DISEÑO DE MEZCLAS
INTRODUCCION: Siendo el concreto un material que posee características de resistencia a la compresión, de impermeabilidad, durabilidad, dureza y apariencia entre muchas otras, se convierte en la única roca elaborada por el hombre. El concreto no es un bien genérico como las piedras naturales o la arena, sino un material de construcción que se diseña y se produce de conformidad con normas rigurosas, para los fines y aplicaciones que se requieren en un proyecto determinado y con las características de economía, facilidad de colocación y consolidación, velocidad de fraguado y apariencia adecuada según su aplicación. El concreto y sus derivados son resultados de diseños, trabajos reales de ingeniería, susceptibles de toda acción de ajuste, modificación y lo que es más importante, de optimización. Ello no debe implicar que hacer un buen concreto sea difícil. La experiencia ha demostrado que los materiales y procedimientos de un concreto bueno y uno malo pueden ser los mismos y que la diferencia entre los dos radica en los criterios juiciosos que se aplican durante su diseño, elaboración, transporte, colocación, compactación, curado y protección; lo cual en ningún momento genera un costo adicional como generalmente se cree. Tenemos que tener en cuenta que la calidad del concreto estará determinada tanto cuando el concreto se encuentre en estado no endurecido e ndurecido (dependiendo al tipo y característica de la obra así como el proceso a emplearse para su colocado), en el estado ya endurecido (señaladas por el Ingeniero estructural, las cuales se encuentran indicadas en los planos y/o especificaciones de obra) y por el costo de la unidad cúbica del concreto. Es muy importante señalar la necesidad de adaptar las tecnologías foráneas a las condiciones técnicas, geográficas, económicas y sociales de nuestro País; no es correcto o en todo caso estaríamos ante un riesgo innecesario pretender trasladar técnicas de un lugar a otro sin antes evaluar las consecuencias de la adopción y hacer los ajustes necesarios para obtener las ventajas buscadas sin sorpresas ni sobresaltos
M ÉT O D O D E L A G R E G A D O G L O B A L
DEFINICIÓN: Es un proceso que consiste en calcular las proporciones de los elementos que forman el concreto, con el fin de obtener los mejores resultados. Existen diferentes métodos de Diseños de Mezcla; algunos pueden ser muy complejos como consecuencia a la existencia de múltiples variables de las que dependen los resultados de dichos métodos, aun así, se desconoce el método que ofrezca resultados perfectos, sin embargo, existe la posibilidad de seleccionar alguno según sea la ocasión. En oportunidades no es necesario tener exactitud en cuanto a las proporciones de los componentes del concreto, en estas situaciones se frecuenta el uso de reglas generales, lo que permite establecer las dosis correctas a través de recetas que permiten contar con un diseño de mezcla apropiado para estos casos. El método consiste en optimizar sistemáticamente la proporción de agregado fino y grueso como un sólo material (agregado global), dirigido a:
a) b)
Controlar la trabajabilidad de la mezcla de Concreto. Obtener la máxima COMPACIDAD de la combinación de agregados mediante ensayos de laboratorio.
Para la adición de agua se debe tener en cuenta la durabilidad, según los códigos de diseño del ACI ( American Concrete Institute, Instituto Americano del Concreto, es una organización de Estados Unidos de América que publica normas y recomendaciones técnicas con referencia al concreto reforzado) y Eurocódigos que son similares y por resistencia de acuerdo a la
relación de Abrams(a/c).
CONSIDERACIONES BASICAS:
Economía: El costo del concreto es la suma del costo de los materiales, de la mano de obra empleada y el equipamiento. Sin embargo excepto para algunos concretos especiales, el costo de la mano de obra y el equipamiento son muy independientes del tipo y calidad del concreto producido. Por lo tanto los costos de los materiales son los más importantes y los que se deben tomar en cuenta para comparar mezclas diferentes. Debido a que el cemento es más costoso que los agregados, es claro que minimizar el contenido del cemento en el concreto es el factor más importante para reducir el costo del concreto. En general, esto puede ser echo del siguiente modo:
Utilizando el menor slump que permita una adecuada colocación.
Utilizando el mayor tamaño máximo del agregado (respetando las limitaciones indicadas en el capítulo anterior).
Utilizando una relación óptima del agregado grueso al agregado fino.
Y cuando sea necesario utilizando un aditivo conveniente.
En conclusión es necesario además señalar que en adición al costo, hay otros beneficios relacionados con un bajo contenido de cemento. En general, las contracciones serán reducidas y habrá menor calor de hidratación. Por otra parte un muy bajo contenido de cemento, disminuirá la resistencia temprana del concreto y la uniformidad del concreto será una consideración crítica.
