DISENO DE MEZCLAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍACIVIL

DESEÑO DE MEZCLAS

ASIGNATURA : TECNOLOGIA DE LOS MATRIALES DE CONSTRUCCION

DOCENTE : Mg. Ing. HECTOR PEREZ LOAYZA

GRUPO : B

ALUMNO : CUSQUISIBAN ASENCIO SANTOS

MOISES

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION“DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO

1.INTRODUCCIÓN:

En el amplio campo de la Ingeniería civil el diseñode mezclas, es sin lugar a dudas, una de las principalesbases para elaborar todo tipo de estructuras deIngeniería, ya que la durabilidad y el desenvolvimientoefectivo de dicha obra se debe casi en su totalidad alconcreto con el cual se trabaja. Es así que la labor delingeniero es el de diseñar el concreto más económico,trabajable y resistente que fuese posible, partiendo,desde luego, de las características físicos de losagregados, el cemento y el agua.

Es por ello que en la presente práctica se pretendeelaborar un concreto que reúna las característicasnecesarias para ser utilizado en distintas obras deIngeniería.

Cabe señalar que para diseñar una mezcla de concretoexisten diferentes métodos, en esta práctica el métodoque se utilizará es el método ACI.

2.OBJETIVOS:

GENERAL: Diseñar y determinar la resistencia del concreto con

y sin aditivo utilizando el método del ACI.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCApág. 2

R


ESPECIFICO:

Realizar el diseño de mezcla de concreto con losmateriales estudiados (estudio tecnológico de losagregados) en la segunda práctica de laboratorio,utilizando sus características de estos.

Elaborar una probeta para corroborar las propiedadesdel concreto fresco y endurecido, también paracomprobar las características dadas para dichodiseño.

Lograr un diseño económico y favorable partiendo delas propiedades de los agregados estudiados yutilizados.

3.MARCO TEORICO:

PROPIEDADES DE LA MEZCLA.

Las características que se desea en una mezcla deconcreto están en función de la utilidad que prestaráen obra. Así si se quiere utilizar en una estructura,se tendrá una resistencia acorde a las solicitacionesy además resistente al intemperismo, es decir que seaestable.

En depósitos estancados ya sean elevados, ensuperficie o enterrados, deberá ser impermeable.

Para lograr estas cualidades se debe recurrir aprocedimientos adecuados de dosificación y en algunoscasos el uso de aditivos.


R


Existen algunas propiedades que son comunes atodos los concretos y no dependen de la utilidadespecífica. Estas propiedades se pueden dividir en dosgrupos: cuando el concreto está en estado fresco yendurecido.

PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO.

4. Consistencia o fluidez.

Es la resistencia que opone el concreto a experimentardeformaciones. Depende de la forma, gradación y tamañomáximo del agregado en la mezcla en la mezcla, cantidadde agua de mezclado.

La consistencia se mide mediante el ensayo de“slump” con el “Cono de Abrams” (ASTM C-143), paraconcretos hechos con agregado grueso cuyo tamaño máximoes menor de 2”.

En la actualidad se acepta una correlación entre lanorma alemana y los criterios norteamericanos;considerándose que:

A las consistencias secas corresponde asentamiento de 0” a 2”

A las consistencias plásticas corresponde asentamiento de 3” a 4”

A las consistencias fluidicas corresponde asentamientos de más de 5”

5. Trabajabilidad.

Se entiende por Trabajabilidad a aquella propiedad delconcreto en estado fresco la cual determina sucapacidad para ser manipulado, transportado, colocado yconsolidado adecuadamente con un mínimo de trabajo y un


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máximo de homogeneidad; así como para ser acabado sinque se presente segregación.Esta definición involucra conceptos tales comocapacidad de moldeo, cohesividad y capacidad decompactación. Igualmente, la Trabajabilidad involucrael concepto de fluidez, con énfasis en la plasticidad yuniformidad dado que ambas tienen marcada influencia enel comportamiento y apariencia final de la estructura.

6. Homogeneidad:

Se refiere a que los componentes del concreto seencuentren en la misma proporción en cualquier parte dela masa. Considerando que el concreto es una mezclacuyos componentes tienen diferente peso específico,estos tenderán a segregarse. La homogeneidad dependedel tipo y tiempo de mezclado, del transporte, de lacompactación, etc.

7. Exudación:

La exudación o sangrado es una forma de segregación enla cual una parte del agua de la mezcla tiende a elevarse ala superficie de un concreto recién colocado. Este fenómenose debe a que los constituyentes sólidos no pueden retenertoda el agua cuando se sedimentan.

En el proceso de la exudación se presentan dosfactores importantes, los mismos que no necesariamenteestán relacionados, pero que es preciso distinguirlos:

- La velocidad de exudación, que viene a ser la rapidez con la que el agua se acumula en la superficie del concreto.- La capacidad de exudación, que está definida por el volumen total de agua que aparece en la superficie del concreto.

La exudación del concreto no cesa hasta que la pastade cemento se ha endurecido lo suficientemente, como paraponer fin al proceso de sedimentación.UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCApág. 5

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PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO.

8. Elasticidad.

El concreto no es un material completamente elástico yla relación esfuerzo deformación para una carga enconstante incremento, adopta generalmente la forma de unacurva. Generalmente se conoce como módulo de elasticidad ala relación del esfuerzo a la deformación medida en elpunto donde la línea se aparta de la recta y comienza a sercurva.

Para el diseño estructural se supone un módulo deelasticidad constante en función de la resistencia a lacompresión del concreto. En la práctica, el módulo deelasticidad del concreto es una magnitud variable cuyovalor promedio es mayor que aquel obtenido a partir de unafórmula.

