I. DISEÑO DE MEZCLAS:
Siempre que sea posible, la dosificación del concreto deberá basarse en datos obtenidos de experiencias en laboratorio, en las cuales han sido utilizadas los materiales a ser empleados en obra, si esta información es limitada, o en el peor de los casos, no se dispone de esta información, las estimaciones dadas en estas recomendaciones pueden ser empleadas.
Sera útil la siguiente información de materiales disponibles:
- Análisis Granulometrico del Agregado Fino y Grueso.
- Peso Unitario del agregado grueso.
- Peso especifico de masa, porcentajes de absorción y humedad de los agregados a utilizarse.
- Tipo y marca del cemento Portland escogido.
- Peso especifico del cemento portland.
- Requerimientos de agua de mezclado en base a experiencias con los agregados disponibles.
- Relaciones entre la resistencia y la relación agua cemento, para las combinaciones posibles de cemento y agregados.
II. PROCEDIMIENTO:
a) La obtención de los pesos de las mezclas de concreto especificado, se hace siguiendo una secuencia de pasos lógicos y directos, los cuales, acomodan las características de los materiales disponibles,, en una mezcla adecuada para el trabajo.
El problema de la adecuabilidad, no se deja frecuentemente al criterio de quien va a diseñar la mezcla.
Las especificaciones con que el diseñador cuenta, pueden ser algunas o todas las siguientes:
- Máxima relación agua - cemento.
- Mínimo contenido de cemento.
- Contenido de Aire.
- Asentamiento (Slump)
- Tamaño Máximo de Agregado
- Resistencia
- Otros requerimientos, tales como: Resistencia de sobrediseño, aditivos y tipos especiales de cemento o agregados.
b) Prescindiendo de si las características del concreto son dadas en las especificaciones o son dejadas al criterio de quien diseña las mezclas, obtendremos los pesos de las mezclas por metro cubico de concreto de la siguiente manera.
PASO 1: SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO:
Si las especificaciones de obra no da el asentamiento de la mezcla a ser diseñada, utilizando la tabla N°1, podemos seleccionar un valor adecuado para el determinado trabajo que se va a realizar.
Se deberán usar las mezclas de la consistencia mas que puedan ser colocadas eficientemente.
Diseño de Mezcla:
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, aún 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.
Recetas Elementales
Diseño Unico
Una parte en volumen de agregado
grueso, por una parte de arena y media parte de cemento, agua necesaria para
mantener la trabajabilidad. El agregado grueso varía entre piedra picada,
grava, canto rodado picado o canto rodado natural, mientras que la arena puede
ser natural o de trituración.
La dosis de cemento puede ser
medida a través de sacos enteros y medio saco si se cuenta con la experiencia
necesaria.
Receta Única
- Piedra o grava de 80 a 95 kgs.
- Arena de 65 a 80 kgs.
- Cemento un saco de 42.5 Kg,
equivalente a 7.5 sacos de cementos
por metro cúbico.
- Agua la necesaria de 25 a 30
litros.
Se obtiene 130 litros de
concreto, la resistencia esperada es de 18 Mpa (184 Kg/cm). Esta resistencia
fue la determinada a los 28 días en probetas cilíndricas de 15 cm de diámetro
por 30 cm de altura.
Si se emplean áridos de buena
calidad, y se toman todas las medidas necesarias, se puede obtener una
resistencia mayor a los 18 Mpa, o puede suceder lo contrario.
Receta Ampliada.
Se deben tomar en consideración
las características más importantes de los agregados, la granulometría y el
tamaño máximo. Con respecto a la granulometría solo se deben usar piedras o
arenas balanceadas en sus diferentes tamaños de granos, sin exceso o ausencia.
Existen tres alternativas correspondientes al tamaño máximo que se vaya a usar.
El agua debe aplicarse con una
cantidad tal que se mantenga la trabajabilidad, y la colocación de moldes y
encofrados. Esta dosis debe ser lo más precisa posible ya que un exceso de agua
disminuye la resistencia, por ello los encargados de esta tarea deben tener
experiencia mínima exigida.
