Instituto Tecnológico de Guaymas.
DANIELA FIGUEROA GARCIA
ING. CIVIL III A
Tecnología de Concreto.
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Introducción.
En este documento se tratara de conceptualizar algunos temas y explicar de manera general lo que son los morteros y después de desarrollar este tema, se continuara hablando sobre el diseño de mezclas tanto conceptos como así también sus métodos. Siendo explicado todo y tratando de adoptar todo lo plasmado en este trabajo.
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Índice Introducción Tema 1 Morteros -
Introducción Propiedades y características Clasificación de morteros Dosificación de morteros
Tema 2 Diseño de mezclas - Conceptos fundamentales - Métodos de diseño
Conclusión Bibliografía
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Morteros Introducción.
MORTERO un material que usamos en la obra de albañilería obtenido mezclando uno o más elementos aglomerantes, arena, agua y eventualmente algún aditivo.
Obtenemos un pétreo artificial cuya pasta adhesiva está constituida por compuestos resultantes de la combinación de un aglomerante con agua o con componentes de la atmósfera. La pasta adhesiva da cohesión al conjunto de materiales granulares llamados agregados, que en el caso de los morteros son agregados finos (tamaño menor a 3 mm). El producto obtenido debe ser una masa plástica y trabajable capaz de unir mampuestos -ladrillos, ticholos, bloques de hormigón, baldosas) entre sí o con una base y también realizar revoques Frecuentemente utilizamos un conjunto de materiales que se incorporan a los morteros para modificar o mejorar ciertas propiedades llamados aditivos.
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FASES
COMPONENTES
AGLOMERANTE
PASTA
AGUA ADITIVOS y ADICIONES ACTIVAS
MORTERO
AGREGADO FINO
ARENA
Aire incorporado naturalmente
AIRE
Aire incorporado intencionalmente
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Propiedades y características.
Las propiedades de los morteros las dividimos en dos grupos bien diferenciados:
Las propiedades en estado fresco entendiendo en ellas las que lo hacen trabajable, deformable plásticamente bajo la acción de pequeños esfuerzos. Determinan las condiciones de uso del mortero. Las propiedades en estado endurecido cuando tiene la edad necesaria para adquirir resistencia mecánica
ESTADO
PROPIEDAD
FLUIDEZ
FRESCO
COHESIÓN
RETENCIÓN
CONSECUENCIAS
Permite deslizar la cuchara y posicionar los mampuestos
ENSAYOS
Cono Abrams y
De la cohesión depende que el mortero no se desintegre al Cono Abrams colocarse en la hilada, afecta la adherencia a los mampuestos y su y capacidad de soportarlos sin Mesa deformarse antes de endurecer. La retención permite la trabajabilidad. El agua no se debe Cumplimento perder por evaporación o de Norma absorción de los mampuestos . Desaparecería el estado fresco
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ESTADO
PROPIEDAD
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
CONSECUENCIA
Está asociada a la durabilidad e impermeabilidad. Interviene en la resistencia mecánica del muro.
ENSAYOS
Resistencia a la compresión
MODULO DEFORMACIÓN
Influye en la capacidad de deformación de la pared frente a pequeñas modificaciones dimensionales
Norma Modulo de deformación
RETRACCIÓN SECADO
Está ligada a la susceptibilidad de figuración de las juntas o revoques debido al fenómeno de la retracción
Norma s/retracción de secado mortero endurecido
ENDURECIDO
Las características de los morteros son las siguientes: a) PLASTICIDAD Propiedad del mortero fresco de la que depende la mayor o menor aptitud para poder tenderlos y rellenar completamente las juntas. De la plasticidad depende lograr buena unión entre los elementos constructivos cuando colocamos mampuestos así como disminuir la penetración de agua en los cerramientos terminados. La determinación de la plasticidad se puede considerar haciendo medidas de consistencia en cono de Abrams y limitando el contenido de finos. Consistencia media de 17 a 18 cm. y un contenido de fino < 15% en peso o 10% si se usan plastificantes. (referencia de la norma española NBE FL 90).
b) RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN Es la propiedad mas indicativa del comportamiento del mortero en los cerramientos portantes construidos con mampuestos. La resistencia debe ser lo mas elevada posible aunque es conveniente que sea inferior a los elementos de albañilería que va a unir.
