PROPIEDADES Y DISEÑO DE CONCRETO

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PROPIEDADES Y DISEO DE CONCRETOJony C. Gutirrez Abanto Laboratorio de Ingeniera Civil

INTRODUCCION

El conocimiento de las propiedades del concreto tanto en estado fresco como en estado endurecido tiene como finalidad primordial la de determinar el diseo de la mezcla. Para el proporcionamiento de los ingredientes de una mezcla de concreto se han sugerido muchos mtodos dentro de los cuales se cuentan los analticos, experimentales, semianalticos y empricos. Estos mtodos han evolucionado desde los volumtricos arbitrarios (por ejemplo mezclas 1:2:4) de comienzos del presente siglo, al mtodo de peso y volumen absoluto actual, propuesto por el ACI. El mtodo utilizado en el presente diseo tiene como base los procedimientos del American Concrete Institute elaborado por el Comit ACI 211 y el de la Road Note Laboratory (RNL). El mtodo americano ACI es el ms conocido y ampliamente usado. Se fundamenta en el principio bsico de la relacin agua/cemento desarrollado por Abrams. Consiste en seguir en forma ordenada una secuencia de pasos y determinar la cantidad de cada material en peso y en volumen, para 1 m3 de concreto. Sin embargo el mtodo ACI ha sido concebido de tal manera que el proporcionamiento de los agregados se hace teniendo en cuenta que estos cumplan con las recomendaciones granulomtricas de la Norma ASTM C 33. Cuando las granulometras no cumplan con lo establecido en ACI-211 es recomendable el procedimiento propuesto por la RNL de Gran Bretaa que consiste en hacer una optimizacin granulomtrica. La prctica sugerida no pretende profundizar los principios en que se bas el mtodo sino mostrar los diferentes pasos que deben seguirse, aplicando los conceptos estudiados en las prcticas anteriores.

OBJETIVOS

Analizar los materiales componentes para disear las mezclas, verificar sus propiedades recin preparadas y fundamentalmente para comprobar la calidad del concreto en la estructura. Analizar los resultados obtenidos tanto del agregado fino como del agregado grueso ensayados anteriormente al diseo del concreto. Calcular las cantidades de cada uno de los materiales que se utilizaran en la mezcla. Verificar la calidad del concreto en trminos de su resistencia y uniformidad, en relacin con las especificadas en los laboratorios y fundamentar as el criterio para la aceptacin de la estructura. Determinar, mediante el asentamiento natural de una muestra tomada con un molde normalizado, su grado de fluidez. Escoger bajo criterio fundamentado el mtodo para el diseo de la mezcla. Verificar que al momento de desencofrar los cilindros de prueba estos no presenten demasiados espacios vacos; de lo contrario analizar el por que de esta situacin. Observar la resistencia que tiene el concreto o la muestra despus de los 3, 7, 14 y 28 das, por medio del ensayo de los cilindros en el laboratorio.

1. MARCO TEORICO

El objetivo que se persigue en el diseo de las mezclas de concreto es determinar la combinacin ms prctica y econmica de materiales disponibles para producir un concreto que satisfaga sus requerimientos bajo condiciones particulares de uso. Una mezcla se debe disear tanto para estado fresco como para estado endurecido. Las principales exigencias que se deben cumplir para lograr una dosificacin apropiada en estado fresco son las de trabajabilidad en la colocacin y economa, y para concreto endurecido son las de resistencia, durabilidad, acabado y en algunos casos el peso volumtrico Por lo comn, las propiedades del concreto fresco se rigen por el tipo de estructura a fundir (vigas, muros, zapatas, etc.) y por las tcnicas de colocacin y transporte (bomba, banda transportadora, carretilla, etc.); as mismo, las propiedades del concreto en estado endurecido se establecen para las caractersticas mecnicas y de durabilidad especificadas en el Diseo Estructural. En el primer caso, la resistencia especfica a la compresin f'c se involucra dentro del anlisis estructural como un parmetro que determina el material, dependiendo del tipo de estructura que se vaya a crear. En el segundo caso, se trata de definir aspectos del concreto relacionados con la afectacin por exposicin ambiental. El costo de la elaboracin de una mezcla de concreto est constituida bsicamente por el costo de los materiales, equipo y mano de obra. La variacin en el costo de los materiales se debe a que el precio del cemento por kilo, es varias veces mayor que el de los agregados y de all, que el proporcionamiento debe minimizar la cantidad de cemento sin sacrificar la resistencia y dems propiedades del concreto. La diferencia en costo entre los agregados generalmente es secundaria; sin embargo, en algunas localidades o con algn tipo de agregado especial pueden ser suficiente para que influya en la seleccin y dosificacin. El costo del agua usualmente no tiene ninguna influencia, mientras que el de los aditivos puede ser importante por su efecto potencial en la dosificacin del cemento y los agregados.