Trabajabilidad: Claramente un concreto apropiadamente diseñado debe permitir ser colocado y compactado apropiadamente con el equipamiento disponible. El acabado que permite el concreto debe ser el requerido y la segregación y sangrado deben ser minimizados. Como regla general el concreto debe ser suministrado con la trabajabilidad mínima que permita una adecuada colocación. La cantidad de agua requerida por trabajabilidad dependerá principalmente de las características de los agregados en lugar de las características del cemento. Cuando1 la trabajabilidad debe ser mejorada, el rediseño de la mezcla debe consistir en incrementar la cantidad de mortero en lugar de incrementar simplemente el agua y los finos (cemento). Debido a esto es esencial una cooperación entre el diseñador y el constructor para asegurar una buena mezcla
de concreto. En algunos casos una menos mezcla económica podría ser la mejor solución. Y se deben prestar oídos sordos al frecuente pedido, en obra, de “ más agua”.
Resistencia y durabilidad: En general las especificaciones del concreto requerirán una resistencia mínima a compresión. Estas especificaciones también podrían imponer limitaciones en la máxima relación agua/cemento (a/c) y el contenido mínimo de cemento. Es importante asegurar que estos requisitos no sean mutuamente incompatibles. Como veremos en otros capítulos, no necesariamente la resistencia a compresión a 28 días será la más importante, debido a esto la resistencia a otras edades podría controlar el diseño. Las especificaciones también podrían requerir que el concreto cumpla ciertos requisitos de durabilidad, tales como resistencia al congelamiento y deshielo o ataque químico. Estas consideraciones podrían establecer limitaciones adicionales en la relación agua cemento (a/c), el contenido de cemento y en adición podría requerir el uso de aditivos. Entonces, el proceso de diseño de mezcla, envuelve cumplir con todos los requisitos antes vistos. Asimismo debido a que no todos los requerimientos pueden ser optimizados simultáneamente, es necesario compensar unos con otros; (por ejemplo puede ser mejor emplear una dosificación que para determinada cantidad de cemento no tiene la mayor resistencia a compresión pero que tiene una mayor trabajabilidad). Finalmente debe ser recordado que incluso la mezcla perfecta no producirá un concreto apropiado si no se lleva a cabo procedimientos apropiados de colocación, acabado y curado.
INFORMACION REQUERIDA PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS
Análisis granulométrico de los agregados.
Peso unitario compactado de los agregados (fino y grueso).
Peso específico de los agregados (fino y grueso).
Contenido de humedad y porcentaje de absorción de los agregados (fino y grueso).
Perfil y textura de los agregados.
Tipo y marca del cemento.
Peso específico del cemento.
Relaciones entre resistencia y la relación agua/cemento, para combinaciones posibles de cemento y agregados.
CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES PARA UN DISEÑO DE MEZCLAS
1. Granulometría de los agregados, favorece la gradación o acomodamiento de los agregados partículados en la masa de concreto, y se relaciona con la cantidad de superficie en la interface con la pasta de cemento en la mezcla en estado fresco. 2. Módulo de finura de los agregados, es la proporción de los valores de retenidos acumulados en el tamizaje hasta e incluido el tamiz 100, dividido por 100, condiciona el tipo de concreto como concreto de agregados gruesos (ciclópeo), agregados medios (normal), agregados finos (liviano), además de las condiciones superficiales y efecto terminal como concreto arquitectónico.
3. Densidades aparentes de los agregados, las densidades aparentes incluyen la humedad normal de los agregados con porcentajes de humedades en los poros de las partículas de los agregados sobre el volumen total del agregado. Es la característica principal para optimizar tiempos de mezcla, tiempos de fraguado y curado de las mezclas, como también en el proceso constructivo los empujes a tener sobre las superficies de contacto en la obra falsa de los encofrados de los elementos de concreto. 4. Absorciones de los agregados, determinante de la capacidad de adhesión mecánica entre la superficie de los agregados y la pasta de cemento, y como consecuencia propiedades mecánicas como la resistencia a la compresión, a la tensión y dureza del concreto terminado.
5. Masas unitarias de los agregados, las masas de los agregados por unidad de volumen , relaciona la capacidad de acomodamiento de los agregados, en el caso de las densidades compactadas, y las densidades en estado aparentemente seco las condiciones de manejabilidad y consistencia de la mezcla de concreto en estado fresco. 6. Humedades de los agregados, las humedades se convierten en el factor modificador de la relación agua cemento de las mezclas para evitar excesos de fluidez y consistencias inmanejables en las mezclas frescas.
