Diseño De Mezclas

DISEÑO DE MEZCLAS

Proceso de selección de los ingredientes más adecuados y de la combinación más conveniente y económica de los mismos, con la finalidad de obtener un producto que en el estado no endurecido tenga la trabajabilidad y consistencia adecuadas; y que endurecido cumpla con los requisitos establecidos por el diseñador o indicados en los  planos y/o especificaciones especificaciones de obra. En este diseño de mezcla se utilizará el método del COMITÉ 211 ACI (American Concrete Institute - Instituto Americano del Concreto); a continuación se verá los datos necesarios para para la elaboración el diseño según según este método Análisis granulométrico de los agregados (Módulo de fineza para el agregado fino y Tamaño máximo nominal para el agregado grueso)  Contenido de humedad y porcentaje de absorción de los agregados fino y grueso  Peso unitario compactado de los agregados fino y grueso  Peso específico de masa de los agregados fino y grueso  Tipo y marca del cemento  Peso específico del cemento  Tablas elaboradas por el COMITÉ ACI 211 para hallar resistencias, cantidades de agua de acuerdo al asentamiento que se requiere y al tamaño máximo nominal, contenido de aire atrapado, relaciones de agua/ cemento por resistencia y condiciones especiales, especiales, peso del agregado grueso según el tamaño máximo nominal, entre otros. 

En función a los datos iniciales y las tablas establecidas, es que podemos calcular: La resistencia promedio  Relación agua/cemento conveniente  Estimación del agua de mezclado y el contenido de aire  Calculo del contenido de cemento  Volumen de agregado grueso Estimación de las proporciones de agregados  Ajustes por humedad de los agregados  Ajustes para mezclas de prueba   Resumen de materiales a utilizar uti lizar con sus respectivas cantidades para producir un concreto de trabajabilidad, resistencia a compresión y durabilidad apropiada. 



PASOS DE DISEÑO:

1.

Datos necesarios y requerimientos

USO Resistencia Especificada Cemento a usar Aditivo

Poso de cimentación (Caisson) 280 kg/cm2 Portland Tipo I Sikament TM312

Piedra Arena Caracteristicas: Humedad Natural Absorción Peso Específico de MASA Peso Unitario Varillado Peso Unitario Suelto Seco Módulo de fineza T.M. del Agregado cantera

2.

Peso específico Dosis adoptada

3.11 0.5% del peso del cemento

Tres tomas La Victoria ARENA PIEDRA 1 % 0.6 % 2.04 % 0.4 % 2.6 2.78 1.64 gr/cm3 1.64 gr/cm3 1.4 gr/cm3 1.5 gr/cm3 3.5 1 pulgadas

Dosificación:

Determinación de la resistencia promedio: Este valor lo obtenemos según la TABLA 7.4.3: 

RESISTENCIA A LA COMPRESION PROMEDIO f'c f'cr f'c + 70 menos de 210 f'c + 84 210 a 350 f'c + 98 sobre 350

           

Selección de la relación Agua-Cemento (A/C):

Para este caso se tendrá que elegir la relación a/c por resistencia debido a que la explosión es despreciable, y como el caisson forma parte de la estructura del puente.



Por resistencia:

Para esto utilizaremos la TABLA 12.2.2  en la que se establecen la relación agua/cemento por resistencia.

RELACIÓN AGUA-CEMENTO POR RESISTENCIA  Relación agua-cemento diseño en peso F'cr (28dias) sin aire incorporado con aire incorporado 0.8 0.71 150 0.7 0.61 200 0.62 0.53 250 0.55 0.46 300 0.48 0.4 350 0.43 -400 0.38 -450

Debido a que al concreto a elaborar queda en la zona de Reque y el clima es cálido relación agua/ cemento sin aire incorporado para la resistencia de 364 kg/cm2 a los 28 días. Para esto hacemos una interpolación.

               

Estimación del agua de mezclado y contenido de aire

Por tratarse de un CONCRETO TREMIE el asentamiento debe ser de 8 ” a 9” porque debemos tener un concreto fluido, utilizaremos el aditivo plastificante para aumentar el asentamiento, a continuación se presenta la tabla 9.2.2 donde nos especifica que asentamiento elegir para el tipo de estructura, y como el nuestro es un cajón o caisson, utilizaremos 3” pero como el metro de compactación es el chuseado, le daremos 4” . La estimación del agua de mezclado de agua y contenido de aire se obtiene en base a la TABLA 10.2.1 y la TABLA 11.2.1 respectivamente, estos valores están en función al tamaño máximo nominal del agregado grueso. Consideramos que el concreto es sin aire incorporado.

