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Diseño De Mezclas De Concreto

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Categoría: Temas Variados

Enviado por: Ninoka 10 mayo 2011

Palabras: 19806 | Páginas: 80

...

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|Dioritas |140 a 230 MPa. |40 a 60 GPa. |

|Microdioritas |160 a 300 MPa. |90 a 100 GPa. |

|Ofitas |210 a 270 MPa. |90 a 100 GPa. |

|Basaltos |130 a 450 MPa. |60 a 78 GPa. |

|Cuarcitas |360 MPa. |91 GPa. |

|Calizas y Dolomitas Duras |130 a 190 MPa. |50 a 70 GPa. |

Fuente: HERRERO, Eduardo. Áridos para Hormigones de Alta Resistencias. CIDE-ASLAND, Barcelona, 1988.

Propiedades de los agregados.

- Granulometrías. Se define por la norma NTC 77, 78 Y 174 como la distribución del tamaño de sus partículas. Los grandes factores que se derivan de un análisis granulométrico, son:

Modulo de finura. Se puede considerar como el tamaño promedio de un tamiz del grupo en el cual el material es retenido y que siguen en una serie de tamices especificados. Se considera que el modulo de finura de una arena adecuada debe estar entre 2,3 y 3,1.

Tamaño máximo. Es el tamaño de las partículas más grandes que hay dentro de una masa de agregado y se define como la abertura del menor tamiz por el cual pasa el 100% de la muestra.

Tamaño máximo nominal. Está definido como el tamiz que le sigue en abertura a aquel cuyo porcentaje retenido o acumulado es del 15% o más.

- Forma y textura superficial. La forma y textura superficial es otra propiedad física que influye en las características del concreto.

En términos generales las piedras naturales sometidas a un proceso de trituración tiene forma que varían desde la aproximadamente cúbica a las alargadas y aplanadas y de textura rugosa, mientras que los agregados de río tienen formas redondeadas y de textura lisa debido al proceso de arrastre al que han sido sometidas.

- Densidad. Se define según las normas NTC 176 y 237 como una propiedad física de los agregados definida como la relación entre el peso y una masa determinada, lo que significa que depende directamente de las características del grano de agregado.

- Porosidad. Es una de las propiedades físicas de los agregados más importantes dentro de la masa de concreto, porque una partícula porosa es mucho menos dura que una partícula compacta, con lo que se afectan desfavorablemente propiedades como la adherencia, resistencia a la compresión y a la flexión.

- Absorción y humedad de la superficie. Según la norma NTC 176 y 237, la absorción depende del tamaño de los poros y su permeabilidad. Según la norma NTC 176, las partículas de agregados pueden pasar por cuatro estados de humedad: totalmente seco, parcialmente húmedo, saturado superficialmente seco y totalmente húmedo.

La capacidad de absorción es calculada de la diferencia que hay entre el estado saturado superficialmente seco y el estado seco, expresada como porcentaje del peso en estado seco.

La absorción efectiva es calculada de la diferencia que hay entre el estado saturado superficialmente seco y el estado parcialmente húmedo, expresada como porcentaje del peso en estado saturado superficialmente seco.

La humedad superficial representa el agua en exceso respecto al estado Saturado superficialmente seco y se expresa como porcentaje de este.

- Masa unitaria. Según la norma NTC 92, indica el grado de acomodamiento de las partículas, y entre mejor sea este, menor será el volumen de vacío entre las partículas haciendo la mezcla más económica, ya que habrá menor cantidad de huecos a ser llenados por la pasta.

- Resistencia a la abrasión. Depende principalmente de las características de la roca madre. Se cuantifica por medio de un ensayo de dureza del cual se ha estandarizado la maquina de los ángeles.

La arena debe proceder de rocas como las mencionadas anteriormente y su forma debe ser cúbica o redondeada; recomendándose los molinos de barras para producir la parte fina cuando sea necesario.

Finalmente, los agregados no deben contener impurezas como micas, arcillas, materia orgánica, partículas ligeras, etc., que inciden negativamente en la resistencia del concreto. Las experiencias realizadas para la obtención de concretos de alta resistencia con áridos gruesos machacados procedentes de canteras, utilizados normalmente, y arena del mismo origen, señalan que el limite superior de resistencia que se puede conseguir con los citados áridos está alrededor de los 80 MPa.

2. Cemento. Es un material con propiedades adhesivas y cohesivas, que le dan la capacidad de unir fragmentos sólidos para formar un material resistente, el cual puede ser moldeado y tomar la forma que el diseñador desee darle.

Esta definición abarca una gran diversidad de materiales cementantes, pero los más utilizados en construcción son los cementos hidráulicos, conocidos así por su reacción en presencia del agua, con la que desarrollan sus propiedades.

