MATERIALES INGENIERIA INGENIERIA CIVIL – UFPS – 2015 ING. JAVIER ALFONSO CARDENAS GUTIERREZ EJERCICIO EJERCICIO DISEÑO DE MEZCLA Diseñar una mezcla de concreto para un muro de concreto reforzado que servirá para contención de erra de la banca de una vía. El muro estará medianamente reforzado reforzado y no habrá condiciones severas de exposición que comprometan comprometan la durabilidad ni la apariencia de la estructura. La especicación estructural requiere de: f’c= 280kg/cm2 (4000Psi)
1. Cemento portland po I Los materiales a ulizar enen las siguientes caracteríscas:
PROPIEDADES DEL CEMENTO
1. ENSAYO SOBRE EL CEMENTO PURO Peso especíco (densidad). Supercie especica (nura). (nura).
VALORES
NORMA ICONTEC 121
3.10g/cm3 3.843cm2/g
Min 2.8
2. ENSAYOS SOBRE LA PASTA Agua para consistencia normal. Fraguado inicial. Fraguado nal.
24.3% 2H45’ 3H30’
Min 45’ Max 8H
3. ENSAYOS SOBRE EL MORTERO Relación agua-cemento. Fluidez.
53% 111%
-
RESISTENCIA RESISTENCIA A LA COMPRESION SOBRE CUBOS DE MORTERO M ORTERO Muestra No.
Edad (días)
Resistencia Kg/cm2
1 1 2 2 3 3
3 3 7 7 28 28
108 112 157 163 241 247
Promedio Kg/cm2
Norma Icontec
110
Min 80
160
Min 150
244
Min 240
2. Agua de reconocida calidad, según las caracteríscas sicas y mecánicas requeridas. 3. Agregado grueso : cumple con la norma Icontec 174 y cumple con la siguiente tabla:
MATERIALES INGENIERIA CIVIL – UFPS – 2015 ING. JAVIER ALFONSO CARDENAS GUTIERREZ
DETERMINACION DE LA GRANULOMETRIA DE AGREGADOS GRUESOS NORMA ICONTEC 77 TAMIZ mm
pulg
50.8 38.1 25.4 19.0 12.7 9.51 4.76 2.38 1.19 FONDO
2 1½ 1 3/4 1/2 3/8 No.4 No.8 No.16
TOTAL Tf (g)
Peso % % retenido Retenido Retenido gramos acumulado 0 0 0 150 3 3 850 17 20 1000 20 40 1500 30 70 500 10 80 800 16 96 200 4 100 200
4
100
5000
TOTAL 5000 INICIAL(g)
% Pasa
% Pasa Norma Icontec 174
100 97 80 60 30 20 4 0
100 95-100 65-85 35-70 25-50 10-30 0-5 0
% APROXIMACION (Ti-Tf)/Ti x 100 0%
Max 0.1%
TAMAÑO MAXIMO NOMIAL = 1 ½”
TAMAÑO MAXIMO = 2”
-Masa unitaria suelta: 1540kg/m3 -Masa unitaria compacta: 1750 kg/m3 -Densidad aparente seca: 2.44g/cm3 -Absorción: 2.5% -Humedad natural: 4.0% -Forma: (redondeada, grava de rio) 4. Agregado fno: Cumple con la norma Icontec 174 y su análisis granulométrico se muestra en la siguiente tabla:
DETERMINACION DE LA GRANULOMETRIA DE AGREGADOS FINOS NORMA ICONTEC 77 TAMIZ mm 19.0 12.7 9.51 4.76
pulg ¾ ½ 3/8 No.4
Peso % % retenido Retenido Retenido gramos acumulado
0 40
0 2
0 2
% Pasa
% Pasa Norma Icontec 174
100 98
100 95-100
MATERIALES INGENIERIA CIVIL – UFPS – 2015 ING. JAVIER ALFONSO CARDENAS GUTIERREZ 2.38 1.19 0.595 0.297 0.149 FONDO
No.8 No.16 No.30 No.50 No.100
TOTAL Tf (g)
160 600 600 300 260
8 30 30 15 13
10 40 70 85 98
40
2
2000
TOTAL 2000 INICIAL(g)
TAMAÑO MAXIMO = 2”
100
90 80-100 60 50-85 30 25-60 15 10-30 2 2-10 % APROXIMACION (Ti-Tf)/Ti x 100 0.0
Max 0.1%
TAMAÑO MAXIMO NOMIAL = 1 ½”
MODULO DE FINURA: 3.05
-Masa unitaria suelta: 1460kg/m3 -Masa unitaria compacta: 1590 kg/m3 -Densidad aparente: 2.51 g/cm3 -Absorción: 1.3 % -Contenido de arcilla: 1.4% -Contenido de materia orgánica: #2 -Humedad natural: 8.0% -Forma: (redondeada, grava de rio)
5. Adivos: No se ulizaran.
PROCESO DE DISEÑO
Empleando el procedimiento descrito y parendo de la base de que los agregados cumplen especicaciones, se puede esmar las proporciones de los agregados bien sea por el método ACI 211.1 o por el método gráco. 1. 2. 3. 4. 5.