En el diseño de mezclas se debe tener en cuenta que elmódulo de elasticidad del concreto depende, entre otros delos siguientes factores:

La resistencia a la compresión del concreto y, porlo tanto de todos aquellos factores que lo afectan.

A igualdad de resistencia, de la naturalezapetrográfica de los agregados.

De la tensión del trabajo De la forma y tiempo de curado del concreto Del grado de humedad del concreto.

El módulo de elasticidad del concreto aumenta alincrementarse la resistencia en compresión y, para un mismoconcreto, disminuye al aumentar la tensión de trabajo.


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9. Resistencia a la compresión:Se considera generalmente que la resistencia del concreto,constituye la propiedad más valiosa, aunque ésta no debeser el único criterio de diseño, ya que en algunos casospueden resultar más importantes características como ladurabilidad, impermeabilidad, etc. Sin embargo laresistencia nos da una idea general de la calidad delconcreto.

10. DISEÑO DE MEZCLA SIN ADITIVO

A. Se diseñará un concreto de las siguientes condiciones:

- f´c = 250 kg/cm2

- Consistencia: plástica , entonces slump = 3”-4”- No se expondrá a agentes degradantes- No tendrá aire incorporado- No se usa aditivo

B. Datos:

Cantera : “Rio Chonta” Peso específico del cemento : 3.12g/cm3

DESCRIPCIÓN UNIDADAg. FINO

Ag GRUESO

Peso específicomasa g/Cm3

2.59 2.54Puv suelto seco Kg/m3 1483.76 1454.17

Puv secocompactado Kg/m3

1890.6 1557.5W % % 8.69 3.99Abs % % 12.69 1.71

Módulo de Finura 0 3. 00 7.13

C. Cálculos y resultados:

1. Resistencia especificada a los 28 días = 250 kg/cm2


R


2. Calculo de la resistencia promedioNo se tiene registros de resistencia de probetas y tampoco se conoce el grado de control de calidad en obrao laboratorio

¿f'Cr=f

'C+84

*f'Cr=(250+84)kgs /cm2

*f'Cr=334kgs/cm2

(Resistencia de diseño)

3. Tamaño máximo nominal del agregado TMN

Durante el ensayo de granulometría se pudo determinar:TMN: 1 1/2”

4. Determinación del Slump

El slump elegido será para la construcción de vigas y muros reforzados

Slump = 3” – 4” consistencia plástica

5. Volumen de agua de mezcla

ASENTAMIENTO

AGUA EN Kg./m3 DE CONCRETO PARA LOS TAMAÑOS NOMINAL MÁXIMO DEL AGREGADO GRUESO Y CONSISTENCIA INDICADOS3/8” 1/2” 3/4" 1” 1½” 2” 3” 6”

CONCRETO SIN AIRE INCORPORADO1” a 2”3” a 4”6” a 7”

207228243

199216228

190205216

179193202

166181190

154169178

130145160

113124----

CONCRETO CON AIRE INCORPORADO1” a 2”3” a 4”6” a 7”

181202216

175193205

168184197

160175184

150165174

142165174

122133154

107119----


R

f’c f’cr M enos de 210 f’c+70 210 – 350 f’c+84 >350 f’c+98


Entrando en la tabla correspondiente, con el valor del slump, y el TMN de 1 ½”, y sin aire incorporado, se tiene que el volumen unitario de agua es de 181 lt/m3

6. Contenido de aire atrapado

Cont. De aire atrapado (%)Tamaño Máximo

NominalAire Atrapado

3/8” 31/2” 2.53/4" 21” 1.51½” 12” 0.53” 0.3

6” 0.2

De la tabla obtenemos: % Aire atrapado: 1%

7. Relación a/c para f´cr = 334 kg/cm2

F’cr

(28 días)

Relación agua-cemento de diseño en peso

CONCRETO SIN AIREINCORPORADO

CONCRETO CON AIREINCORPORADO

150200250300350400450

0.800.700.620.550.480.430.38

0.710.610.530.460.400.350.31


R


-16.000 350.00 0.4850.00 334.000 x -0.05

400 0.43

x 0.496

8. Calculo del factor cemento

Fc=volumendeaguademezclaac

Fc=181kg /m3

0.496Fc=364.92kg/m3Traduciendo a bolsas/m3 será:

Fc= 364.92kg/m342.5kg/bolsa=8.586bolsas /m3

9. Cantidad de agregado grueso

TamañoMáximodel

agregado

Volumen de agregado gruesocompactado en seco para distintosmódulos de finura de la arena2.4 2.6 2.8 3

3/8” 0.5 0.48 0.46 0.441/2” 0.59 0.57 0.55 0.533/4” 0.66 0.64 0.62 0.61” 0.71 0.69 0.67 0.65

11/2” 0.75 0.73 0.71 0.692” 0.78 0.76 0.74 0.723” 0.82 0.79 0.78 0.756” 0.87 0.85 0.83 0.81

Luego obtenemos la relación: bb0

=0.69


R


Dónde: b0 = peso seco del agregado grueso compactado

b = peso suelto seco agregado grueso

b = 0.69*1557.5 kg/m3

b =1074.675/m3

Por lo tanto, Peso suelto seco AG =1153.74 Kg/m3

10. Cantidad de agregado fino

Por el método de volúmenes absolutos:

Cemento : 364.92kg/m33150kg/m3 =0.1169m3

Agregado grueso : 1153.74kg/m32.4862∗1000kg /m3=0.4231m

3

Agua : 181kg/m31000kg /m3=0.181m

3

Aire : =1% = 0.01m3

∑ ¿volum.absoluto=0.7221

Entonces el volumen de A.F

1−0.7221=0.2779Peso del agregado fino:

AF = 0.2779* (2590 kg/m3)