- Procesos de fabricación. El cemento está compuesto por dos materias primas principales: materiales calizos y arcillosos. Los primeros suministran cal y los segundos sílices y alúmina. Un cemento típico y de buena calidad debe tener los siguientes límites en sus constituyentes:

Límites de los constituyentes químicos del cemento.

|COMPUESTO |SÍMBOLO QUÍMICO |LIMITES APROXIMADOS (%) |

|Cal |CaO |60 – 67 |

|Sílice |SiO2 |17 – 25 |

|Alúmina |Al2o3 |3 – 8 |

|Oxido de Hierro |Fe2O3 |0,5 – 6,0 |

|Oxido de Magnesio |MgO |0,1 – 7,0 |

|Álcalis | |0,1 – 1,3 |

|Anhídrido sulfúrico |SO3 |1,0 – 3,5 |

Fuente: SÁNCHEZ, Diego. Manual del Cemento portlan Hidráulico. 2 ed. Universidad Javeriana, Santa Fe de Bogota, 1985.

El cemento se obtiene a partir de materias primas abundantes en la naturaleza, pero como es difícil obtener las calizas con la cantidad precisa de arcilla, la industria recurre a la dosificación artificial de estos insumos en proporciones determinadas, utilizando para ello dos procesos. Por vía seca y por vía húmeda.

- Proceso por vía seca. En la vía seca la dosificación va precedida del secado de los materiales y la molienda se efectúa sin adición de agua, con lo cual el material que sale de los molinos es un polvo que se denomina harina, y que se deposita en silos especiales en los cuales se homogeniza por medio de agitación con aire.

La homogenización pretende que las partículas se distribuyan en la masa buscando una composición lo más uniforme posible del material que pasará al horno.

- Proceso por vía húmeda. En este proceso la molienda de las materias primas ya dosificadas se efectúa con adición de agua al molino, por lo que el materia resultante de los molinos es un lodo, denominado pasta, el cual es almacenado y homogenizado en grandes almacenadotes llamados balsas. La pasta es transportada por tuberías a los hornos de calcinación que manejan temperaturas de hasta 500°C y del cual sale una piedra porosa conocida como clinker. El producto terminado saldrá de la molienda del clinker y una baja adición de yeso (aproximadamente un 5%).

3 Agua. El agua es el elemento por medio del cual el cemento desarrolla sus propiedades aglutinantes, debido a las distintas reacciones químicas que este presenta en presencia de ella.

Durante el proceso de elaboración del concreto el agua es usada para tres propósitos: Como agua de mezclado, como agua de curado y como agua para lavado de los agregados. Cada propósito afecta de manera directa el comportamiento del concreto, por lo que es necesario controlar las características del agua dependiendo del uso que se le piense destinar en la elaboración del mismo.

- Agua de mezclado. El agua de mezclado es aquella que se le agrega al cemento para formar la pasta; esta agua ocupa un 15% aproximadamente del volumen total del concreto. Esta tiene como funciones proporcionar la fluidez necesaria a la mezcla e hidratar el cemento gastándose aproximadamente un 5% en esto, el 10% restante lubrica el concreto y luego se evapora durante el proceso de fraguado.

La fluidez de la pasta depende de la cantidad de agua de mezclado. Si ésta se aumenta sin aumentar la cantidad de cemento, la parte de agua de hidratación del cemento permanece constante, incrementándose así la parte evaporable; cierta porción de esta queda atrapada en el interior del concreto y al producirse la evaporación se forman una serie de conductos capilares que se llenan de aire generando un concreto endurecido poroso, menos resistente y mas permeable.

En general se puede decir que cualquier agua natural que sea apta para el consumo humano y no tenga sabores u olores fuertes pueden ser usadas para la elaboración de concreto sin que este implique que el agua de mezclado sea potable.

Un agua que presente alta temperatura o impurezas causara daños a corto o largo plazo; a corto plazo afectando la temperatura de fraguado pudiendo esto generar exudación y a largo plazo afectando la resistencia y durabilidad.

Valores máximos recomendados de concentraciones de impurezas en agua de mezclado para concreto.

|TIPO DE IMPUREZA |Valor máx. recomendado |

|Carbonato y Bicarbonato |1000 ppm. |

|Cloruros |20000 ppm. |

|Sulfatos de Sodio |10000 ppm. |

|Carbonato de Calcio y Magnesio |400 ppm. |

|Sales de Hierro |40000 ppm. |

|Sulfato de Magnesio |25000 ppm. |

|Sales de Magnesio |500 ppm. |

|Agua de mar |35000 ppm. |

|Ph | 6 – 8 |

|Ácidos inorgánicos |10000 ppm. |

|Hidróxido de Sodio (por peso de cemento) |0.5 % |

|Aguas sanitarias |20 ppm. |

|Azúcar |500 ppm. |

|Partículas en suspensión |2000 ppm. |

|Aceite mineral (por peso de cemento) |2 % |

Fuente: PORTLAND CEMENT ASSOCIATION. Design and control of concrete mixtures. Illinois, PCA, 1979.

