diseño de concreto

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

INFORME DE DISEÑO DE CONCRETO

INTRODUCCIÓN El diseño de mezclas de concreto, es conceptualmente, la aplicación técnica y práctica de los conocimientos científicos sobre sus componentes y la interacción entre ellos, para lograr un material resultante que satisfaga de la manera más eficiente los requerimientos particulares del proyecto constructivo. Es usual el suponer que esta técnica consiste en la aplicación sistemática de ciertas tablas y proporciones ya establecidas, que satisfacen prácticamente todas las situaciones normales en las obras, lo cual está muy alejado de la realidad, ya que es en esta etapa del proceso constructivo cuando resulta primordial la labor creativa del responsable de dicho trabajo y en consecuencia el criterio personal.

OBJETIVOS: 

Lograr diseñar una mezcla de concreto que posea la resistencia a la

compresión supuesta al inicio o aún mayor. 

Analizar si el slump es el adecuado para el proyecto a utilizar.



Determinar si nuestra muestra resulta sobre arenosa o sobre gravosa y

realizar su determinada corrección. 

Determinar si necesitamos aditivos en el proyecto a trabajar y cuáles.



Realizar el respectivo gráfico deformación unitaria vs compresión, analizarlo y

corregirlo a través de ecuaciones.

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MATERIALES Y EQUIPO -Agua -Agregado grueso y fino -Cemento -Balanza

-Fiola.

-Estufa

-Molde de peso volumétrico

2


-Tamices

-Canastilla

-

-Envases.

-cono

- Fiola.

de Abrams

3


-Trompo

MARCO TEORICO CONCRETO: El concreto es el material constituido por la mezcla en ciertas proporciones de cemento, agua, agregados y opcionalmente aditivos, que inicialmente denota una estructura plástica y moldeable y que posteriormente adquiere una consistencia rígida con propiedades aislantes y resistentes, semejantes a una roca, lo que hace un material ideal para la construcción. Tipos de concreto Concreto simple: Concreto que no tiene armadura de refuerzo o que la tiene en una cantidad menor que el mínimo porcentaje especificado para concreto armado. Concreto armado: Concreto que tiene armadura de refuerzo en una cantidad igual o mayor que la requerida en esta norma en el que ambos materiales actúan para resistir esfuerzos. Concreto ciclópeo: Es el concreto simple en cuya masa se incorporan grandes piedras o bloques y que no contiene armadura. Concreto de peso normal: Es un concreto que tiene un peso aproximado de 2300 kg/cm3. Concreto prefabricado: Elementos de concreto simple o armado fabricados en una ubicación diferente a su posición final en la estructura. Concreto de cascote: Es el constituido por cemento, agregado fino cascote de ladrillo y agua. Concreto premezclado: Es el concreto que se dosifica en planta, que puede ser mezclado en la misma o en camiones mezcladores y que es transportado a obra.

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Concreto bombeado: Concreto que es impulsado por bombeo a través de tuberías hacia su ubicación. -Otros tipos de concreto: Concreto Premezclado Estándar El concreto premezclado estándar es la forma más común de concreto. Se prepara para su entrega en una planta de concreto en lugar de mezclarse en el sitio de la obra, lo que garantiza la calidad del concreto. Concreto Arquitectónico y Decorativo Este tipo de concreto puede desempeñar una función estructural además de un acabado estético o decorativo. Puede ofrecer superficies o texturas lisas o ásperas además de una diversidad de colores. Concreto de Fraguado Rápido Diseñado para elevar el desarrollo temprano de resistencia, este concreto permite retirar las cimbras más rápido, secuenciar la construcción aceleradamente, y una rápida reparación en proyectos como carreteras o pistas de aterrizaje. Típicamente se usa en el invierno para construir a bajas temperaturas (5-10°C). Este concreto también se puede utilizar en edificios, vías de ferrocarril y aplicaciones preformadas. Además, para ahorrar tiempo, esta tecnología de concreto ofrece una durabilidad mejorada y resistencia a los ácidos. Concreto Reforzado con Fibras El concreto diseñado con fibras micro o macro puede usarse ya sea para aplicaciones estructurales, donde las fibras pueden potencialmente sustituir el reforzamiento con varilla de acero, o para reducir el encogimiento – especialmente el que sucede en etapa temprana. Las macro fibras pueden incrementar significativamente la ductilidad del concreto, haciendo que sea altamente resistente a la formación y propagación de grietas. Relleno Fluido El mortero o concreto líquido simplifica el proceso de colocación de tuberías y cables al rodear al tubo o cable con una cubierta compacta que la protege, previene el asentamiento y permite a las cuadrillas trabajar rápido. Concreto Autocompactante El concreto autocompactante tiene un flujo muy alto; por lo tanto, es autonivelante, lo que elimina la necesidad de vibración. Debido a los plastificantes utilizados –mezclas químicas que le imparten un alto flujo – el concreto autocompactante exhibe muy alta compactación

