calidad general del concreto podría también ser disminuida. Por el contrario, un concreto vaciado y curado a baja temperatura, desarrollará su resistencia más lentamente, pero al final logrará una mayor resistencia y será de mejor calidad. Controlando la temperatura del concreto dentro de límites aceptables, entre 11°C y 36°C, se pueden evitar problemas inmediatos y futuros. La temperatura de la mezcla, en las diferentes tandas de una misma dosificación de concreto, se debería mantener lo más parecida posible, lo que sería un indicador de su uniformidad, ya que la temperatura del concreto afecta el desempeño de los aditivos químicos, incorporadores de aire, materiales puzolánicos y otros aditivos y adiciones. Es importante, por lo tanto, determinar la temperatura del concreto en el momento de su uso en la obra, para así tener la posibilidad de tomar las precauciones necesarias en caso de que la temperatura esté fuera del rango esperado. b) Ensayo: DETERMINACION DE LA TEMPERATURA DEL CONCRETO FRESCO. NTP 339.184 y ASTM C 1064 PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 13 - - Aparatos Recipiente. - Debe estar hecho de un material no absorbente y ser suficientemente grande como para que el dispositivo de medición de temperatura esté rodeado de concreto por lo menos 7.5 cm. en todas las direcciones. Dispositivo de medición de temperatura. - Es un termómetro que debe ser capaz de medir la temperatura del concreto fresco, con una aproximación de 1/2 grado Centígrado, a lo largo de todo el rango de temperatura que se pueda encontrar en el concreto fresco. Se considera suficiente un termómetro que pueda medir temperaturas entre -18C hasta 49C. Son aceptables los termómetros de vidrio y de metal del tipo de inmersión. Los termómetros deben tener una marca permanente indicando hasta donde se tienen que introducir en el concreto, para que la lectura de la temperatura sea válida. (Figura 3) Figura 3: Termómetros para concreto analógico (izquierda) y digital (derecha). Fuente: https://techindustrysac.com/productos/226-termometro-digital Procedimiento: 1. Introducir el termómetro en la muestra de concreto fresco de manera que el sensor de temperatura quede cubierto al menos 7.5 cm. 2. Presionar suavemente el concreto alrededor del termómetro, para que, en la superficie del concreto, la temperatura ambiente no altere la lectura. 3. Dejar el termómetro en el concreto fresco por lo menos 2 minutos o hasta que la marca de la temperatura se estabilice. 4. Leer la temperatura marcada en el termómetro y anotarla. 5. Se debe completar la medición de la temperatura dentro de los 5 minutos posteriores a la obtención de la muestra. 6. Anotar la temperatura con una aproximación de ½ grado Centígrado. 11. Asentamiento (Slump) del Concreto Fresco a) Conceptos Generales El asentamiento (slump) del concreto es un índice de la consistencia de éste. La Consistencia es un término general relacionado con el carácter de la mezcla respecto a su estado de fluidez y que abarca desde las mezclas más secas hasta las más sueltas. PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 14 No se debe confundir el concepto de Consistencia con el de Trabajabilidad que es un concepto más amplio y que expresa la propiedad del concreto para ser mezclado con facilidad resultando un material homogéneo, capaz de ser transportado y colocado en el encofrado o molde sin segregar y con un mínimo de vacíos. Un aumento o disminución en la cantidad de agua de mezclado causa un aumento o disminución en el slump, si es que todos los materiales y las condiciones de mezclado permanecen constantes. Sin embargo, es posible que se modifique la cantidad de agua en una dosificación de mezcla y que no se aprecie ese cambio en el slump del concreto ya que éste está influenciado además por otros factores importantes como son, las características físicas y granulometría de los agregados; la dosificación, el contenido de aire, la temperatura y el uso de aditivos en la mezcla. El ensayo de slump proporciona información útil sobre la uniformidad de las mezclas y es una herramienta muy importante en el control de calidad del concreto fresco ya que, las