Diseño de mezclas

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tecnologia del concreto

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Diseño de mezclas

  1. 1. 5.3. DISEÑO DE MEZCLAS POR EL METODO ACI YSUS ALCANSES, Y OTROS METODOS. 5.4. OPTIMIZACIONDE DISEÑO DE MEZCLAS EN OBRA ENRRIQUE PASQUEL CARVAJAL EL METODO TRADICIONALDEL ACIY SUS ALCANSES. El métodooriginal del ACIdatadel año1944, habiendoexperimentadorelativamente muypocas variantessustantivashastalaultimaversiónimitadaporel comité 212.1 en el año 1991. Esta basadoen que losagregadoscumplanconlos requisitosfísicosygranulométricos establecidosporel ASTMC-33, define el aguade mezclaempíricamente el funcióndel tamaño máximodel agregadoydel slumpcomomedidade trabajabilidad,establece de maneraempírica el volumendel agregadogruesocompactadoensecoenfuncióndel tamañomáximode lapiedray el modulode finezade laarenaexclusivamente,ycorrelacionalarelaciónagua/cementoel peso con laresistenciaencompresión. Las principalesdeficienciasde este métodoresidenenque noestaconcevidoparaagregados marginalesni condicionesconstructivasespeciales. Por otro lado,pormotivosde simplificaciónnoevalualagranulometrisintegralde lamezclade agregados,asuminedoque losvaloresempíricos de agregadogruesoenfuncióndelmodulode finezade larena cubrentodaslasposibilidades,locual noescietoen lapractica puesno distinguenentreagregadosangulososyredondeadosni entre sarandeadosychancados,ni entre densosyporosos. Adicionalmente,estacomprobadoque este métodotiende aproducirconcretospedregoos,de que estossonlosdiseñosmaseconómicospuesnecesitanmenosaguayconsecuentemente menoscementoparaobtenerdeterminadaresistencia. La únicavariante desde suapariciónoriginal hasidoadmitirlaposibiliadde modificarel contenido de piedraen+/- 10% dependiendode lamayoro menortrabajabilidadque se desee acriterio del que diseña. Se puede concluirpues,contralatendenciageneralizadalocalmente de aplicareste metodo sin ningunareserva,que noofrece lagarantía de obtenerdiseñossatisfactorios,sobre todocuando debemosusaragregadosmarginalesonecesitamosconcretossumamentepklasticos,bombeables y trabajables,comoel casode los arquitectónicos,noobstante,quedaacriteriodel diseñadorsu aplicaciónrecordandosuslimitaciones. A continuacióncomodemostraciónde lamanerade aplicarel métodode ACIdesarrollaremosel siguiente ejemplo,que hasido transcritode laref.9.1: Tabla 9.4. Volumende agregadogruesocompactadoensecopormetro cubicode concreto
  2. 2. EjemploN°1 Se desadiseñaruna mezclaporel métodoACI,con lassiguientescondiciones:  f’cR = 240Kg/cm2  slump3’’ a 4’’  características físicasde la arena: pesoespecificoseco=2,640 kg/m3 modulode fineza=2.8 absorción= 0.7% humedad= 6%  carateristicasfísicasde la piedra: tamañomáximo= 1 ½” peosespecifico=2,680 kg/m3 pesounitariocompactadoseco= 1,600 kg/m3 absorción= 0.5% humedad= 2%  cementotipoI: pesoespecifico=3,150 kg3  agua: pesoespecifico=1,000 kg/m3  concretosi aire incorporado cálculos: 1) volumende