DOSIFICACION Y MEZCLADO DEL CONCRETO EN OBRA Y PLANTA. Dosificación La dosificación de las mezclas para concreto es la determinación de la combinación más económica y práctica de ingredientes para concreto, que sea manejable en su estado plástico y que desarrolle las propiedades requeridas cuando endurezca. Así, una mezcla mezcla para para concreto correctamente correctamente dosificada deberá cumplir tres objetivos: 1.- la manejabilidad del concreto recién mezclado. 2.- las propiedades que se requieren en el concreto endurecido. 3.- ser económica. (association, 1991) Una mezcla manejable es aquella que puede colocarse sin dificultad y que con los métodos de compactación disponibles permite obtener concretos densos. Al mismo tiempo la mezcla debe tener suficiente mortero para envolver completamente la piedra y las armaduras y obtener superficies lisas sin porosidades ni nidos de piedra. En otras palabras, debe llenar completamente los huecos entre las piedras y asegurar una mezcla plástica y uniforme. Una mezcla trabajable para un tipo de elemento puede ser muy dura para otro. Por ello el concreto que se coloca en elementos delegados o con mucha armadura debe ser más plástico que el de construcción masiva. www.arqhys.com Si se usan materiales aceptables, las propiedades del concreto endurecido como la resistencia a los cambios del congelamiento a la fusión, la manejabilidad, las resistencias, dependen de la selección de una pasta de cemento adecuada, es decir, una que tenga una relación suficientemente baja de agua-cemento y una cantidad adecuada de aire incluido. Estas propiedades, y por tano la calidad del concreto deseada, se puede obtener completamente solo con buen colocado y acabado, así como con el curado adecuado. Para obtener economía, en la dosificación se debe reducir al mínimo la cantidad necesaria de cemento sin sacrificar la calidad del concreto. Como depende principalmente de la relación agua-cemento, la cantidad de agua debe reducirse al mínimo para reducir la cantidad de cemento necesario. Las etapas del procedimiento para disminuir al mínimo el agua y el cemento necesario incluye el uso de 1.- la mezcla menos plástica que sea posible,
2.- agregados del tamaño máximo posible, y 3.- la relación optima de agregados finos a agregados gruesos. A menudo se fija el límite de reducción de cemento especificando una proporción mínima de cemento. Al hacer esto el especificador asegura ciertas propiedades convenientes. ELECCION DE LAS CARACTERISTICAS DE LA MEZCLA. Antes de poder dosificar una mezcla para concreto, se debe poseer cierta información. Se deben determinar el tamaño y la forma de los miembros, la resistencia que requiere el concreto de la estructura, y sus condiciones de exposición. Como la mayor parte de las propiedades que se desean para el concreto endurecido dependen de la calidad de la pasta de cemento, el primer paso en la dosificación de una mezcla para concreto es la selección de la relación agua-cemento conveniente. Relación agua-cemento La relación agua/cemento conocida como a/c, es la proporción utilizada para obtener las diferentes mezclas tanto para la obtención de morteros como de hormigones. El agua-cemento se trata de la relación peso del agua al peso del cemento utilizado en una mezcla de hormigón. Tiene una influencia importante en la calidad del hormigón producido. La menor proporción de agua-cemento conduce a la mayor resistencia y durabilidad, pero puede hacer la mezcla más difícil de manejar y vertir. Las dificultades de colocación se pueden resolver mediante el uso de plastificante. La relación agua-cemento es independiente del contenido total de cemento (y en el total contenido de agua) de una mezcla de hormigón. El concepto de agua cemento fue y publicado por primera vez en 1918. El Hormigón endurece como resultado de la reacción química entre el cemento y el agua conocida como la hidratación. Por cada 2 kilos de cemento, ½ de agua se necesita para completar la reacción. Esto resulta en una relación agua/cemento de 1:4 o 25%. En realidad, una mezcla formada con un 25% de agua es demasiada seca y no conviene lo suficientemente bien como para ser colocado, ya que la parte del agua es absorbida por la arena y la piedra, y no está disponible para participar en la reacción de hidratación. Por lo tanto, más agua se utiliza, entonces es técnicamente necesario para reaccionar con el cemento. Más típico de agua/cemento de los coeficientes de 35% a 40% de sus ingresos, junto
con
un
plastificante.
