Titulo: Diseo de Mezclas de Concreto utilizando Cemento HolcimResumen El propsito principal de realizar esta investigacin es Evaluar y revisar las caractersticas fsicas de los agregados para concreto y las proporciones para el diseo de mezclas de concreto, mediante la realizacin de ensayos que permitan poder recomendarlas para cualquier proyecto de construccin en Nicaragua.

Este trabajo pretende el anlisis y la presentacin en forma ordenada de los resultados reales obtenidos de las mezclas preparadas en el laboratorio, en las cuales los ingredientes fueron mezclados en forma cuidadosa y controlada y cuyos cilindros de prueba fueron tomados y ensayados por el autor.

Se han seleccionado para este trabajo los materiales de uso ms corriente en nuestro pas, los que mencionamos a continuacin: Cemento: Holcim, por ser un cemento de uso general y an ms, puede usarse en forma

general en la fabricacin de concreto y morteros para todo tipo de obras: edificios, puentes, carreteras, repellos, productos prefabricados, etc. Arena: Grava: Arena volcnica del cerro de Motastepe Triturado de Productos Industriales de Concreto S.A (PROINCO)

Agua: Agua de Asososca

El desarrollo y elaboracin de las pruebas se llevaron a cabo en un laboratorio especializado de Materiales y Suelos, ubicado en la ciudad de Managua, en la empresa IDISA, Ingenieros Consultores, la que cuenta con todo el equipo necesario para el diseo de una mezcla de concreto.

Existen otros aspectos en la problemtica del concreto que hemos dejado abierto para futuras investigaciones, tales como el uso de aditivos, el empleo de otros tipos de cemento, uso de agregados livianos, que no dudamos sern estudiados y resueltos por futuros profesionales.

El presente estudio es limitativo y no pretende ser la nica solucin al diseo de mezclas de concreto, ya que se limita a la utilizacin de cemento Holcim, con arena de Motastepe, que es la ms utilizada en el pas y grava de Nindir, que es la zona donde se produce la mayor cantidad de grava de Nicaragua.

Se han desarrollado un gran nmero de mtodos para predeterminar sobre bases ms cuantitativas las proporciones de los materiales que produzcan mezclas con las caractersticas deseadas. Aunque stos mtodos son semiempricos ya que dependen de la tabulacin estadstica de los resultados obtenidos con un gran nmero de pruebas, permiten clculos bastantes aproximados de las cantidades a mezclar para una gran variedad de condiciones.

De los resultados obtenidos en esta investigacin, se puede concluir que el concreto fabricado con cemento nicaragense Holcim, no se comporta de la misma forma que el fabricado con cemento Portland del mismo tipo de los Estados Unidos de Norteamrica, ni con el cemento que se produca en Nicaragua antes de la dcada de los 80`, curvas y datos que se usan frecuentemente en Nicaragua actualmente para el diseo de mezclas de concreto. Por lo que lo invitamos a leer el trabajo en su detalle.

Palabras clave: Construccin, mezcla, resistencia, calidad, durabilidad, concreto, proporciones.

Introduccin Actualmente, el concreto es el elemento ms usado para la construccin, lo que conlleva a la evolucin de las exigencias para cada uso del mencionado elemento. La demanda del concreto ha sido la base para la elaboracin de los diferentes diseos de mezcla, ya que estos mtodos permiten conocer no solo las dosis precisas de los componentes del concreto, sino tambin la forma ms apropiada para elaborar la mezcla. Los mtodos de diseo de mezclas estn dirigidos a mejorar calificativamente la resistencia, la calidad y la durabilidad de todos los usos que pueda tener el concreto. El diseo de mezclas es un proceso que consiste en calcular las proporciones de los elementos que forman el concreto, con el fin de obtener los mejores resultados. Consideramos que esta temtica es de suma importancia en Nicaragua ya que permitir evaluar la conveniencia de fuentes de material y las respectivas proporciones a usar que permitan las resistencias del concreto comnmente empleadas en el sector de la construccin (175 kg/cm2 y 210 kg/cm2)

Metodologa de InvestigacinSe han desarrollado un gran nmero de mtodos para predeterminar sobre bases ms cuantitativas las proporciones de los materiales que produzcan mezclas con las caractersticas deseadas. Aunque stos mtodos son semiempricos ya que dependen de la tabulacin estadstica de los resultados obtenidos con un gran nmero de pruebas, permiten clculos bastantes aproximados de las cantidades a mezclar para una gran variedad de condiciones.

