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FACULTAD DE
PROYECTO: “INFORME DE DISEÑO DE MEZCLAS- PRIMER CONCURSO INTERNO DE ROTURA DE
PRESENTACION
Existen en la actualidad una serie de métodos de diseño de pero para el
presente informe se realizó mediante el método ACI esperando obtener los
resultados deseados en y con el fin de ser partícipe de los eventos que se
promueven en la facultad Ing. Civil .
En el presente informe se explicará al detalle cada uno de los procesos
desarrollados.
PRACTICAS PREPROFESIONALES GRUPO: # 05
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INTRODUCCION.
El diseño de mezclas de concreto, es conceptualmente, la aplicación técnica y
práctica de los conocimientos científicos sobre sus componentes y la interacción entre
ellos, para lograr un material resultante que satisfaga de la manera más eficiente los
requerimientos particulares del proyecto constructivo.
Es usual el suponer que esta técnica consiste en la aplicación sistemática de
ciertas tablas y proporciones ya establecidas que satisfacen prácticamente todas las
situaciones normales en las obras, lo cual está muy alejado de la realidad, ya que es en
esta etapa del proceso constructivo cuando resulta primordial la labor creativa del
responsable de dicho trabajo y en consecuencia el criterio personal.
Un factor fundamental que debe hacernos reflexionar en la importancia de que
esta labor sea llevada acabo por profesionales consiste en la relación intrínseca que tiene
el concreto y su optimización en el resultado final de una obra. No nos basta tener un
buen proyecto estructural, excelente equipo, materiales adecuados y mano de obra
calificada si finalmente no logramos integrar todo esto mediante un diseño de mezcla
que preparado, aplicado y controlado eficiente en la obra nos procure el éxito.
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OBJETIVOS.
OBJETIVO GENERAL
Elaborar un diseño de mezcla de concreto que cumpla os requerimientos de
los parámetros establecidos en el concurso.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Realizar un diseño de mezclas empleando el método del ACI.
Obtener un concreto que alcance una resistencia promedio requerida mayor
a la especificada.
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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:
Selección de los ingredientes convenientes (cemento, agregados, agua y
aditivos).
Determinación de sus cantidades relativas “proporcionamiento” para
producir un, tan económico como sea posible, un concreto de trabajabilidad,
resistencia a compresión y durabilidad apropiada.
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.
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MARCO TEORICO.
DISEÑO DE MEZCLAS EN EL CONCRETO
1. DEFINICION.
El concreto es un material heterogéneo el cual esta compuesto por un material aglutinante
como el cemento Pórtland, material de relleno (agregados), agua, aire naturalmente atrapado o
intencionalmente incorporado.
2. CRITERIOS BASICOS PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS.
Es necesario enfocar el concepto de diseño de mezcla para producir un buen concreto tan
económico como sea posible, que cumpla con los requisitos requeridos para el estado fresco
(mezclado, transporte colocación, compactado y acabado, etc) y en el estado endurecido
(resistencia a la compresión y durabilidad, etc).
Es usual suponer que el diseño de mezclas consiste en aplicar ciertas tablas y
proporciones ya establecidas que satisfacen prácticamente todas las situaciones normales en las
obras, lo cual esta muy alejado a la realidad, ya que es en esta etapa el proceso constructivo
cuando resulta primordial la labor creativa del responsable de dicho trabajo y en consecuencia el
criterio personal.
Finalmente debemos advertir que la etapa del diseño de mezcla presenta solo el inicio de
la búsqueda de la mezcla mas adecuada para un caso particular y que esta necesariamente
deberá ser verificada antes de convertirse en un diseño de obra.
Antes de dosificar una mezcla se debe tener conocimiento de la siguiente información:
Materiales
Elemento a vaciar, tamaño y forma de las estructuras
Resistencia de la compresión requerida
Condiciones ambientales durante el vaciado
Condiciones a la que estará expuesta la estructura
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3. MATERIALES QUE INTERVIENEN EN EL DISEÑO DE
MEZCLA DE CONCRETO.
