Diseño de concreto por el metodo aci con aditivo

UNC TECNOLOGÍA DEL CONCRETO

DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO CON ADITIVO INCORPORADOR DE AIRE SIKA AER; POR EL MÉTODO A.C.I. COMITÉ 211.

I. RESUMEN :

En casos donde el proyecto se va a desarrollar en zonas con condiciones ambientales severas, es necesario utilizar un aditivo incorporador de aire para evitar el fenómeno de congelamiento.

La finalidad del presente es realizar el diseño de mezclas de concreto utilizando el método planteado por el comité 211 del Instituto Americano del Concreto (ACI).

Este método requiere de una serie de operaciones previas, tales como determinar las propiedades físicas de los materiales a usar:

- Peso específico de masa, grado de absorción, contenido de humedad, módulo de finura (agregado fino y agregado grueso).

- Tamaño Máximo Nominal, peso seco compactado y como requisito primordial, el perfil (agregado grueso).

- Tipo, fábrica y peso específico del cemento.

- Calidad de agua.

Una vez completado el diseño y determinadas las cantidades en peso de cada uno de los constitutivos del concreto se procedió con su preparación, para luego determinar su SLUMP y peso unitario (concreto fresco); posteriormente se efectuó el vaciado en los moldes metálicos previamente engrasados.

El concreto reposó en el molde metálico por espacio de 24 horas, al cabo de las mismas, las probetas fueron desmoldadas y sumergidas completamente en agua por 7 días, luego de ello se secaron al ambiente por 24 horas.

A los 7 días de vida, las probetas, fueron sometidas al Ensayo de Resistencia a la Compresión, previa determinación de sus dimensiones y peso seco, considerando que a esta edad alcanza el 70% de la resistencia especificada a los 28 días.

Cabe hacer notar que la preparación del concreto se realizó mecánicamente, utilizando para ello una carretilla y una palana.

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II. INTRODUCCIÓN

Las características del concreto están en función de su uso. Por ello la selección de las proporciones por unidad cúbica de concreto debe permitir obtener un concreto con la facilidad de colocación, densidad, resistencia, durabilidad u otras propiedades que se consideran necesarias para el caso particular de la mezcla diseñada.

Al seleccionar las proporciones de la mezcla debe tenerse en cuenta las condiciones de colocación, la calidad y experiencia del personal profesional y técnico, la interrelación entre las diversas propiedades del concreto.

El concreto está compuesto principalmente de cemento, agregados, agua y aire (atrapado).

El Comité 211 del Instituto Americano del Concreto (ACI) ha desarrollado un procedimiento de diseño de mezclas de concreto bastante simple, el cual permite obtener valores de los diferentes materiales que integran la unidad cúbica de concreto.

La determinación de las cantidades de materiales requeridas para preparar una unidad cúbica de concreto implica una secuencia cuyo cumplimiento permite, en función de las características de los materiales, preparar la mezcla adecuada para el trabajo que se va a efectuar.

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III. OBJETIVOS

- Realizar el diseño de una mezcla de concreto usando el método del Comité 211 del Instituto Americano del Concreto (ACI),

basándonos en una resistencia especificada

(resistencia requerida) con incorporador de aire.

- Determinar las propiedades tanto del concreto fresco (slump, peso unitario, segregación, exudación), como del concreto endurecido (esfuerzo de rotura, esfuerzo máximo, módulo de elasticidad).

- Evaluar la resistencia a compresión alcanzada por el concreto endurecido.

- Determinar las características del concreto fresco y endurecido al incorporarle aire mediante un aditivo.

IV. MARCO TEORICO

- En el método de Diseño A.C.I. (American Concrete Institute), se determina en primer lugar los contenidos de cemento, agua, aire y agregado grueso por diferencia de la suma de volúmenes absolutos en relación con la unidad cubica, el volumen absoluto y peso seco del agregado fino.

- De esta manera, sea cual fuere la resistencia deseada, en tanto se mantengan constantes el tamaño máximo nominal del agregado grueso y el módulo de finura del agregado fino, el contenido total de agregado grueso en la mezcla será el mismo, independientemente del contenido de pasta.

- Para el método estudiado, los contenidos de agregados grueso y fino varían para las diferentes resistencias, siendo esta variación función, principalmente, de la relación agua cemento y del contenido total de agua, expresados a través del contenido de cemento de la mezcla.

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V. ESPECIFICACIONES Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS:

En el diseño de mezclas se especificó un de 250Kg/cm2 a los 28 días.

Teniendo en cuenta estos datos elaboramos las muestras de prueba.

2. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Cemento: Cemento Pacasmayo tipo I Peso Específico 3.11 gr/cm3. Agua: Potable de la red de servicio público, ciudad universitaria.