AF= 719.86 kg/m3

11. Valores de diseño de laboratorioUNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCApág. 11

R


CEMENTO364.919355 Kg/m3

AGUA DE DISEÑO 181 Lts/m3

AGREGADO FINO SECO719.860131 Kg/m3

AGREGADO GRUESOSECO

1074.675 Kg/m3

12. corrección por humedad de los agregados.

a). Peso húmedo de los agregados

Agregado fino:Pe húmedo = peso seco* (1 + w (%))

719.86∗[8.69100+1]=688.37kg/m3

Agregado grueso:Pe húmedo = peso seco* (1 + w (%))

1074.675∗[3.99100+1]=1119.34/m3

b). humedad superficial

Humedad superf. = W (%) - % ABS

AF: 8.69% -12.69% = -4% AG: 3.99% -1.71 % = 2.28 %

c). aportes de agua de mezcla por humedad de los agregados

(Hsi*peso seco agregado)/100

Agregado fino:−4∗719.86

100=−28.79lts /m3

Agregado grueso:2.28∗1074.675

100=24.50lts/m3

Aporte de agua: -4.29lts/m3


R


13. Agua efectiva

Entonces: 181 lts/m3 – (-4.29) lts/m3 = 185.29 lts/m3

14. Proporcionamiento de mezcla

CEMENTO 364.919355

AGUA EFECTIVA 185.291815

AGREGADO FINOSECO

788.369435

AGREGADO GRUESOSECO

1119.33653

SIN CORREGIR

CEMENTO Ag. Fino Ag.Grueso

AGUA

364.919355

719.860131

1074.675

181

364.919355

364.919355

364.91935

364.919355

1 1.97

2.94

0.5

CORREGIDO

CEMENTO Ag. Fino Ag.Grueso

AGUA

364.919355

788.369435

1119.3365

185.291815

364.919355

364.919355

364.91935

364.919355


R


1 2.16

3.07

0.51

15. cantidad de mezcla de prueba

MATERIAL CANTIDAD UNIDAD XPROBETAESTANDAR

UNAPROBETA

CEMENTO 364.919355

Kg/m3 0.0053 2.91935484

AGUA EFECTIVA 185.291815

Lts/m3 0.0053 1.48233452

AGREGADO FINO SECO 788.369435

Kg/m3 0.0053 6.30695548

AGREGADO GRUESO SECO 1119.33653

Kg/m3 0.0053 8.95469222

11. EXPRESION DE RESULTADOS DE LA MEZCLA SIN ADITIVO EN EL LABORATORIO

Paso 1: Elaboración de la Mezcla de Concreto Fresco:

Luego del diseño realizado se procedió a realizar laprobeta para una cantidad de prueba de 1 ½ probetas. Es comosigue.

Procedimiento: Teniendo los pesos que vamos a utilizar para la tanda de

prueba proseguimos a realizar los pasos necesarios de maneraprogresiva:

Agregado grueso: Se tamiza el agregadogrueso para separarlo del agregado fino porlos tamiz 3/8. Pesamos: 8.95 kg


R


Agregado fino: Todo el pasante de la malla 3/8 se definecomo agregado fino. Pesamos: 6.31 kg

Cemento: El tipo de cemento utilizado: TIPO I PACASMAYO,del cual pesamos 2.91 kg que nos servirá para preparar lamezcla equivalente a 1 ½ probeta estándar.

Agua: El agua utilizada es agua potable la másrecomendable para el diseño de mezclas del cual pesamostambién 1.48 kg

Después de pesar los ingredientes para el diseño de mezclasse proceden a colocarlos en el trompo donde se hace la pasta,en el orden siguiente:

Primero se limpia bien la máquina mezcladora.

Trompo

Luego se coloca el agregado grueso y el agregado fino, semezcla durante 1 minutos para conseguir un mezclado aceptable.Seguidamente se vacía el cemento , se mezcla estos elementospor 1 minutos más y finalmente el agua buscando que la pastatenga en este caso una consistencia plástica tal como fuediseñado, por otro minuto más.


R


Agregado fino + agregado grueso

Añadiendo el cemento y el agua

Una vez obtenida la mezcla se determina el SLUMP utilizando elcono de Abraham

Continuando se pesa el molde de la probeta y tras ser aceitado(para evitar la adherencia de la mezcla), y nombrado el moldese coloca dentro de esta la mezcla en tres capas cada una deestas compactada con 25 golpes realizados con el empleo de unavarilla compactadora.


R


PROPIEDADES EVALUADAS DEL CONCRETO EN ESTADO FRESCO.

1. SLUMP:Obtenida la mezcla de concreto y estando en estado fresco, seprocedió a colocar 3 capas de concreto fresco en el Cono deAbrans; la primera capa se colocó a una tercera parte del volumendel cono apisonándolo por medio de una varilla de acero con 25golpes, la segunda hasta las dos terceras partes y por último seapisona y enrasa, durante dicho proceso el cono debe permanecerlo más quieto posible, ya que el ensayo puede fallar al mínimomovimiento. Luego se procede a retirar cono y determinar elvalor del asentamiento.

Medición del slump, (slump = 5 cm)

Además se puede observar una apariencia sobre gravosa

2. APARIENCIA: La apariencia que presenta la pasta es sobre gravosa es decir asimple vista se observa mayor presencia de agregado grueso


R


3. Peso Unitario de Concreto Fresco:

Terminado de la probeta

Procedimiento:

Ahora al tener compactada la probeta se procede aanalizar el peso unitario del concreto fresco del siguiendolos pasos:

Primeramente se registra el peso del molde al vacío.Luego se procede a colocar la mezcla de concreto en elmolde metálico para finalmente registrar su peso enconjunto. El volumen del molde se obtuvo a partir de susdimensiones

Pesamos la muestra en estado fresco, y la dejamos que seseque durante 24 horas.