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La NTE considera como resistencia optima de un mortero para muros una resistencia a la compresión a los 28 días de 40 kp/cm2 que se podría obtener con las siguientes mezclas: CEMENTO CAL ARENA 1 : 1 : 7 CEMENTO ARENA plasticidad)
1 : 6 (Esta dosificación necesita siempre de aditivos por
c) ADHERENCIA La adherencia puede entenderse debida a la penetración de la pasta del mortero en el elemento de albañilería -mampuesto, sustrato- provocada por la succión capilar que este ejerce. Le proporciona la capacidad de absorber tensiones normales o tangenciales a la superficie de la interfase mortero / elemento de albañilería. Los mecanismos de la adherencia actúan en las fases del mortero fresco y del mortero endurecido, tienen que ver con la geología de la pasta en la etapa fresco. Influye la naturaleza de la base: porosidad, rugosidad y existe una relación directa entre la resistencia a la compresión del cerramiento y la adherencia del mortero endurecido. En el resultado final intervienen factores internos: composición del mortero y afinidad con la base y externos curados y condiciones de humedad de las bases, espesores de las juntas.
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Clasificación de morteros.
Clasificación Morteros
Tipo
Usos
Lechada
• Aditivo para
• Evitar
facilitar las operaciones de bombeo
taponamientos de tubería • Elevada penetrabilidad
• Tratamiento de
Mortero
inyección en terrenos permeables • Zarpeo y afine • Mampostería • Pegar tabiques • Para relleno de cepas y oquedades
• Zarpeo y afine Mortero Estabilizado • Mampostería • Pegar tabiques • Para relleno de
cepas y oquedades
Beneficios
• Calidad uniforme • Incremento de la productividad •
Información Técnica • Elevada fluidez • Mezcla estable • Resistencia a la
compresión igual o menor a los concretos normales • Elevada trabajabilidad • Excelente adhesión • Mejor apariencia y
Disminución de acabado desperdicios • Resistencia adecuada • Ahorro en mano de para su uso obra • Menores necesidades de equipo y mantenimiento • Mantiene su estado • Tiempo de fraguado
plástico por tiempo prolongado • Excelente adhesión a superficies verticales • Calidad uniforme • Incremento de la
controlado, muy por encima del mortero preparado en obra
productividad •
• Resistencia adecuada
• Elevada trabajabilidad • Excelente adhesión • Mejor apariencia y
acabado
Disminución de para desperdicios su uso • Ahorro en mano de obra • Menores necesidades de equipo y mantenimiento • Planeación más flexible para actividades de obra
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Dosificación de morteros.
La dosificación de un mortero se expresa indicando el número de partes en volumen de sus componentes primero el aglomerante o los aglomerantes y por último las partes de arena. Debemos considerar en función de los aglomerantes una organización de la biblioteca de morteros en dos grandes grupos los de fraguado aéreo y los de fraguado hidráulico. O lo que los hace más comprensibles los que son con base en la cal y los que tienen al cemento portland como aglomerante fundamental. Esto permite organizarlos porque los identifica por sus propiedades .El detalle de la dosificación es variable según el usuario aunque dentro de ciertos parámetros. Es importante que tengamos en cuenta que hoy no se usan morteros exclusivamente de cal , debido al largo periodo de fraguado que tiene se le adiciona cemento para obtener más rápidamente resistencias .
MORTEROS PREPARADOS Nos referimos a los morteros que llegan a la obra prontos necesitándose para utilizarlos agregarles solamente agua, es decir contienen los aglomerantes, los áridos y eventuales aditivos. Uno de los casos son los llamados imitación en los tipos fina y gruesa, coloreada o no, también con adiciones de mica -revoque típico de nuestras construcciones de hace unas décadas y que hoy se retoma. Las imitaciones contienen cemento blanco, marmolinas y carbonatos para obtener superficies con terminaciones de mayor calidad. Son morteros que exigen mayores cuidados de curado al tener altas dosificaciones de cemento. El sol y el viento pueden provocar desecaciones prematuras en el periodo de fraguado y primera etapa de endurecimiento. No considerar esta posibilidad determina la aparición de cuarteaduras en la superficie y su posterior degradación. Otro tipo son los revoques mono capa pre dosificados que cumplen las funciones de las tres capas de los revoques exteriores -impermeabilización, nivelación y terminación- son utilizados en otros países y hoy día se están incorporando al país. También hay morteros con cualidades especiales: adherencia mejorada, autonivelantes, expansivos, altas resistencias, etc. que se suministran en la misma presentación.