AGREGADO GRUESOT.M.N 1”

Ensayo Valor Comentario

Puss 1281.1Kg./m3 Este valor se encuentra dentro del rango <1350Kg./m3;1680Kg./m3 >

Pusc 1575.6Kg./m3 No hay Rango que determine la norma técnica

Mf 7.786 No hay Rango que determine la norma técnica

Pemasa 2.50gr./cm3

Los pesos específicos sí se encuentran en el rango <2.45 ; 2.71>

Pe sss 2.53gr./cm3

Pea 2.57gr./cm3

Absorción 1.09% No hay Rango que determine la norma técnica

ω(%) 1.10% No hay Rango que determine la norma técnica

AGREGADO FINO

Ensayo Valor Comentario

Puss 1322.7Kg./m3 Se encuentra fuera del rango <1400Kg./m3;1700Kg./m3 >

Pusc 1596Kg./m3 Se encuentra fuera del rango <1550Kg./m3;1750Kg./m3 >

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Mf 3.2 Se encuentra fuera del límite <0.79 ; 3.81>

Pemasa 2.4gr./cm3

Los pesos específicos sí se encuentran en el rango <2.45 ; 2.71>Pe sss 2.5gr./cm3

Pea 2.7gr./cm3

Absorción 4.68% No hay Rango que determine la norma técnica

ω(%) 4,53% No hay Rango que determine la norma técnica

En el diseño de la mezcla se considerará una temperatura mínima de -18°C.

Para el cálculo de la resistencia promedio tomamos como base la resistencia especificada dada y la siguiente tabla. (Cabe señalar que para a elección de la resistencia promedio hay varias opciones, nosotros hemos elegido este que a continuación se presenta)

La resistencia de diseño de 250 kg/cm2

Por tratarse de un aditivo incorporador de aire se le aumentara la resistencia en un 10%.

f’c = 250 + 10%(250) = 275 kg/cm2.

f’cr = 275+84f’cr = 359 kg/cm2

1. Selección del tamaño máximo nominal del agregado grueso.

Según la granulometría del agregado grueso tenemos el valor de

2. Selección del asentamiento o SLUMP.

Según el requerimiento de una mezcla plástica se tiene un asentamiento igual a:

3. Selección del volumen unitario de agua de diseño (tabla N°II de la separata del docente), con el empleo de la tabla correspondiente.

Entrando a la tabla y para una mezcla con un asentamiento de 3’’ a 4’’ sin aire incorporado y con T.M.N. del agregado grueso de 1’’, tenemos:

Contenido de agua = 175 lts.

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4. Selección del contenido de aire, con el empleo de la tabla correspondiente.

Teniendo en cuenta que la mezcla va a tener problemas de congelamiento y deshielo se determina el contenido de aire para un T.M.N. del agregado grueso de 1’’, considerando la tabla 4.2.1. Del ACI.

Contenido de aire = 6%

5. Selección de la relación agua/cemento por resistencia, para un concreto sin aire incorporado, interpolando valores tenemos

o Para un valor de: f’cr=359 Kg/cm2.

o Una relación por resistencia a/c = 0.4o Una relación por durabilidad a/c = 0.5o Luego elegiremos la menor relación:

a/c = 0.4

6. Determinación del factor cemento.

a/c = 0.4

F.C. = Vagua/(a/c) = 175/0.4 = 437.5 kg/m3 = 437.5/42.5 = 10.294 bls/m3.

7. Determinación del contenido de agregado grueso:

Módulo de finura del agregado fino = 3.2T.M.N. del agregado grueso = 1”

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8. Determinación de la sumatoria de volúmenes absolutos de cemento, agua de diseño, aire y agregado grueso.

Elemento Peso en kg/m3 Volumen en m3

Agua 175 0.1750

Cemento 437.5 0.1407

Aire 6% 0.0600

Agregado grueso

975.86 0.3903

Aditivo 1.108*F.C. 0.000445

SUMA - 0.766445

9. Determinación de agregado fino:

Vagr.fino = 1 - .766445 = 0.23355 m3.

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10. Determinación de los valores de diseño del cemento, agua, aire, agregado fino y agregado grueso.

Cemento 437.5 kg/m3Agua 175 ltsAire 6%Agregado Grueso seco 975.86 kg/m3Agregado Fino seco 560.52 kg/m3

11. Corrección por humedad de los agregados.

Los pesos húmedos de los agregados fino y grueso serán igual al respectivo peso seco multiplicado por la unidad mas el contenido de humedad expresado en forma decimal.

-Peso húmedo del agregado: Fino……………………………………… 560.52 x 1.0453 = 585.912 kg/m3 Grueso…………………………………. 975.86 x 1.0100 = 985.619 kg/m3

* El agua de absorción no es parte del agua de mesclado, por lo que deberá ser excluida de las correcciones por humedad del agregado, para ello se debe calcular la humedad superficial.

-Humedad superficial del agregado: Fino……………………………………….4.53-4.68= -0.15% Grueso……………………………………1.10-1.09= +0.01% *Conocida la humedad superficial se puede determinar el aporte de cada uno de los agregados al agua de mezcla. Para ello se multiplicara el peso seco del agregado por la humedad superficial del mismo expresada en fracción decimal.