Agregados.
Este componente que ocupa entre el 60% – 75% de volumen de la mezcla, son
esencialmente materiales inertes de forma granular natural o artificial.
Los agregados empleados en la elaboración de concretos de peso normal deberán
cumplir con los requisitos de la norma ITINTEC.
En el caso de los agregados fino y grueso es importante conocer:
Perfil y textura superficial.
Análisis granulométrico.
Peso especifico de la masa.
Peso unitario suelto y compactado.
Porcentaje de absorción y contenido de humedad.
Perdida por abrasión, si el agregado va ser empleado para
pavimentos.
Presencia de materiales orgánicos.
Agua.
Este componente ocupa entre el 14% - 18% de volumen de la mezcla
Componente del concreto en virtud del cual, el cemento experimenta reacciones
químicas para producir una pasta eficientemente hidratadas, que le otorgan la
propiedad de fragua y endurecer con el tiempo.
Además este componente proporciona una fluidez tal que permita una trabajabilidad
adecuada en la etapa de colocado del concreto.
En caso de usar agua no potable es recomendable realizar un análisis químico.
Cemento.
El cemento es el principal componente del concreto y ocupa el tercer lugar del
volumen de la mezcla que es de 7% - 15%, presentando propiedades de adherencia y
cohesión.
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Tiene la propiedad de fraguar y endurecer solo con la presencia del agua,
experimentando con ella una reacción química proceso llamado hidratación.
Es importante conocer:
Tipo y marca de cemento.
Peso especifico del cemento.
Peso específico del material puzolanico si se trata de un cemento
combinado.
Superficie especifica del cemento.
Aire.
Aire natural o atrapado, usualmente entre 1% - 3% del volumen de la mezcla, están
en función a las características de los materiales que intervienen en la mezcla.
La presencia de aire en la mezclas tiende a reducir la resistencia del concreto por
incremento en la porosidad del mismo.
Aditivos.
Los aditivos se usan como ingrediente de concretos y morteros el cual se añade a la
mezcla inmediatamente antes o durante su mezclado con la finalidad de mejorar
puntualmente alguna propiedad del concreto tanto en estado fresco o endurecido.
Hay que tener en cuenta:
Tipo y marca de aditivo
Fecha de vencimiento
Efectos sobre las propiedades del concreto
Recomendaciones del empleo proporcionadas por el fabricante.
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4. PARAMETROS BASICOS EN EL COMPORTAMIENTO DEL
CONCRETO.
La Trabajabilidad.
Es una propiedad del concreto fresco que se refiere a la facilidad con que este puede ser
mezclado, manejado, transportado, colocado y terminado sin que pierda su homogeneidad
(exude o se segregue).
Los factores que más importantes que influyen en la trabajabilidad son los siguientes:
La gradación, la forma y textura de las partículas
Las proporciones del agregado
Cantidad del cemento
Aire incluido
Los aditivos
La consistencia de la mezcla
La Resistencia.
La resistencia a la compresión simple es la característica mecánica mas importante de
un concreto, pero otros como la durabilidad, la permeabilidad y la resistencia al desgaste son a
menudo de similar importancia.
La Durabilidad.
El concreto debe poder soportar aquellas exposiciones que pueden privarlo de su
capacidad de servicio tales como congelación y deshielo, ciclos repetidos de mojado y secado,
calentamiento y enfriamiento, sustancias químicas, ambiente marino y otras.
5. PASOS BASICOS PARA DISEÑAR UNA MEZCLA DE
CONCRETO.
Recaudar el siguiente conjunto de información.
o Materiales
o Elemento a vaciar, tamaño y forma de las estructuras
o Resistencia de la compresión requerida
o Condiciones ambientales durante el vaciado
o Condiciones a la que estará expuesta la estructura
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Determinar la resistencia requerida.
