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Materiales de Construccin
UNIVERSIDAD SAN PEDRO Tecnologa del Concreto
DISEO DE MEZCLAS DE CONCRETOMTODO WALKER
I. RESUMEN
La finalidad del presente es realizar el diseo de mezclas de concreto utilizando el mtodo de WALKER.Este mtodo requiere de una serie de operaciones previas, tales como determinar las propiedades fsicas de los materiales a usar:
Peso especfico de masa, grado de absorcin, contenido de humedad, mdulo de finura (agregado fino y agregado grueso). Tamao Mximo Nominal, peso seco compactado y como requisito primordial, el PERFIL (agregado grueso). Tipo, fbrica y peso especfico del cemento. Calidad del agua.
Una vez completado el diseo y determinadas las cantidades en peso de cada uno de los constitutivos del concreto se procedi con su preparacin, para luego determinar su slump y peso unitario (concreto fresco); posteriormente se efectu el vaciado en los moldes metlicos previamente engrasados.El concreto repos en el molde metlico por espacio de 24 horas, al cabo de las mismas las probetas fueron desmoldadas y sumergidas completamente en agua por 11 das, luego de ello se secaron al ambiente por 1 da.A los 12 das de vida, las probetas, fueron sometidas al Ensayo de Resistencia a la Compresin, previa determinacin de sus dimensiones y peso seco, considerando que a esta edad alcanza el 77.143% de la resistencia especificada a los 28 das.Cabe hacer notar que la preparacin del concreto se realiz manualmente, utilizando para ello una carretilla y una palana.
II. INTRODUCCIN
El concreto es un material heterogneo constituido principalmente de la combinacin de cemento, agua y agregados fino y grueso. El concreto contiene un pequeo volumen de aire atrapado, y puede contener tambin aire intencionalmente incorporado mediante el empleo de un aditivo.
El denominado Mtodo de WALKER se desarrolla debido a la preocupacin del profesor norteamericano Stanton Walker en relacin con el hecho de que, sea cual fuera la resistencia de diseo del concreto y por tanto su relacin agua/cemento, contenido de cemento y caractersticas del agregado fino, la cantidad de agregado grueso era la misma.
Considerando que la relacin fino-grueso debera variar en funcin del contenido de la pasta en la mezcla, as como del perfil y del TMN del agregado grueso, y que otro factor que debera ser considerado era la mayor o menor fineza del agregado fino, el profesor Walker desarroll una serie de tablas en donde consider esto ltimo, clasificando al agregado fino como fino, mediano y grueso. Igualmente se considera si el agregado grueso es de perfil redondeado o angular y, para cada uno de los dos casos, se considera cuatro alternativas de factor cemento. Todo ello permite encontrar un porcentaje de agregado fino que se considera como el ms conveniente en relacin al volumen absoluto total de agregado.
III. OBJETIVOS
Realizar el diseo de una mezcla de concreto usando el mtodo del WALKER, basndonos en una resistencia especificada fc =250 Kg/cm2 (resistencia requerida).
Determinar las propiedades tanto del concreto fresco (slump, peso unitario), como del concreto endurecido (esfuerzo de rotura, mdulo de elasticidad).
Evaluar la resistencia alcanzada por el concreto endurecido.
IV. ALCANCES
El presente trabajo pretende servir como un material de consulta referido a la aplicacin del mtodo de Walker para el diseo de mezclas de concreto; a todos los alumnos y personas en general interesados por el tema.
V. METODOLOGA
El mtodo empleado fue la prctica directa en laboratorio, en la cual el primer paso fue seleccionar los materiales a utilizar, determinar sus caractersticas, luego realizar el diseo de la mezcla de concreto, posteriormente prepararlo, determinar sus propiedades y evaluar e interpretar los resultados.
VI. ESPECIFICACIONES DE SERVICIO Y CARACTERSTICAS DE LOS MATERIALES.
1. ESPECIFICACIONES DE SERVICIO
a) Resistencia Especificada:
Fc = 210 Kg/cm2.
b) Usando el criterio 2 (dado en clase).
Cuando se tiene registros de resistencias de probetas correspondientes a obras y proyectos anteriores, puesto que ya hemos realizado trabajos anteriores; podremos utilizar este criterio y la tabla que nos ofrece: V
fcfcr
Menos de 210fc+70
210 350fc+84
>350fc+98
c) Concreto Normal NO expuesto a condiciones severas.