El exceso de agua se traducirá en la solución y la segregación de la arena y piedra de los componentes (más de arena en la parte superior capas debido a que la piedra se asentarán en la parte inferior). Además, el agua que no es consumida por la reacción de hidratación que al final acabará abandonando el hormigón, ya que se endurece, lo que resulta en poros microscópicos agujeros o que reduzca la fuerza de la final del hormigón. (Aunque para ciertos tipos de hormigones es deseable obtener estar burbujas). http://masconstruccion.com/relacion-agua-cemento.html La tabla 8 o la 9 pueden servir como guía para elegir la relación aguacemento que se debe usar en las diversas condiciones de exposición. Nótese que las cantidades dadas son las que satisfacen las relaciones agua-cemento máximas permisibles recomendadas. INSERTAR LA TABLA 8 Y 9 Proporción mínima de cemento En muchas especificaciones se fija una proporción mínima de cemento. En esta forma se da protección contra los efectos del aumento de la temperatura, a los cambios de granulometría en el agregado fino, asegurándose así contra las bajas resistencias. Los requisitos sobre la proporción mínima de cemento sirven para dar un buen acabado a las losas y obtener una buena calidad de las superficies verticales, así como la manejabilidad y resistencia deseadas. Pueden influir en las proporciones mínimas de cemento las características de los materiales locales, las condiciones en que se hagan el colado, y la exposición subsecuente. Cuando la inspección es poca, se recomienda que se especifique una proporción mínima de cemento; si también se requieren resistencias mínimas, estas deberán ser compatibles con la proporción mínima de cemento especificada. Tamaño máximo del agregado El tamaño máximo del agregado grueso que puede usarse depende de los tamaños y formas de los miembros de concreto y de las cantidades y distribución del acero de refuerzo. Generalmente, el tamaño máximo no excederá un quinto de la menor dimensión del miembro, ni de tres cuartos del espacio libre entre las varillas del refuerzo, o entre el refuerzo y los moldes. En las losas sin refuerzo que se construyen sobre el terreno, el tamaño máximo no deberá exceder de un tercio del espesor de la losa. Pueden usarse tamaños menores cuando las existencias de materiales o consideraciones de economía lo requieran.
La cantidad necesaria del agua de mezcla para producir un metro cubico de concreto de u revenimiento determinado (que es la medida de su consistencia) depende del tamaño máximo del agregado; cuanto menos sea el tamaño del agregado, mayor será la cantidad necesaria de agua. Se aconseja, por tanto, usar, el mayor tamaño que sea práctico en el agregado grueso. En esta forma se disminuye la cantidad de agua necesaria, lo que permite a su vez reducir la proporción de cemento, llegando en caso dado al contenido mínimo especificado. Aire incluido En todos los concretos que vayan a quedar expuestos a la congelación y fusión deberá usarse aire incluido y puede usarse en condiciones donde la excepción no sea muy intensa, para mejorar su manejabilidad. Se recomienda para todos los pavimentos de concreto, cualesquiera que sean las condiciones climáticas. La inclusión de aire pueden obtenerse usando cemento portland con inclusor de aire en la mezcladora, o combinando ambos métodos. Los cementos con inclusor de aire generalmente proporcionan la cantidad adecuada de aire incluido para satisfacer las condiciones de la mayor parte de las obras. Puede usarse un aditivo un aditivo inclusor de aire deseada. La cantidad de aditivo que hay que usar puede ajustarse fácilmente para satisfacer las variaciones de las condiciones en la obra, pero la cantidad recomendada por el fabricante