Esta resistencia va a estar en función a la experiencia del diseñador o la disponibilidad
de información que tenga el mismo, pero siempre vamos a tener que diseñar para algo mas de
resistencia de tal manera que solo un pequeño porcentaje de las muestras (normalmente el 1%
según el ACI) puedan tener resistencia inferiores a la especificada, como se muestra en la
siguiente figura
El comité ACI 318 - 99 muestra tres posibles casos que se podrían presentar al tratar de calcular
la resistencia requerida f’cr
Caso 1: Si se contarán con datos estadísticos de producción en obra así como resultados de la
rotura de probetas. En este caso, se utilizarán las siguientes fórmulas para calcular el f’cr
f 'cr = f 'c +1.34Ds (1)
f 'cr = f 'c + 2.33Ds -35 (2)
Donde:
f´c : Resistencia a la compresión especificada (Kg/cm² )
f´cr : Resistencia a la compresión requerida (Kg/cm² )
Ds : Desviación estándar en obra (Kg/cm²)
De ambos resultados se escogerá el mayor valor de las fórmulas, siendo este el f´cr requerido
con el cual vamos a diseñar.
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Caso 2: No contamos con suficientes datos estadídticos (entre 15 y 30 resultados). En este caso
se utilizarán las fórmulas anteriores, donde al valor de Ds se amplificará por un factor de
acuerdo a la siguiente tabla:
Entonces para calcular el f’cr tendremos:
f 'cr = f 'c +1.34(aDs)
f 'cr = f 'c + 2.33(aDs) -35
Donde: a = factor de amplificación
Caso 3: Contamos con escasos (menos de 15 ensayos) o ningún dato estadístico.
Para este caso el Comité del ACI nos indica aplicar la siguiente tabla para determinar el f’cr.
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Seleccionar el tamaño máximo nominal del agregado grueso (TNM).
La mayoría de veces son las características geométricas y las condiciones de refuerzo de las
estructuras las que limitan el tamaño máximo del agregado que pueden utilizarse, pero a la vez
existen también consideraciones a tomar en cuenta como la producción, el transporte y la
colocación del concreto que también pueden influir en limitarlo. El TNM del agregado grueso
no deberá ser mayor de uno de estos puntos:
1/5 de la menor dimensión entre las caras de encofrados.
3/4 del espacio libre mínimo entre barras o alambres individuales de refuerzo, paquetes
de barras, torones o ductos de preesfuerzo.
1/3 del peralte de las losas
Estas limitaciones a menudo se evitan si la trabajabilidad y los métodos de compactación son
tales que el concreto puede colocarse sin dejar zonas o vacíos en forma de panal.
Selección del asentamiento
Si el asentamiento no se encuentra especificado entonces se puede partir con los valores
indicados en la tabla 01 (Tipo de Estructura)
Determinación del contenido de aire
El ACI 211 establece una tabla que proporciona aproximadamente el porcentaje de
contenido de aire atrapado en una mezcla de concreto en función del tamaño máximo nominal
del agregado grueso. La tabla 03 indica la cantidad aproximada de contenido de aire atrapado
que se espera encontrar en concretos sin aire incluido. En el caso del contenido de aire
incorporado también presenta una tabla indicando valores aproximados en función además de
las condiciones de exposición, suave, moderada y severa. Estos valores señalados en la tabla 06
no siempre pueden coincidir con las indicadas en algunas especificaciones técnicas. Pero
muestra los niveles recomendables del contenido promedio de aire para el concreto, cuando el
aire se incluye a propósito por razones de durabilidad.