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CUADRO DE MORTEROS 1 parte de cal
MORTEROS DE CAL
3 a 4 partes de arena gruesa o terciada
“Mezcla gruesa”
“Mezcla fina”
6 a 7 partes de arena
Elevación de muros
1 parte de cemento de albañilería
1 partes de cal 2½ a 3 partes de arena fina
MORTEROS DE 1 parte de cemento de albañilería CEMENTO DE ALBAÑILERÍA
4 a 5 partes de arena
MORTEROS DE 1 parte de cemento portland CEMENTO PORTLAND 3 partes de arena gruesa o terciada
Revoques gruesos y asentamiento de pisos Capa aisladora de cimientos 1ª capa de revoques exteriores (Ambos aditivados con hidrófugo) 1ª capa sobre metal desplegado Amure de aberturas grapas y bigotes, protección de tuberías de hierro Azotada de cielorraso
(1) VER NOTA
Frisos
1 parte de cemento portland 4 partes de arena gruesa o terciada
Alisados (pisos, azoteas)
Alisados (pisos, azoteas)
Elevación de muros o mortero de toma para ladrillo visto
1 parte de cemento portland
2ª capa de revoques exteriores
5 partes de mezcla gruesa
2ª capa sobre metal desplegado
1 parte de mezcla gruesa
1ª capa de revoques interiores
1/20 de cemento portland
2ª capa de cielorraso
10
2ª capa de revoques interiores 3ª capa de cielorraso 1 parte de mezcla fina
3ª capa de revoques exteriores
1/10 de cemento portland
colocación de azulejos, pétreos, mesadas y zócalos
MORTEROS CON MAS DE UN
1 parte de mezcla gruesa
mortero de toma para mampuestos cerámicos (ladrillos, ticholos, tejas), baldosas, pétreos) .
AGLOMERANTE 1/20 de cemento portland
2 partes de cemento portland blanco
3ª capa de revoques exteriores de fachada
7 a 10 partes de mezcla fina
revoque salpicado (tipo balai) 2 partes de portland blanco 1 parte de carbonato 2 partes de marmolina
3ª capa de revoques exteriores de fachada (diferente terminación a la anterior)
3 partes de grano de mármol (1) En los morteros de cemento portland adicionado plastificantes se puede llegar a dosificaciones de 1:7 utilizándose fundamentalmente como morteros de toma para colocar pisos, elevación de muros o revestimientos de ladrillo visto.
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Diseño de mezclas El objetivo del diseño de mezclas de concreto es el 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.
PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS DE CONCRETO DE PESO NORMAL El proporcionamiento de mezclas de concreto, más comúnmente llamado diseño de mezclas es un proceso que consiste de pasos dependientes entre sí: a) Selección de los ingredientes convenientes (cemento, agregados, agua y aditivos). producir un, tan económico como sea posible, un concreto de trabajabilidad, resistencia a compresión y durabilidad apropiada. b) Determinación de sus cantidades relativas “proporcionamiento” para
Estas proporciones dependerán de cada ingrediente en particular los cuales a su vez dependerán de la aplicación particular del concreto. También podrían ser considerados otros criterios, tales como minimizar la contracción y el asentamiento o ambientes químicos especiales. Aunque se han realizado gran cantidad de trabajos relacionados con los aspectos teóricos del diseño de mezclas, en buena parte permanece como un procedimiento empírico. Y aunque hay muchas propiedades importantes del concreto, la mayor parte de procedimientos de diseño, están basados Principalmente en lograr una resistencia a compresión para una edad especificada así como una trabajabilidad apropiada. Además es asumido que si se logran estas dos propiedades las otras propiedades del concreto también serán satisfactorias (excepto la resistencia al congelamiento y deshielo ú otros problemas de durabilidad tales como resistencia al ataque químico). Sin embargo antes de pasar a ver los métodos de diseño en uso común en este momento, será de mucha utilidad revisar, en más detalle, las consideraciones básicas de diseño.
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
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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.
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.
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.
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.
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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.
PASOS PARA EL PROPORCIONAMIENTO Podemos resumir la secuencia del diseño de mezclas de la siguiente manera: 1. Estudio detallado de los planos y especificaciones técnicas de obra. 2. Elección de la resistencia promedio 3. Elección del Asentamiento (Slump) 4. Selección del tamaño máximo del agregado grueso. 5. Estimación del agua de mezclado y contenido de aire. 6. Selección de la relación agua/cemento (a/c). 7. Cálculo del contenido de cemento. 8. Estimación del contenido de agregado grueso y agregado fino. 9. Ajustes por humedad y absorción. 10. Cálculo de proporciones en peso. 11. Cálculo de proporciones en volumen. 12. Cálculo de cantidades por tanda.