- Agua de curado. En el proceso de hidratación, la partícula de cemento no se hidrata totalmente, sino que, a medida que entra en contacto con el agua, se va formando una película superficie quedando en el interior una porción sin reaccionar y por tanto inerte. Para que este núcleo reaccione es necesario lograr un abastecimiento adicional de agua durante las etapas tempranas de endurecimiento después del proceso de fraguado y lograr así que el cemento desarrolle todo el potencial aglutinante.

Los requerimientos para el agua de curado son menos exigentes que aquellos usualmente utilizados para el agua de mezcla, principalmente por que el agua de curado está en contacto con el concreto por un periodo relativamente corto. Por lo general, el agua que se considera buena para el mezclado lo es para el curado.

4 Aire. El aire que generalmente queda atrapado sin intención se controlara por métodos mecánicos como un vibrado impartido por golpes en la formaleta o incrustando el vibrador dentro del hormigón, se logra eliminar, junto con las medidas correctivas tomadas al trabajar con un agregado lo menos poroso posible, todo para no afectar la resistencia esperada.

Pero cuando se prevea que habrá condiciones de exposición severa, es recomendable incluir aire, sobre todo cuando predomina la necesidad de durabilidad más que de la de resistencia del hormigón.

5 Aditivos. Hoy en día, los aditivos son considerados un ingrediente más del concreto y son utilizados para mejorar las características de este, ya sea en estado fresco o endurecido. Con esta meta, se han desarrollado tecnologías para los productos químicos, en su mayoría, que cumplen con estos fines.

Podemos definir un aditivo como un material agregado al concreto capaz de cambiarle las características iniciales y/o finales del concreto.

- Clasificación de los aditivos. La clasificación general de los aditivos es con base a los efectos de estos en el concreto, aunque podría ser medida de comparación su origen, composición química o momento de aplicación, sea en estado fresco o endurecido.

Clasificación general de los aditivos del concreto.

|TIPO |DESCRIPCIÓN |

| |Aditivos químicos. Norma ASTM C-494 |

|A |Aditivos reductores de agua |

|B |Aditivos retardantes |

|C |Aditivos acelerantes |

|D |Aditivos reductores de agua y retardantes |

|E |Aditivos reductores de agua y acelerantes |

|F |Aditivos reductores de agua de alto rango |

|G |Aditivos reductores de agua de alto rango retardante |

Fuente: Norma ASTM C-494

EL CONCRETO

El concreto es una mezcla de cemento Pórtland, agregado fino, agregado grueso, aire y agua. Es un material temporalmente plástico que puede colocarse o moldearse y, más tarde, se convierte en una masa sólida por reacción química.

PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO

Manejabilidad. Conocida también como trabajabilidad se considera como aquella propiedad del concreto mediante la cual se determina su capacidad para ser colocado y consolidado apropiadamente y para ser terminado sin segregación dañina alguna.

La manejabilidad no se puede medir de manera directa, pero existen ensayos que correlacionan este factor cualitativo de manera cuantitativa, como la esfera Kelly y el ensayo de asentamiento.

Durante el desarrollo de la investigación de los concretos de alta resistencia se utilizara el método de la medida de asentamientos para estimar los valores de manejabilidad en estado plástico de las mezclas.

Consistencia. Se refiere a que tan seca o fluida es una mezcla de concreto cuando se encuentra en estado plástico por lo cual se dice que es el grado de humedad de la mezcla.

En los concretos de alta resistencia, el agua de la mezcla es muy poca y en general se presenta un concreto de consistencia seca.

Plasticidad. Es una consistencia del concreto de tal forma que le permita ser fácilmente moldeado y a su vez cambiar de forma lentamente.

El concreto en condiciones normales presenta su fraguado inicial, de acuerdo a normas norteamericanas, aproximadamente a los 30 minutos de la preparación de la mezcla y el fraguado final, cerca de las 8 horas. Estos tiempos son determinados por convención en función de la resistencia a la penetración de unas agujas metálicas de 16 mm. aprox. de diámetro, y presentan pocas diferencias entre los diferentes concretos de la misma relación agua cemento.

Segregación. Es la separación de los materiales que constituyen una mezcla heterogénea, de manera que su distribución deje de ser uniforme por falta de cohesión.