El costo de la mano de obra depende de la trabajabilidad de la mezcla y de los mtodos de colocacin y compactacin. Una mezcla poco trabajable con un equipo de compactacin deficiente aumenta los costos de mano de obra. 1.1 DATOS PREVIOS Antes de dosificar una mezcla de concreto adems de conocer los datos de la obra o estructura que se va a construir y de las condiciones de transporte y colocacin, tambin se deben conocer las propiedades de los materiales con los que se va a preparar la mezcla. 1.1.1 Datos de la obra Los datos que se deben conocer de la obra son: Mxima relacin agua/cemento Tamao mximo nominal del agregado Asentamiento (consistencia) recomendado Mnimo contenido de cemento Dimensin mnima del elemento a construir Espaciamiento del acero de refuerzo Condiciones a que estar expuesta la estructura Resistencia a la compresin mnima necesaria por consideraciones estructurales. Densidad mnima para pesas de gravedad y estructuras similares.

Generalmente la totalidad de estos datos se obtiene de planos y especificaciones de la obra y la norma sismo resistente. 1.1.2 Datos de los materiales De las propiedades de los materiales que se van a utilizar se debe conocer: Granulometra Mdulo de fineza de la arena Tamao mximo de la piedra Peso especfico de la piedra y de la arena Absorcin de la piedra y de la arena Peso unitario compactado de la piedra Humedad de los agregados inmediatamente antes de hacer las mezclas. Peso especfico del cemento.

1.2 MTODO DE DOSIFICACIN Se puede apreciar que para el diseo de mezclas se recurre tanto a datos reales como a datos empricos o de experiencia que con la ayuda de tablas, grficas y bacos, se obtiene una gua para alcanzar combinaciones ptimas de los materiales. La optimizacin de las proporciones de la mezcla de concreto que cumpla con las caractersticas deseadas con los materiales disponibles, se logra mediante el sistema de ajuste y reajuste. Dicho sistema consiste en preparar una primera mezcla de prueba con unas proporciones iniciales calculadas por los mtodos que se explican a continuacin. A la mezcla de prueba se le efecta el ensayo de asentamiento y si su valor es diferente del recomendado, se reajustan las cantidades. Cuando se logra el asentamiento requerido con las proporciones reajustadas, se elaboran muestras de cilindros a los que se les determina su resistencia a la compresin; se compara con la resistencia especificada y si son diferentes, se vuelven a reajustar las cantidades. Una vez reajustadas las cantidades, se elabora otra mezcla que debe cumplir con el asentamiento y la resistencia requeridas; si por algn motivo no se cumple alguno de los requerimientos debido a peculiaridades que no se detectan con los ensayos corrientes que se efectan a los materiales, se pueden hacer ajustes similares a los indicados hasta lograr los resultados deseados. El mtodo de dosificacin se basa en la secuencia mostrada en la figura 11.1 (ver anexos). 1.2.1. Eleccin del asentamiento Los valores de asentamiento recomendados se muestran en la tabla 11.1. (ver anexos). Hay que tener en cuenta que los valores de asentamiento indicados se usan cuando el mtodo de compactacin utilizado es la vibracin. Cuando se empleen otros mtodos diferentes a los datos de la tabla 11.1. se deben aumentar en 2.5 cm. Cuando el asentamiento no se encuentra especificado en la tabla mostrada se puede adoptar un valor apropiado para la obra recordando siempre que se deben usar mezclas con la mnima consistencia que permitan una colocacin eficiente.

1.2.2. Eleccin del tamao mximo nominal (TMN) El TMN est limitado por las dimensiones de la estructura tenindose presente que en ningn caso debe exceder de un quinto la menor dimensin entre los lados de la formaleta, de un tercio el espesor de las losas, ni de las tres cuartas partes del espaciamiento libre entre varillas individuales de refuerzo, haces de varillas o cables pretensados. Estas restricciones

se pueden evitar, si a juicio del ingeniero, la trabajabilidad y los mtodos de compactacin son tales que el concreto se puede colocar sin que se produzcan cangrejeras o vacos . De otra parte, los agregados con una buena granulometra y con mayor TMN tienden a formar masas ms compactas y con menos vacos que los de menor TMN; en consecuencia, si se aumenta el TMN de los agregados en una mezcla de concreto para un asentamiento dado, tanto el contenido de agua como de cemento se disminuyen, con lo que se consiguen concretos ms econmicos y con menor retraccin por fraguado. Sin embargo cuando se desea obtener concreto de alta resistencia, se debe reducir el TMN de los agregados, debido a que estos producen mayores resistencias con una determinada relacin agua cemento. En la tabla 1 1.2. (ver anexos) se muestran valores recomendados por la seleccin del TMN de acuerdo con el tipo de construccin y la dimensin mnima del elemento. En algunas ocasiones la eleccin del TMN puede no estar limitada por la dimensin mnima del elemento a construir sin