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RELACIONES IMPORTANTES ENTRE LAS CARACTERISTICAS Uso concreto tipo de estructura y condiciones de colocacion Vigas y pilotes de alta resistencia, con vibradores de formaleta Pavimentos vibrados con máquina mecánica Masa voluminosas, losas medianamente reforzadas, fundaciones concreto simple,paviment os con vibradores normales losas y pavimentos reforzados y compactados a mano. Columnas, vigas, fundaciones,y muros con vibración
con agua asentamient tipo de consistenci TM f¨c Mpa A/C b/b0 t mezclad o cm concreto a N aire o % del concret o a los 28 días 0,0
2,0
3,5
5,0
Secciones con mucho refuerzo, revestimiento de tuneles, no 10,0 recomendable para demasiada vibración.
2,0
concreto común
media
1/2"
21
0,5 0,59 2,5
0,13
3,5
concreto comun +agregad o grueso
alta
3/4"
28
0,4 0,64 2
0,145
5,0
concreto comun, concreto ciclopeo, concretos de gravedad
alta
1"11/2 "
28
0,4 0,67 - 1,52 0,69 1,0
0,16
10,0
concreto ciclopeo, concreto comun
alta y media
1"
21
0,5 0,67 1,5
0,175
alta
1/2"3/4"
35
0,3 0,59 2,55 0,64 2,0
0,185
concretos livianos, 15,0 concreto comun
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Métodos de diseños.
Tablas para el diseño.-
TABLA 1 : Slump recomendado para concretos de Alta Resistencia con y sin superplastificante Slump con SP 1" - 2" antes de la adición del SP
Slump sin SP 2"-4"
TABLA 2 :Tamaño máximo del agregado grueso Resistencia requerida del concreto (Kg/cm2) < 630 > 630
Tamaño máximo del agregado
3/4" - 1" 3/8" - 1/2"
TABLA 3 : Volumen de Agregado Grueso por unidad de Volumen de concreto ( Para Ag. Fino con modulo de finura entre 2.5 - 3.2)
Tamaño nominal máximo Fracción volumétrica Psag
3/8" 0.65
1/2" 0.68
3/4" 0.72
1" 0.75
TABLA 4: Requerimientos aproximados de agua de mezclado y contenido de aire Del concreto basado en el uso de una arena con 35% de vacíos. Agua de mezclado en Kg/m3 para los tamaños máximos de agregados gruesos Slump indicados 3/8" 1/2" 3/4" 1" 1"-2" 183 174 168 165 2"-3" 189 183 174 171 3"-4" 195 189 180 177 Aire Atrapado Sin superplastificante 3 2.5 2 1.5 Con superplastificante 2.5 2 1.5 1
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TABLA 5: Porcentajes de reemplazo de fly-ash Tipo ASTM Clase F ASTM Clase C
Porcentaje por peso 15 - 25 20 - 35
TABLA 6: Relación Agua/Materiales cementicios para concretos sin superplastificante Resistencia promedio f´cr* Kg/cm2 500
Edad (días) 28 56
Relación a/cm para los tamaños máximos de agregados gruesos indicados 3/8" 1/2" 3/4" 1" 0.41 0.40 0.39 0.38 0.44 0.43 0.42 0.42
550
28 56
0.36 0.39
0.35 0.38
0.34 0.37
0.34 0.36
600
28 56
0.32 0.35
0.31 0.34
0.31 0.33
0.30 0.32
650
28 56
0.29 0.32
0.28 0.31
0.28 0.30
0.27 0.29
700
28 0.26 0.26 0.25 0.25 56 0.29 0.28 0.27 0.26 * La resistencia promedio deberá ser reajustada para usar esta tabla con un valor de 0.9
TABLA 7.: Relación Agua/Materiales cementicios para concretos con superplastificante Resistencia promedio f´cr* Kg/cm2 500
550 600 650 700 750
Edad (días) 28 56 28 56 28 56 28 56 28 56 28 56
Relación a/cm para los tamaños Máximos de agregados gruesos indicados 3/8" 1/2" 3/4" 1" 0.49 0.47 0.45 0.42 0.54 0.51 0.47 0.45 0.44 0.42 0.40 0.39 0.49 0.46 0.43 0.41 0.40 0.38 0.36 0.35 0.44 0.41 0.39 0.37 0.36 0.35 0.33 0.32 0.40 0.38 0.36 0.34 0.33 0.32 0.31 0.30 0.37 0.35 0.33 0.32 0.31 0.30 0.28 0.28 0.34 0.32 0.30 0.30
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800
28 0.29 0.28 0.26 56 0.32 0.30 0.28 850 28 0.27 0.26 0.25 56 0.30 0.28 0.27 * La resistencia promedio deberá ser reajustada para usar esta tabla con un valor de 0.9
0.26 0.28 0.25 0.26
Procedimiento de diseño.