variaciones en el slump de varias mezclas de una misma dosificación indican que algún cambio ha ocurrido en alguno de los factores mencionados en el párrafo anterior. Resumen del método de ensayo Una muestra de concreto fresco se coloca y se compacta en un molde hueco, que tiene forma de tronco de cono. El molde se levanta y se deja deslizar el concreto. La distancia entre la altura original del molde y la superficie deformada del concreto es medida al centro de ésta y registrada como el asentamiento (slump) del concreto. La figura 4 muestra los tipos de Asentamiento o “Revenimiento” según la composición de la mezcla de concreto: 1. Asentamiento Verdadero. - Bien proporcionado, de buena cohesión y consistencia. 2. Asentamiento de Corte. – Con exceso de grava y agua, con falta de cohesión (puede segregar) 3. Asentamiento de Derrumbamiento o Colapso. – Con exceso de arena y agua, (mezcla pobre) a) Slump Verdadero b) Slump de Corte c) Slump de Colapso Figura 4: Tipos de Slump según la composición de la mezcla. Fuente PCA PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 15 b) Ensayo: METODO PARA LA MEDICION DEL ASENTAMIENTO (SLUMP) DEL CONCRETO FRESCO. (NTP 339.035 y ASTM C143) Aparatos - Molde / Cono de Abrams. - El molde tiene forma de tronco de cono hueco, con los dos círculos de los bases paralelos entre sí y formando ángulo recto con el eje del cono. Las dimensiones son las siguientes: - Diámetro de la base inferior = 20 cm. - Diámetro de la base superior = 10 cm. - Altura del cono = 30 cm. Está construido de un metal no atacable por la pasta de cemento, con espesor mínimo de 1.5 mm. y con asas soldadas cerca a la base superior y aletas de pie soldadas al ras de la base inferior, para facilitar su operación. (Figura 5) Figura 5: Esquema del cono de Abrams. Fuente propia - Barra compactadora. - Es una varilla recta de fierro liso y terminada en punta semiesférica, es decir redondeada. En ningún caso se usará fierro corrugado. Dimensiones de la varilla: - Diámetro = 16 mm. (5/8") - Longitud = 60 cm. PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 16 Procedimiento: (Figura 6) 1. Colocar el cono en una superficie plana, no absorbente. 2. Humedecer el cono, la superficie de apoyo (que puede ser una plancha de fierro), la barra compactadora y el cucharón con el que se colocará el concreto. 3. Mantener el cono firmemente contra la base, parándose sobre las dos aletas especiales. 4. Realizar el llenado del concreto en 3 capas, de aproximadamente 1/3 del volumen del cono cada una. La primera capa llegará a una altura de 6.7 cm., la segunda a 15.5 cm. y la tercera sobrepasando un poco el tope del cono. 5. Compactar cada capa dando 25 golpes con la varilla de fierro. Distribuirlos en toda el área de la capa y aplicarlos comenzando cerca al molde y acercándose progresivamente y en espiral hacia el centro de la sección. Mantener la misma intensidad en todos los golpes. 6. La capa inferior se compacta en todo su espesor. En las capas siguientes se tendrá cuidado para que la varilla penetre toda la profundidad de la capa que está siendo compactada y además ligeramente la capa inferior. 7. Al compactar la capa superior se debe mantener el concreto sobrepasando el tope del molde en todo momento. Si antes de aplicar los 25 golpes el nivel baja del tope, se puede parar de apisonar (por ejemplo, después de 15 golpes), rellenar el molde y terminar de aplicar los golpes que faltaban para llegar a los 25 (en el caso del ejemplo se aplicarían 10 golpes más). 8. Enrasar el concreto al tope del cono usando la barra compactadora o una plancha de albañilería. 9. Colocar las manos en las asas del cono y transferir el peso del cuerpo, de los pies que lo están sujetando, a las manos. Retirar los pies de las aletas de pie, presionando en todo momento el cono hacia abajo con las manos. Levantar el molde verticalmente por lo menos 30 cm. con un sólo movimiento suave y sin girarlo, demorándose en esta operación de 5 a 10 segundos. Colocar el cono invertido al lado del concreto deformado. 