La segregación se puede presentar de dos maneras: Una, en la cual las partículas gruesas tienden a separarse por desplazamientos sobre los taludes de la mezcla amontonada o porque se asientan más que las partículas finas por acción de la gravedad; ésta generalmente ocurre en mezclas secas y poco cohesivas. La otra forma de segregación ocurre en mezclas muy fluidas en las cuales se produce una separación entre la pasta y los componentes de la mezcla.

Exudación. Se presenta cuando parte del agua de mezclado se eleva a la superficie del concreto recién colocado, o durante el proceso de fraguado.

Tanto la cantidad de agua de exudación como la velocidad con que esta llega a la superficie del concreto, tiene mucho que ver con la evaporación, debido a que si la velocidad de evaporación es menor que la velocidad de exudación, se forma una película de agua que aumenta la relación agua/cemento en la superficie, que posteriormente queda porosa y con baja resistencia al desgaste.

Si la velocidad de evaporación es mayor que la velocidad de exudación, se pueden producir grietas de contracción plástica.

La exudación puede ser controlada por medio del uso de aditivos inclusotes de aire, cementos más finos y control del contenido de arena en su fracción mas fina.

PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO

Estas propiedades son cuantificadas a través de ensayos estandarizados entre los cuales se encuentran el de la resistencia a la compresión, flexión y tracción.

Entre los factores externos que afectan la resistencia de un concreto se encuentra en primer lugar la edad, debido a que la relación que existe entre la relación agua-cemento y la resistencia del concreto, aplica únicamente a un tipo de cemento y a una sola edad.

En términos generales se puede decir que a partir del momento en que se presenta el fraguado final (resistencia a la penetración de 280 Kg/cm² por las agujas estandarizadas, ya mencionadas) comienza el proceso de adquisición de resistencia.

Como la resistencia es variable, es necesario definir una edad, para que la resistencia en ese momento caracterice sus propiedades mecánicas. Se ha estandarizado que esa edad sea de 28 días.

Las pruebas mecánicas que evalúan la resistencia del concreto pueden ser destructivas, para lo cual se toman muestras y se hacen especimenes para fallar, o, no destructiva, las cuales permiten ensayar repetidamente la muestra de manera que se pueda estudiar la variación de la resistencia y otras propiedades con el paso del tiempo.

En esta investigación se realizaran los ensayos de tipo destructivos a compresión.

- Resistencia a la compresión. Esta propiedad se mide a través de la resistencia a la compresión que presenta un cilindro concreto de 15 cm. de diámetro por 30 cm. de altura como lo especifican las normas técnicas colombianas Icontec 550 y 663. Para la medición de las resistencias se definieron edades de pruebas para 3, 7 y 28 días, las cuales se realizaran en una maquina universal de ensayos, dichas maquinas tienen un periodo de calibración de 6 meses.

VARIABLES QUE INTERVIENE EN EL CONCRETO

| |CONCEPTUALIZACIÓN |INDICADORES |TRATAMIENTO DE LAS |

|VARIABLES | | |VARIABLES EN FUNCIÓN|

| | | |DE LOS OBJETIVOS |

|MATERIALES | |Porcentaje acumulado|Comparativo - |

|Granulometría de los | |que pasa por el |Medición |

|Agregados o Áridos | |tamiz. | |

| |La granulometría es la distribución de los tamaños de | | |

| |las partículas de un agregado tal como se determina | | |

| |por análisis de tamices (norma ASTM C 136). El tamaño | | |

| |de partícula del agregado se determina por medio de | | |

| |tamices de malla de alambre aberturas cuadradas. Los | | |

| |siete tamices estándar ASTM C 33 para agregado fino | | |

| |tiene aberturas que varían desde la malla No. 100(150 | | |

| |micras) hasta 9.52 Mm. | | |

| |A mayor tamaño del agregado mayor resistencia del | | |

| |concreto para una cantidad fija de cemento. | | |

| | | | |

| |Se analiza porque contribuye a determinar las | | |

| |propiedades de los elementos que intervienen en la | | |

| |mezcla | | |

| | | | |

| | | | |

|PUREZA DE LOS AGREGADOS | |Para los agregados |Comparativo - |

| |Existen diversos materiales que con cierta frecuencia |finos ensayo de |Medición |