Determinación del volumen de agua
La cantidad de agua (por volumen unitario de concreto) que se requiere para producir un
asentamiento dado, depende del tamaño máximo de agregado, de la forma de las partículas y
gradación de los agregados y de la cantidad de aire incluido. La tabla 02 proporciona
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estimaciones de la cantidad de agua requerida en la mezcla de concreto en función del tamaño
máximo de agregado y del asentamiento con aire incluido y sin él. Según la textura y forma del
agregado, los requisitos de agua en la mezcla pueden ser mayores o menores que los valores
tabulados, pero estos ofrecen suficiente aproximación paro una primera mezcla de prueba. Estas
diferencias de demanda de agua no se reflejan necesariamente en la resistencia, puesto que
pueden estar involucrados otros factores compensatorios. Por ejemplo, con un agregado grueso
angular y uno redondeado, ambos de buena calidad y de gradación semejante, puede esperarse
que se produzcan concretos que tengan resistencias semejantes, utilizando la misma cantidad de
cemento, a pesar de que resulten diferencias en la relación a/c debidas a distintos requisitos de
agua de la mezcla. La forma de la partícula, por si misma, no es un indicador de que un
agregado estará por encima o por debajo del promedio de su resistencia potencial.
Seleccionar la relación agua/cemento
La relación a/c requerida se determina no solo por los requisitos de resistencia, sino
también por los factores como la durabilidad y propiedades para el acabado. Puesto que
distintos agregados y cementos producen generalmente resistencias diferentes con la misma
relación a/c, es muy conveniente conocer o desarrollar la relación entre la resistencia y la
relación a/c de los materiales que se usaran realmente. Para condiciones severas de exposición,
la relación a/c deberá mantenerse baja, aun cuando los requisitos de resistencia puedan
cumplirse con un valor mas alto. Las tablas 03 y 07 muestran estos valores limites.
Cálculo del contenido de cemento
Se obtiene dividiendo los valores hallados en los pasos (6)/(7)
Cálculo de los pesos de los agregados.
Está en función del método de diseño específico a emplear o basado puntualmente en alguna
teoría de combinación de agregados.
Presentar el diseño de mezcla en condiciones secas.
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Corrección por humedad del diseño de mezcla en estado seco
Hay que tener en cuenta la humedad de los agregados para pesarlos correctamente.
Generalmente los agregados están húmedos y a su peso seco debe sumarse el peso del agua que
contienen, tanto absorbida como superficial.
Peso agregado húmedo = Peso agregado seco (1 + Cont. humedad del agregado (%))
Cálculo del agua efectiva
El agua a utilizarse en la mezcla de prueba debe incrementarse o reducirse en una cantidad igual
a la humedad libre que contiene el agregado, esto es, humedad total menos absorción. Para esto
se utilizará la siguiente formula:
Aporte de humedad de los agregados = Peso agregado seco (% Cont. de humedad - %
absorción)
Entonces: Agua efectiva = Agua de diseño – Aporte de humedad de los agregados
Presentar el diseño de mezcla en condiciones húmedas.
Realizar tos ajustes a las mezclas de pruebas
Para obtener las proporciones de la mezcla de concreto que cumpla con las
características deseadas, con los materiales disponibles se prepara una primera mezcla de prueba
con unas proporciones iniciales que se determinan siguiendo los pasos que a continuación se
indican. A esta mezcla de prueba se le mide su consistencia y se compra con la deseada: si
difieren, se ajustan las proporciones. Se prepara, luego, una segunda mezcla de prueba con las
proporciones ajustadas, que ya garantiza la consistencia deseada; se toman muestras de cilindro
de ella v se determina su resistencia a la compresión; se compara con la resistencia deseada y si
difieren, se reajustan las proporciones. Se prepara una tercera mezcla de prueba con las
proporciones reajustadas que debe cumplir con la consistencia y la resistencia deseada; en el
caso de que no cumpla alguna de las condiciones por algún error cometido o debido a la
aleatoriedad misma de los ensayos, se pueden ser ajustes semejantes a los indicados hasta
obtener los resultados esperados.