Es necesario disponer de un
procedimiento detallado, preciso y complejo para obtener resultados obtimos en
cuanto a cantidades y proporciones de los componentes del concreto se refiere,
así existe la posibilidad de tomar en cuenta los posibles cambios que afectan
las características de los componentes, incrementando así mayores índice de
calidad.
Algunos métodos son probados en
laboratorio y en plantas de preparación comercial, el que se mencionará a
continuación dio excelentes resultados y es muy usado en el caso del el empleo
de agregados pocos controlados.
Se basa en cuatro aspectos
fundamentales; dosis de cemento, trabajabilidad, relación agua/cemento y
resistencia, todos estos fundamentos se relacionan a través de dos leyes:
Relación Triangular y la Ley de Abrams.
También toma en cuenta dos
variables importantes: Tamaño Máximo y Tipos de Agregados, además de explicar
la calidad del cemento y el efecto reductor del agua de los aditivos químicos
en su parte final; la incorporación de aire, la presencia elevada de ultrafinos
o el empleo de dos o más agregados.
El método explica deforma
independiente la proporción entre agregado fino y grueso, también la
granulometría del agregado combinado lo que permite cambiar dicha proporción
sin alterar la dosis de los demás componentes.
Este método es usado para mezcla
con resistencias entre los 18 y 42 Mpa, a los 28 días en probetas cilíndricas
de 15 x 30 cm, también es usado para concretos con asentamiento en Cono de
Abrams entre 2.5 y 13 cm, este método no es el más apropiado para las mezclas
ultraresistentes.
Calculo de la Proporción entre
Agregados Finos y Gruesos
Un determinado tipo de agregado
fino se combina con algún agregado grueso, para dar origen a la mezcla, la
granulometría de ambos agregados son conocidos previamente. En la parte interna
de la mezcla actúa una combinación de agregados, que va desde la partícula más
gruesa del agregado hasta la más fina de la arena. La granulometría debe estar
dentro de los límites correspondientes, solo así se puede esperar un buen
resultado de la mezcla, tanto en el aspecto de calidad como en el aspecto
económico.
En el siguiente gráfico se
mostrarán los límites granulométricos de las zonas aconsejables para agregados
combinados de los tamaños máximos más usados.
Datos para el Diseño de Mezcla.
Se refiere a las variables
tomadas en cuenta dentro del diseño, probablemente una de las variables sea
común dentro de todos los métodos debido a que son de suma importancia, las
restantes establecen la diferencia entre cada método.
La información básica del método
está constituida por los datos de entrada, gracia a ellas se puede llegar a la
dosificación esperada.
Los Datos de entrada son:
· Lugar de la obra, o
condiciones ambientales.
· Tipo de obra, o parte de
la estructura.
· Tipo de agregados y tipo
de cemento.
· Resistencia de diseño o algún
dato relacionado.
El asentamiento es considerado en
algunos métodos como dato de entrada, mientras que en otro se selecciona de
alguna tabla, con relación al tipo de elemento estructural al que se destine la
mezcla próxima a diseñar.
Valores usuales de asentamiento
Ley de Abrams
Esta ley establece la relación
entre la resistencia del concreto y la relación agua/cemento.
= a/c
donde a es la cantidad de agua en
litro o en Kg, y c la dosis de cemento en Kg.
Una forma de representar la Ley
de Abrams es:
R = M / N
Donde R es la resistencia media,
M y N son constantes que dependen de las características de los materiales,
edad del ensayo y la forma de llevarlo a cabo.
Relación Triangular
Es la unión que relaciona la
trabajabilidad, medida con el Cono de Abrams, la relación agua/cemento y dosis
de cemento.
Esta ley no se utiliza en otros
métodos de diseño de mezcla conocido.
En el siguiente gráfico se
presenta en forma esquematizada un resumen de los pasos necesarios para
elaborar un diseño de mezcla
Aire Atrapado
A pesar de que el concreto tenga
una compactación de primera por efecto de vibración, siempre queda una pequeña
cantidad de aire, representado por la letra V.
V = C/P en litros/m,
C es la dosis de cemento y P el
tamaño máximo.
Volumen Absoluto de los granos de
Cemento
Se optiene al dividir la dosis de
cemento entre su peso específico.
Se representa con la letra a.
a = C. en Kg./m
Volumen Absoluto de los
Agregados.