agua(tabla9.1): 181 kg/1000 kg/m3=0.181 m3 2) volumende cemento: de la tabla9.2 se obtiene uanrelaciónA/C=0.62 lo que implica: cemento= 181 kg/0.62 = 292kg convie¿rtiendoel pesoenvolumenabsolutoobtenemos 292 kg/3,150 kg/m3 =0.193m3 3) volumendel agregadogrueso: de la tabla9.4 en base a modulode finesade al arena(2.8) se obtiene unvalorde 0.71m3 compactado,que apra transformaloenvolumenabsoluto,hayque mulitplicarporel peso especifico. (0.71m3x1,600kg/m3)/2,680kg/m3=o.424m3 4) de la table 9.1 se estimadel volume de aire igual a0.010 m3 5) se sumalosvolumencalcualadoshastaaquí:
  3. 3. Volmune de agua=0.181m3 Volumende cemento=0.093m3 Volumende agregadiogrueso=0.424,3 Volumende aire =0.010m3 Total=0.708m3 6) se restael valortotal obtenido5) de un metrocubico para obtenerel metoabsoluto dearena 1m3-0.708m3=0.292m3 7) se calculanlsopesoenbase a lsovolúmenesobtenidosmultiplicándolosporsupesos específicos: CUADRO 8) se corrige porabsorcionyhumedad: La piedrahumedapesara:1,136kgx1,02=1,159kg La arenahumedapesara:771kgx1.06=817kg Balance de agua en al piedra:(0.02-0.005)=0.015 Balance de agua en laarena:(0.06—0.007)=0.053 Contribuciónaguapiedra:1,159 kgx0.015=17kg Contribuciónaguaarena:817kgx0.053=43kg El agua de mezclacorregidaserá: Aguafinal=181kg-17kg-43kg=121kg 9)diseñofinal para1m3 de concreto: Agua 121kg Cemento 292kg Piedra 1,159kg Arana 817kg TOTAL 2.389kg
  4. 4. 9.4 metodosbasadosencurvasteóricas. Estos métodosdifierensubstancialmenteconel ACIenla manerade evaluarlamezclade agregadosenel diseño. Asumennormamente distribucionesgrabulometricasde tipoparabólico,que representanla gradaciónoptimadel agregadototal o enalgunoscasos de losagregadoso le cemento,pues algunosinvestigadoresestimanque debe coniderarse lagranulometríatotal de lossolidos. Su validezrecide enque abordalagradulometriaintegral delagregadoenlamezclade concreto, ajustándolaagradacionesteóricasque producenestructurasdensasycompactas. El ajustesadichas curvasconsiste enestablecerlaproporciónde mezclade arenaypiedraque mas se acerque a la gradaciónteoricaelegida,locual se hace evaluandolasarenascomprendidas entre lamezclapropuestayla curva teoricade modo que se equilibrenlasque estánporencimay debajode esta. Tienenlaventajade serfácilesde calucularyutilizarparaun tamañomáximode agregado establecido,peroladesventajaesque nuncaesposible en lapracticaobtenerunamzclade agregadosque cumplanperfectamente condichagradacióndadoque esideal,sinembargonos permite unaaproximacióntécnicaala granulometríaoptimaparallevarmezclasmasdensasy trabajables. En la tabla9.5(ref.9.4) se puede apreciarvariasde lascurvas teóricasmasusadasen el diseñode mezclas,dependiendodelcriteriodel diseñadorysuexperienciaenlosresustalodobtenidospara emplearlamasadecuadaa cada caso particular. La mecánicade calculo para el diseñoessimilaraladel ACI,con excepcióndel paso3.Del ejemplo 1,que se reemplazaporla proporciónque se obtengadel analicisconlacurva elegida. En la fig.9.3se ha graficadoalgunasde lascurvas teóricas,enlafig.9.4 se muestraun ejemplode ajuste de uan mezclade agregadosenvariaspropociones,conlaparábolade Bolomeyque personalmente unsamosconlafrecuencia. 