1) Resultados de Ensayo :


R


PROPIEDADES MECANICAS EVALUADAS DEL CONCRETO EN ESTADOENDURECIDO

Resistencia a la Compresión:

Material y Equipo:

Máquina de Compresión Simple Moldes cilíndricos de 6” de diámetro por12” de altura.

Procedimiento: Elaborada la mezcla de concreto fresco, se procede a

colocarla en el molde metálico, distribuida en tres capascada una apisonada con 25 golpes por medio de una varilla deacero. Luego de un día se desmolda y se dejan curar en aguapor 7 días, tiempo por el cual la resistencia del concretodeberá alcanzar el 70% de su resistencia a los 28 días.Transcurrido el tiempo de curado se deja secar para luegoser sometidos al ensayo de compresión.


R

PROPIEDAD PROBETAW molde ( kg) 8.27

W molde + C° (kg) 24.77P.U.de C° (kg) 16.5


Etapa de fraguado de las probetas: se cubre con una bolsapara impedir la evaporación del agua de mezcla. Después deesta etapa se desencofra y se somete a un proceso decurado. Después de todo este proceso se evaluara suspropiedades mecánicas.

RESULTADOS DE ENSAYO:



R


LECTURA m m

1 1000 0.4 0.001 5.662 2000 0.55 0.002 11.323 3000 0.7 0.002 16.984 4000 0.8 0.003 22.645 5000 0.95 0.003 28.296 6000 1.08 0.004 33.957 7000 1.17 0.004 39.618 8000 1.29 0.004 45.279 9000 1.35 0.004 50.9310 10000 1.45 0.005 56.5911 11000 1.54 0.005 62.2512 12000 1.6 0.005 67.9113 13000 1.67 0.005 73.5714 14000 1.74 0.006 79.2315 15000 1.81 0.006 84.8816 16000 1.88 0.006 90.5417 17000 1.95 0.006 96.2018 18000 2 0.007 101.8619 19000 2.07 0.007 107.5220 20000 2.14 0.007 113.1821 21000 2.21 0.007 118.8422 22000 2.3 0.008 124.5023 23000 2.41 0.008 130.16

23.5 23500 2.42 0.008 132.99

NIVEL CARGA(KG) DEFORM . UNITARIA

ESFUERZO (kg/cm 2)

área resistente A = 176.71cm2 ; altura h = 305 mm


R


Grafica:

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0.0000 0.0020 0.0040 0.0060 0.0080 0.0100 0.0120 0.0140

ESFUERZO

DEF. UNITARIA

Esfuerzo vs. Deform acion Unitaria

7 dias28 dias

CALCULO DE ESFUERZO ALCANZADO EN EL LABORATORIO: Esfuerzo máximo alcanzado a los 7 días de edad: 137 kg/cm2

Necesitamos el esfuerzo alcanzado a los 28 días para lo cualinterpolamos.

F‘c a los 7 días = 70% f ‘c a los 28 días enlaboratorio

137=70 %f‘c28diasenlaboratorioEntonces: f‘c28diasenlaboratorio=195.7Kg/

cm2

Observación: 195.7 kg/cm2 se diferencia en más del 10% del f´cque es 250 kg/cm2, se podría deber a que solo el mortero fallo,pero el agregado a quedado intacto, y otra causa podría ser quesolo horas antes se puso la probeta al aire libre para el secado,por lo que se habría disminuido la resistencia de diseño.

CÁLCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD.

De la gráfica adjuntas de la probeta podemos encontrar así elmódulo de elasticidad.


R


E=Esfuerzolpe

Deformacionunitarialpe

E=81

0.0081=10000 kg

cm2

12. DISEÑO DE MEZCLA CON ADITIVO INCORPORADOR DE AIRE (SIKA-AER)

A. Se diseñará un concreto de las siguientes condiciones:

- f´c = 250 kg/cm2

- Consistencia: plástica , entonces slump = 3”-4”- No se expondrá a agentes degradantes- Tendrá aire incorporado

B. Datos:

Cantera : “CHONTA” Peso específico del cemento : 3.12 g/cm3

Peso específico del aditivo : 101 g/cm3


R


Dosificación : 0.1 – 0.6 del peso del cemento

PROPIEDADES A. FINO A. GRUESOTamaño máximo - 1 1/2”PESO ESPECÍFICO DE MASA (GR/CM3) 2.59 2.54ABSORCIÓN (%) 12.69 1.71CONTENIDO DE HUMEDAD (%) 8.69 3.99Módulo de finura 3 7.13PESO UNITARIO SUELTO SECO (KG/M3

) 1483.76 1454.17PESO U. S. COMPACTADO (KG/M3 ) 1890.6 1557.5

C. Cálculos y resultados:

1. Resistencia especificada a los 28 días = 250 kg/cm2

2. Calculo de la resistencia promedioNo se tiene registros de resistencia de probetas y tampoco se conoce el grado de control de calidad enobra o laboratorio

¿f'Cr=f

'C+84

*f'Cr=(250+84)kgs /cm2

*f'Cr=334kgs/cm2

(Resistencia de diseño)

3. Tamaño máximo nominal del agregado TMN

Durante el ensayo de granulometría se pudo determinar:

TMN: 1 1/2”Dato que se toma por ser el más real ya que se realizó en el

laboratorio por nuestro grupo de práctica.UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCApág. 24

R

f’c f’cr M enos de 210 f’c+70 210 – 350 f’c+84 >350 f’c+98


4. Determinación del Slump

El slump elegido será para la construcción de vigasy muros reforzados

Slump = 3” – 4” consistencia plástica

5. Volumen de agua de mezcla

ASENTAMIENTO

AGUA EN Kg./m3 DE CONCRETO PARA LOS TAMAÑOS NOMINAL MÁXIMO DEL AGREGADO GRUESO Y CONSISTENCIA INDICADOS3/8” 1/2

”3/4" 1” 1½” 2” 3” 6”