Resulta al dividir la dosis de cada
uno entre su peso específico en su estado de agregado saturado con superficie
seca.
Se simboliza como agregado grueso
y para el fino.
Ecuación de volumen y calculo de
la dosis de agregados.
G + A + 0.3C + a + V = 1000
g+a
= Se refiere a los agregados
finos y grueso con granulometría definida, para calcular los pesos de cada uno
de los agregados, se despeja G + A y se combina con la expresión de la
relación.
A
G + A
Por medio de esta formula es
posible calcular los pesos de cada agregado, con este calculo culmina el
diseño.
Diseños Inversos
Son los diseños que se
desarrollan en forma contraria a los comunes, el más usual es el de averiguar
que resistencia se podrá obtener con materiales determinados con cierto
asentamiento y una dosis de cemento donde solo es necesario usar la parte
superior del esquema.
Las variables que intervienen en
los diseños de mezcla no tienen gran precisión ni teórica ni práctica, por ello
solo deben tomarce en cuenta tres o cuatro cifras significativas.
Existen otras variables que
influyen en el diseño de mezcla, calidad del cemento y aditivos reductores del
agua.
Corrección por humedad
El método de diseño expuesto ha
considerado la humedad de los agregados como condición ideal de saturados con
superficie seca, en la que el material ni sede ni toma agua de la mezcla.
Los agregados pueden estar en
cualquier condición de humedad lo que afecta la cantidad de agua que se debe
usar, con el fin de mantener las proporciones reales del diseño.
A pesar de que el diseño de
mezcla haya sido bien hecho las variables pueden desviar el resultado esperado,
por lo que siempre se recurre a la mezcla de prueba, ya sea en laboratorio o en
la obra.
EJEMPLOS DE DISEÑO DE MEZCLA
Diseño 1
Se requiere un concreto de alta
resistencia para la pared de un depósito, de sección pequeña, bastante armada
y, por todo ello, con dificultades de vibración.
Solución:
Este caso es típico para el
empleo de aditivos super plastificantes de alto poder.
Se utiliza una elevada dosis de
cemento, tal como 12 sacos de cemento por metro cúbico, con un aditivo que
tenga una capacidad de reducción de agua del 35%, y yendo al máximo al
asentamiento que es de 20 cm, y sin tomar en cuenta los factores de corrección,
se tendría:
C = 12 (42.5) = 510 Kg./m.
= 0.466.
f = 1.538.
= 0.303.
R28 = 46.0 Mpa.
Un concreto totalmente auto
nivelante exigiría una fluidez mayor que la propuesta con 20 cm de
asentamiento, y por tanto tendría resistencias menores. Su consideración cae
fuera del propósito de este método de diseño de mezcla.
Diseño 2.
Se pretende definir un concreto
para prefabricados, en mezcla seca que se compactará con alta energía de
vibración. Dosis de cemento de 12 sacos por metro cúbico. Se dispone de piedra
picada con tamaño máximo de ¾ pulgada, y una arena natural sin ultrafinos.
Calcular la resistencia que se pudiera lograr.
Solución
- Para calcular , por la formula
o por el gráfico, vamos a necesitar el dato del cemento, por lo cual
empezaremos por calcularlo.
C = 12 (42.5)/1.05 = 486 Kg./m.
El valor mínimo de asentamiento
para el cual siguen siendo válidas las constantes de la relación triangular (y
eso con reservas), es cuando T = 1 cm.
Entonces, el valor de
= (117,2(1) ) = 0.335
486
- Esta habrá que descorregirla
para poder entrar a la Ley de Abrams.
= 0.335/1.05 = 0.319
R = 44.4 Mpa (453 Kg./cm ).
Con asentamientos nulos es
evidente que se podría obtener resistencias más altas, pero su estudio queda
fuera de propósito de este método de diseño de mezcla.
Mediante de aditivos
superplastificantes de alto rango también sería posible obtener resistencias
más altas, pero dado que trabajan con alto nivel de asentamiento y grado de
fluidez, no sería factible obtener suficientes rigideces a muy corto plazo,
capaces de permitir un rápido de desencofrado para el reuso intensivo de los
moldes.
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