| |acompañan a los agregados, y cuya presencia es |colorimetría. | |

| |inconveniente por los efectos adversos que producen en|Para los agregados | |

| |el concreto. Entre dichos materiales contaminantes, |gruesos porcentaje | |

| |los más comunes son los finos indeseables (limo y |máximo de la muestra| |

| |arcilla), la materia orgánica, el carbón y el lignito,|total por peso | |

| |las partículas ligeras y los terrones de arcilla y |(Gramos de arcilla | |

| |otras partículas desmenuzables. |.25, partículas | |

| | |blandas 5%, carbón | |

| |Se analiza porque se debe identificar el grado de |ilignito .5). | |

| |contaminación que hay en cada elemento | | |

| | | | |

| | | | |

|VARIABLES |CONCEPTUALIZACIÓN |INDICADORES |TRATAMIENTO DE LAS |

| | | |VARIABLE EN FUNCIÓN |

| | | |DE LOS OBJETIVOS |

|CEMENTO | |Uniformidad en el |Evaluativo |

| |El cemento es uno de los ingredientes que se usan en |tipo de cemento. | |

| |el concreto. Sus primeros usos datan de los inicios de| | |

| |1800 y, desde entonces, el cemento Pórtland se ha | | |

| |convertido en el cemento más usado en el mundo. Su | | |

| |inventor le dio ese nombre porque el concreto ya | | |

| |curado es del mismo color que una piedra caliza que se| | |

| |obtiene cerca de Pórtland, Inglaterra. Este tipo de | | |

| |cemento es una mezcla de caliza quemada, hierro, | | |

| |sílice y alúmina, y las fuentes más comunes donde se | | |

| |pueden obtener estos materiales son el barro, la | | |

| |piedra caliza, esquisto y mineral de hierro. Esta | | |

| |mezcla se mete a un horno de secar y se pulveriza | | |

| |hasta convertirlo en un fino polvo, se empaca y se | | |

| |pone a la venta. | | |

| |Existen cinco tipos de cemento Pórtland, cada uno con | | |

| |características físicas y químicas diferentes. | | |

| |Se analiza porque se debe establecer las | | |

| |características, sus propiedades y formas de mezclarlo| | |

| |con los elementos en la identificación de la mezcla de| | |

| |alta resistencia superior o igual a 42 Mpa | | |

| | | |Comparativo – |

|AGUA |Como componente del concreto convencional, el agua |Porcentaje de pureza|Medición |

| |suele representar aproximadamente entre lO y 25 por | | |

| |ciento del volumen del concreto recién mezclado, | | |

| |dependiendo del tamaño máximo de agregado que se | | |

| |utilice y del revenimiento que se requiera. Esto le | | |

| |concede una influencia importante a la calidad del | | |

| |agua de mezclado en el comportamiento y las | | |

| |propiedades del concreto, pues cualquier sustancia | | |

| |dañina que contenga, aún en proporciones reducidas, | | |

| |puede tener efectos adversos significativos en el | | |

| |concreto | | |

| |Se analiza porque permite homogeneizar los tipos de | | |

| |mezclas | | |

|MANEJABILIDAD DEL | |Prueba de slump o |Medición |

|CONCRETO |Propiedad del concreto que se refiere a la facilidad |asentamiento | |

| |con que este puede ser mezclado. | | |

| | | | |

| |Se analiza por que permite la disolución de materiales| | |

| |con el cemento | | |

|DURABILIDAD | |Porcentaje de |Medición |

| |Capacidad de soportar agentes exteriores que puedan |absorción | |

| |privarlo de su capacidad de servicio, como |Agua / cemento | |

| |congelación, deshielo, sustancias químicas, ambiente | | |

| |marino, etc. | | |

| | | | |

| |Se analiza por que identifica la estabilidad de la | | |

| |mezcla de alta resistencia. | | |

MÉTODO DEL ACI DISEÑO DE MEZCLAS

En este manual se describe el método utilizado es el del Instituto Americano del Concreto (ACI), este se basa en los cálculos de los volúmenes absolutos ocupados por los ingredientes del concreto.

pasos a seguir:

- Selección del asentamiento de diseño

- Selección del tamaño máximo nominal del agregado

- Estimación del contenido de agua y aire

- Determinación de la resistencia de diseño

- Selección de la Relación Agua/cemento.

- Calculo del contenido de cemento

- Estimación de la cantidad de agregado grueso

- Estimación del agregado fino.

- Calculo de proporciones iniciales

- Ajuste por humedad de los agregados

- Ajustes a las mezclas de prueba.

Para la ejecución del diseño de mezcla se debe verificar que los materiales a utilizar cumplan las reglamentaciones estipuladas y se debe poseer la siguiente información:

A) DATOS DE LOS MATERIALES.

- Granulometría.

- Módulo de finura de la arena. Tamaño máximo nominal de la grava.

- Densidad aparente de la grava y la arena.

- Máximo porcentaje de absorción de la grava y la arena.

- Masa unitaria compacta de la grava.