El procedimiento que describir a continuacin fue adoptado y recomendado por el ACI 211.1-91(Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete).

Mtodo del ACI Este procedimiento considera nueve pasos para el proporcionamiento de mezclas de concreto normal, incluidos el ajuste por humedad de los agregados y la correccin a las mezclas de prueba. A continuacin me permito describir cada uno de estos pasos:

Paso

No.1:

Contempla

la

seleccin

del

revenimiento. Cuando este no se especifica, el ACI incluye una tabla en la que se recomiendan diferentes valores de revenimiento de acuerdo con el tipo de construccin que se requiera. El ensayo de revenimiento se usa para medir la consistencia del concreto. Cuanto mayor sea el revenimiento, ms hmeda es la mezcla. El revenimiento es un indicador de trabajabilidad cuando se evalan mezclas similares. Sin embargo, no se debe utilizar para comparar mezclas de proporciones diferentes. Si se usan diferentes mezclas de un mismo diseo, un cambio en el revenimiento indica un cambio en la consistencia y en las caractersticas de los materiales, de las proporciones de la mezcla, del contenido de agua y del tiempo de ensayo.

Paso no.2: Contempla la eleccin del tamao mximo del agregado. Anteriormente hemos mencionado que por consideraciones econmicas es preferible el mayor tamao disponible, siempre y cuando se utilice una trabajabilidad adecuada y el procedimiento de compactacin permita que el concreto sea colado sin cavidades o huecos. La cantidad de agua que se requiere para producir un determinado revenimiento depende en gran medida del tamao mximo del agregado.

Paso no.3 El A.C.I presenta una tabla con los contenidos de agua recomendables en funcin del revenimiento requerido y el tamao mximo del agregado, considerando concreto sin y con aire incluido

Paso no.4 El A.C.I proporciona una tabla con los valores de la relacin agua/cemento de acuerdo con la resistencia a la compresin a los 28 das que se requiera, por supuesto la resistencia promedio seleccionada debe exceder la resistencia especificada con un margen suficiente para mantener dentro de los lmites especificados las pruebas con valores bajos.

Paso no.5 El quinto paso se basa en calcular el contenido de cemento. Este se calcula con la cantidad de agua, determinada en el paso No.3, y la relacin agua cemento, obtenida en el paso No.4; cuando se requiera un contenido mnimo de cemento o los requisitos de durabilidad lo especifiquen, la mezcla se deber basar en un criterio que conduzca a una cantidad mayor de cemento.

Paso no.6 El A.C.I maneja una tabla con el volumen del agregado grueso por volumen unitario de concreto, los valores dependen del tamao mximo nominal de la grava y del mdulo de finura de la arena. El volumen de agregado se muestra en metros cbicos con base en varillado en seco para un metro cbico de concreto, el volumen se convierte a peso seco del agregado grueso requerido en un metro cbico de concreto, multiplicndolo por el peso volumtrico de varillado en seco.

Paso no.7 Hasta el paso anterior se tienen estimados todos los componentes del concreto, excepto el agregado fino, cuya cantidad se calcula por diferencia. Para este sptimo paso, es

posible emplear cualquiera de los dos procedimientos siguientes: por peso o por volumen absoluto.

Paso no.8 El octavo paso consiste en ajustar las mezclas por humedad de los agregados, el agua que se aade a la mezcla se debe reducir en cantidad igual a la humedad libre contribuida por el agregado, es decir, humedad total menos absorcin.

Paso no.9 El ltimo paso se refiere a los ajustes a las mezclas de prueba, en las que se debe verificar el peso volumtrico del concreto, su contenido de aire, la trabajabilidad apropiada mediante el revenimiento y la ausencia de segregacin y sangrado, as como las propiedades de acabado. Para correcciones por diferencias en el revenimiento, en el contenido de aire o en el peso unitario del concreto el mtodo ACI 211.1-91 proporciona una serie de recomendaciones que ajustan la mezcla de prueba hasta lograr las propiedades especificadas en el concreto.