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como resultado de su bajo contenido de aire. En consecuencia, el concreto autocompactante puede tener resistencias muy elevadas, llegando a rebasar 50 MPa. Concreto Poroso Por su especial diseño de mezcla, el concreto poroso es un material sumamente permeable que permite que el agua, particularmente las aguas pluviales, se filtren por él, lo que reduce las inundaciones y la concentración calorífico por hasta 4° C, y ayuda a evitar los derrapes en los caminos mojados. Este concreto idealmente se usa en estacionamientos, andadores y orillas de alberca. Concreto Antibacteriano Este concreto controla el crecimiento de las bacterias, ayudando a mantener ambientes limpios en estructuras tales como laboratorios, restaurantes y hospitales.

PROPIEDADES DEL CONCRETO Y SUS COMPONENTES: Las características del concreto pueden variar en un grado considerable, mediante el control de sus componentes. Por tanto, para una estructura específica, resulta económico utilizar un concreto que tenga las características exactas necesarias, aunque esté débil en otras. Trabajabilidad. Es una propiedad importante para muchas aplicaciones del concreto. En esencia, es la facilidad con la cual pueden mezclarse los componentes y la mezcla resultante puede manejarse, transportarse y colocarse con poca pérdida de la homogeneidad. Durabilidad. El concreto debe ser capaz de resistir la intemperie, acción de productos químicos y desgastes, a los cuales estará sometido en el servicio. Impermeabilidad. Es una importante propiedad del concreto que puede mejorarse, con frecuencia, reduciendo la cantidad de agua en la mezcla. Elasticidad: En general, es la capacidad del concreto de deformarse bajo carga, sin tener deformación permanente. El concreto no es un material elástico estrictamente hablando, ya que no tiene un comportamiento lineal en ningún tramo de su diagrama carga vs deformación en compresión, sin embargo, convencionalmente se acostumbra definir un “Módulo de elasticidad estático” del concreto mediante una recta tangente a la parte inicial del

diagrama, o una recta secante que une el origen del diagrama con un punto establecido que normalmente es un % de la tensión última

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Segregación: Las diferencia de densidades entre los componentes del concreto provocan una tendencia natural a que las partículas más pesadas desciendan, pero en general, la densidad de la pasta con los agregados finos es sólo un 20% menor que la de los gruesos (para agregados normales) lo cual sumado a su viscosidad produce que el agregado grueso quede suspendido e inmerso en la matriz. Exudación: Propiedad por la cual una parte del agua de mezcla se separa de la masa y sube hacia la superficie del concreto. Es un caso típico de sedimentación en que los sólidos se asientan dentro de la masa plástica. El fenómeno está gobernado por las leyes físicas del flujo de un líquido en un sistema capilar, antes que el efecto de la viscosidad y la diferencia de densidades. Está influenciada por la cantidad de finos en los agregados y la finura del cemento, por lo que cuanto más fina es la molienda de este y mayor es el porcentaje de material menor que la malla N° 100, la exudación será menor pues se retiene el agua de mezcla. La exudación se produce inevitablemente en el concreto, pues es una propiedad inherente a su estructura, luego lo importante es evaluarla y controlarla en cuanto a los efectos negativos que pudiera tener. No debe caerse en el error de considerar que la exudación es una condición anormal del concreto, ni en la práctica usual de “secar” el concreto espolvoreando cemento en la

superficie ya que si esto se ejecuta mientras aún hay exudación, se crea una capa superficial muy delgada de pasta que en la parte inferior tiene una interfase de agua que la aísla de la masa original. En estas condiciones, al producirse la contracción por secado o cambios volumétricos por temperatura esta película delgada de pasta se agrieta, produciéndose el patrón de fisuración tipo panal de abeja, que los norteamericanos denominan “crazing”.