-Aporte de humedad del agregado: Fino…………………………………… 560.52 x – 0.0015= -0.841 lts/m3 Grueso………………………………… 975.86 x 0.00010 = +0.0976 lts/m 3 Total………………………………………. -0.7434 lt/m3 *Como el agregado quita agua del diseño de mezcla, dicha cantidad deberá ser aumentada al agua de diseño para así poder determinar el agua efectiva para el diseño. *agua efectiva………………………………….175 +0.7434 = 175.7434 lts/m3 = 175.7L

12. Materiales al pie de obra:

AL PIE DE OBRA

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CEMENTO437.5 Kg

AGUA DE DISEÑO 175.7 L

AGREGADO FINO HUMEDO 585.9 Kg

AGREGADO GRUESO HUMEDO 985.6 Kg

ADITIVO 445.4 cm3

13. *Proporción en Peso para un metro cubico:

437.5 585.9 985.6 175.7 ---------- : ----------- : ------- / -------- 437.5 437.5 437.5 10

1 : 1.34 : 2.25 / 17.57 lts/bolsa *Pesos húmedos: *Volumen del espécimen0.01333m3

o Cemento = 5.83 Kg. o A° Fino = 7.81 Kg. o A° Grueso = 13.14 Kg. o Agua Efectiva = 2.34 lts. o Aditivo = 5.937 ml.

IX.- DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO Y EL CONCRETO ENDURECIDO

1. PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO

a. SLUMP

En teoría el slump alcanzado deberá estar entre 3” y 4”.El slump determinado con la prueba del cono de Abrams es 2.8’’

b. PESO UNITARIO

Teóricamente el peso unitario del concreto fresco deberá fluctuar entre 2300 Kg/m3 y 2400 Kg/m3. Según el diseño un m3

de concreto deberá pesar 2307.5Kg.

El peso unitario del concreto elaborado es como sigue:

PESO VOLUMETRICO DEL CONCRETO DISEÑADO

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Probeta W Probeta Vacía (Kg.)

W Probeta +Mezcla (Kg.)

W mezcla

1 11.260 24.280 13.02Vol de Probeta

5.65 litros 0.00565m3

PROBETA PESO UNITARIO POR PROBETA

PESO UNITARIO POR m3

1 13.02 Kg 2304.42 Kg/m3

c. SEGREGACIÓN

El concreto elaborado tiene una segregación LEVE, casi NULA.

d. EXUDACIÓN

La exudación, en el concreto elaborado es LEVE.

2. PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO

a. ESFUERZO MÁXIMO, ESFUERZO DE ROTURA Y MÓDULO DE ELASTICIDAD

Para determinar estas características presentamos a continuación los datos obtenidos en los ensayos de resistencia a la compresión de cada una de las probetas, así como sus gráficas respectivas:

carga última: 14 Tn altura (mm) diámetro (cm) Área (cm2)tiempo: 2.9 min 301 15.08 178.605velocidad: 4.83 Tn/min

PUNTO CARGA(kg) DEFORMACIÓN(mm) ESFUERZO (kg/cm2) esfuerzo 28 días DEF. UNITARIA1 1000 0.3 5.599 7.999 0.00099672 2000 0.6 11.198 15.997 0.00199343 3000 0.85 16.797 23.996 0.00282394 4000 0.95 22.396 31.994 0.0031561

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5 5000 1.14 27.995 39.993 0.00378746 6000 1.24 33.594 47.991 0.00411967 7000 1.42 39.193 55.990 0.00471768 8000 1.75 44.792 63.988 0.00581409 9000 1.98 50.391 71.987 0.0065781

10 10000 2.2 55.990 79.985 0.007309011 11000 2.49 61.589 87.984 0.008272412 12000 2.84 67.188 95.982 0.009435213 13000 3.2 72.786 103.981 0.010631214 14000 3.4 78.385 111.979 0.0112957

EXPRESIÓN DE RESULTADOS:

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X.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES:

Se realizaron 01 espécimen donde se pudo observar las propiedades del concreto fresco (manejabilidad) y endurecido (resistencia a la compresión).

Se obtuvo una resistencia promedio de compresión 126.45 Kg/Cm2

RECOMENDACIONES: Se recomienda colocar los especímenes en forma correcta

en la máquina de compresión para evitar errores en el momento de la lectura y ejecución de la práctica.

En el momento de calcular el SLUMP se debe lograr una compactación adecuada, poniendo correctamente los pies, evitando el movimiento del cono.

Los especímenes al momento de curado deben estar totalmente sumergidos en el agua.

XI.- BIBLIOGRAFÍA USADA:

a. Rivva López, Enrique: “NATURALEZA Y MATERIALES DEL CONCRETO”. Edit. ACI. Perú.

b. Rivva López, Enrique: “DISEÑO DE MEZCLAS”. Perú.

c. Abanto Castillo, Flavio: “TECNOLOGIA DEL CONCRETO”, Editorial San Marcos.

d. Asociación de productores de cemento “BOLETINES TÉCNICOS”. Perú.

e. Copias del curso.

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ANEXOS

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Engineering

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