del aditivo, en el mayor número de casos, produce la proporción de aire deseada. En la tabla 10 se muestran las proporciones totales de aire recomendadas para los concretos. Nótese q que la cantidad de aire necesaria para producir la resistencia adecuada al congelamiento y la fusión depende del tamaño máximo del agregado. El aire incluido se localiza en la fracción de mortero del concreto, y en las mezclas bien dosificadas, la proporcion de mortero disminuye al aumentar el tamaño máximo del agregado. Cuando se mantiene constante el agua en la mezcla, con la inclusión de aire se aumenta el revenimiento. Cuando la proporción de cemento y el revenimiento se mantienen constantes, se requiere menos agua en la mezcla; la disminución que resulta en la relación de agua-cemento ayuda a contrarrestar posibles disminuciones en la resistencia, originando mejoras en otras propiedades de la pasta, como en la permeabilidad. Por tanto, la resistencia del concreto con aire incluido pueden ser igual, o casi igual, que la del concreto sin aire cuando sus proporciones de cemento y revenimiento son iguales. Revenimiento Generalmente se usa la prueba de revenimiento como medida de la consistencia normal del concreto. No deba usarse para comparar mezclas de proporciones completamente diferentes, ni mezclas con diferentes clases o tamaños de agregados. Cuando se usa en diferentes revolturas de la misma
mezcla, los cambios en el revenimiento indican cambios en los materiales, en las proporciones de la mezcla, o en la cantidad de agua. Se sugieren, para evitar mezclas demasiado duras o demasiado fluidas, revenimiento dentro de los límites que se dan en la tabla 11. Insertar tabla 11 Dosificación por medio de mezclas de prueba El método más directo para determinar las proporciones optimas es por medio de mezclas de prueba. Estas mezclas pueden ser: 1.- revolturas relativamente pequeña, hechas con precisión de laboratorio o 2.- revolturas del tamaño de las que se usan en las obras que se hacen durante el curso de la producción normal de concreto. El uso de una combinación de los métodos es con frecuencia lo mejor. La lista que se dio anteriormente: proporción mínima de cemento, o relación agua- cemento, tamaño máximo del agregado, proporción de aire, y revenimiento deseado, deben elegirse primero. Luego se hace una serie de mezclas de prueba en las que se van variando las cantidades relativas de agregado grueso y agregado fino. Sobre la base de consideraciones de manejabilidad y economía, se eligen las proporciones correctas para la mezcla. Procedimientos para hacer las mezclas de prueba. Pueden usarse varios procedimientos para determinar las proporciones que satisfagan los requisitos de las especificaciones, ya sea de la proporción mínima de cemento o de la relación agua-cemento. Esta última puede aparecer en las especificaciones como precepto de resistencia mínima. Cuando se va a determinar la calidad de la mezcla en función de una proporción especificada de cemento en un metro cubico de concreto, la dosificación puede comenzar utilizando los valores promedios calculados de que se disponga para esa mezcla de prueba. Existen varias posibles fuentes para obtener estos valores iniciales: las tablas 12 y 13, que indican la cantidad de agua necesaria para una yarda cubica de concreto, proporción de cemento, y pesos de loa agregados necesarios para obtener una buena manejabilidad; o la tabla 15, que proporción valores promedio de volúmenes de agregado grueso para diferentes combinaciones de materiales. El técnico que trabaje con materiales conocidos puede usarlos valores de la tabla 15; conoce la cantidad necesaria de agua y puede así calcular las cantidad del agregado fino requerida para un uso en Particular.
