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Practica 20: Diseño de mezcla para un pavimento

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INTRODUCCIÓN

La Historia de los cementantes es tan antigua como la misma humanidad ya que la necesidad que ha tenido el hombre de construir su propia habitación así como las estructuras necesarias para su progreso ha constituido el factor principal en la búsqueda de materiales apropiados para ésta finalidad.

Los ejemplos más significativos son los griegos y romanos que usaron tanto la cal común como la cal hidráulica; los egipcios usaron el yeso, además de la cal; hasta que en 1824 Joseph Aspin retomó las ideas de Smeaton y descubrió el cemento Portland que es el principal elemento de el concreto, cuya mezcla se va a analizar en el siguiente informe.


OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar la cantidad de materiales para la elaboración del diseño de mezcla de un concreto que satisfaga los requerimientos de uso teniendo en cuenta economía y que cumpla con las especificaciones exigidas en determinada obra.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

  • Conocer y realizar un diseño de mezcla para la elaboración de un pavimento de 12 centímetros de espesor.
  • Diseñar una mezcla con el fin de que a los 28 días, el concreto presente una resistencia mayor de 21M Pa para una loza de 12 centímetros de espesor.
  • Aplicar y cumplir con las especificaciones dadas en las Normas Técnicas Colombianas para la elaboración de un diseño de mezcla de concreto.
BASE TEÓRICA

El conocimiento de las propiedades del concreto tanto en estado fresco como en estado endurecido tiene como finalidad primordial la de determinar el diseño de mezcla.

 

Para el proporcionamiento de los ingredientes de una mezcla de concreto se han sugerido muchos métodos, los más conocidos y aplicados son el método RNL (Road Note Laboratory) y el método americano ACI; el primero se usa cuando hay que efectuarle una optimización a los agregados disponibles y el segundo se utiliza cuando los agregados cumplen con las especificaciones granulométricas.

 

Las propiedades del concreto fresco se rigen por el tipo de estructura a fundir (vigas, muros, zapatas, etc.) y por las técnicas de colocación y transporte; así mismo, las propiedades del concreto en estado endurecido quedan especificadas por el ingeniero calculista ya que el proporciona datos tales como la resistencia a los esfuerzos, durabilidad y otros, para que respondan a las condiciones de los proyectos o de los reglamentos. Con estos dos grupos de requisitos y teniendo en cuenta además el grado de control que se ejerce sobre la obra, se puede determinar las proporciones de la mezcla.

 

Antes de dosificar una mezcla de concreto, además de conocer los datos de la obra o estructura que se va a construir y de las condiciones de transporte y colocación, también se deben conocer las propiedades de los materiales con los que se va a preparar la mezcla.

 

Se deben conocer datos esenciales para el diseño de mezcla, tales como la granulometría de los agregados, la densidad de los agregados, la humedad y absorción de los agregados, MUC de los agregados, el tamaño máximo nominal y el modulo de finura. Con esta información y por medio de tablas donde se encuentran tabuladas las especificaciones del diseño de mezclas se realizan los cálculos correspondientes para la ejecución de la obra. Después de calculados los volúmenes de cada uno de los materiales que se utilizan en un concreto, se realizan ajustes para preparar una mezcla prueba la cual nos indicará si cumple con los parámetros que requiere la obra; si por algún motivo no se cumple alguno de los requerimientos debido a peculiaridades que no se detecten en los ensayos corrientes que se efectúan a los materiales, se pueden hacer ajustes similares a los indicados hasta lograr los resultados deseados. Teniendo los volúmenes de los materiales del concreto; se hace el calculo para la mezcla de prueba, la cual se utilizarán cilindros donde se desarrollarán los ensayos de resistencia a la compresión. Todos los pasos que se mencionan en el siguiente diagrama se utilizan las tablas que rigen las Normas Sismoresistentes Colombianas. La secuencia de pasos para la dosificación de mezclas es:
 

Cuando se ha realizado el cálculo de las cantidades de cada material, se procede a la elaboración de la mezcla utilizando el ensayo de asentamiento; de aquí se llevan a los cilindros los cuales cumplen especificaciones técnicas y se vierten de concreto. Después de enrasados los cilindros, se deben llevar al sitio de almacenamiento donde van a estar en reposo libres de perturbaciones durante el periodo inicial de curado (Un día); como cumplimiento del curado inicial y antes de 30 minutos después de retirado del molde , se deben almacenar los cilindros en un ambiente húmedo. La humedad requerida de almacenamiento se puede lograr al sumergir los especímenes en agua.