TABLA 9.2.2: SLUMP PARA DIVERSOS TIPOS DE ESTRUCTURAS Tipo de Estrucutura

Slump Maximo Slump Minimo

Zapatas y Muros de Cimentacion Reforzados

3"

1"

muros

3"

1"

Vigas y Muros Armados

4"

1"

Columnas

4"

2"

Losas y Pavimentos

3"

1"

Concreto Ciclopeo

2"

1"

Cimentacion Simples, cajones sub estructuras de



Agua de mezclado:

1a2

TABLA 10.2.1 VOLUMEN UNITARIO DE AGUA Agua en lt/m3 para los tamaños máximos nominales de agregado y consistencia indicados 3/8'' 1/2" 3/4" 1" 1 1/2" 2" 3" 6" CONCRETO SIN AIRE INCORPORADO 207 199 190 179 166 154 130 113

3a4

220

6a7

243

Asentamient o

216

205

193

181

169

145

124

160

--

1a2

228 216 202 190 178 CONCRETO CON AIRE INCORPORADO 181 175 168 160 150 142

122

107

3a4

202

193

184

175

165

157

133

119

6a7

216

205

197

184

174

166

154

--

      



Contenido de aire: CONTENIDO DE AIRE ATRAPADO Tamaño maximo nominal Aire atrapado 3/8'' 3 1/2" 2.5 3/4" 2 1" 1.5 1 1/2" 1 2" 0.5 3" 0.3 6" 0.2

      

Estimación del contenido de cemento

Una vez que la cantidad de agua y la relación a/c han sido estimadas, la cantidad de cemento por unidad de volumen del concreto es determinada dividiendo la cantidad de agua por la relación a/c.

                      

Este valor divido entre el peso de una bolsa de cemento, nos permite obtener el contenido de cemento en relación a una bolsa de cemento:

            

Estimación del contenido de agregado grueso

En función a la TABLA 16.2.2 hallamos el volumen de agregado grueso seco y compactado por unidad de volumen del concreto, para el módulo de fineza de 2.82. 

PESO DEL AGREGADO GRUESO POR UNIDAD DE VOLUMEN DEL CONCRETO

Tamaño maximo nominal 3/8'' 1/2" 3/4" 1" 1 1/2" 2" 3" 6"

Volumen de agregado grueso, seco y compactado, por unidad de Volumen del concreto para diversos módulos de fineza 2.4 2.6 2.8 3 0.5 0.48 0.46 0.44 0.59 0.57 0.55 0.53 0.66 0.64 0.62 0.6 0.71 0.69 0.67 0.65 0.76 0.74 0.72 0.7 0.75 0.76 0.74 0.72 0.81 0.79 0.77 0.75 0.87 0.85 0.83 0.81

En este caso, el Módulo de fineza del agregado fino es 3.5, y según la tabla, el módulo de fineza está fuera del rango, para lo cual tendremos que hacer una tendencia o extrapolar a un módulo de fineza de 3.5, teniendo un tamaño máximo del agregado de 1”, tendremos un

volumen de 0.6.

       Calculamos la cantidad de agregado grueso necesario para un metro cúbico de concreto, de la siguiente manera: 

                           

Estimación del contenido de agregado fino



Hallamos el volumen de los materiales por m 3:

                                               ̅  

        

 

Hallamos el peso de arena seca requerido:

                             

Resumen de materiales por metro cúbico: Agua (Neta de Mezclado) Cemento Agregado Grueso Agregado Fino



202 lt 433.5 kg 984 kg 754 kg

Ajustes por humedad del agregado:

El contenido de agua añadida para formar la pasta será afectada por el contenido de humedad de los agregados. Si ellos están secos al aire absorberán agua y disminuirán la relación a/c y la trabajabilidad. Por otro lado si ellos tienen humedad libre en su superficie (agregados mojados) aportarán algo de esta agua a la pasta aumentando la relación a/c, la trabajabilidad y disminuyendo la resistencia a compresión. Por ello, tenemos: Por humedad total (pesos ajustados): 



o

o

    (   )       )     (        Agua para ser añadida por corrección de absorción:

                 (  )                   

      (  )                                      o



Resumen de materiales corregidos por humedad por metro cúbico: Agua efectiva (Total de mezclado) Cemento Agregado Grueso (Húmedo) Agregado Fino (Húmedo)



208 433.5 989.9 761.5

lt kg kg kg

Dosificación en peso:

                                     Relación Agua – Cemento de Diseño Relación Agua – Cemento Efectiva =

3.

= 202 / 433.5 = 0.47 208 / 433.5 = 0.48

Cantidad de Materiales para una tanda de 0.0133m3

En función a una tanda de ensayo de 0.0133 m 3, calculamos las cantidades de material a utilizar.

TANDA DE ENSAYO  –  2 probetas Agua efectiva (Total de mezclado) 208*0.0133 Cemento 433.5*0.0133 Agregado Grueso (Húmedo) 990*0.0133 Agregado Fino (Húmedo) 761.5* 0.0133 TOTAL

2.77 lt. 5.77 kg. 13.17 kg. 10.13 kg. 31.84 kg.