Si se espolvorea cemento cuando la exudación ha terminado, integrado la pasta con la mezcla original se logra reducir la relación Agua/Cemento en la superficie con resultados positivos en cuanto a durabilidad al desgaste. Contracción: Es una de las propiedades más importantes en función de los problemas de fisuración que acarrea con frecuencia. Ya hemos visto que la pasta de cemento necesariamente se contrae debido a la reducción del volumen original de agua por combinación química, y a esto se le llama contracción intrínseca que es un proceso irreversible. Pero además existe otro tipo de contracción inherente también a la pasta de cemento y es la llamada contracción por secado, que es la responsable de la mayor parte de los problemas de fisuración, dado que ocurre tanto en el estado plástico como en el endurecido si se permite la pérdida de agua en la mezcla. Este proceso no es irreversible, ya que si se repone el agua perdida por secado, se recupera gran parte de la contracción acaecida.

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Resistencia: Es la capacidad de soportar cargas y esfuerzos, siendo su mejor comportamiento en compresión en comparación con la tracción, debido a las propiedades adherentes de la pasta de cemento. Depende principalmente de la concentración de la pasta de cemento, que se acostumbra expresar en términos de la relación Agua/Cemento en peso. La afectan además los mismos factores que influyen en las características resistentes de la pasta, como son la temperatura y el tiempo, aunados a otros elementos adicionales constituidos por el tipo y características resistentes del cemento en particular que se use y de la calidad de los agregados, que complementan la estructura del concreto. Un factor indirecto pero no por eso menos importante en la resistencia, lo constituye el curado ya que es el complemento del proceso de hidratación sin el cual no se llegan a desarrollar completamente las características resistentes del concreto. Los concretos normales usualmente tienen resistencias en compresión del orden de 100 a 400 kg/cm2, habiéndose logrado optimizaciones de diseños sin aditivos que han permitido obtener resistencia sobre 700 kg/cm2. Tecnologías con empleo de los llamados polímeros, constituidos por aglomerantes sintéticos que se añaden a la mezcla, permiten obtener resistencias en compresión que bordean los 1,500 kg/cm2, y todo parece indicar que el desarrollo de estas técnicas permitirá en el futuro superar incluso estos niveles de resistencia.

COMPONENTES El concreto es básicamente una mezcla de dos componentes: agregados y pasta. La pasta, compuesta de cemento portland y agua, une a los agregados (arena y grava o piedra triturada) para formar una masa semejante a una roca pues la pasta endurece debido a l a reacción química entre el cemento y el agua. Los agregados generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaño de partícula que pueden llegar hasta 10 mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 4 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo del agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm. Cemento. Los cementos hidráulicos son aquellos que tienen la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua, porque reaccionan químicamente con ella para formar un material de buenas propiedades aglutinantes. Agua. Es el elemento que hidrata las partículas de cemento y hace que estas desarrollen sus propiedades aglutinantes.

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Agregados. Los agregados para concreto pueden ser definidos como aquellos materiales inertes que poseen una resistencia propia suficiente que no perturban ni afectan el proceso de endurecimiento del cemento hidráulico y que garantizan una adherencia con la pasta de cemento endurecida. Aditivos. Se utilizan como ingredientes del concreto y, se añaden a la mezcla inmediatamente antes o durante su mezclado, con el objeto de modificar sus propiedades para que sea más adecuada a las condiciones de trabajo o para red ucir los costos de producción.

Estados del concreto Estado fresco. Al principio el concreto parece una “masa”. Es blando y puede ser trabajado o moldeado en diferentes formas. Y así se conserva durante la c olocación y la compactación. La propiedad más importante del concreto fresco es la trabajabilidad. Estado fraguado. Después, el concreto empieza a ponerse rígido. Cuando ya no está blando, se conoce como FRAGUADO del concreto. El fraguado tiene lugar después de la compactación y durante el acabado. Estado endurecido. Después de que concreto ha fraguado empieza a ganar resistencia y se endurece. Las propiedades del concreto endurecido son resistencia y durabilidad.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Los datos obtenidos luego de determinar las distintas propiedades físicas de los agregados fueron: 1) 2) 3)

Agua- Norma E-060 Cemento: SOL- TIPO I Agregados: A. FINO

  

Perfil PEmasa PUSS

A. GRUESO Angular 2.57 1546

2.62 1643

9




PUSC w (%) abs (%) MF

1762 3.5 1.2 2.96

1636 1.1 0.9 6.9



TMN

-------

1”

  

DISEÑO DEL CONCRETO: 1) CALCULO DE LA RESISTENCIA PROMEDIO: Hemos realizado un concreto proyectado para una resistencia especificada a la comprensión de 250 kg/cm2.