 

A los 28 días de estar sumergidos en el agua, se llevan los cilindros a la maquina universal donde se evaluará la carga máxima que puede soportar. Los tipos de fallas que se pueden presentar en la evaluación de la resistencia son:
 
 

PROCEDIMIENTO

En el laboratorio, ya calculados los volúmenes de cada uno de los materiales a utilizar para un metro cúbico de concreto, se procede a realizar la mezcla de prueba utilizando valores específicos para cada cilindro donde se realiza una regla de tres calculando la cantidad de cada material para la realización de la mezcla de prueba. Se procede al pesaje de cada material y a la elaboración de la mezcla donde se combinan los materiales para lograr una pasta de concreto.

 

Se vierte el concreto en el cono de Abrams distribuyéndolo en tres capas y introduciendo una varilla que penetre ligeramente en la capa inferior con el objeto que la compactación se distribuya uniformemente sobre la sección transversal; al final de la tercera capa se nivela la superficie con el palustre y se retira la mezcla que cae alrededor del cono.

 

Luego se levanta el cono cuidadosamente en dirección vertical; una vez retirado el cono, la muestra sufre un asentamiento el cual se mide inmediatamente desde la altura del cono hasta la altura de la muestra; este proceso se conoce como el ensayo de asentamiento.

 

Al mismo tiempo se limpian y engrasan los cuatro cilindros para allí depositar la mezcla. Se dejan un día para un curado inicial; al día siguiente se desencofran y se introducen en el tanque lleno de agua donde se dejan por un tiempo de 28 días. A los 28 días se sacaron del tanque y se llevaron a la maquina universal donde se evaluó su carga máxima que podía soportar antes de fallar. Esta carga se divide por el área del cilindro dándonos la resistencia a la compresión de cada cilindro.
 
 

CONCLUSIONES

En el cálculo y elaboración de la mezcla la escogencia, la dosificación y la combinación de los materiales del concreto fue primordial ya que se realizó en base a un asentamiento escogido de 5 centímetros el cual fue igual al asentamiento real, por lo tanto se concluyó que el diseño de mezcla fue óptimo para el objetivo deseado.

 

Uno de los motivos principales del éxito fue la conservación de los agregados dentro de materiales plásticos o bolsas para que se mantuviera la humedad constante. Esta ayuda para hacer un cálculo correcto de la cantidad de agua a utilizar en el diseño de la mezcla.

 

La gradación y forma de las partículas de los agregados influyeron en buena proporción para obtener concreto fresco trabajable y al mismo tiempo en la obtención de concreto endurecido económico que cumplió con las diferentes propiedades; como ejemplo principal la resistencia a la compresión la cual evalúa la calidad del concreto y en la mayoría de los casos es suficiente para garantizar un buen comportamiento estructural.

Al realizar el ensayo de resistencia a la compresión en la máquina universal, dos cilindros presentaron falla tipo cono y los otros dos falla tipo corte. Al tomar el cilindro ensayado se pudo observar una buena distribución de los agregados, esto debido a la buena compactación adquirida al propinar la cantidad adecuada de golpes al cofre.

 

El proceso de curado fue indispensable para asegurar el desarrollo de los propiedades deseados de resistencia, durabilidad e impermeabilidad, ya que permite a los granos de cemento hidratarse totalmente para que no se produzca contracción y agrietamiento del concreto debido a los esfuerzos de tensión que se generan. En el caso particular de nuestro diseño se usa agua del acueducto y se dejaron los cuatro cilindros durante un tiempo de 28 días dentro de ella.
 

 

BIBLIOGRAFÍA

TECNOLOGÍA Y PROPIEDADES. Colección Básica del Concreto 1. Instituto del Concreto ASOCRETO. 2 ed. Colombia, 1997. p. 109, 127 – 136.

ICONTEC 396. Método de Ensayo para determinar el asentamiento del concreto.

ICONTEC 454. Hormigón fresco. Toma de muestras. (ASTM c. 172)

ICONTEC 504. Refrendado de cilindros de concreto.

NTC 550. (ASTM 031). Ensayo de resistencia para Fabricación y Curado.

NTC 673. (ASTM 039). Ensayo de Resistencia.

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