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SECUENCIAS DE LOS PRINCIPALES MÉTODOS DE DISEÑOS DE
MEZCLAS:
MÉTODO ACI 211
Este procedimiento propuesto por el comité ACI 211, está basado en el empleo de tablas
confeccionadas por el Comité ACI 211; la secuencia de diseño es la siguiente:
a. Selección de la resistencia requerida (f’cr)
b. Selección del TMN del agregado grueso.
c. Selección del asentamiento TABLA 01.
d. Seleccionar el contenido de aire atrapado TABLA 03.
e. Seleccionar el contenido de agua TABLA 02.
f. Selección de la relación agua/cemento sea por resistencia a compresión o por
durabilidad. TABLAS 03 y 07.
g. Cálculo del contenido de cemento (e)/(f)
h. Seleccionar el peso del agregado grueso (TABLA 04) proporciona el valor de b/bo,
donde bo y b son los pesos unitarios secos con y sin compactar respectivamente del
agregado grueso).
i. Calcular la suma de los volúmenes absolutos de todos los materiales sin considerar el
agregado fino.
j. Cálculo del volumen del agregado fino.
k. Cálculo del peso en estado seco del agregado fino.
l. Presentación del diseño en estado seco.
m. Corrección del diseño por el aporte de humedad de los agregados.
n. Presentación del diseño en estado húmedo.
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Método del modulo de fineza de la Combinación de Agregados
Este método utiliza como base algunas tablas dadas por el ACI, la principal diferencia radica en
la forma en que se calcula los pesos de los agregados, por lo demás todo es similar al método
anterior; la secuencia de diseño es la siguiente:
a. Selección de la resistencia requerida (f’cr)
b. Selección del TMN del agregado grueso.
c. Selección del asentamiento TABLA 01.
d. Seleccionar el contenido de aire atrapado TABLA 03.
e. Seleccionar el contenido de agua TABLA 02.
f. Selección de la relación a/c sea por resistencia a compresión o por durabilidad
TABLAS 03 y 07.
g. Cálculo del contenido de cemento (e)/(f)
h. Cálculo del volumen absoluto de los agregados.
i. Cálculo del módulo de fineza de la combinación de los agregados. TABLA 03
j. Cálculo del porcentaje de agregado fino
% Agregado fino =
mg−mmg−mf
k. Cálculo de los pesos secos de los agregados.
l. Presentación el diseño en estado seco.
m. Corrección del diseño por el aporte de humedad.
n. Presentación del diseño en estado húmedo.
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TABLAS PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS
Tabla 01: Asentamientos recomendados para diversos tipos de estructuras
TIPO DE ESTRUCTURA
SLUMP
MINIMO
SLUMP
MAXIMO
Zapatas y muros de cimentación reforzados 3" 1"
Cimentaciones simples y calzaduras 3" 1"
Vigas y muros armados 4" 1"
Columnas 4" 2"
Muros y pavimentos 3" 1"
Concreto ciclópeo 2" 1"
Tabla 02: Contenido de aire atrapado
TNM del agregado grueso Aire Atrapado %
3/8” 3,0
½” 2,5
¾” 2,0
1” 1,5
1 ½” 1,0
2” 0,5
3” 0,3
4” 0,2
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Tabla 03: Volumen de agua por m²
AsentamientoAgua en lt/m³, para TNM agregados y consistencia indicadas
3/8” ½” ¾” 1” 1 ½” 2” 3” 6”
Concreto sin aire incorporado
1” a 2” 207 199 190 179 166 154 130 113
3” a 4” 228 216 205 193 181 169 145 124
6” a 7” 243 228 216 202 190 178 160 --
Concreto con aire incorporado
1” a 2” 181 175 168 160 150 142 122 107
3” a 4” 202 193 184 175 165 157 133 119
6” a 7” 216 205 187 184 174 166 154 --
Tabla 04: Relación agua/cemento por resistencia
f’c Kg/cm² Concreto con aire
incorporado
Concreto sin aire
incorporado
150 0,8 0,71
200 0,7 0,61
250 0,62 0,53
300 0,55 0,46
350 0,48 0,4
400 0,43
450 0,38
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Tabla 05: Peso del agregado grueso por unidad de volumen del concreto
TNM del
Agregado
Grueso
Volumen del agregado grueso seco y compactado por unidad de volumen