2. CARACTERSTICAS DE LOS MATERIALES
a) Cemento Portland Tipo I SOL Peso especfico = 3.15 gr./cm3.
b) Agua Potable
c) Agregados:
PROPIEDADESA. FINOA. GRUESO
TAMAO MXIMO-1
TAMAO MXIMO NOMINAL-1
PESO ESPECFICO DE MASA (gr/cm3)2.622.43
ABSORCIN (%)3.091.05
CONTENIDO DE HUMEDAD (%)8.301.34
MDULO DE FINURA2.8637.55
PESO U. S. COMPACTADO (Kg/m3 )-1533.96
PERFILanguloso
VII. DESARROLLO DEL MTODO DE WALKER
1. Clculo de f'cr. Tomando en cuenta el criterio 2 sabemos que:
2. Determinacin del TMN del Agregado Grueso.
Por lo tanto: TMN = 3/4 Perfil redondeado3. Determinacin del Slump.Consistencia fludica
Slump: 3 4
4. Determinacin la cantidad de agua de mezclado.Agregado angular.Volumen de Agua de Mezcla = 185l/m3
5. Determinacin del contenido de aire.
Volumen de aire = 2%
6. Determinacin de la relacin a/c.
a). Por Resistencia
Interpolando:300----------------- 0.55 294------------------ X250----------------- 0.62
X=0.56 A/C = 0.56
NOTA: Por ser un concreto NO expuesto a condiciones severas, slo se determinar la relacin agua/cemento por Resistencia, mas no por Durabilidad.
7. Clculo del factor cemento (FC).
FC = 330 Kg./m3 = 7.8 Bls/m3
8. Clculo de Volmenes Absolutos (cemento, agua, aire). Cemento = = 0.105 m3 Agua de mezcla = = 0.185 m3 Aire = 2 %= 0.020 m3---------------
absolutos= 0.310 m3
9. Clculo de Volumen Absoluto del Agregado Global. A. Global = 1 0.310 = 0.690
A. Global = 0.690 m3
10. Determinacin del Grado de Incidencia del A. Fino en el A. Global. (Tabla Walker dada en clase)
Interpolando:
TMNFACTOR DE CEMENTOMF(AF)
77.88
135332.035
2.530
38362.605
% A.F. = 35.65 %
11. Determinacin del Volumen absoluto del agregado.
A.F. = (35.65/100)* 0.690 m3 = 0.246 m3 A.G. = (0.6435/100)* 0.690 m3 = 0.444 m3
12. Clculo del Peso Seco de los Agregados. Agregado fino= (0.246)*(3.26)*1000) = 801.96 Kg./m3
Agregado grueso= (0.449) * (2.62*1000) = 1176.38 Kg./m3
13. Determinacin de los Valores de Diseo en el Laboratorio.
Cemento = 330 Kg./m3 Agua de mezcla = 185 lts./m3 Agregado fino = 801.96 Kg./m3 Agregado grueso =1176.38 Kg./m3
14. Correccin del Diseo por humedad de los agregados.
a). Determinacin del Peso Hmedo de los Agregados.Peso hmedo = Peso seco * (1 + w%)
Agregado fino= (801) * (1.0624) = 850.98 Kg./m3
Agregado grueso=(1176)*(1.0030) = 1179.53 Kg./m3
b). Determinacin de la humedad superficial de los Agregados.
Humedad Superficial = w% Ab%
Agregado fino= 6.24 %- 1.01% = 5.23 % Agregado grueso= 0.30%-0.55% = -0.25 %
c). Clculo del aporte de agua por humedad superficial de los agregados.