Desarrollo

Mtodos experimentales y resultados obtenidos El trabajo principal en esta monografa consisti en la dosificacin por el mtodo del ACI de veintids mezclas con distintas relaciones agua-cemento, en las que se usaron dos tamaos mximos de agregado grueso, de 1 y , las que detallamos a continuacin:

Tamao Mximo del Agregado Grueso: 1 Relacin a/c 0.48 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0.66 0.68 Sub total Tamao Mximo del Agregado Grueso: 1/2 0.40 0.43 0.46 0.49 0.52 0.55 0.58 0.61 0.64 0.67 0.70 Sub total CANTIDAD TOTAL DE CILINDROS FABRICADOS 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 220 440 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 Edades (Das) 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 Nmero de edades 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Cant. de Cilindros por edad 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 Cilindros fabricados 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 220

1 Ensayos de laboratorio Para efectuar las mezclas de laboratorio, se seleccionaron los siguientes materiales: Cemento: Arena: Grava: Holcim Arena volcnica del cerro de Motastepe Triturados de 1 y , provenientes de PROINCO

Agua: Agua de Asososca Aditivos: Ninguno

A continuacin, mostramos todos los resultados de los ensayos realizados a los agregados de conformidad con las Especificaciones A.S.T.M, las que detallamos a continuacin:Items 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 Ensayo realizado Granulometra de los agregados Densidad y Absorcin de Arena para concreto Densidad y Absorcin de Agregado Grueso Intemperismo Acelerado con Sulfato de Sodio Desgaste y/o Abrasin del Agregado Grueso Designacin ASTM C 33-03 ASTM C 128-01 ASTM C 127-01 ASTM C 88 ASTM C 131-03

Ensaye de Desgaste en Mquina de Los ngeles Material proveniente de PROINCO

Identificacin de la Muestra Grava triturada de Grava triturada de 1

Desgaste Los ngeles [%] 31.1 30.5

Resultados Alcanzados Una vez fabricados los cilindros correspondientes a cada una de las mezclas estudiadas, se curaron completamente sumergidos en agua a la temperatura ambiente y se rompieron a 3, 7, 14, 21 y 28 das, obteniendo los siguientes resultados: Resultados de cilindros a la compresin usando grava de 1

Resultados de cilindros a la compresin usando grava de 1/2

Curvas de Abrams usando grava de 1/2

Curvas de Abrams usando grava de 1

Conclusiones: De los resultados obtenidos en esta investigacin, se puede concluir que el concreto fabricado con cemento nicaragense Holcim, no se comporta de la misma forma que el fabricado con cemento Portland del mismo tipo de los Estados Unidos de Norteamrica, ni con el cemento que se produca en Nicaragua antes de la dcada de los 80`, curvas y datos que se usan frecuentemente en Nicaragua actualmente para el diseo de mezclas de concreto. Tambin se puede concluir que el concreto fabricado comparando los datos obtenidos de nuestro estudio contra las curvas caractersticas a las que hacemos mencin, tal y como lo podemos observar en las ilustraciones N 24 y N 25, podemos llegar a las conclusiones siguientes: Para relaciones agua/cemento iguales, se obtienen fatigas de ruptura del concreto a los 28 das mayores con el cemento nicaragense, producido antes de los aos 80`. Las curvas fatiga vs edad del concreto nicaragense de los aos pre-80 tiene n una distribucin ms parecida a la del concreto Portland tipo 1. De los Estados Unidos, ya que presentan una tangente bastante inclinada hasta los 7 das de Fabricado y luego asciende casi uniformemente hasta los 28 das. La curva del cemento Holcim se comporta casi uniforme desde su fabricacin hasta los 28 das. Las fatigas de ruptura inciales (3 das) son usualmente ms altas en el concreto con cemento nicaragense de los aos pre-80, recuperando hacia los cinco das de edad su velocidad de fraguado de tal modo que la fatiga de ruptura a los 28 das son usualmente menores que las obtenidas en el concreto nicaragense de los aos pre-80. RecomendacionesAntes de elaborar un diseo de mezcla de concreto, realizar el debido control de calidad de los agregados disponibles en caso que estos no cumplan, se debern realizar anlisis y posibles ajustes de la granulometra de las muestras de agregados tomados de las fuentes propuestas y las mezclas correspondientes.

Hacer un estudio ms exhaustivo de las relaciones entre fatiga, edad y relacin agua cemento que cubra diferentes granulometras y fuentes de agregados. Usar las curvas mostradas en las ilustraciones N 15 Y N 24 en las que se obtuvieron valores que fueron ajustados por el mtodo de los mnimos cuadrados y se verifico la confiabilidad de los resultados mediante el clculo del error tpico de la estima y del coeficiente de correlacin, para la dosificacin del concreto nicaragense por el mtodo del ACI. Se recomienda realizar este mismo estudio para cemento CEMEX y cualquier otro cemento utilizado en la fabricacin de mezclas de concreto en Nicaragua.

Autores: Ing. Frankling Gutirrez Gutirrez Ing. Manuel Castro Navarro Ing. Manuel Rojas Arauz