Utilizaremos f'c = 250 kg/cm^2 Como

210 kg/cm^2 < f'c < 350 kg/cm^2

Utilizamos:

f’CR = f'c + 84

f’CR = 334 kg/cm

2

2) El T.M.N de nuestro agregado grueso es 1”

3) ASENTAMIENTO: Elegimos una consistencia plástica slump

3" - 4"

(Consistencia plástica).

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4) AIRE ATRAPADO: Lo calculamos a través del T.M.N

1.5 (%)

concreto sin aire incorporado

5) CONTENIDO DE AGUA .Lo determinamos con el T.M.N y el slump:

Agua de mezclado: 193

Lt/m3

6) RELACIÓN A/C: Por resistencia f'cr

A/C

300

0.55

334

x

350

0.48

Interpolamos: 34/16=(x-0.55)/(0.48-x) X=0.502

POR DURABILIDAD: No se consideró porque la estructura no estará expuesta a condiciones especiales.

POR LO TANTO : A/C=0.502

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7)

FACTOR CEMENTO (FC) 193

/ 0.5

FC =

384.46

kg/cm2

Nº BOLSAS

: 9.046

BOLSAS

8) ESTIMACION DEL AGREGADO GRUESO: se determina con el TMN y el M.F del agregado fino. Para un T.M.N de 1” tenemos:

M.F 2.8

0.67

2.96

b/bo

3

0.65

0.16/0.04= (x-0.67)/(0.65-x) b/bo=0.654

AG(KG)= b/bo*PUSC(A.G) AG(KG)= 0.654*1636 =1069.94 =1070 KG.

9) DETERMINACIÓN DEL AGREGADO FINO:

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MÉTODO DE LOS VOLUMENES ABSOLUTOS 

VOL ABS CEMENTO

=

384.46/3110 =0.123621 m3



VOL ABS AGUA

=



VOL ABS AIRE

=



VOL AG. GRUESO m3



VOL AG. FINO

0.193

0.015 =

m3

m3 0.416342

=

1-(0.747963)=0.252037 m3

10) MATERIALES DE DISEÑO

AGUA DE MEZCLADO

193

LT

CEMENTO

384.46 = 385 KG

AGREGADO FINO

660.34 = 661 KG

AGREGADO GRUESO

1070

TOTAL

2309

KG

KG

11) CORRECCIÓN POR HUMEDAD

CEMENTO

385

=

385

KG

AGREGADO FINO

684.135

=

685

KG

13


AGREGADO GRUESO

1081.77

AGUA EFECTIVA

Volumen de agua = agua de mezcla – aporte 175.66

12)

13)

=

=

1082

176

KG

LT

MATERIAL PARA TRES ESPECIMENES (V = 0.02 m3, PROBETA ESTÁNDAR)

CEMENTO

385

* 0.02 = 7.7

KG

AGREGADO FINO

685

* 0.02 = 13.7

KG

AGREGADO GRUESO

1082

* 0.02 = 21.64

KG

AGUA EFECTIVA

176

* 0.02 = 3.52

LT

PROPORCIONAMIENTO EN PESO 1 : 1.77 : 2.81 / 0.46

14)

PROPORCIONAMIENTO EN VOLUMEN: 1 : 1.562 :2.48 / 19.46 Lt/BOLSA

PREPARACIÓN DE LA MEZCLA DE PRUEBA: 1) Con la balanza pesamos cada uno de los componentes, en la cantidad obtenidos en el diseño de mezcla.

2) Añadimos cada uno de los componentes del concreto en la mezcladora y dejamos que se cree una mezcla homogénea.

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3) Añadimos es volumen de agua calculado, y dejamos mezclar durante un aproximado de 3 minutos y vertemos la mezcla en un depósito.

4) Llenamos el cono de Abrams y cada un tercio compactamos con 25 golpes con la varilla compactadora , retiramos el cono y lo colocamos al lado de la mezcla en forma invertida y medimos el Slump.