Aporte de agua = Peso seco * Humedad superficial
Agregado fino= 801 * (5.23/100) =-41.89 lts./m3 Agregado grueso= 1176 * (-0.25 /100) = -2.94 lts./m3 -------------------------------
Aporte de agua= 38.95 lts./m3
Agua Efectiva = 185 (38.95) = 146.05 lts/m3
Agua Efectiva = 146.05 lts./m3
15. Determinacin de Valores Corregidos de los constitutivos del Concreto o al pie de obra
Cemento = 330 Kg./m3 Agua Efectiva = 146.05 lts./m3 Agregado fino = 850.98 Kg./m3 Agregado grueso=1179.53 Kg./m3
16. Dosificacin en Obra.En laboratorio:
1: 2.58 : 3.58 / 18.88 lts./Bls
17. Determinacin de Valores Corregidos de los constitutivos del Concreto para 02 Probetas ( = 0.015 m3).
Cemento = 430*0.015= 6.40 Kg. Agua Efectiva = 229.983*0.015 lts.=3 lts. Agregado fino= 664.196*0.015= 9.963=10 Kg Agregado grueso= 933.237*0.015=13.99 Kg.=14 Kg
Al realizar la prctica agregamos por mala medicin 250 ml ms, no afectando al final en el resultado esperado.
VIII. PROCEDIMIENTO REALIZADO EN LABORATORIO EQUIPO:
Probetas estndar Cono de Abrams Varilla Compactadora de acero de 5/8 de dimetro por 80 de longitud Carretilla Aceite Palana Todos los elementos que intervienen para la mezcla previamente calculados.
Fig. N01: Cono de Abrams y Probetapara agregarle agua necesaria a la mezcla
Fig. N02: Carretilla, que sirvi para la mezcla de los agregados, agua y el cemento.
IX. PROCEDIMIENTO: Se extrajo material de la cantera Tartar Chico, en la cantidad aproximada. Escogemos el agregado grueso, teniendo en cuenta el tamao mximo nominal; es decir tamizamos por la malla de 1 para escoger lo que queda en la malla.
Fig. N 03: Tamizando el agregado grueso
Se pes el agregado fino, el agregado grueso y el cemento en las proporciones requeridas.
Fig. N 04- 05-06: Registrando el peso de: agregado fino, agregado grueso y de cemento, respectivamente.
Se mezcl en la carretilla el agregado fino, el agregado grueso, el cemento y el agua. Los tres primeros se mezclaron bien para luego hacer un pequeo hoyo o espacio para agregarle agua a la mezcla en este caso 3 1/2 lts. En nuestro caso le agregamos 250ml ms por una mala medicin.
Fig. N 07: Mezclando agregados fino y grueso
Fig. N 08- 09: Mezclando agregados con cemento
Fig. N 10: Finalmente, se agreg el agua, en su cantidad calculada
Fig. N 11: se mezcl homogneamente, para terminar el proceso de mezclado
Clculo del slump: Se procedi a aadir la mezcla en el cono de Abrams, chuzndolo con una varilla de acero, primero una tercera parte la cual fue compactada con 25 golpes, luego se agreg un poco ms de mezcla hasta las 2/3 partes, compactndolo tambin con el mismo nmero de golpes y finalmente se llen hasta el ras y compacto.
Fig. N 12: Colocando la mezcla en el Cono de Abra1 etapa de compactacin (25 golpes)
Fig. N 13: segunda etapa de compactacin (25 golpes)
Fig. N 14: Tercera etapa de compactacin (25 golpes)
Se enrazo ayudndonos con una varilla de acero, luego se procedi a desmoldar.
Fig. N 15-16: Enrazando la mezcla en el cono y desmoldando la mezcla.
Finalmente se midi el slump con ayuda de una wincha.
Fig. N 17-18 midiendo el slump. (fludico)
aadimos la mezcla en los moldes, en tres capas por molde, a cada capa se le compact con una varilla de acero imprimiendo 25 golpes por capa, evitando exudacin o sangrado.
Fig. N 19-20-21: las tres etapas de compactacin en agregar el concreto a los moldes de acero (25 golpes por etapa)
Se enrazo el molde con ayuda de una varilla de acero.
Fig. N 22: enrazando el concreto con ayuda de la varilla compactadora.
Se registr el peso de cada una de las probetas, para obtener el peso especfico del concreto fresco.
Fig. N 23-24: Registrando el peso del concreto en estado fresco Luego se dej secar por 24 horas, para luego ser sumergidas en agua (fraguar) durante 8 das, como hubo das no laborables, el tiempo de fraguado fue de 12 das.
Luego de los 12 das se procedi a ensayar en la mquina de compresin para verificar si se lleg a la resistencia diseada en la estructura del concreto anteriormente calculada. Y previamente se registr el peso el concreto en estado endurecido.