10. Medir el asentamiento que es la distancia entre la altura del molde y el centro de la cara superior del concreto deformado, con una aproximación de 1/2 cm. 11. El ensayo se debe realizar del inicio al fin en un tiempo de 2 1/2 minutos. PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 17 Fig.6. Procedimiento de ensayo ASTM C143. Fuente: Libro Concrete -Metha y Monteiro. PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 18 12. Contenido de Aire del Concreto Fresco a) Conceptos Generales En toda mezcla de concreto queda aire entrampado (atrapado u ocluido) entre los materiales (agua, cemento y agregados). La cantidad de este aire depende de las proporciones en que se han combinado los ingredientes en la mezcla, de las características físicas de los agregados y del método de compactación. Generalmente este aire ocupa del 1% al 3% del volumen de la mezcla. En el caso de concretos que estarán expuestos a cambios bruscos de temperatura, que llegarán a congelarse y descongelarse frecuentemente, o los concretos que estarán expuestos a productos químicos agresivos, es necesario incorporar aire para disminuir el riesgo de que se desintegre el concreto. En estos casos, tendremos que usar un concreto con “aire incorporado” (incluido) adicional al “aire entrampado” que tienen todas las mezclas. b) Ensayo: METODO POR PRESION PARA LA DETERMINACION DEL CONTENIDO DE AIRE EN EL CONCRETO FRESCO. NTP 339.083 y ASTM C 231 Aparatos - Equipo neumático para determinar el contenido de aire.- Es un dispositivo constituido según lo muestra la figura adjunta, donde además se detallan los elementos que lo conforman. (Figura 7) - Barra compactadora. - Es una varilla recta de fierro liso y terminada en punta semiesférica, es decir redondeada. En ningún caso se usará fierro corrugado. Dimensiones de la varilla: - Diámetro = 16 mm. (5/8") - Longitud = 60 cm. - Martillo de goma.- Es un martillo con la cabeza de goma y que debe pesar entre 340 y 800 gramos. - Herramientas.- Pala, cucharón, plancha de albañilería de metal y/o de madera. - Regla metálica.- Placa de vidrio.- Recipiente para agua.Procedimiento: 1. Realizar el llenado del concreto en 3 capas iguales, en el caso de la capa superior se debe mantener el concreto sobrepasando ligeramente el tope del molde. 2. Compactar cada capa dando 25 golpes con la varilla de fierro. Distribuidos uniformemente en toda el área de la capa. 3. La capa inferior se compacta en todo su espesor. En las capas siguientes se tendrá cuidado para que la varilla penetre toda la profundidad de la capa que está siendo compactada y además 2.5 cm. (1”) la capa inferior. 4. Después de chusear cada capa, se golpea ligeramente las paredes del molde de 10 a 15 veces, utilizando el martillo de goma. PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 19 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. Enrasar el concreto al tope del molde. Limpiar y humedecer la tapa del equipo y luego asegurarla al recipiente. Abrir las válvulas A y U. Cerrar la válvula S que conecta la cámara de aire con el recipiente. Se inyecta agua a través de una de las válvulas (A o U), hasta que emerja por la otra. Se continúa inyectando agua, mientras se agita suavemente el conjunto hasta que todo el aire haya salido por la otra válvula. Bombear aire, con el bombín B, gradualmente hasta que la aguja del manómetro señale la presión inicial. Esperar unos segundos para que el aire comprimido se estabilice y hacer coincidir la aguja del manómetro con el indicador de la presión inicial en la forma más exacta posible. Cerrar las válvulas A y U. Abrir la válvula S, entre la cámara de aire y el recipiente, para que el aire a presión penetre en el recipiente que contiene la muestra. Leer el porcentaje de aire después que se estabilice la aguja del manómetro, registrando el resultado al 0.1% de aproximación. Antes de remover la tapa T del dispositivo, se debe cerrar la válvula de aire S, abrir la válvula de purga P y abrir las válvulas A y U, para expulsar el aire a presión. Fig.7. Equipo para medir Contenido de Aire en el concreto por presión, Fuente:www.forney.com/. PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 20 13. Elaboración y curado de probetas cilíndricas de concreto a) Conceptos Generales La resistencia a compresión del concreto es