CONCRETO SIN AIRE INCORPORADO1” a 2”3” a 4”6” a 7”

207228243

199216228

190205216

179193202

166181190

154169178

130145160

113124----

CONCRETO CON AIRE INCORPORADO1” a 2”3” a 4”6” a 7”

181202216

175193205

168184197

160175184

150165174

142165174

122133154

107119----

Entrando en la tabla correspondiente, con el valor del slump, y el TMN de 1 ½”, y sin aire incorporado, se tiene que el volumen unitario de agua es de 165 lt/m3

6. Contenido de aire atrapado

Cont. De aire atrapado (%)TamañoMáximoNominal

AireAtrapado

3/8” 3


R


1/2” 2.53/4" 21” 1.51½” 12” 0.53” 0.3

6” 0.2

De la tabla obtenemos:

% Aire atrapado: 1%

7. Relación a/c para f´cr = 334 kg/cm2

F’cr

(28 días)

Relación agua-cemento de diseño enpeso

CONCRETO SINAIRE

INCORPORADO

CONCRETO CON AIREINCORPORADO

150200250300350400450

0.800.700.620.550.480.430.38

0.710.610.530.460.400.350.31


R


Interpolación:350………….. 0.40334………….. X400………….. 0.35

350−400350−334

=0.40−0.350.40−x

x=0.416

ac=0.4

8. Calculo del factor cementoFc=volumendeaguademezcla

ac

Fc=165kg /m3

0.4Fc=412.5kg/m3

Traduciendo a bolsas/m3 será:

Fc= 412.5kg/m3

42.5kg/bolsa=9.71bolsas/m3

9. Calculo del aditivo:Cantidad: 0.018*412.5= 7.425 cm3

10. Cantidad de agregado grueso

TamañoMáximodel

agregado

Volumen de agregado gruesocompactado en seco para

distintos módulos de finura dela arena

2.4 2.6 2.8 33/8” 0.5 0.48 0.46 0.441/2” 0.59 0.57 0.55 0.533/4” 0.66 0.64 0.62 0.61” 0.71 0.69 0.67 0.65

11/2” 0.75 0.73 0.71 0.692” 0.78 0.76 0.74 0.72


R


3” 0.82 0.79 0.78 0.756” 0.87 0.85 0.83 0.81

bo=0.69

Luego obtenemos la relación: bb0

=0.69

Dónde: b0 = peso seco del agregado grueso compactado

b = peso suelto seco agregado grueso

b = 0.69*1557.5 kg/m3

b = 1074.675 kg/m3

Por lo tanto, Peso suelto seco AG =1074.675 Kg/m3

10. Cantidad de agregado fino

Por el método de volúmenes absolutos:

Cemento : 412.5kg/m3

3120kg /m3 =0.13m3

Agregado grueso : 1074.675kg/m3

2.54∗1000kg /m3=0.423m3

Agua : 165kg/m31000kg /m3=0.165m

3

Aire : =4% = 0.04m3

Aditivo (dosificación oscila entre 0.1% -0.6% FC) .Asumiendo que se usara 0.4% FC, entonces:


R


Aditivo : = 0.004*412.5 = 1.65 kg/m3

, 1.65/1010 = 0.0016 m3

∑ ¿volum.absoluto=0.7596

Entonces el volumen de A.F

1−0.7596=0.2404

Peso del agregado fino:

AF = 0.2404* (2590 kg/m3)

AF= 622.636 kg/m3

11. Valores de diseño de laboratorio

cemento 412.5 kg/m3agua 165 Li/m3A.G 1174.675

kg/m3A.F 622.636

kg/m3aditivo 0.74 kg/m3

12. corrección por humedad de los agregados.

a). Peso húmedo de los agregados

Agregado fino:Pe húmedo = peso seco* (1 + w (%))

622.636∗[8.69100+1 ]=630.29kg /m3

Agregado grueso:Pe húmedo = peso seco* (1 + w (%))


R


1174.675∗[8.69100+1]=1276.75kg /m3

b). humedad superficial

Humedad superf. = W (%) - % ABS

AF: 8.69% -12.69 % = -4% AG: 3.99% -1.71 % = 2.28%

c). aportes de agua de mezcla por humedad de losagregados

(Hsi*peso seco agregado)/100

Agregado fino:−4∗622.636

100=−24.91lts/m3

Agregado grueso:2.28∗1174.675

100=26.78lts/m3

Aporte de agua: 1.87 lts/m3

13. Agua efectiva

Entonces: 165 lts/m3 – 1.87 lts/m3 = 163.13 lts/m3

14. Proporcionamiento de mezcla

cemento 412.5 kg/m3agua 163.13 Li/m3


R


A.G 1276.75kg/m3

A.F 630.29kg/m3

aditivo 0.74 lt/m3

412.5412.5

; 1276.75412.5

; 630.9412.5

163.139.71

3.259FC

1;3.1;1.53;3.25

16.8 ltsbolsa

15. cantidad de mezcla de prueba

Para 1 probeta (0.0053 m3)CEMENTO 412.5 kg/m3 *

0.0053=2.18kg/tanda

AGUA 163.13 Li/m3*0.0053=

0.86 Li/tanda

A.G 1276.75kg/m3*0.0053=

6.77 kg/tanda

A.F 630.29kg/m3*0.0053=

3.34 kg/tanda

ADITIVO 0.74* 0.0053 0.0039 Li/tanda

13. EXPRESION DE RESULTADOS DE LA MEZCLA SIN ADITIVO EN EL LABORATORIO

Paso 1: Elaboración de la Mezcla de Concreto Fresco:

Luego del diseño realizado se procedió a realizar laprobeta para una cantidad de prueba de 1 ½ probetas. Es comosigue.UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCApág. 31

R


Procedimiento: Teniendo los pesos que vamos a utilizar para la tanda de

prueba proseguimos a realizar los pasos necesarios de maneraprogresiva:

Agregado grueso: Se tamiza el agregadogrueso para separarlo del agregado fino porlos tamiz 3/8. Pesamos: 6.77 kg

Agregado fino: Todo el pasante de la malla3/8 se define como agregado fino. Pesamos:3.34 kg

Cemento: El tipo de cemento utilizado:TIPO I PACASMAYO, del cual pesamos 2.18 kg que nos servirápara preparar la mezcla equivalente a 1 ½ probeta estándar.

Agua: El agua utilizada es agua potable la másrecomendable para el diseño de mezclas del cual pesamostambién 0.86 kg

Aditivo: utilizamos el aditivo con el cual se calcula eldiseño y le agregamos a la mezcla 3.9 cm3

Después de pesar los ingredientes para el diseño de mezclasse proceden a colocarlos en el trompo donde se hace la pasta,en el orden siguiente:

Primero se limpia bien la máquina mezcladora.

Luego se coloca el agregado grueso y el agregado fino, semezcla durante 1 minutos para conseguir un mezclado aceptable.Seguidamente se vacía el cemento , se mezcla estos elementospor 1 minutos más y finalmente el agua buscando que la pastatenga en este caso una consistencia plástica tal como fuediseñado, por otro minuto más.


R


Una vez obtenida la mezcla se determina el SLUMP utilizando elcono de Abraham

Continuando se pesa el molde de la probeta y tras ser aceitado(para evitar la adherencia de la mezcla), y nombrado el moldese coloca dentro de esta la mezcla en tres capas cada una deestas compactada con 25 golpes realizados con el empleo de unavarilla compactadora.

PROPIEDADES EVALUADAS DEL CONCRETO EN ESTADO FRESCO.

1. SLUMP:Obtenida la mezcla de concreto y estando en estado fresco, seprocedió a colocar 3 capas de concreto fresco en el Cono deAbrans; la primera capa se colocó a una tercera parte del volumendel cono apisonándolo por medio de una varilla de acero con 25golpes, la segunda hasta las dos terceras partes y por último seapisona y enrasa, durante dicho proceso el cono debe permanecerlo más quieto posible, ya que el ensayo puede fallar al mínimomovimiento. Luego se procede a retirar cono y determinar elvalor del asentamiento.

Medición del slump, (slump = 5 cm)


R


Además se puede observar una apariencia sobre gravosa

2. APARIENCIA: La apariencia que presenta la pasta es sobre gravosa es decir asimple vista se observa mayor presencia de agregado grueso

3. Peso Unitario de Concreto Fresco:

Terminado de la probeta

Procedimiento:

Ahora al tener compactada la probeta se procede aanalizar el peso unitario del concreto fresco del siguiendolos pasos:


R


Primeramente se registra el peso del molde al vacío.Luego se procede a colocar la mezcla de concreto en elmolde metálico para finalmente registrar su peso enconjunto. El volumen del molde se obtuvo a partir de susdimensiones

Pesamos la muestra en estado fresco, y la dejamos que seseque durante 24 horas.


PROPIEDADES MECANICAS EVALUADAS DEL CONCRETO EN ESTADOENDURECIDO

Resistencia a la Compresión:

Material y Equipo:


R

PROPIEDAD PROBETAW molde ( kg) 8.21

W molde + C° (kg) 24.32P.U.de C° (kg) 16.11


Máquina de Compresión Simple Moldes cilíndricos de 6” de diámetro por12” de altura.

Procedimiento: Elaborada la mezcla de concreto fresco, se procede a

colocarla en el molde metálico, distribuida en tres capascada una apisonada con 25 golpes por medio de una varilla deacero. Luego de un día se desmolda y se dejan curar en aguapor 7 días, tiempo por el cual la resistencia del concretodeberá alcanzar el 70% de su resistencia a los 28 días.Transcurrido el tiempo de curado se deja secar para luegoser sometidos al ensayo de compresión.

Etapa de fraguado de las probetas: se cubre con una bolsapara impedir la evaporación del agua de mezcla. Después deesta etapa se desencofra y se somete a un proceso decurado. Después de todo este proceso se evaluara suspropiedades mecánicas.

RESULTADOS DE ENSAYO:



R


LECTURA m m

1 1000 0.4 0.001 5.662 2000 0.55 0.002 11.323 3000 0.7 0.002 16.984 4000 0.8 0.003 22.645 5000 0.95 0.003 28.296 6000 1.08 0.004 33.957 7000 1.17 0.004 39.618 8000 1.29 0.004 45.279 9000 1.35 0.004 50.9310 10000 1.45 0.005 56.5911 11000 1.54 0.005 62.2512 12000 1.6 0.005 67.9113 13000 1.67 0.005 73.5714 14000 1.74 0.006 79.2315 15000 1.81 0.006 84.8816 16000 1.88 0.006 90.5417 17000 1.95 0.006 96.2018 18000 2 0.007 101.8619 19000 2.07 0.007 107.5220 20000 2.14 0.007 113.1821 21000 2.21 0.007 118.8422 22000 2.3 0.008 124.5023 23000 2.41 0.008 130.16

23.5 23500 2.42 0.008 132.99

NIVEL CARGA(KG) DEFORM . UNITARIA

ESFUERZO (kg/cm 2)

área resistente A = 176.71cm2 ; altura h = 305 mm

Grafica:


R

ESF.MAX =137 Kg/cm2

E uni.MAX =0.008Kg/cm2


CALCULO DE ESFUERZO ALCANZADO EN EL LABORATORIO:

Esfuerzo máximo alcanzado a los 7 días de edad: 121 kg/cm2

Necesitamos el esfuerzo alcanzado a los 28 días para lo cualinterpolamos.