9.5 METODOS BASADOSEN CURVASEMPIRICAS Estos métodosabordantambiénel análisistotal de lamezclade agregadosparaajustar a usoso rangos granulométricosbasadoseninformaciónestadísticaempírica. Son muyusadoseneuropa,donde porun ladolas canterasestánmuydefinidasestudiadas estadísticamente,yporel otro lasregionessonpequeñas,loque permite hace generalizarque funcionanbastante bienenlapractica. Se establece husosparadiferentestamañosmáximosde agregados,tiposde agregadosy condicionesde colocaiondel concreto,loque representaunagranayuda para lograr diseños eficientesde manerapractica. En nuestromedio,nodebenusarse curvasexperimentalesdoraneasindiscriminadamente,yaque la realidadyvarialidadde nuestrosagragadospuedeinduciraerrorenlas estimaciones,porloque
  5. 5. esremendable emplearlasconprecaucion,puesde otro métodoseránmaslos problemasque las ventajasqeuse obtendránal quereroptimizardiseños. Solocomo ilustración,el laFig.9.5y9.6 se puedenapreciaralgunascurvasempíricasestablecidas porlasnormasDIN y lasnormas británicasparadiseñode mezclas. En la fig.9.7se graficanloshusosgranulométricosrecomendadosporel comité 304.2R-91(Ref) para concretobombeado. Finalmentehaque indicarque debemostratarde acopiarinformaciónestadísticalocal yregional que permitaenun futuro,establecerhusosgranulométricosque puedanserincluidosenlos reglamentosde construcción,de modode lograrunavance practico encuanto a lempleode agragados ylos métodosde diseñode mezclaenel Perú. 9.6 EL METODO DEL MODULO DE FINEZA TOTAL. (Ref.9.5y 9.6) Toma el modulode dinezatotal de lamezclade agregadoscomo elemntofundamental para evaluarensatisfacerdeterminadopromediologarítmicodel tamañode laspartículaspara un ciertadistribucióngranulométrica,yexperimentalmente esta demostradoque independientementede lagranulometría,losconcretoscon igual modulode finezatotal de los agregados,tienendentrode ciertoslimiteslosmismosrequerimientosde agua,caractericas resistentesytrabajabilidad. En la Fig.9.8 (Ref.9.7) se presentan13granulometriastotalesmuydisimilesconlaparticularidad de tenerun modulode finezacomún,conlasque se investigolarepercucionenlascaracterísticas resistentesyde trabajabilidadenmezclasconaguacontenidode cementoyrelaciones agua/cemento. En la tabla9.6 se se consignanlosresultadosobtenidos,que demuestraque manteniendoel modulodefinezatotal constante independientemente de lagranulometría,se mantienentambién constanteslatrabajabilidadylaresistencia.Esevidenteque estaconclusióntienesuslimitación, peroen nuestraexperienciaenobraemospodido comprobarque se verificaconmucha proximacionenlamayoríade loscasos. En base a estomuchosinvestigadoreshanestablecidomodulosde finezaoptimosparaciertas condiciones de contenidode cemento,tamañomáximotipode agregadosque permitenuna aproximaciónpracticamuybuenaa losdíselosmaseficientes.