- Masa unitaria suelta y seca de la grava y la arena.

- Humedad de los agregados en el momento de efectuar las mezclas de prueba.

- Densidad y masa unitaria suelta y seca del cemento.

B) DATOS DE LA OBRA

- F’c.

- Asentamiento.

- Separación barras de refuerzo.

- Dimensiones de la formaleta.

- Coeficiente de variación según datos tomados en obra.

- Determinación de Ambientes agresivos en caso de existir.

PROCEDIMIENTO PARA OBTENER LAS PROPORCIONES ÓPTIMAS DE LA MEZCLA DE CONCRETO

Paso 1. Selección del asentamiento. De acuerdo a la siguiente tabla Asentamientos para concretos.

|ASENTAMIENTOS RECOMENDADOS PARA CONCRETOS DE DIFERENTES GRADOS DE MANEJABILIDAD. |

|CONSISTENCIA |ASENTAMIENTO (cm.) |

|Muy seca |0 – 2.0 |

|Seca |2.0 – 3.5 |

|Semi seca |3.5- 5.0 |

|Media |5.0 – 10.0 |

|húmeda |10.0 – 15.0 |

Fuente: Instituto Americano del Concreto (ACI).

Paso 2. Selección del tamaño máximo de agregado.

Tamaños máximos de agregados según el tipo de construcción.

|DIMENSIÓN MÍNIMA DE LA |TAMAÑO MÁXIMO EN plg. (mm.) |

|SECCIÓN (cm.) | |

| |Muros reforzados, vigas y|Muros sin reforzar |Losas muy reforzadas |Losas sin refuerzo o poco|

| |columnas | | |reforzadas |

|6 -15 |½” (12) - ¾” (19) |¾” (19) |¾” (19) - 1” (25) |¾” (19) - 1½”(38) |

|19 – 29 |¾”(19) - 1½” (38) |1½” (38) |1½” (38) |1½” (38) - 3” (76) |

|30 - 74 |1½” (38) - 3” (76) |3” (76) |1½” (38) - 3” (76) |3” (76) |

|75 ó mas |1½” (38) - 3” (76) |6” (152) |1½” (38) - 3” (76) |3” (76) - 6” (152) |

Fuente: Instituto Americano del Concreto (ACI).

Paso 3. Estimación de los contenidos de agua y aire. La cantidad de agua que se requiere para producir un asentamiento dado, depende del tamaño máximo de agregado, de la forma de las partículas y gradación de los agregados y de la cantidad de aire incluido. La tabla siguiente proporciona estimaciones de la cantidad de agua requerida en la mezcla de concreto en función del tamaño máximo de agregado y del asentamiento con aire incluido y sin él. De acuerdo con el asentamiento de la mezcla seleccionada en el paso 1 y el tamaño máximo de agregado , obtenemos la cantidad de agua por m³ de concreto.

Cantidad de agua para concretos.

|AGUA EN KILOGRAMOS POR METRO CÚBICO DE CONCRETO PARA LOS TAMAÑOS DE AGREGADO INDICADOS. |

|CONCRETO SIN AIRE INCLUIDO |

|ASENTAMIENTO (cm.) |10 mm. |13 mm. |20 mm. |25 mm. |40 mm. |50 mm. |75 mm. |

|3 a 5 |205 |200 |185 |180 |160 |155 |145 |

|8 a 10 |225 |215 |200 |195 |175 |170 |180 |

|15 a 18 |240 |230 |210 |205 |185 |180 |170 |

|Contenido de aire, por ciento |3 |2.5 |2 |1.5 |1 |0.5 |0.3 |

|CONCRETO CON AIRE INCLUIDO |

|ASENTAMIENTO (cm.) |10 mm. |13 mm. |20 mm. |25 mm. |40 mm. |50 mm. |75 mm. |

|3 a 5 |180 |175 |165 |160 |145 |140 |135 |

|8 a 10 |200 |190 |180 |175 |165 |155 |150 |

|15 a 18 |215 |205 |190 |185 |170 |165 |160 |

|Contenido de aire, por ciento |8 |7 |6 |5 |4.5 |4 |3.5 |

Fuente: Instituto Americano del Concreto (ACI).

Paso 4. Determinación de la resistencia de diseño.

Se debe determinar la resistencia de diseño de la mezcla f´cr, conociendo f´c (resistencia dada en los planos estructurales) y conociendo el coeficiente de variación o la variación estándar.

Según la NSR 89 determina unos Valores de f’cr cuando se desconozca Dn.