Selección del asentamiento. Selección del tamaño máximo del agregado. Esmación del contenido de aire. Esmación del contenido de agua de mezclado. Determinación de la resistencia de diseño.
MATERIALES INGENIERIA CIVIL – UFPS – 2015 ING. JAVIER ALFONSO CARDENAS GUTIERREZ 6. 7. 8. 9. 10.
Selección de la relación agua -cemento. Calculo del contenido de cemento. Esmación de las proporciones de los agregados. Ajuste por humedad de los agregados. Ajustes a las mezclas de prueba.
PASO 1: SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO. ASENTAMIENTOS RECOMENDADOS PARA DIVERSOS TIPOS DE CONSTRUCCION SISTEMAS DE COLOCACION Y COMPACTACION CONSISTENCIA
ASENTAMIENTO (mm)
EJEMPLO DE TIPO DE CONSTRUCCION Prefabricados de alta resistencia, revesmiento de pantallas de cimentación Pavimentos
MUY SECA
0-20
SECA
20-35
SEMI-SECA
35-50
Pavimentos, fundaciones en concreto simple
MEDIA
50-100
HUMEDA
100-150
MUY HUMEDA
150 o mas
Pavimentos compactos a mano, losas, muros, vigas Elementos estructurales esbeltos Elementos muy esbeltos, pilotes fundidos “in situ”
SISTEMA DE COLOCACION
SISTEMA DE COMPACTACION
Con vibradores de formaleta; concretos de proyección neumáca (lanzado) Pavimentos con terminadora vibratoria Colocación con máquinas operadas manualmente Colocación manual
Secciones sujetas a vibración extrema, puede requerirse presión
Bombeo
Tubo embudo tremie
Secciones sujetas a vibración intensa Secciones simplemente reforzadas, con vibración Secciones medianamente reforzadas, sin vibración Secciones bastante reforzadas, sin vibración Secciones altamente reforzadas, sin vibración. (Normalmente no adecuados para vibrarse)
Se observa que para una estructura medianamente reforzada debe prepararse una mezcla de consistencia media, con un asentamiento entre 5 y 10 cm. Se toma promedio 7,5cm, ya que la colocación será manual.
MATERIALES INGENIERIA CIVIL – UFPS – 2015 ING. JAVIER ALFONSO CARDENAS GUTIERREZ NOTA: Se toma este rango ya que el ejercicio dice que es un muro en una via. ASENTAMIENTO= 7,5cm
PASO 2: SELECCIÓN DEL TAMAÑO MAXIMO DEL AGREGADO.
De acuerdo a la mínima dimensión de la estructura (35cm), el tamaño máximo recomendado para este muro debe estar entre 38.1mm (1 ½”) y 76.1 (3”) según tabla.
TAMAÑOS MAXIMOS DE LOS AGREGADOS SEGÚN TIPO DE CONSTRUCCION
TAMAÑOS MAXIMOS DE LOS AGREGADOS SEGÚN EL TIPO DE CONSTRUCCION DIMENSION TAMAÑO MAXIMO EN PULG. (mm) MINIMA DE LA MUROS MUROS SIN LOSAS MUY LOSAS SIN REFUERZO SECCION (cm) REFORZADOS VIGAS REFUERZO REFORZADAS O POCO REFORZADAS Y COLUMNAS 6-15 19-29 30-74 75 o mas
½”(12)-3/4”(19) ¾”(19)-1 ½” (38) 1 ½”(38)-3”(76) 1 ½”(38)-3”(76)
¾”(19) 1 ½”(38) 3”(76) 6”(152)
¾”(19)-1”(25) 1 ½”(38) 1 ½”-3”(76) 1 ½”(38)-3”(76)
¾”(19)-1 ¾”(38) 1 ½”(38)-3”(76) 3”(76) 3”(76)-6”(152)
El agregado que se dispone es apropiado, pues ene un tamaño máximo nominal de 38,1mm(1 ½”) y un tamaño máximo de 50,8mm (2”).