muy usada para especificar, controlar y evaluar la calidad del concreto, entre otras razones debido a que: • El concreto tiene alta resistencia a la compresión comparada con su resistencia a la tracción. • La resistencia a compresión del concreto se acepta generalmente como una medida de la calidad del material que se está colocando en una obra • El ensayo de compresión es fácil de ejecutar, relativamente barato y una manera práctica de evaluar la resistencia y uniformidad del concreto en las edificaciones. La resistencia a compresión del concreto, adecuada para una cierta estructura, es definida por el ingeniero estructural encargado del proyecto y se indica en los planos del proyecto, es la que caracteriza al concreto. Se le llama: Resistencia Característica Especificada (f’c). La Norma peruana de Edificaciones E060 define a la resistencia característica como “El valor promedio de ensayar en compresión a 28 días de edad dos probetas cilíndricas de 6” de diámetro por 12” de altura o de tres probetas de 4”x8” que han sido muestreadas, moldeadas, curadas y ensayadas bajo condiciones standard controladas.” La misma norma indica que los cilindros para los ensayos de resistencia deben ser fabricados y curados en laboratorio de acuerdo con ASTM C31M y deben ensayarse de acuerdo con ASTM C39M. b) Ensayo: ELABORACION Y CURADO DE PROBETAS CILINDRICAS DE CONCRETO EN OBRA. NORMAS: NTP 339.033 y ASTM C 31 Aparatos - Moldes cilíndricos. - Deben tener el alto igual al doble de su diámetro y estar hechos de un material impermeable, no absorbente y no reactivo con el cemento. Su construcción debe darles rigidez, impidiendo fuga de la lechada de cemento por las juntas. Las dimensiones nominales de los moldes estándar son las siguientes: - Diámetro = 15 cm. - Altura = 30 cm. En la norma se permite una diferencia entre las dimensiones nominales de los moldes y las dimensiones reales de estos, el diámetro puede medir entre 15 y 15.5 cm. y la altura puede variar entre 29.9 y 31.1 cm. - Base del molde. - Debe formar ángulo recto con el eje del cilindro, tener alguna manera de asegurarse a las paredes del molde y estar hecho de un material no absorbente y no reactivo con el cemento. - Barra compactadora. - Es una varilla recta de fierro liso y terminada en punta semiesférica, es decir redondeada. En ningún caso se usará fierro corrugado. Dimensiones de la varilla: - Diámetro = 16 mm. (5/8") PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 21 - Longitud = 60 cm. - Martillo de goma. - Es un martillo con la cabeza de goma y que debe pesar entre 340 y 800 gramos. - Herramientas. - Pala, cucharón, plancha de albañilería de metal y/o de madera. - Aceites derivados del petróleo. - Tapa para el molde. Muestra de concreto La muestra de concreto con la que se moldearán las probetas debe ser representativa de toda la tanda y se obtendrá de acuerdo con lo indicado en la Norma ASTM C172 ó NTP 339.036. Se debe identificar la procedencia de la muestra de concreto anotando los datos necesarios como por ejemplo el número del camión que lo transportó, el lugar de entrega del concreto, de ser posible el elemento donde se vacía y sobre todo la fecha. La muestra no se considera representativa del material, cuando haya transcurrido más de una hora entre el muestreo y el momento en que el agua y el cemento se mezclaron. Este tiempo podrá variar, previa justificación experimental, cuando hayan sido usados aditivos en la mezcla. Se deben hacer los ensayos de Slump, Contenido de aire y Temperatura en el concreto fresco, de la misma muestra de la cual se moldearán las probetas. En ningún caso se empleará el concreto que ya fue usado en ensayos de asentamiento, aire incorporado u otros. Procedimiento para moldear probetas cilíndricas 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Colocar los moldes en una superficie plana, rígida, horizontal, libre de vibraciones y protegida del tránsito. Los moldes y sus bases deben estar limpios y su superficie interior se deberá aceitar, usando algún aceite mineral. Todas las herramientas que se usarán para manipular el concreto deberán humedecerse previamente. Colocar el concreto en el molde moviendo