Dn: Desviación típica obtenida de pruebas de resistencia con cilindros fabricados en condiciones similares y con los mismos materiales.

f’c menor o igual a 21 Mpa f’cr=f’c + 7.0 Mpa.

f’c entre 21 y 35 Mpa f’cr=f’c + 8.5 Mpa.

f’c mayor 35 Mpa f’cr=f’c + 10.0 Mpa.

Paso 5. Selección de la relación agua/cemento. La relación agua/cemento requerida se determino según la curva de Solingral promedio, conociendo f´cr se determina la relación A/C.

Resistencia a la compresión en función de la relación agua/cemento.

Paso 6. Cálculo del contenido de cemento. La cantidad de cemento por unidad de volumen de concreto se obtiene de las determinaciones hechas en los numerales 3. y 5: el contenido de cemento requerido es igual al contenido estimado de agua en la mezcla (3.), dividido por la relación agua/cemento (5.).

Contenido de cemento C= A/(A/C).

Paso 7. Estimación del contenido de agregado grueso.

Se determina primero el volumen seco y compactado de agregado grueso por volumen unitario de concreto (b/bo) de la tabla:

Volumen de agregado grueso por volumen unitario de concreto.

|Tamaño máximo de agregado, |Volumen de agregado grueso, seco y compactado, para diferentes módulos de finura. |

|mm. | |

| |2.60 |2.80 |3.00 |3.11 |3.20 |

|10 |0.48 |0.46 |0.44 |0.43 |0.42 |

|13 |0.57 |0.55 |0.53 |0.52 |0.51 |

|20 |0.64 |0.62 |0.60 |0.59 |0.58 |

|25 |0.69 |0.67 |0.65 |0.64 |0.63 |

|40 |0.73 |0.71 |0.69 |0.68 |0.67 |

|50 |0.76 |0.74 |0.72 |0.71 |0.70 |

|75 |0.79 |0.77 |0.75 |0.74 |0.73 |

|150 |0.85 |0.83 |0.81 |0.80 |0.79 |

Fuente: Instituto Americano del Concreto (ACI).

El volumen de agregado grueso por metro cúbico de concreto será entonces, según la fórmula b= (b/bo) * bo

bo= relación entre la la masa unitaria seca y compactada y la densidad aparente seca del agregado grueso.

Paso 8. Estimación del contenido del agregado fino. Al terminar el paso anterior, todos los ingredientes del concreto están estimados, a excepción del agregado fino. El contenido de agregado fino se expresa en porcentaje con respecto al volumen total de agregados:

p = ((CK-1000*b) / CK) *100;

en donde: p: % de agregado fino

CK: 1000-0.318*C-A: Volumen total de agregados

Paso 9. Cálculo de las proporciones iniciales. El método que utilizamos para expresar las proporciones de la mezcla de concreto, es el de indicarlas en forma de relaciones por peso de cemento, agregado fino y agregado grueso, tomando como unidad el cemento. Además de lo anterior, se considera conveniente colocar antes de la unidad, la proporción de agua, o sea la relación agua/cemento.

A continuación aparecen las formulas para calcular las proporciones:

A/C ; 1 : f : g

f = ((K*p) / 100 ) * Gf : Proporción de agregado fino

g = ((K* (100 – p)) / 100) * Gg : Proporción de agregado grueso;

en donde: K: (1000 / C) – 0.318 – A/C,

A/C: relación agua/cemento

Gf: densidad aparente seca del agregado fino

Gg: densidad aparente seca del agregado grueso

Paso 10. Ajuste por humedad de los agregados. Para la primera mezcla de prueba (chequeo del aesntamiento) se utilizaran 4 Kg. de cemento y se deben determinar las humedades de la arena y el agregado grueso para tenerlas en cuenta en la corrección del agua a agregar.

Paso 11. Ajuste por asentamiento. Al preparar la primera mezcla si el asentamiento difiere de lo calculado en el paso 3, es necesario, calcular los contenidos ajustados de cemento y arena y las proporciones ajustadas de la mezcla.

- Contenido de cemento ajustado (Caj):

Caj= (A/C)¹ (1000)

(A/C) * (1000/C) + (A/C)¹ - (A/C)

en donde: (A/C) : Relación agua/cemento obtenida en el paso 5.

(A/C)¹ : Relación agua/cemento utilizada para la obtención del

asentamiento requerido.