PASO 3: ESTIMACION DEL CONTENIDO DE AIRE
Como no habrá condiciones severas de exposición, se deberá usar concreto sin aire incluido, pero se esma que para un tamaño máximo nominal de 38mm (1,5”), el contenido de aire naturalmente atrapado es del 1%. (PARA EL EJERCICIO NO SE ASUME CONTENIDO DE AIRE)
CANTIDAD APROXIMADA DE AIRE ESPERADO EN CONCRETO SIN AIRE INCLUIDO Y NIVELES DE AIRE INCLUIDO PARA DIFERENTES TAMAÑOS MAXIMOS DE AGREGADO TAMAÑO MAXIMO
CONTENIDO DE AIRE EN PORCENTAJE (POR VOLUMEN)
MATERIALES INGENIERIA CIVIL – UFPS – 2015 ING. JAVIER ALFONSO CARDENAS GUTIERREZ NOMINAL DEL AGREGADO mm
pulg
9.51 12.7 19.0 25.4 38.1 50.8 76.1 152.0
3/8 ½ ¾ 1 1½ 2 3 6
NATURALMENTE ATRAPADO
EXPOSICION LIGERA
EXPOSICION MODERADA
EXPOSICION SEVERA
3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.3 1.0
4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0
6.0 5.5 5.0 4.5 4.5 4.0 3.5 3.0
7.5 7.0 6.0 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0
Sin embargo, para efectos práccos, se asumirá este valor como cero.
PASO 4 ESTIMACION DEL CONTENIDO DE AGUA DE MEZCLADO
Sabiendo que se trata de agregados de forma redondeada y textura lisa (por ser de rio), que el concreto no tendrá aire incluido, que el tamaño máximo del agregado grueso es de 50,8mm y que el asentamiento previsto será de 7,5cm, consultando la tabla observamos:
Se observa que el contenido de agua de mezclado por cada metro cubico de concreto es de aproximadamente 150 kg/m3.
PASO 5: DETERMINACION DE LA RESISTENCIA DEL DISEÑO
MATERIALES INGENIERIA CIVIL – UFPS – 2015 ING. JAVIER ALFONSO CARDENAS GUTIERREZ Generalmente este dato está dado por el diseño estructural. f’c= 326 kg/cm2
PASO 6: SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA/CEMENTO
Teniendo en cuenta las caracteríscas del cemento disponible, se asume que se trata de un cemento ubicado dentro del promedio de los cementos colombianos. Por ello para la resistencia de diseño f’c=326kg/cm2, la determina el valor del A/C de la tabla.
A/C= 0.427 Se toma la línea media, por tratarse de un concreto sin aire incluido
PASO 7: CALCULO DEL CONTENIDO DE CEMENTO.
Tenemos que A/C= 0,427 y el agua son 150kg/m3 C= 150 kg/m3 0.427
C= 351 kg/m3
MATERIALES INGENIERIA CIVIL – UFPS – 2015 ING. JAVIER ALFONSO CARDENAS GUTIERREZ PASO 8: ESTIMACION DE LAS PROPORCIONES DE LOS AGREGADOS.
METODO ACI
Como se trata de agregados controlados, que cumplen con las especicaciones de las normas técnicas Icontec, las proporciones de los agregados se determinan fácilmente.
El método ACI se basa en el parámetro b/bo, donde:
b= Volumen absoluto del agregado grueso por m3 de concreto. bo= Volumen absoluto del agregado grueso por unidad de volumen compactada de agregado grueso.
Para ello se uliza la siguiente tabla:
Este parámetro depende de:
-
El módulo de nura de la arena (3,05) El tamaño máximo nominal del agregado (1 ½”)
b/bo= 0,69 Ahora calculamos el peso seco del agregado grueso.
MATERIALES INGENIERIA CIVIL – UFPS – 2015 ING. JAVIER ALFONSO CARDENAS GUTIERREZ
Peso seco= b/bo X masa unitaria compacta. Pseco= 0,69*1750kg/m3 Peso seco del = 1208kg/m3 Agregado grueso Ya tenemos agua, cemento, y agregado grueso, por diferencia hallamos la arena.
MATERIAL CEMENTO AGUA AIRE GRAVA ARENA
PESO SECO 351 150
DENSIDAD 3.1 1
VOLUMEN D=M/V 351/3.1= 113 150/1= 150
1208 607,4
2.44 2,51
1208/2.44= 495 1000-758= 242