  6. 6. En al tabla9.7(Ref.9.7) se puede apreciarmodulosde finezaoptimosque se empleanparadiseño de mezcalscon lasrecomendacionspracticasparasu uso. Para encontrarde manerasimple laproporciónde mezclade dosagregadosconocidospara acercarnos al modulode finezaoptimo,esmuyútil lasiguiente relaciónque fue deducidaene l capitulo5. MF(P+A) en peso = % PxMFP + %AxMFA donde: MF(P+A) =M de fineza de la mezcla de mos agregados P y A %P =%en peso que interviene P en la piedra %A =%en peso que interviene A en la piedra MFP =Modulo de fineza de agregadoP MFA =Modulo de fineza de agregadoA La deficienciadel métododel modulode fienzatotal estribaenque obiael análisisde tayyadode la granulometríade lamezcla,basándose soloenel promedioque representa,locual enalgunos caos tiende asubetimarlaimportanciade losfinos,porloque lorecomendble esaplicarlo conjuntamente conalgunacurvateoricapara una verificacionadiciopnal. Actualmente,esunode mosmétodosmasusadosentecnologíadel concretopuesademostrado que permite unacercamientotécnicoinmediatoalosdiseñosconmayorprobabilidadde satisfacerlamayoría de requisitosenel concreto,yporotro lado,tienenunautilidadprimordial enel control de losdiseñosde mezclaenproducción,pueshaciendolosajustesenlamezclade modoque permanescaconstante el modulode finezatotal del diseño,se garantizaestabilidady uniformidadenlosrequerimientosde aguayresitencias. Cuandodurante producción,el diseñoenusorequiere masaguade la diseñada,esindicativoque el modulode finezatotal se hareducidoal havercambiadola granulometríatotal volviéndose mas fina(normalmentedebidoavariacionesenlaarena) loque ameritaunproporcióncambiandolas proporcionesde mezclareducionedoarenayaumnetandopiedraparavolveral modulode fineza original. Cuandose da el caso inverso,enque durante producciónel diseñose “suelta”sinaberse añadido mas agua,es síntomaque aumentoel modulode finesatotal ylagranulomentriatotal se hisomas gruesa(normantente debidoavariacionesenlapiedra) porlo que ecomoenel caso anterios habrá que ajustarlas prorcionesparavovetral modulode finezaoriginal.
  7. 7. En condicionesde agregadonormales,variacionesde +/- 0.2 enel modulode finezatotal no debenreflejarse modificandoalgunade lascaracteriticasoriginalesde losdiseños. En las fig.9.9 y 9.10 se muestratiuloilustrativounejemplopracticode diseñode mezclaen agregadosde Arequipa,aplicandoel métododel modulode finezatotal conjuntamente conla parbolade bolomey,yenla tabla9.8 se compara losresultadoscondiseñoefectuadoconel métododel ACI. 9.7. OPTIMIZACION DEDISEÑOSDE MEZCLA EN OBRA Todoslos métodosmencionadosresultanunaaproximaciónalasoluciónfinal mientrasnose pruebenenobra.Dentrode este contexto,esmuypoco probable que conun solodiseñode mezclaque agamoshacertemostantola resitenciacomoel restode requisitosporloque es necesariooptimizarlosmediante otrosdiseño. Una recomendaciónútil antesde entrara optimizarresistencias,consisteenevaluar cualitativamente variosdiseñosteóricosdesde el puntode vistade latrabajabilidad,segregación, exudación,etc.Mediante pruebasde eslump,factorde compactación,segregación,velocidadde exudación,etc. Paralocual influye inluye mucholapreciacionpersonal bastandoinicialmente preparartandas pequeñasanivel de laboratorio,paraevaluarestaspropiedadesyelegirlamezcal de agregadosque consideranmasadecuadadentrode las opcionesteóricasdisponibles. La siguienterecomendaciónapuntahaciaoptimizar resistenciaylograreconomíay consiste en probar desde uninicioconporlo menos3 diseñosde mezclateóricos(conel métodoque masnos guste perousandola proporciónde mezcal de agregadosque hemosevaluadosolo cuaitativamente) dondemateniendoconstantemente lagranulometríadelamezcal de agregadosy la cantidadde agua, hagamosvariarla relaciónagua/cementodentrode unrangoque asegure obtenernoslaresistencai requerida. En la fig.9.11 se graficanlas resistenciasobtenidasenuncasoreal para 3 diseñosde mezcla establecidosconeste criterio,donde se deseabacomprensiónde 285Kg/cm2, apreciándose que del grafico resultante se puede interpolar la resistencia que deseemos con su relación agu / cemteto correspondiente para en base a esto hacer un nuevo diseño que se acerque mas al optimo de resietncia. El nuevo o nuevos diseños hay que probarlos luego en forma definitiva a escala de obra he ir corrigiéndolos paulatinamente en base a las consideraciones de dispercion estasdistica que ya tratamos en el capitulo 8. Una practica usual conciste en hacer una optimización preliminar antes que las probetas de control tengan 28 dias de edad (normalmente 7 dias), ya que es muy frecuente el tener la necesidad de contar con diseños aprobados en la brevedad.