el cucharón alrededor del borde superior de éste, mientras el concreto va cayendo. Distribuir el concreto en toda el área del molde con la varilla compactadora, antes de comenzar a chusear. Realizar el llenado del concreto en 3 capas iguales, de un tercio de la altura del molde cada una, la tercera sobrepasando un poco el tope del molde. Compactar cada capa dando 25 golpes con la varilla de fierro. Distribuirlos en toda el área de la capa y aplicarlos comenzando cerca al molde y acercándose progresivamente y en espiral hacia el centro de la sección. Se debe mantener la misma intensidad en todos los golpes. La capa inferior se compacta en todo su espesor. En las capas siguientes se tendrá cuidado para que la varilla penetre toda la profundidad de la capa que está siendo compactada y además 2.5 cm. (1”) de la capa inferior. Después de chusear cada capa, se golpea ligeramente las paredes del molde de 10 a 15 veces, utilizando el martillo de goma. Al compactar la capa superior se debe mantener el concreto sobrepasando el tope del molde en todo momento. Si antes de aplicar los 25 golpes el nivel baja del tope, se puede parar de apisonar (por ejemplo, después de 15 golpes), rellenar el molde y terminar de aplicar los PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 22 10. 11. golpes que faltaban para llegar a los 25 (en el caso del ejemplo se aplicarían 10 golpes más). Enrasar el concreto al tope del molde usando la barra compactadora o una plancha de albañilería. Luego de llenar los moldes, se fijan en ellos tarjetas, que los identifiquen con referencias sobre la fecha de vaciado, lugar de colocación y código de la probeta. Cuando se elaboran varias probetas de una misma muestra, estas se deben moldear simultáneamente, es decir, se llena primero la primera capa de todos los moldes, se apisona, se golpea con el martillo y recién después de eso se procede a llenar la segunda capa de todos los moldes, se procede de la misma forma para la última capa. Procedimiento para el curado de las probetas - Protección de la probeta después de moldeada. Inmediatamente después de finalizar la elaboración de la probeta se deberá tomar precauciones para prevenir la evaporación y la perdida de agua desde los especímenes. Se cubrirán los especímenes con una tapa de material no absorbente y no reactivo que puede ser una placa o una bolsa de plástico impermeable. Se puede usar adicionalmente, una manta de yute húmedo sobre las tapas para ayudar a retardar la evaporación, teniendo la precaución de que el yute no debe estar en contacto con la superficie del concreto. - Curado inicial. En todos casos, durante las primeras 24 horas, los moldes estarán a una temperatura de 16°C a 27°C y en un ambiente húmedo para prevenir cualquier perdida de humedad hasta las 48 horas después del moldeado, de ser necesario se utilizarán aparatos de ventilación y/o calefacción. Las probetas que serán transportadas a un laboratorio para el curado estándar antes de transcurridas 48 horas deben permanecer en los moldes hasta llegar al laboratorio donde serán desmoldadas y puestas en curado. Si los especímenes no serán transportados antes de las 48 horas, se desmoldan entre las 16 y 32 horas después de moldeadas. - Curado estándar. Luego de completar el curado inicial y después de un máximo de 30 minutos de desmoldar las probetas, éstas se colocan en el curado en recipientes conteniendo una solución de agua saturada con cal, a una temperatura entre 21°C y 25°C. La solución de agua saturada con cal se puede obtener incorporando tentativamente 2 gr de cal hidratada por 1 litro de agua. El agua utilizada será potable y limpia, no se encontrará en movimiento y cubrirá por completo todas las caras de las probetas. PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 23 14. Equipos necesarios En los distintos ensayos a realizar se utilizarán los siguientes equipos. a) Mezcladora de concreto De 100 litros de capacidad. Fig.8. Mezclador de eje inclinado , Fuente: Propia. b) Equipo para medición del Slump y Medidor de aire por presión Fig.9. Equipo para medir Slump y % de Aire en el concreto, Fuente:www.humbolt.com/. c) Moldes para elaborar