Si no se usan datos generales, deben hacerse dos suposiciones iniciales para el cálculo de las proporciones de mezcla de prueba, para la proporción mínima de cemento especificada: 1.- la cantidad de agua necesaria por yarda cubica de concreto para obtener el revenimiento deseado y, 2.- el porcentaje en peso del agregado fino y grueso. Cualquiera que sea el procedimiento que se siga, la precisión de las suposiciones iniciales puede determinarse después de la primera revoltura de prueba y de hacer los ajustes necesarios. Cuando se especifica la calidad de la mezcla de concreto en función de la relación agua-cemento, el procedimiento de la mezcla de prueba consiste esencialmente en combinar una pasta (agua, cemento, y generalmente, aire incluido) de las proporciones correctas con las cantidades necesarias de agregado fino y grueso para producir el revenimiento y manejabilidad requeridos. Luego se calculan las cantidades por yarda cubica. Deben usarse muestras representativas delos agregados, cemento, agua y de aditivos inclusores de aire. Para simplificar cálculos y eliminar fuentes de los errores producidos por variaciones en la humedad de los agregados, los agregados para pequeñas revoltura deberán mojarse previamente, dejarse secar hasta que estén saturados y superficialmente secos, y colocarse en recipientes cubiertos para mantenerlos en esta condición hasta que se usen. Para revolturas grandes puede determinarse a humedad superficial libre de los agregados y corregirse de acuerdo con os pesos en la revoltura. El tamaño de la revoltura de prueba dependen del equipo disponible, del número y tamaño de las muestras que se van a hacer si las revolturas se van a mezclar a mano, y no se necesitan muestras de prueba, puede resultar adecuada una revoltura de 10 libras. Sin embargo, con revolturas mayores se obtienen datos más exactos. Se recomienda mezclar la revolvedora, ya que presenta más aproximadamente las condiciones de la obra; es indispensable hacerlo así si el concreto va a tener inclusión de aire. Medidas y cálculos Peso unitario. La determinación del peso unitario del concreto recién mezclado se debe hacer de acuerdo con el método de pruebe para Determinar el Peso por Pie Cubico, el Rendimiento y la Proporción de aire (gravimétrico) del Concreto (
method of Test for Weight per Cubic Foot, Yield, and Air Content (Gravimetric of Concrete) ( ASTM C138 o CSA A23.2.17). Volúmenes absolutos El volumen del concreto recién mezclado es igual a la suma del volumen absoluto del cemento, más el volumen absoluto de los agregados (estando húmedos, como se usan) más el volumen del agua (excluyendo la contenida en las partículas de los agregados) y el aire (incluido y atrapado). El volumen absoluto de un material suelto es el volumen de la materia sólida que hay en las partículas. Se calcula con el peso real y el peso específico.
Volumen absoluto = El peso específico del cemento portland es de 3.15 aproximadamente. El peso específico del agregado, como se usa en estos cálculos, es el peso volumétrico del material saturado, superficialmente seco. Los pesos específicos de los agregados de peso normal varían de 2.4 a 2.9. El peso unitario del agua es de 62.4 por pies cubico (1000 kg por metro cubico). El volumen del aire, en pies cúbicos, por yarda cubica de concreto es igual al contenido de aire (porcentaje), multiplicado por 0.27. Todas las mezclas de concreto contiene aire, y por tanto esta cantidad se puede aplicar, generalmente, concretos sin inclusión de aire. El volumen absoluto de concreto en la mezcladora puede determinarse por cualquiera de estos dos métodos. Si se conocen los pesos específicos del agregado y del cemento, pueden usarse para calcular el volumen de concreto. Si los pesos específicos no se conocen o varían, el volumen puede calcularse dividiendo el peso total de los materiales en la mezcladora por el peso total unitario del concreto. En algunos casos, se hacen ambas determinaciones, sirviendo una de ellas de comprobación para la otra. Ejemplos de dosificación Mezclas de prueba en el laboratorio EJEMPLO EN EL QUE SE USA LA PROPORCIÓN MÍNIMA DE CEMENTO. Como se muestra en la fig. 33, supongamos que se van adetreminar las proporciones de la mezcla siguiente: Condiciones. El concreto será para l cubierta de un puente de ferrocarril en un clima riguroso, que quedara expuesto a frecuentes aplicaciones requieren un revenimiento dentro del intervalo de 2 a3 pulgadas, vibrado correcto, curado adecuado, y secado al aire antes de abrir la cubierta al transito. El espesor minimo
de la cubierta es de i pulgadas, con recubriminrto minimo del refuerzo de 2 pulgadas. Proporción de cemento: en las especificaciones se requieren 660 libras de cemento tipo IA por yarda cubica de concreto. Supongamos que por experiencia se sabe que para los materiales de la obra la proporción de aire aproximada es de 5 por ciento. Agregados: el tamaño máximo del agregado grueso es de ¾ de pulgada. Su peso especifico es de 2.65; el del agregado fino es de 2.60.. Suposiciones lineales. Para estas condiciones, que se registran cuidadosamente en la hoja de datos (fig.33), supongamos que serian ecesarias 280 libras de agua por yarda cubica de concreto (tabla 10). Supongams que el agregado total (tabla 12). Cantidades por metro cubico. Con la información dada puede calcularse el volumen absoluto ocupado por la pasta: Cemento, volumen absoluto... 3
Agua, volumen absoluto……..