- Porcentaje de arena ajustado (paj):

Paj= p + ∆ p; en donde: ∆ p= (1- (CK / (Caj * Kaj))) * (100 – p)

Kaj= (1000 / Caj) – 0.318 – A/C

- proporciones ajustadas: A/C; 1 : faj : gaj

faj= (Kaj * paj) / 100 ) * Gf

gaj= (Kaj * (100 - paj) / 100 ) * Gg

PROCESOS DE TOMA DE MUESTRAS Y CURADO DEL CONCRETO

Procesos de toma de muestra. La importancia de un buen proceso de toma de muestra radica en que si no está bien ejecutada, se tendrán resistencias diferentes a la real que presenta la mezcla, por lo cual se tomaron las siguientes precauciones:

- El recipiente que recibe el concreto de la mezcladora debía estar completamente limpio y con las paredes húmedas, pero con el cuidado de no dejar charcos en el mismo, pues altera la relación agua cemento de la muestra.

- Todos los elementos y herramientas para medir el asentamiento y fundir los cilindros debían estar completamente limpios, sin deformaciones en las paredes, húmedos o en el caso de los cilindros, lubricados con aceite (ACPM, u otro), pero con el cuidado de no dejar charcos en el fondo.

- Para la medición del asentamiento se procedió según la norma NTC 396, la cual indica que el cono de Abrams debe ser llenado en tres capas, cada una debidamente compactada con 25 golpes proporcionados por una varilla de diámetro 16 mm. y longitud 0.60 m. La medición de este asentamiento se hace como se muestra a continuación:

Fotografía Medición para determinar el asentamiento del concreto.

En lo que respecta a la elaboración de las muestras de los cilindros, estos fueron llenados en tres capas de aproximadamente 10 cm cada una, las cuales se compactaron de forma repartida con 25 incrustaciones realizadas con la varilla del mismo tipo que la utiliza para el ensayo de asentamiento.Seguido a la compactación de cada capa, se vibra el concreto, lo cual se logra suministrándole unos golpes por fuera del molde a través de un martillo de caucho. El proceso de vibrado de capa termino una vez que los vacíos dejados en el proceso de compactación y se presentaba la acomodación del agregado grueso, lo cual se notaba con la aparición de una capa de mortero en la superficie de cada capa.

Es muy importante el control en el proceso de vibrado durante la elaboración de las probetas, ya que influye de gran manera en los resultados finales de las resistencias del concreto a evaluar. Esto se debe principalmente a que un mal vibrado genera una gran cantidad de vacíos en la mezcla, haciendo las probetas altamente porosas y como resultado la disminución en la resistencia del concreto endurecido.

Cilindros para ensayos de resistencia a la compresión.

Una vez que los moldes son terminados, se cubren con bolsas plásticas, con el fin de que el agua que se evaporaba durante el proceso de fraguado actuara como agua de curado para la superficie mientras que las muestras se desencofraban y eran llevadas a las piscinas para su curado definitivo.

Proceso de curado. Transcurrido un tiempo aproximado de 24 horas después de su elaboración, se desencofran las muestras correspondientes a los ensayos de compresión, y se colocan en una piscina espaciosa, donde se producirá el proceso de curado definitivo hasta el día de su ensayo.

Fotografía 4. Curado de Cilindros.

Temperatura. Uno de los factores externos que afecta la resistencia del concreto es la temperatura durante los procesos de fraguado y curado, debido a que una elevación en la temperatura de curado acelera las reacciones químicas de la hidratación, afectando benéficamente la resistencia inicial del concreto, sin efectos contrarios en las resistencias posteriores.

Sin embargo un aumento en la temperatura durante la colocación y el fraguado, aunque incrementa la resistencia a muy temprana edad, puede producir efectos adversos en la resistencia a partir de los siete días de edad. La explicación es que una rápida hidratación de los granos de cemento es superficial y parece formar productos de una estructura físicamente más pobre y probablemente más porosa. Resistencia a la compresión. Esta propiedad se mide a través de la resistencia a la compresión que presenta un cilindro concreto de 15 cm. de diámetro por 30 cm. de altura como lo especifican las normas técnicas colombianas Icontec 550 y 663. Para la medición de las resistencias se definieron edades de pruebas para 3, 7 y 28 días, las cuales se realizaran en una maquina universal de ensayos, dichas maquinas tienen un periodo de calibración de 6 meses.

Fotografía 1. Ensayo de resistencia a la compresión en concreto.

BIBLIOGRAFÍA

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INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS. Normas Técnicas Colombianas para el sector de la construcción. Santa Fe de Bogota, Legis, 1989.

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS. Volumen de certificación. Ed, ICONTEC, Santa Fe de Bogota.

NORMAS TÉCNICAS COLOMBIANAS CONTENIDAS EN LA NSR-98. Colombia, NTC, 1998.

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SÁNCHEZ, Diego. Manual del cemento portland Hidráulico. 2 ed. Universidad Javeriana, Santa Fé de Bogota, 1985.

SÁNCHEZ, Diego. Tecnología del concreto y el mortero. 2 ed. Santa Fé de Bogota, 1993.