muestras de concreto Fig.10. Molde cilíndrico para concreto Fuente:Propia PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 24 15. Guía de la Práctica y Evaluación PRUEBA ESCRITA (5 puntos) Al inicio de la práctica los alumnos responderán un cuestionario basado en la Separata "Diseño y control de mezclas de concreto" TRABAJO DE CAMPO (3 puntos) Y DE GABINETE (2 puntos) Con los datos obtenidos durante la sesión llenar el formato disponible en la plataforma virtual y subirlo en documento del curso a más tardar dos días después de realizada la práctica. Durante la práctica, cada grupo recibirá el diseño teórico de una mezcla (pesos secos por metro cúbico), con las siguientes características de diseño: - Asentamiento en el cono de Abrams de 8 a 10 cm. - Relación agua-cemento (a/c) de 0,50 para el grupo 1; 0,60 para el grupo 2 y 0,70 para el grupo 3 Con la asesoría de los asistentes de docencia, los alumnos harán la corrección por humedad de los agregados, y calcularán el peso de los materiales para un volumen de 0,060 m3 (60 litros), cantidad a preparar en cada tanda. Durante la sesión en el laboratorio, cada grupo desarrollará las siguientes actividades: - Pesaje de los materiales (según dosificación) y preparación de la mezcla de concreto. - Pruebas en el concreto fresco: temperatura, asentamiento o slump, contenido de aire y peso unitario de cada mezcla. - Moldeado de seis probetas estándar de concreto. Posteriormente, en la fecha que corresponda, cada grupo ejecutará las siguientes tareas: • Desencofrado y curado de las seis probetas estándar de concreto. • Ensayo a compresión axial de 2 probetas a la edad de 7 días. • Ensayo a compresión axial de 2 probetas a la edad de 28 días. • Ensayo a compresión diametral de 2 probetas a la edad de 28 días. En todos los ensayos se registrarán las dimensiones de cada probeta y la carga máxima. Se debe dejar en el Laboratorio una copia con los resultados. Materiales: • Agregado grueso y agregado fino del Laboratorio de Estructuras. Sus características físicas fueron obtenidas en las dos primeras prácticas de laboratorio. • Cemento Sol tipo I (peso específico = 3,15 gr/cm³). Equipos: • Mezcladora. • Balanza. • Baldes de 20 litros de capacidad. • Cono de Abrams y plancha de fierro. • Varilla de fierro liso y punta semiesférica (D = 5/8", L = 60 cm). PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 25 • • • • • Equipo para medición del contenido de aire en concreto fresco. Termómetro para concreto. Moldes para probetas estándar de concreto (D = 15 cm, H = 30 cm). Martillo de goma. Carretilla, pala, cinta métrica, plancha, badilejo, etc. Técnica experimental: - Pesar los materiales componentes de la mezcla (agregados, cemento y agua) de acuerdo con la dosificación teórica corregida por humedad. - Realizar el mezclado haciendo girar el tambor de la mezcladora con aproximadamente el 80% del agua. Añadir el agregado grueso y el cemento, y luego, la arena y el resto de agua. Dejar girar la cuba durante tres minutos con todos los materiales y, después, descargar la mezcla a la carretilla. - Ejecutar los ensayos de control de calidad del concreto fresco: temperatura, asentamiento, contenido de aire y peso unitario. - Moldear seis probetas cilíndricas según el procedimiento especificado por la norma correspondiente. - Al terminar la preparación de las probetas, cubrirlas con una bolsa de plástico para prevenir la pérdida de agua. - Desmoldar las probetas en el período comprendido entre 16 y 32 horas después del vaciado, procediendo a marcarlas para su identificación, con la siguiente nomenclatura: Horario / Grupo / Mezcla / N° de probeta / Fecha de vaciado. - Colocar las probetas marcadas en la poza de curado, donde permanecerán sumergidas hasta la fecha de ensayo. - Llenar el formulario "Orden de ensayo de probetas", indicando la identificación y la fecha de ensayo de cada probeta. Para la preparación del informe de la práctica, puede revisar el procedimiento de dosificación de mezclas de concreto del American Concrete Institute (ACI). La versión original del método es el Reporte ACI 211.1-91, que forma parte del "ACI Manual of Concrete Practice. Part 1". En ese documento, los puntos que tratan directamente del tema son los siguientes: • • • Capítulo 6 - Procedimiento (páginas 211.1-7 a 211.1-13). Capítulo 7 - Ejemplo (páginas 211.1-13 a 211.1-18). Apéndice 2 - Ejemplo en Sistema Métrico (páginas 211.1-23 a 221.1-26). INFORME (8 puntos) El informe será grupal y deberá contener, obligatoriamente y en el orden indicado, la carátula y los siguientes puntos: 1. Introducción. Breve descripción general del tema de la práctica y del contenido del informe. PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 26 2. Objetivos de la práctica. 