de concreto para diversos Módulos de Fineza del fino (b/bo)
2,40 2,60 2,80 3,00
3/8” 0,50 0,48 0,46 0,44
1/2" 0,59 0,57 0,55 0,53
3/4" 0,66 0,64 0,62 0,60
1" 0,71 0,69 0,67 0,65
1 ½” 0,76 0,74 0,72 0,70
2” 0,78 0,76 0,74 0,72
3” 0,81 0,79 0,77 0,75
6” 0,87 0,85 0,83 0,81
Tabla 06: Módulo de fineza de la combinación de agregados
TNM del
Agregado
Grueso
Módulo de fineza de la combinación de agregados el cual da las mejores
condiciones de trabajabilidad para distintos contenidos de cemento en bolsas/m3
(m)
6 7 8 9
3/8” 3,96 4,04 4,11 4,19
1/2" 4,46 4,54 4,61 4,69
3/4" 4,96 5,04 5,11 5,19
1" 5,26 5,34 5,41 5,49
1 ½” 5,56 5,64 5,71 5,79
2” 5,86 5,94 6,01 5,09
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3” 6,16 6,24 6,31 6,39
Tabla 07: Contenido de aire incorporado y total
TNM del Agregado
Grueso
Contenido de aire total ( % )
Exposición
Suave
Exposición
Moderada
Exposición
Severa
3/8” 4,50 6,00 7,50
1/2" 4,00 5,50 7,00
3/4" 3,50 5,00 6,50
1" 3,00 4,50 6,00
1 ½” 2,50 4,00 5,50
2” 2,00 3,50 5,00
3” 1,50 3,00 4,50
6” 1,00 2,50 4,00
Tabla 08
f’c Especificado F'cr (Kg/cm2)
< 210 f'c + 70
210 a 350 f'c + 84
> 350 f'c + 98
Tabla 09: Condiciones especiales de exposición
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PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO
1. Selección de los agregados
2. Pesado de los materiales para el diseño de mezcla(método de pesos)
Pesado del cemento
Midiendo el peso de los agregados
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3. Mezcla de los ingredientes para el concreto:
Como primer paso se llena los agregados y luego se añade el cemento y se mezclan
Luego se llena el agua
Se procede a mezclar hasta obtener una pasta trabajable
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4. Se empieza a llenar el concreto en la briquetas por tramos de un tercio de la altura y luego se compacta con una varilla con 25 golpes
También se enraza y se golpea los costados para eliminar el aire atrapado
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Culminamos con la preparación de las muestras y el acabado de la parte superior
Al día siguiente sacamos las muestras de los moldes y las dejamos permanentemente hidratados en el pozo
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DISEÑO DE MEZCLA
EL DISEÑO DE MEZCLA, ESTA ANEXA EN EL PDF EXTERIOR, POR FAVOR REVIZAR EL CONTENIDO.
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CONCLUSIONES:
- Para obtener un buen diseño de mezcla, se debe conocer bien las propiedades de sus componentes del Concreto.
- Una excelente mezcla, preparada con materiales seleccionados y adecuadamente dosificados no garantiza un buen Cº en el elemento estructural ya terminado.
- Finalmente es importante indicar que ningún método de selección de las proporciones, de los desarrollados hasta la fecha, es 100% válido por todos los casos.
- Existen varios métodos para hacer el diseño, pero el método más recomendable es el “Método de ACI”
- Se debe de optimizar el diseño, de acuerdo a las necesidades.
- Cual fuera el método empleado, así como el mayor o menor grado de refinamiento que se aplique en el concreto resultante debe siempre considerarse como un material de ensayo cuyas proporciones se establecen en función de los resultados de las experiencias de laboratorio y las condiciones de trabajo en obra.
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BIBLIOGRAFIA
- Laboratorio De Ensayo De Materiales – FIC – UNI Tecnología del concreto para Residentes, Supervisores y Proyectistas.
- Curso Supervisores 2002-UNI
- Tópicos De Tecnología Del Concreto Enrique Pasquel Carbajal
- Riva López Enrique; tecnología del concreto. Edit. aciperú 1998.
- Páginas de Internet detalladas en la carpeta de Internet.
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