F‘c a los 7 días = 70% f ‘c a los 28 días enlaboratorio

121=70 %f‘c28diasenlaboratorioEntonces: f‘c28diasenlaboratorio=172.86Kg/

cm2

Observación: 195.7 kg/cm2 se diferencia en más del 10% del f´cque es 250 kg/cm2, se podría deber a que solo el mortero fallo,pero el agregado a quedado intacto, y otra causa podría ser quesolo horas antes se puso la probeta al aire libre para el secado,por lo que se habría disminuido la resistencia de diseño.

CÁLCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD.

De la gráfica adjuntas de la probeta podemos encontrar así elmódulo de elasticidad.

E=Esfuerzolpe

Deformacionunitarialpe

E= 640.005

=12800 kgcm2

14. CONCLUSIONES


R


Se logró diseñar y determinar la resistencia del

concreto con y sin aditivo utilizando el método del

ACI, el aditivo redujo un buen porcentaje de volumen

de agua y también disminuyo la cantidad de cemento

Se elaboró una probeta para corroborar laspropiedades del concreto fresco y endurecido,también para comprobar las características dadaspara dicho diseño.

Lograr un diseño económico y favorable partiendo delas propiedades de los agregados estudiados yutilizados.


R


15. ANEXOSCALZADURA

La calzadura es un elemento que soporta carga vertical directamente y lo transmite a un estado inferior del suelo.El término también se ha generalizado para otro tipo de funciones y se emplea indistintamente para aquellas obras que se realizan con algunos de los propósitos siguientes:

a) Para consolidar la cimentación de una estructura existente. Tal es el caso de una estructura que ha sufrido asentamientos. Este caso es frecuente en edificaciones de valor arquitectónico o histórico que por estar cimentadas sobre terrenos que se consolidaron con el tiempo han sufrido asentamientos que comprometen su estabilidad y se requiere nivelar la estructura y detener los asentamientos.

b) Para darle mayor capacidad portante a la cimentación y podía requerirse buscar un estrato de suelo más resistente a mayor profundidad o reforzar la misma cimentación ampliándola.

c) Para protección de la propiedad vecina – edificaciones o

taludes – cuando se va a realizar excavaciones cercanas. En este

contexto las obras de calzadura tienen carácter temporal ya que

su función de contención o confinamiento será asumida

definitivamente por la nueva construcción.

1. TIPOS DE CALZADURAS

2.1 MUROS PANTALA


R


Son paredes construidas para efectuar una excavación profunda con la misión de resistir los empujes del terreno y limitar la entrada de agua al terreno.

APLICACIONES:

Sótanos de edificios.

Aparcamientos subterráneos.

Comunicaciones subterraneas(tuneles pozos).

Obras maritimas y portuarias (diques secos).

cimentaciones profundas.

FACTORES PARA SU USO

Características del suelo

Presencia de humedad

Altura de la excavación

Procedimiento de excavación

Medidas de Protección

Apuntalamiento

1.2 CALZADURAS :UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCApág. 41

R


Las calzaduras son estructuras provisionales que se diseñan y construyen para sostener las cimentaciones vecinas y el suelo de la pared expuesta, producto de lasexcavaciones efectuadas. Tienen por función prevenir lasfallas por inestabilidad o asentamiento excesivo y mantener la integridad del terreno colindante y de las obras existentes en él, hasta que entren en funcionamiento las obras de calzadura y/o sostenimiento definitivas.

DATOS PARA EL DISEÑO

Del terreno

o Perfil estratigráfico

o Características geotécnicas de las distintas

capas

De los edificios próximos

o Estado de conservación

o Tipo de estructura

De obras subterráneas próximas

o Situación y característica

De la obra que se proyecta

o Profundidad de excavación.

o Acciones de la estructura


R



R


Calzadura para protección de la propiedad vecina

Cabe diferenciar algunas formas de protección en función a la ubicación de la calzadura y a su exigencia estructural.

1. Aquella que se ejecuta dentro de los linderos del terreno por excavar, (fig.1a)

2. Aquella que se realiza en propiedad vecina, es decir fuera de los linderosdel terreno por excavar(fig. 1 b)

En el primer caso no sonpropiamente calzaduras,son pantallas decontención (fig.2 a)

Esta es la prácticausual en Norte América,Europa y en algunospaíses de Latinoamérica.

En la pantalla de contención no hay transferencia de carga vertical a los estratos profundos, en este aspecto, no son propiamente una calzadura. Para evitar la posibilidad de asentamientos verticales en las estructuras existentes, pordesplazamiento horizontal de la pantalla como consecuencia del empuje del suelo contenido, se depende exclusivamente de la rigidez lateral de la pantalla.

En segundo caso, cuando el profundizar en el terreno vecino, lo hacemos por debajo de una edificación existente,(fig. 2b) estamos construyendo realmente una calzadura, porque, porque además de los empujes laterales que existen vamos a tener que transmitir parcialmente la carga vertical de la cimentación existente a un estrato más bajo.


R


Las pantallas pueden ser de voladizo, apuntaladas o atirantadas, (fig. 3), pueden ser continuas o discontinuas.En este último caso, se aprovecha la capacidad del suelo para transmitir los empujes laterales por acción de arco a los nuevos soportes, (fig. 4).