3. Dosificación teórica. Justificación de las proporciones de los materiales componentes, de acuerdo con el método del ACI, analizando algún cambio si es que lo hubiere. Corrección de la dosificación entregada por humedad de los agregados. 4. Ensayos realizados. Descripción del procedimiento de mezclado de los componentes del concreto (incluir imágenes). Descripción de las pruebas realizadas en el concreto fresco y en el concreto endurecido: procedimiento y condiciones de los ensayos, equipos empleados y normas utilizadas. Descripción del método usado para el curado de las muestras de concreto (temperatura y humedad). 5. Resultados obtenidos. Resultados tabulados de los valores medidos en las pruebas en el concreto fresco y en el concreto endurecido. Cálculos realizados. Corrección por slump de las tres dosificaciones brindadas. 6. Evaluación de resultados. Evaluar la incidencia de las propiedades de los agregados en los resultados obtenidos en las propiedades del concreto fresco y endurecido. Elaborar curvas experimentales entre: • La resistencia a la compresión promedio versus relación agua-cemento (para 7 y 28 días) Ejemplo: • • Resistencia a la tracción por compresión diametral versus relación agua-cemento y Resistencia a la compresión versus edad. (Evaluar el % de resistencia que se alcanzó a los 7 días) PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 27 Determinación de las relaciones agua-cemento y de las dosificaciones corregidas por asentamiento para las resistencias características (f’cr) de 245, 280 y 320 kg/cm², determinadas a partir de la curva experimental correspondiente. Ejemplo: Evaluar los tipos de falla obtenidos en los ensayos de resistencia. Cualquier tabla o gráfico adicional que se considere necesario. 7. Comentarios y conclusiones. Comparar los resultados entre los tres grupos y los valores esperados o típicos. Comparar los procedimientos usados en los ensayos con los que estipula la norma correspondiente. Posibles fuentes de error de los ensayos. Cualquier otra observación o comentario que se considere relevante. Adicionalmente, cada horario dejará en el Laboratorio los resultados de las pruebas en el concreto fresco, utilizando el formato disponible en la plataforma virtual del curso. Entrega del informe: Una semana después de la realización de los ensayos a 28 días. PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 28 ANEXO [Formatos desglosables] PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 29 TABLAS PARA DOSIFICACIÓN DE CONCRETOS (COMITÉ ACI 211) Table Nº1. Revenimientos recomendados para diversos tipos de construcción Tipos de construcción Revenimientos (cm.) Máximo ( * ) Mínimo 8 2 8 2 10 2 Pavimentos y losas 8 2 Concreto masivo 5 2 Muros y zapatas de cimentación de concreto reforzado Zapatas de concreto simple, cajones y muros de subestructuras sencillos Vigas, columnas, y muros reforzados para edificios ( * ) Pueden incrementarse en 2.5 cm. Cuando la compactación no sea mediante vibrado Table Nº2 - Requerimientos aproximados de agua de mezclado y contenido de aire para diferentes revenimientos y tamaños máximos del agregado Revenimiento ( cm. ) Agua en kg/m3 de concreto para los tamaños máximos nominales en mm. (pulg.) 10 (3/8") 12.5 (1/2") 20 (3/4") 25 (1") 40 (1 1/2") 50 (2") * 75 (3") * Concreto sin aire incluido 3a5 205 200 185 180 160 155 145 8 a 10 15 a 18 225 240 215 230 200 210 195 205 175 185 170 180 160 170 Cantidad aproximada de aire atrapado en concreto sin aire incluido: ( % ) 3.0 2.5 3a5 180 175 8 a 10 15 a 18 200 215 2.0 1.5 1.0 0.5 0.3 140 135 150 160 