  8. 8. Estos puede hacerse, pero es necesario tener información confiable del desarrollo de resitencia con la edad del cemento que estemos utilizando pues vamos a extrapolar resitencias de 7 dias proyectándolas a 28 dias, lo cual puede ser riesgoso si no se toman los factores de seguriada adecuados. Es recomendable en estos casos, además del f’cR que se obtenga del análisis estadístico, utilizar un factor de seguridad de almenos 1.2 para no tener problemas con la extrapolación aludiada, partiendo del hecho que disponemos de información confiable sobre el desarrollo de resistencia en el tiempo del cem,etoque estemos utilizando. Finalmente queremos notar que es corriente en nuestro medio el dosificar el volumen pese a tenerse los diseños en peso, debido a razones de tipo practico, en que se piensa es mas compliado, mas caro e insumible mas tiempo el hacer en peso en obras pequeñas. Hemos llevado a cabo una investigación que se aprecia en el grafico de la fig. 9.12 que establece la diferencia entre pero unitario compactoen seco estándar que se usa para hacer los cálculos de conversión de diseño en peso a diseño en volumen, con el peso unitario suelto, que es la condición real como se mide en obra, donde se encuentran diferencias del orden del 9.5% que reflejadas en la dosificación en volumen representan que en la practica ponemos menos agregados de lo que indica el diseño y en consecuencia mas cemento con efectos económicos negativos, que cuantitavos pueden ser del orden del 5% a 8% en costo adicional del cemento dependiendo de la mayor o menor dispercion en las labores y tipo de diseño. Esto debe hacernos rflexionar sobre la conveniencia de desarrollar la costumbre de usar equipo de obra que dosifique el peso, lo cual no resulata difícil en obras pequeñas si se provee el uso de una balanza de plataforma de tipo comercial de 250 a 500 Kg. De capacidadcuyo precio es económico, y el carguío se realiza con carretilla taradas , con lo que se comprobara que se obtiene ventajas en calidadde concreto y ahorro de cemento. CAPITULO PERUANO 2.5 Ejemplonuméricode diseño de dosificación de mezcla de concretopor el método ACI (usando tablas) Se requiere elaborar concreto para el vaciadode columnas de 280kg/cm2 de resistencia media requeriada. Se cuenta con cemento ASTM I y agregados de las siguientes características Cuadro
  9. 9. 3. CONCRETO EN OBRA 3.1. mesclado del concreto 3.1.1 principio del mesclado El mesclado del concretotiene por finalidad cubrir la superficie de los gregados con la pasta de cemento, produciendo una masa homogénea} El mesclado a maquina, las denominadas mescladoras, asegura concretos uniformes de manera económica. Las mescladoras están constituidas fundamentalmente, por un resipiente metalico denominado tambor o cuba, provisto de paletas en su interior. La mezcla se efectua, cuando cada una de las partes del concrero es elevada, vuelta a vuelta, por las paletas durante la rotación del tambor, de manera que en un ciero punto, en cada revolución, son vertidas hacia la parte inferior para mezclarse con las otras porciones, para constituir una masa homogéneas. 3.1.2 Tipos de mescladoras Las mescladoras se clasifican en función de la posicion del eje de rotación de la cuba, siendo dos tipos: - mezcladoras de eje inclinado, de cuba basculante - mezcladora de eje horizontal Las concreteras de eje inclinadoo tambor basculante pueden adoptar diferentes inclinaciones del eje para cad etapa de trabajo: se ha llenado, amasado o descargado. Esta operación se facilita mediante un volante, que hace pivotar el tambor alrededor de un eje horizontal mediande un sistema de piñones dentados. El tambor, conocido también como “trompo” realiza un movimiento de rotación alrededor de su eje, con una inclinación de 15° a 20° aproximadamente. El valor de este angulo es una característica importante de la mezcladora, pues define su capacidady la calidad del concreto.

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