Para la construcción de pantallas son numerosas las posibilidades que hay en el mercado y tienen características estructurales y constructivas muy diferentes. Entre las más empleadas están las tablestacas, las pantallas de concreto, las pantallas formadas por pilotes contiguos o secantes y las pantallas de poste – larguero. (fig. 5).

La elección de una determinada solución dependerá de su conveniencia, el Constructor deberá estudiar cada posibilidad considerando entre otros factores la altura de la excavación, las características del suelo y presencia deagua, la relación con edificios existentes y las características de su cimentación, los materiales disponibles, su capacidad de ejecución y equipamiento disponible el tiempo de ejecución y el costo.


R


1. CALZADURA EN CONGLOMERADO COMPACTOLa práctica de construir la calzadura fuera de los linderosdel terreno por excavar, es decir en propiedad vecina, es tradicional en el Perú, en Chile y en otros países.

Cabe preguntarnos si es correcto invadir la propiedad vecina. Evidentemente existen ventajas importantes para propietarios de la nueva construcción, entre ellas el ahorro de espacio al permitirle aprovechar el 100% de área del terreno y el control de asentamientos en la edificaciónexistente, con lo cual se está protegida la propiedad vecina.

En edificaciones en zonas urbanas donde el terreno cuesta mucho dinero, hay que buscar soluciones donde la pérdida de área útil se minimice y la construcción de una pantalla puede significar perder algunos decímetros en el perímetro de la propiedad.

El mayor inconveniente al invadir el terreno vecino, está en el perjuicio que causamos al vecino al dejarle en sus


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linderos, elementos estructurales que tendrá que retirar cuando quiera construir.

En todo caso, lo correcto es comunicar a los vecinos que seva a excavar y calzar usando su propiedad y eventualmente acordar con ellos algún tipo de compensación por el uso desu propiedad y por los costos en los que eventualmente tendrá que incurrir.

En el Perú, Lima, lo usual es construir una pantalla o muros continuos de concreto simple de espesor variable, (fig. 9).

Son numerosos los ejemplos de calzaduras exitosas y son realmente pocos los casos de problemas.

Los problemas muchas veces están ligados a la presencia de agua y al haber aplicado las recomendaciones usuales más allá de los límites establecidos sin tomar precauciones adicionales.UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCApág. 47

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2. PRECAUSIONES EN LA CALZADURA PROFUNDALa calzadura es una operación a menudo difícil y peligrosa por el estado tensional en condiciones estáticas y bajo sismo al que pueden ser sometidas y al hecho que dicho estado puede modificarse drásticamente, especialmente por la presencia de agua y por la vibración. Es un trabajo que debe ser realizado únicamente por especialistas.

Para llevar a cabo exitosamente una calzadura deben tomarselas precauciones siguientes en particular cuando las excavaciones tienen más de 6 a 8m de profundidad.

3. DISEÑO DE LA CALZADURAEs recomendable que antes de emprender trabajos de calzadura se analice el problema en la luz de las condiciones esperadas del suelo, de las características y ubicación de las edificaciones vecinas etc. Y se prepare unplano de calzadura y recomendaciones constructivas.

Las cargas sobre la calzadura-empuje lateral y cargas verticales-en cada uno de los puntos de excavación deberán ser evaluadas en función a las características del suelo, su contenido de humedad y la cercanía de cimentaciones existentes.

Conocimiento del suelo. Tanto para el diseño como para la ejecución de la calzadura es indispensable que se tenga conocimiento de las características del suelo, y estar atento a cualquier variación de éstas. En particular bolsones de arena.

Planificación. Planificar el proceso de excavación-calzadura-apuntamiento y de construcción de las obras definitivas de manera que sea un proceso secuencial lo más rápido posible.

Apuntalamiento. La calzadura, en particular en los frentes bajo o cercano a edificaciones existentes, debe apuntalarse. Considerar que la capacidad de la calzadura-


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pantalla de concreto simple-como muro de contención es limitada.

El apuntalamiento es esencial sobre todo cuando tenemos edificaciones vecinas ya sea que éstas estén al borde de laexcavación o estén mas retiradas, caso más peligroso porquela calzadura no cuenta con el beneficio de la carga vertical y trabajará solamente como pantalla con el empuje adicional del bulbo de presiones de la cimentación del edificio. Las recomendaciones de apuntalamiento deben ser parte del diseño de la calzadura. La carga de diseño de lospuntales debe ser estimada conservadoramente.

El empleo de apuntalamiento no sólo da seguridad a la calzadura sino que también puede reducir el costo sustancialmente al permitir espesores menores de calzaduras. En excavaciones profundas la longitud de los puntales de la calzadura puede llegar a ser considerable; el constructor debe evaluar la conveniencia del empleo de puntales robustos versus el empelo de puntales delgados a la luz de las necesidades de arriostre de éstos y las dificultades de obra. Es interesante comparar la práctica chilena, figuras 7 y8, con el apuntalamiento usual en nuestro medio, figura 16.


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Monitoreo. El proceso de excavación y calzadura requiere deun monitor permanente para detectar: desplazamientos, asentamiento – mediante control topográfico permanente – aparición de grietas de tensión o grietas en las edificaciones vecinas.

Agua. La presencia de agua aumenta tremendamente los empujes y puede traernos abajo una calzadura aún apuntalada.

En obra se debe estar siempre atento a la presencia de aguaen el suelo. En la pantalla de concreto debe creerse drenespara aliviar cualquier presión de agua que pueda presentarse.

Vibraciones. Las vibraciones pueden destruir la cohesión permanente que tiene el suelo de Lima y que es la que permite taludes casi verticales en el conglomerado. La pérdida de cohesión además de incrementar los empujes, dificulta el trabajo de calzadura y puede llevar a la necesidad de entibamiento de suelo.


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DISENO DE MEZCLAS

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