CONCRETO PATRÓN Selección del Asentamiento:
Para el diseño de mezclas de prueba del concreto patrón, así como del concreto de alta densidad se ha determinado un asentamiento cuyos valores estarán comprendidos entre 4” – 4,5”, los cuales garantizarán mezclas de consistencia plástica. Selección del Tamaño Máximo Nominal del agregado grueso:
De los valores obtenido en el ensayo de granulometría de agregado grueso podemos observar que nuestro agregado grueso piedra chancada tiene un tamaño máximo nominal de 3/4”. Determinación de la cantidad de agua de mezclado:
El agua de diseño necesario para una mezcla de concreto cuyo asentamiento es de “3 a 4", además se diseña teniendo en cuenta que esta mezcla es sin aire incorporado, y que el agregado grueso a utilizar tiene un TMN = 3/4". Luego de realizar las pruebas preliminares y teniendo en cuenta las tres mejores combinaciones determinadas por el P.U.C del agregado global se determinó la cantidad de agua a utilizar en las siguientes mezclas de prueba: Determinación del contenido de aire:
Diseñaremos teniendo en cuenta que nuestra mezcla no va a estar expuesta a condiciones de intemperismo severo por lo tanto no se considerará aire incorporado, pero sí aire atrapado. Selección de la relación agua-cemento:
La relación agua-cemento, se determinó consultando las tablas para diseños de mezclas de concreto y eligiendo una resistencia probable a los 28 días de 300kg/cm2 la cual nos garantiza un concreto resistente, duradero. Número de diseños:
Para realizar el diseño de concreto patrón fue necesario realizar una serie de diseños preliminares, que se ensayaron en laboratorio para así poder establecer la cantidad
necesaria de agua para nuestro diseño, así como también obtener el asentamiento estimado preliminarmente comprendido entre 3-4”.
TIPOS DE DISEÑO DE MEZCLAS DISEÑO DE MEZCLAS DE AGREGADOS MÉTODO BOLOMEY El objetivo de este proyecto es determinar la proporción en que debemos mezclar los distintos gránulos para que el árido compuesto presente la máxima compacidad. Con este fin, en el método de Bolomey se utiliza una curva de referencia cuya granulometría se consideró, según su autor, ‘ideal’ a la hora de obtener un esqueleto granular compacto, requisito imprescindible en el intento de obtener un buen hormigón.
Para escoger el valor de la mezcla consultaremos una tabla, en la que podemos observar cómo aumenta su valor a medida que la consistencia deseada es menos seca; también se hace mayor si en vez de utilizar áridos rodados los utilizamos machacados. La primera de estas resoluciones es gráfica y el propósito de conseguir que el árido resultante se adapte lo más posible a la curva teórica, han de realizarse tanteos hasta que las áreas por encima y por debajo de la curva de referencia queden compensadas.
DISEÑO DE MEZCLAS POR MÉTODO DE WALKER El concreto es un material heterogéneo constituido principalmente de la combinación de cemento, agua y agregados fino, grueso. El concreto contiene un pequeño volumen de aire atrapado, y puede contener también aire intencionalmente incorporado mediante el empleo de un aditivo.
El denominado Método WALKER se desarrolla debido a la preocupación del profesor norteamericano Stanton Walker en relación con el hecho de que, sea cual fuera la resistencia de diseño del concreto y por tanto su relación agua/cemento, contenido de cemento y características del agregado fino, la cantidad de agregado grueso era la misma.
Considerando que la relación fino-grueso debería variar en función del contenido de la pasta en la mezcla, así como del perfil y del TMN del agregado grueso, y que otro factor que debería ser considerado era la mayor o menor fineza del agregado fino, el profesor Walker desarrolló una serie de tablas en donde consideró esto último, clasificando al agregado fino como fino, mediano y grueso. Igualmente se considera si el agregado grueso es de perfil redondeado o angular y para cada uno de los dos casos, se considera cuatro alternativas de factor cemento. Todo ello permite encontrar un porcentaje de agregado fino que se considera como el más conveniente en relación al volumen absoluto total de agregado.
Este informe sólo pretende ser un aporte más al conocimiento del concreto y, específicamente está orientado al estudio de los procedimientos a seguir para la elección de las proporciones de la unidad cúbica de concreto p or el Método Walker.
OBJETIVOS DEL DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO: Determinar la combinación más práctica (factible de realizar), económica, satisfacción de requerimientos según condiciones de uso en los sistemas constructivos, para hacer edificaciones durables, y lograr eficiencia en los procesos constructivos tanto en obra como en planta.