1.5 ** Concreto con aire incluido 165 160 145 Ligera 4.5 190 180 175 160 155 205 190 185 170 165 Promedio recomendado de contenido total de aire ( % ) 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 moderada 6.0 5.5 5.0 4.5 4.5 4.0 3.5 ** Severa 7.5 7.0 6.0 6.0 5.5 5.0 4.5 ** Exposición: Notas: (*) Los valores del revenimiento se basan en las pruebas de revenimiento (slump) después de la remoción de las partículas mayores de 40 mm., mediante tamizado húmedo (* *) Las pruebas de contenido de aire se realizan después de la remoción de las partículas mayores de 40 mm. mediante tamizado húmedo. Los resultados de tomaran como un porcentaje del total PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 30 Table Nº3a. Correspondencia entre la relación agua/cemento, en peso (w/c) y la resistencia a la compresión simple del concreto Resistencia a compresión Relación agua / cemento, por peso (w/c) a los 28 días (kg/cm2) ( * ) concreto sin aire incluido concreto con aire incluido 450 400 350 300 250 200 0.38 0.43 0.48 0.54 0.61 0.70 0.40 0.45 0.52 0.61 150 0.80 0.71 Notas: - Los valores son resistencias promedio, estimadas para concretos que no contienen más aire del porcentaje que se indica en la tabla # 2 - Para una relación w/c constante. Se reduce la resistencia del concreto conforme se incrementa el contenido de aire - La resistencia se toma en cilindros de 15x30 cm. Curados con humedad a los 28 días, a 23 +/- 1.7 °C - Cuando se use (comento + puzolana), como cementante, se tomará en cuenta la relación: w / (c+p) Table Nº3b. Relaciones agua / cemento máximas permisibles para concretos sujetos a condiciones severas, en atención a su durabilidad durante el tiempo de servicio Estructura continua o frecuentemente expuesta a: Tipo de estructura Humedad (mojada) y Agua de mar a congelación y deshielo ( * ) o a sulfatos Secciones esbeltas (barandas, bordillos, durmientes, obras ornamentales) y secciones con menos de 3 cm. de recubrimiento al acero de refuerzo. 0.45 0.40 ** Demás estructuras 0.50 0.45 ** Notas: ( * ) El concreto también debe tener aire incluido (**) Si se emplea cemento tipo II o tipo V (de la Norma ASTM C150), la relación w/c permisible, debe incrementarse en 0.05 Table Nº4. Volumen de agregado grueso por volumen unitario de concreto Tamaño Máximo del Volumen de agregado grueso ( * ) varillado en seco, por agregado grueso volumen unitario de concreto, para diferentes Módulos (mm.) de Fineza de la arena 2.6 2.8 ( Pulg.) 2.4 0.48 0.46 0.44 3.0 10 3/8" 0.50 12.5 1/2" 0.59 0.57 0.55 0.53 20 3/4" 0.66 0.64 0.62 0.60 1" 0.71 0.69 0.67 0.65 40 1 1/2" 0.77 0.73 0.71 0.69 50 2" 0.78 0.76 0.74 0.72 75 3" 0.81 0.80 0.78 0.76 25 Notas: ( * ) Los volúmenes pueden incrementarse en 10 % para concretos menos trabajables (pavimentos) o disminuirse para concretos bombeables y concretos densamente armados. Se debe garantizar el revenimiento, la relación w/c y la resistencia. PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 31 Dosificación de mezclas de concreto (Método ACI - Comité 211) Caracteristicas de los componentes: Cemento Marca tipo Sol ASTM -I T.M. M.F. P.e. Peso unitario seco Piedra Arena wa wo P.e. (seco) Varillado Suelto - Características de la mezcla de concreto: Resistencia a compresión: f´c (kg/cm2) Resistencia media requerida: f´cr (kg/cm2) Revenimiento (cm.) agua / cemento: w/c (en peso) Vol.de agregado grueso seco y varillado (m3) Dosificación en peso para 1.000 m3 de mezcla Material Operaciones (con los agregados secos) Peso (kg) Operaciones Agua Cemento Aire Piedra Arena Volumen van... Aditivo Peso total: Volumen total: Corrección por humedad: Debido a que los agregados están húmedos (wo) y deben estar saturados dentro de la mezcla, de modo que no cedan ni capten el agua de mezclado, se tendrá: Peso de piedra saturada (wa) Peso de piedra húmeda (wo) agua captada/cedida Peso de arena saturada (wa) Peso de arena húmeda (wo) agua captada/cedida Dosificación corregida por humedad para 1.000 m3 de mezcla Material Operaciones Peso (kg) Agua Cemento Piedra Arena Aditivo Resultados de la mezcla de prueba Revenimiento: Contenido de aire: PUCP / Laboratorio de Materiales - CIV281/ LNA 32