3
Aire…………………………….. 3 Pasta, volumen total………… 3
Agregado, volumen absoluto
3
Como los pesos específicos de los agregados son semejantes, supongamos que las proporciones relativas de los agregados fino y grueso son las mismas, tanto en volumen como en peso: Peso del agregado grueso… Peso del agregado fino…….
Las anteriores cantidades por yarda cubica son aproximaciones, pero servirán para hace una revoltura de prueba. Esta indicara la precisión del agua necesaria supuesta para obtener el reveniminto deseado, asi como la manejabilidad i proporción de aire. Basndoose en etao resultados, pueden hacerse correcciones en una seguda revoltura de prueba. Cantidades para la revoltura. Por comodidad, se hara una revoltura de prueba que contenga 20 libras de cemento.
Cemento……………………= 20.0 libras Agua………………………... Agregado fino…………….. Agregado grueso…………
Todas las cantidades medidas de cemnto y agregados se usan con una porción del agua. Al proseguir la mezcla, se va añadiendo el agua gradualmente, hasta abtener el revenimiento correcto puede suceder que se obtenga el revenimeinto necesario antes de gastar toda el agua medida. Quizás se agste tada el agua medida sin alcanzar el revenimiento requerido; si es asi, debe añadirse mas agua, según sea necesario. El proceso del agua realmente usada debe anotarse cuidadosamente. Esto representa na comprobacionde la suposcion inicial de 280 libras de agua, e indica la que deberá usarse para la segubda revoltura de prueba. Ajuste de la mezcla de prueba. Las cantidades calculadas para la revoltura de prueba inicial se muestran en las columnas 2, 3,y 4 de la fig. 33. Los resultados de la revoltura se muestran en la parte in ferior de la figura. A causa de que se uso mas agua que la se habis previsto, deberán reducirse los agregados para ajustar el volumen, manteniendo asi la proporción de cemento necesaria. De nuevo supondremos que el uso de cemento con inclusor de aire producirá cinco por cientoe de aire incluido, y no ajustaremos el volumen por la diferencis en a proporción de aire. El calculo de las reducciones es el siguiente:
Agua, volumen absoluto… 3 Agregado fino: Vol.………………………. 3 Peso… ( )
Agregado grueso: Vol.…………………….. 3 Peso……………………. ( )
En la columnas 5, 6 y 7, se dan las proporciones ajustadas para la segubda mezcla de prueba. No aparecen los resultados de esta segunda mezcla de prueba.