Para calcular la cantidad de aditivo que se va a utilizar, usamos el valor de 0.5 % * Peso del Cemento. Luego esta cantidad se la resta de la cantidad de agua efectiva; para obtener el valor real de agua que se le deberá incorporar a la tanta.

 

                     

TANDA DE ENSAYO  –  COSIDERANDO EL ADITIVO Agua efectiva (Total de mezclado) 2.74 lt. Cemento 5.77 kg. Agregado Grueso (Húmedo) 13.17 kg. Agregado Fino (Húmedo) 10.13 kg. 0.029 lt aditivo 31.84 kg. TOTAL Una vez obtenido nuestro diseño realizamos otros dos diseños de mesclas tal que las relaciones entre el agua y el cemento sean de a/c+0.05 y a/c-0.05, pero teniendo en consideración los mismos requerimientos ya mencionados en el diseño anterior, para tendremos que convertir

DISEÑOS DE AGUA/CEMENTO: 

MEZCLA

PARA

DIFERENTES

RELACIONES

Con las mismas consideraciones anteriores; elaboramos los diseños de mezcla para distintas relaciones agua cemento; éstas serán ± 0.05 que la relación agua/ cemento inicial considerada para el diseño; a partir de ello obtenemos: 

Resumen de materiales para 1m 3:

RESUMEN POR M3

Cemento A. Fino ( Húmedo ) A.Grueso ( Húmedo ) Agua efectiva ( Tot. de Mezc.) Aditivo

= = = = =

M1 a/c0.05 470 730 990

421 771 990

M3 a/c+0.05 381 805 990

205

206

206

2.35

2.1

1.91

M2 a/c

Kg Kg Kg Lt. lt

Resumen de materiales para una tanda de 0.0133 m 3 para la elaboración de 02  probetas: 

M1 AGUA

2.73

M2 litros

2.74

M3 litros

2.74

litros

CEMENTO A. FINO A. GRUESO ADITIVO

6.25 9.71 13.17 0.032

kg kg kg litros

5.60 10.25 13.17 0.028

kg kg kg litros

5.07 10.71 13.17 0.025

kg kg kg litros

PREPARACIÓN DE MEZCLAS DE PRUEBA Una vez hecho el diseño del concreto, que se empleara en la construcción de nuestro elemento estructural (poso de cimentación o caisson); se elaboraron mezclas de prueba de concreto, que fueron sometidas a ensayos de laboratorio, tanto en estado fresco como en endurecido. Estas mezclas de prueba de concreto, se hacen con la finalidad de verificar que el concreto cumpla con las especificaciones técnicas hechas por el proyectista; o de ser necesario para realizarle ajustes, ya que hay características que no guardan relación con el diseño. La mesclas de prueba en este caso fueron 4, la primera mezcla fue con el diseño original la cual la resistencia promedio obtenida era muy por debajo de la resistencia requerida, como se explica anteriormente. Luego se realizaron 3 mezclas con el diseño corregido, el ensayo que se lograron haciendo variar +/- 0.05 la relación Agua/Cemento del diseño corregido. Estas mezclas fueron sometidas a los ensayos de consistencia del concreto (concreto fresco) y resistencia a la compresión (concreto endurecido).

PROCEDIMIENTO PARA LA PREPARACION DE LA MEZCLA Se realiza el diseño de mezcla (corregida) para las 3 relaciones Agua/Cemento, dosificándolas por tanda, como se muestra en la siguiente tabla.

Materiales

Relación Agu a/Cemento (D iseñ o or iginal) 0.48

Relación Agu a/Cemento (D iseñ o cor regido) 0.43 0.53 0.48

Agr egado Gru eso K g.)

14.61

13.17

13.17

13.17

Agr egado F in o (Kg.)

6.68

9.71

10.25

10.71

Cemento (Kg.)

6.69

6.25

5.60

5.07

Agua (L ts.)

2.74

2.73

2.74

2.74

Aditivo(Lts.)

0.057

0.032

0.028

0.025

Agua Ef ectiva

2.72

2.76

2.76

2.76

El primer paso es hacer las mediciones de los materiales en cantidades necesarias, para luego proceder al realizar el mezclado. a) Verificar que los equipos se encuentren en buen estado de limpieza y calidad; además obtener los pesos secos de los moldes y pasamos a humedecer el trompo.

 b) Pesamos los materiales según especifica la tanda y preparamos el agua con el aditivo.

Preparando el aditivo para mezclarlo en agua.

Pesando los materiales c) Colocamos el agregado grueso.

Mezclado de agregados d) Colocamos el agregado fino y que se mezcle con el agregado grueso, por un lapso de 1 minuto aproximadamente. e) Agregamos el cemento y dejamos que estos se mezclen. f) Colocamos el agua que ha sido mezclado con el aditivo. Debemos tener mucho cuidado al colocar el agua tratando de que no se pierda cantidad y lo metemos de a pocos tal que mientras los materiales van mezclándose, estos van remojándose.

Colocación del agua