Paso 1:
Seleccionar el slump y la resistencia del concreto requeridos ,
valores recomendados para el slump se muestran en la tabla 3.1. A pesar que un concreto de alta resistencia es producido exitosamente con la adición de un superplastificante sin una medida inicial del slump, es recomendado un slump de 1 a 2” antes de adicionar el superplastificante. Esto
asegurará una adecuada cantidad de agua para la mezcla y permitirá que el superplastificante sea efectivo. Para un concreto elaborado sin superplastificante es recomendado un slump entre 2 a 4”, este puede ser escogido de acuerdo al trabajo a realizarse. Co ncretos con menos de 2”
de slump son difíciles de consolidar dado el alto contenido de agregado grueso y materiales cementicios. Paso 2: Seleccionar el tamaño máximo del agregado, basados en los requerimientos de resistencia, el tamaño máximo del agregado grueso es dado en la tabla 3.2. El ACI 318 establece que el tamaño máximo del un agregado no debe exceder un quinta parte de la dimensión menor entre los lados del elemento, una tercera parte de la profundidad de la losa, o tres cuartas partes del mínimo espaciamiento entre las barras de refuerzo. Paso 3: Seleccionar el contenido optimo de agregado grueso, el optimo contenido de agregado grueso depende su resistencia característica y tamaño máximo. El contenido optimo recomendado de agregado grueso, expresado como una fracción del peso unitario compactado, es dado en la tabla 3.3. como una función del tamaño máximo nominal. El peso seco del agregado grueso por m3 de concreto puede ser calculado usando la siguiente ecuación:
En un proporcionamiento de una mezcla de concreto normal, el contenido optimo de agregado grueso es dado como una función del tamaño máximo y del modulo de fineza del agregado fino. Las mezclas de concretos de alta resistencia, sin embargo, tienen un alto contenido de materiales cementicios, y por lo tanto no son dependientes del agregado fino para lograr la lubricación y compactabilidad de la mezcla. Por supuesto los valores dados en la tabla 3.3. son recomendados para arenas que tienen un modulo de finura entre 2.5 a 3.2. Paso 4: Estimar el agua de mezcla y el contenido de aire, la cantidad de agua por unidad de volumen de concreto requerida para producir un slump dado es dependiente del tamaño máximo, forma de las partículas, gradación del agregado, cantidad de cemento y tipo de
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plastificante o superplastificante usados. Si se usa un superplastificante, el contenido de agua en este aditivo es tomado en cuenta para el calculo de la relación agua/cemento: La tabla 4. da una primera estimación del agua de mezclado requerida para concretos elaborados con agregados de tamaño máximo entre 1” y 3 / 8”, esta cantidad de agua es estimada sin la adición del aditivo, en la misma tabla también se da los valores estimado de aire atrapado. Estas cantidades de agua de mezclado son máximas para un agregado bien gradado, angular y limpio que cumple con los limites de la norma ASTM C 33. Dado que la forma de las partículas y la textura superficial del agregado fino puede influenciar significativamente su contenido de vacíos, el requerimiento de agua de mezclado puede ser diferente de los valores dados. Los valores dados en la tabla 3.4. son aplicables cuando el agregado fino usado tiene un contenido de vacíos igual a 35%, el contenido de vacíos del agregado fino puede ser calculado usando la siguiente ecuación: (3.2.) Cuando el contenido de vacíos del agregado fino no es 35%, es necesario un ajuste a la cantidad de agua de mezclado, este ajuste puede ser calculado usando la siguiente ecuación: (3.3.) Usando la ecuación 3.3. obtenemos un ajuste de 4.72 kg/m por cada punto porcentual del contenido de vacíos de la arena. Paso 5: Seleccionar la relación agua/materiales cementicios, en las tablas 3.5ª y 3.5 b, valores máximos recomendados para la