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Nuestro slump ( 0”)no coincidió con el especificado en el diseño (3”-4”) pero esto se puede corregir. 5) Llenamos nuestra probeta compactándola por cada 3ra parte con 25 golpes con la varilla y pesamos para determinar nuestro P.U de nuestro concreto.

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DATOS Pe

(g)

8215

Pe+concreto(g)

23810

P concreto (g)

15595

3

VOL e (cm ) 3

5516.34 2827.0556

PUS (kg/m ) El P.U del concreto fresco es 2827.05 kg/m^3

6) Una vez llenados los moldes, los cubrimos para evitar la evaporación de agua, y lo dejamos fraguar durante 24 horas, pasado ese tiempo desmoldamos y sumergimos en agua para curarlo, luego sacamos y dejamos secar al aire libre.

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7) Pesamos las probetas para calcular su peso volumétrico seco. CALCULAMOS EL PUS DEL CONCRETO SECO DATOS P concreto (g) 3

VOL e (cm ) 3

PUS (kg/m )

13789 5516.34 2499.6646

El P.U del concreto seco es 2499.66 kg/m^3. 8) Llevamos las probetas a máquina de compresión, y calculamos es esfuerzo y la deformación para cada probeta:

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Carga (kg) 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000 18000 19000 20000 21000 22000

Et 0.04 0.48 0.85 1.09 1.27 1.41 1.57 1.72 1.84 1.9 1.94 1.99 2.14 2.23 2.32 2.41 2.5 2.64 2.76 3.05 3.21 4.01

OBSERVACIÓN

def.unitaria Esf.compresión(*10^-4) 1.315789474 5.510856387 15.78947368 11.02171277 27.96052632 16.53256916 35.85526316 22.04342555 41.77631579 27.55428194 46.38157895 33.06513832 51.64473684 38.57599471 56.57894737 44.0868511 Límite elástico 60.52631579 49.59770748 62.5 55.10856387 63.81578947 60.61942026 65.46052632 66.13027664 70.39473684 71.64113303 73.35526316 77.15198942 76.31578947 82.66284581 79.27631579 88.17370219 82.23684211 93.68455858 86.84210526 99.19541497 90.78947368 104.7062714 100.3289474 110.2171277 105.5921053 115.7279841 Rotura 131.9078947 121.2388405

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GRÁFICA DEFORMACIÓN VS ESFUERZO A COMPRESIÓN Todos los puntos:

Eliminamos algunos puntos:

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CORRECCIÓN DE LA GRÁFICA

PUNTO B: Límite elástico (49.59 kg/cm^2) PUNTO C: Esfuerzo de rotura (121.24 kg/cm^2) (Para 7 dí as)

-Calculamos la resistencia de nuestra probeta para 28 días: DÍAS

RESISTENCIA

70% (7 Días)

121.24 kg/cm^2

100% (28 Días)

X

X= 173.2 Kg/cm^2

CALCULAMOS EL MÓDULO DE ELASTICIDAD

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           √       9) Rompemos por completo nuestras probetas de concreto para observar a detalle la estructura interna y sus fallas. CARACTERÍSTICAS DE LA PROBETA FALLADA.  

El agregado fino: Se observa pequeñas muestras de oxidación. Pasta: No permitió la total compactación entre los elementos.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES



La consistencia obtenida, es una consistencia seca, la que difiere de la consistencia que debería tener según el diseño, que es de 3 a 4 pulgadas de Slump, por el contrario se obtuvo 0 de Sump.



La resistencia a la compresión a los 7 días fue de 121.24 kg/cm2 y a los 28 días de 173.2 kg/cm2 y notamos que no se logró la resistencia deseada.



El módulo de elasticidad que se obtuvo fue



Al observar el grafico esfuerzo Vs deformación unitaria vemos que el concreto diseñado, no es muy elástico, llegando a una carga en el límite proporcional elástico de solo 49.59 kg/cm2.



Obtuvimos una muestra sobregravosa que se puede corregir reduciendo el 10% de grava.

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 kg/cm2.


BIBLIOGRAFÍA 

http://elconcreto.blogspot.com/2009/01/el-agua-del-concreto.html



http://www.urbanistasperu.org/rne/pdf/RNE_parte%2009.pdf



http://www.biblioteca.udep.edu.pe/bibvirudep/tesis/pdf/1_146_164_97_1351.pd f



http://composicionarqdatos.files.wordpress.com/2008/09/concretos-ymorteros_folleto.pdf

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diseño de concreto

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