EJEMPLO EN EL QUE SE USA LA RELACION AGUA-CEMETO. Como se muestra en la figura 34, supongamos que se van a determinar las condiciones de la mezcla para lo siguiente: Condiciones. El concreto es para un muro de contención que quedara expuesto a al agua dulce en un clima riguroso. Se especifica una resistencia de proyecto a la compresión de 3000 psi a los 28 dias. El espesor minimo del muro es de 8 pulgadas , y se require un recubrimiento de concreto, de 2 pulgadas, sobre el refuerzo. Relación agua-cemento. Para estas condiciones de exposcicion, la línea D de la tabla 8 indica que de bera usarse concreto con aire con una relación máxima agua-cemnto de 0.49. La relación agua-cemento necesaria para la resistencia según la fig. 32 de be ser aproximadamente de 0.52, suponiendo que la mezcla se proyecte para 3450 psi (3000+15 por ciento*). Estas relaciones agua-cemnto son mayores que las permitidas para las condiciones de expocision. Debido a que impone la exposición, deberá usarse una relación agua-cemento de 0.49, aunque esta relación pueda producir resistencias mayores que las necesariaspara fines estructurales. Tamaño del agregado. Según la información dada, el tamaño máximo de los agregados no debe ser exeder de 1 pulgadas. Supongamos que puede conseguirse un buen agregado de tamaño máximo de 1 pulg., económicamente, y que es el que se va a usar. Si no se pudiera conseguir este tamaño, se usaría el siguiente mas pequeño que se pudiera. Proporción aire. Debido al riguroso de las condiciones de exposición, el concreto deberá llevar aire incluido. La proprcion de aire recomendada según la tabla 10, para concreto con agregado de tamaño máximo de 1 pul es de 5 por ciento mas, o de uno por ciento menos. Revenimiento. La variación tipica del revenimiento para un muro de cimentación cimentación de concreto reforzado es de 1 a 3 pulgadas, suponiendo que se va a consolidar el concreto por vibración. (Tabla 11). Se apuntan todos los datos de la mezcla en las formas o machotes adecuados en la hoja de datos para mezclas de prueba. Pesos de la revoltura. Por comodidad se hara una revoltura que contenga 20 libras de cemento. Por tanto, la cantidad de agua de mezcla es 20 x 0.49 = 9.8 libras.
Estas cantidades de cemento y de agua se pesan cuidadosamente. Se pesan muestras representativas de los agregados fino y grueso en recipientes adecuados. Estos pesos se indican como pesos iniciales en la columna 2 de la fig. 34. Se van a usar todas las cantidades medidas de cemnto, agua, y aditivo inclusor de aire. Se añaden los agregados fino y grueso hasta que se produzca una mezcla de concreto manejable,que tenga el revenimiento adecuado para colarlo en un muro de contención. Un técnico experimentado pede apreciar fácilmente las proporciones relativas de los agregados . Manejabilidad.se anotan en la hoja de datos los resultados obtenidos en las pruebas sobre revenimiento , proporción de la manejabilidad (‘’buena’’,para el
ejemplo ).
Los pesos de los agregados fino y grueso que no se usen se registran en la hoja de datos en la columna 3, y los pesos de los materiales usados se anotan en la columna 4. Si el revenimiento ha resultado mayor que el necesario, se añadirían agregado fino y grueso (o ambos). Si el revenimiento a resultado menor que el necesario, se añadirá agua y cemento en la porción adecuada que produzca el revenimiento adecuado. Cualquiera que sea el procedimiento, importa las cantidades adicionales se midan con presión y se registren en la hoja de datos. Determinación del coeficiente de cemento. El numero de libras de cemnto por yyarda cubica se detrmina al dividir el factor 27 (pies cúbicos x yarda cubica) por el volumen de concreto que tiene la mezcladora y multiplicar el resultado por el numero de libras de cemento que se introdujeron en dicha mezcladora. Se incluye también el porcentaje de agregado fino del peso total de agregados. En esta envoltura de prueba el coeficiente de cemento fue de 540 libras por yarda cubica; el peso unitario del concreto fue de 144 por pie cubico, y el agregado fino sumo un 33.5 por ciento del peso total de agregado. Para determina las proporciones mas económicas, deben hacerse mas revolturas de prueba, variando el tanto por ciento del agregado fino. En todas las revolturas se mantinenen aproximadamente constantes la ralacion agua-cemento, las granulometrías del agregado, la proporción de aire, y el revenimiento. En la tabla 14 se resumen los resultados de 4 revolturas de prueba. Cantidades. En estas mezclas, se a hecho la grafica del tanto por ciento de agregado fino al varear el coefieciente de cemento en la fig. 35. Notese que para la combinacin de materiales usados, el coerficiente minimo de cemento ( 539 libras por yarda cubica) ocurre cuando la proporción es de aproximadamente 32 por ciento del agregado total. Comola relación agua-cemento es de 0.49 y elpeso unitario del concreto, con una proporción de aire del 5 por ciento, es aproximadamente de 114 por pie3 puede calcularse la cantidades necesarias por yarda cubica:
Cemento………………………………….540 libras Agua………………………………………265 libras Total………………………………………805 libras