relación agua/materiales cementicios son mostrados como un función del tamaño máximo del agregado para alcanzar diferentes resistencias a compresión en 28 o 56 días. Los valores dados en la tabla 3.5ª son para concretos elaborados sin superplastificantes y los dados en la tabla 3.5b para concretos con superplastificante. La relación agua/materiales cementicios puede limitarse por requerimientos de durabilidad. Cuando el contenido de material cementicio excede los 450 kg, se debe considerar el uso de un material cementicio alternativo. Paso 6: Calculo del contenido de material cementicio, el peso del material cementicio requerido por m3 de concreto puede ser determinado por la división de la cantidad de agua de mezclado entre la relación a/m.c. seleccionada. Sin embargo si las especificaciones incluyen un limite mínimo en la cantidad de material cementicio por m3, este debe ser cumplido. Paso 7: Proporcionamiento de la mezcla de prueba base, para determinar las proporciones optimas primero se debe realizar una mezcla base, los siguiente pasos deben ser seguidos para completar la mezcla: 1. Contenido de cemento.- Para esta mezcla, el peso del cemento será igual al calculado en el paso 6. 3
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2.
Contenido de arena.- Después de determinar los pesos por m3 de agregado grueso, cemento, agua, y contenido de aire atrapado, el contenido de arena puede ser calculado usando el método de volúmenes absolutos. paso 8: Proporcionamiento de mezclas usando fly ash, este método incluye el uso de fly ash como adición al concreto, la adición de este reducira la demanda de agua, reduce la temperatura, y reduce el costo. Este paso se describe la manera de adicionar al concreto este material y los pasos para su proporcionamiento, recomendando al menos dos pruebas con diferentes contenidos de este material, en el presente documento no se realiza un detalle mas preciso del tema. Paso 9: Mezclas de prueba, para cada mezcla el proporcionamiento se hara siguiendo los pasos del 1 al 8, una mezcla de prueba debe ser producida determinando su trabajabilidad y características de resistencia. Paso 10: Ajuste de las proporciones de la mezcla, si las propiedades deseadas del concreto no han sido obtenidas en las mezclas de prueba, las proporciones de la mezcla base deben ser modificadas siguiendo el procedimiento siguiente: 1. Slump inicial.- Si el slump inicial no se encuentra en los rangos deseados, el agua de mezclado debe se ajustada, el contenido de cemento debe ser corregido para mantener constante la relación a/mc, y el contenido de arena debe ser ajustado para asegurar el flujo del concreto. 2. Dosis de superplastificante.- Si un superplastificante es usado, debe ser determinado su efecto en la trabajabilidad y resistencia. Se debe seguir las indicaciones dadas por el fabricante en cuanto a su tasa máxima de uso. El uso en laboratorio de superplastificantes debe ser ajustado para su uso en campo. 3. Contenido de agregado grueso.- Una vez que las mezcla de prueba de concreto han sido ajustadas para el slump deseado, se debe determinar si la mezcla es demasiado aspera. Si es necesario el contenido de agregado grueso puede ser reducido y el contenido de arena ajustado. Sin embargo este incremento del contenido de arena incrementara la demanda de agua, y por lo tanto el contenido de cemento. 4. Contenido de aire.- Si el contenido de aire difiere significativamente de las proporciones deseadas, el contenido de arena puede ser ajustado. 5. Relación a/mc.- Si la resistencia requerida no es alcanzada, mezclas adicionales con una menor relación a/mc deben ser elaboradas. Paso 11: Selección de la mezcla optima, una vez que las proporciones de mezcla han sido ajustadas para producir la trabajabilidad y resistencia deseadas, es necesario realizar pruebas en las condiciones de campo de acuerdo a los procedimientos recomendados por el ACI 211.1.
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TEORÍA DE FULLER Y THOMPSON.El trabajo titulado “Las leyes del proporcionamiento del concreto” presentado en
1907 por Fuller y Thompson se considera como el punto de partida para todos los desarrollos posteriores sobre curvas granulométricas, Fuller y Thompson concluyen que toda curva de gradación ideal presenta un comportamiento elíptico en su fracción fina, la cual incluye al cemento, esta curva converge con una línea recta tangente a la elipse en las siguientes fracciones. La ecuación general para la parte elíptica de esta curva, esta dada por:
donde, y es el porcentaje de material que pasa el tamiz de abertura x. A y b son constantes que representan los ejes de la elipse y su valor depende del tamaño máximo (D) del agregado y de la forma de las partículas; estos valores se muestran en la tabla 3.6. Estas constantes fueron dadas de tal manera que a mas angulosas son las partículas de agregado es más amplio el porcentaje de material fino representado por la parte elíptica. En esta curva ideal, Fuller y Thompson encontraron que para un valor de y igual al 7% el valor de x era de 0.074 mm, es decir, que el 7% de la masa está constituido por partículas de diámetro inferior a 0.074 mm, o sea la fracción que pasa el tamiz Nº 200, mas el cemento. Posteriormente, la curva continua con su forma elíptica, hasta un valor de x aproximadamente igual al 10% del tamaño máximo, y a partir de este punto sigue como una línea recta. . Valores de las constantes que representan la parte elíptica de la ecuación de FullerThompson. Clase de material Agregados redondeados Arena natural y grava chancada Agregados chancados
a
b
0.164 D 0.150 D
28.6 30.4
0.147 D
30.8
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Según algunos autores, cuando se desea obtener la curva para el agregado solo, debe restarse la porción de cemento prevista en cada caso y tomas el resto como 100%. Al hacer esto se obtiene una curva de forma aproximadamente parabólica, la cual se ha llamado curva o parábola de Fuller, y es expresada de la siguiente manera:
En donde, P es el porcentaje de material que pasa por el tamiz de abertura d y D el tamaño máximo del agregado.
Curvas de Fuller para diferente tamaños máximos de agregados. Es necesario destacar que la gradación parabólica de Fuller-Thompson, es solamente una, de muchas familias de parábolas de varios grados, que no son otra expresión que la ley potencial de Talbot y se expresan como:
Para el diseño de mezclas de agregado la relación de finos de los agregados será ajustada por la curva de Fuller tomando la malla Nº 4 la divisoria entre agregado grueso y agregado fino. Hay que destacar que estas curvas no producen la máxima compacidad
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buscada en los agregados, y algunos investigadores han calificado a las mezclas hechas con este método como ásperas y poco manejables.
TEORÍA DE FERET En 1894 el investigador Francés Rene Feret, realizo tal vez los primeros estudios a profundidad sobre mezclas granulares en el concreto, sus investigaciones sirvieron de base para el desarrollo de muchos de los conceptos conocidos actualmente. Estas investigaciones sobre compacidad se centraron en realizar mezclas binarias y ternarias de partículas de agregados y encontrar curvas de compacidad, de estas investigaciones encontró una serie de expresiones conocidas como las leyes de Feret, las cuales se resumen en la figura 3.2., en forma de curvas de nivel. Sus estudios demostraron que la máxima compacidad era alcanzada por medio de mezclas de granos gruesos y finos con ausencia de medianos, generalizando estos resultados podemos decir que Feret encontró que la máxima compacidad se logra con granulometrías discontinuas.
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Representación grafica de las leyes de Feret, donde se muestra las líneas de igual compacidad en la mezcla de agregados donde G: Gruesos, M: Mediano, F: Finos.
TEORÍA DE WEYMOUTH.La obra pública en 1933 por C.A.G. Weymouth titulada “Effect of particle interference in mortars and concrete” en la cual se expone
el efecto de interferencia en
los requerimientos de agua y trabajabilidad, incluyendo la tendencia de los diferentes tamaños de partículas a la segregación. Weymouth ilustró su concepto en términos de mezcla seca de agregados, usando el modelo mostrado en la siguiente figura.
Modelo de Weymouth para partículas de interferencia La fig. Representa en dos dimensiones una mezcla de dos tamaños de partículas. En (A) las partículas grandes no son dominantes y se encuentran separadas por mas de una partícula pequeña, por lo cual la distancia entre ellas será mas del diámetro de una partícula pequeña. En (B) la cantidad de partículas grandes es mayor y la distancia entre ellas será igual al diámetro de una partícula pequeña. En (C) la cantidad de partículas grandes es mucho mayor por lo cual las partículas pequeñas no llegan a rellenar todos los
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poros por lo cual la distancia entre partículas grandes será menor que el diámetro de una partícula pequeña. Weymouth concluyó que existe una ley de gradación de tal manera que los diferentes tamaños de agregados deben tener espacio para moverse entre las partículas mas grandes, evitando de esta manera la interferencia de las partículas. Sin embargo Weymouth también menciona que esta interferencia aparece cuando hay mucha cantidad de agregados de un solo tamaño, esto solo es cierto cuando las diferentes partículas de agregados son muy cercanas en diámetro, siendo el efecto diferente cuando los tamaños de partículas son muy diferenciados en tamaños. La ley de gradación de Weymouth es otra forma de la ecuación potencial de Talbot, diferenciando el coeficiente n según el tamaño máximo del agregado.
donde, n es el exponente que gobierna la distribución de las partículas y es función del agregado grueso. Los valores de n fueron dados por García Balado y se presentan en la siguiente tabla. . Valores de n para la ecuación de Weymouth en función del tamaño. Tamaño d
n
3” 2” 1½“ 1” ¾” ½” 3/8” Nº4 – Nº 100
0.230 0.255 0.268 0.283 0.292 0.298 0.304 0.305
En la siguiente grafica se muestran las diferentes curvas de Weymouth según el tamaño máximo del agregado.
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Curvas de Weymouth para diferente tamaños máximos de agregados.
TEORÍA DE BOLOMEY.Después de la publicación de los trabajos de Fuller, Thompso y Weymouth, se han realizando múltiples curva ideales, y aun hoy hay muchos investigadores que las utilizan, sin embargo, la modificación que ha sido mas aceptada es la realizada por Bolomey en 1947, la cual contempla un mayor contenido de finos dentro de la masa de agregado con objeto de eliminar la aspereza y mejorar la manejabilidad de la mezcla de concreto en estado fresco. Esta modificación es mostrada en la ecuación siguiente:
donde f es una constante empírica que representa el grado de trabajabilidad de una mezcla de concreto para una trabajabildad y forma determinada. Los valores de f se muestran en la siguiente tabla:
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Valores de f según la formula de Bolomey. Forma de las partículas de Consistencia del concreto agregado Seca Normal Húmeda Agregados redondeados Agregados chancados
6-8 8 - 10
10 12 - 14
12
14 – 16
MÉTODO DE LA COMBINACIÓN DE MÓDULOS DE FINURA.Este método bastante sencillo consiste en determinar los módulos de finura de ambos agregados, y establecer que sus mezclas tengan un modulo de finura ideal, el cual puede ser el obtenido por la ley de Fuller o empíricamente basado en la experiencia. Se calcula las proporciones de los agregados finos y gruesos en base a la siguiente expresión:
donde: m
:
rf, rg :
modulo de finura de la combinación de agregados % de agregado fino y grueso respectivamente en relación al volumen absoluto total del agregado.
mf, mg:
Modulo de finura del agregado fino y grueso.
Los módulos de finura de la combinación de agregados recomendados según el tamaño máximo, se muestran en la siguiente tabla: Modulo de finura de la combinación de agregados según tamaño máximo. Tamaño
m
Máximo 3" 2 1/2" 2" 1 1/2" 1"
6.70 6.44 6.14 5.75 5.22
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3/4" 1/2" 3/8" 1/4" #4
4.81 4.30 3.90 3.39 3.02
MÉTODOS NORMADOS POR CURVAS EMPÍRICAS.Actualmente casi todas las normas sobre agregados y concreto establecen curvas o limites para las granulometrías de los agregados a usar en el concreto. Por ejemplo la norma alemana DIN 1045 tiene normadas curvas para los diferentes tamaños partículas de agregados y según los requerimientos del concreto, como puede ser un concreto bombeable, la norma técnica peruana a tomado sus valores en los limites de la norma ASTM C 33, donde se fijan intervalos recomendados para los diferentes tamaños de partículas. Las siguientes graficas muestran las curvas normadas en la norma DIN 1045.
Granulometrías recomendadas por la norma DIN 1045, para T.M. 3”.
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Conclusión En el presente trabajo se mostro de una manera el proceso para un diseño de mezclas de concreto así como también se hablo sobre los morteros, siendo de apoyo este trabajo para nuestro crecimiento educativo en base a la materia. Todo este trabajo se fue desarrollando conforme vamos adquiriendo conocimientos de parte de nuestro maestro el cual imparte de manera muy interesante esta materia, haciéndola así de gran agrado y para poder aprender sobre una parte de nuestro crecimiento como ingeniero civil.
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