Fig. N 25: registramos el peso de las probetas en estado endurecido
Fig. N 26: Sometimos a cada una de las probetas en la mquina a compresin del concreto para comprobar la resistencia
VIII. DETERMINACIN DE LAS PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO Y DEL CONCRETO ENDURECIDO
1. PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO
a) Slump
En teora el Slump alcanzado deber estar entre 5 y 7.El Slump determinado con la prueba del Cono de Abrams es 6.b) Peso Unitario
PROBETAW (molde)W (molde + concreto fresco)W (concreto fresco)Volumen del moldePe (concreto fresco)
(gr)(gr)(C)(cm3)(gr/cm3)
11117424580134065301.4382.53
21127024470132005301.4382.49
Promedio 2.51
c) Segregacin
El concreto elaborado tiene una segregacin LEVE, casi NULA.
d) Exudacin
La exudacin, en el concreto elaborado no se produjo.
2. PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO
a) Peso del concreto endurecido
PROBETAW (concreto endurecido)(gr.)Volumen del molde(cm3)Pe (concreto endurecido)(gr/cm3)
1128355301.4382.42
2130855301.4382.47
Promedio 2.45
b) Esfuerzo Mximo y Mdulo de ElasticidadPara determinar estas caractersticas presentamos a continuacin los datos obtenidos en los ensayos de resistencia a la compresin de cada una de las probetas, as como sus grficas respectivas
Probeta 01
Tiempo =4..753 minL (mm.)d (mm.)rea (cm2)
Vel. Carga = 7.57 Tn/min.300150176.71
PuntoCargaDeformacinEsfuerzoDeformacin
(Kg.)Total (mm.)(Kg./cm2)Unitaria
110000.015.65898930.000033
220000.0311.31797860.000100
330000.1616.97696790.000533
440000.3522.63595720.001167
550000.5028.29494650.001667
660000.6933.95393580.002300
770000.8839.61292510.002933
880001.0045.27191440.003333
990001.1250.93090370.003733
10100001.2256.5898930.004067
11110001.3562.24888230.004500
12120001.4367.90787170.004767
13130001.5673.5668610.005200
14140001.6479.22585030.005467
15150001.7084.88483960.005667
16160001.7690.54382890.005867
17170001.8196.20281820.006033
18180001.87101.8618070.006233
19190001.95107.5207970.006500
20200002.00113.1797860.006667
21210002.06118.8387750.006867
22220002.10124.4977650.007000
23230002.14130.1567540.007133
24240002.18135.8157430.007267
25250002.22141.4747330.007400
26260002.26147.1337220.007533
27270002.30152.7927110.007667
28280002.34158.4517010.007800
29290002.38164.110690.007933
30300002.42169.7696790.008067
31310002.46175.4286680.008200
32320002.50181.0876580.008333
33330002.54186.7466470.008467
34340002.56192.4056360.008533
35350002.57198.0646260.008567
36360002.58203.7236150.008600
Fecha de Preparacin:21/08/2010Edad: 14 Das
Fecha de Ensayo:04/08/2010
Grfica De La Probeta N1
NOTA: los primeros 4 puntos se descartan por ser la deformacion de la mordaza
AJUSTE PROBETA N1
Por teora dada en clase se nos pide que la grfica esfuerzo deformacin del concreto se asemeje a una parbola ajustando los datos para este caso y para tener una visin de cmo nos debera haber salido.
Despreciamos los 4 primeros puntos por mostrarnos la deformacin de la mordaza, pero la carga si va a afectar al concreto por ende:
Probeta 01
PuntoEsfuerzoDeformacin
(Kg./cm2)Unitaria
50.00000.000000
615.00000.000633
725.00000.001267
839.00000.001667
945.00000.002067
1056.58990.002400
1162.24890.002833
1267.90790.003100
1373.56690.003533
1479.22590.003800
1584.88480.004000
1690.54380.004200
1796.20280.004367
18101.86180.004567
19107.52080.004833
20113.17980.005000
21118.83880.005200
22124.49780.005333
23130.15680.005467
24135.81570.005600
25141.47470.005733
26147.13370.005867
27152.79270.006000
28158.45170.006133
29164.11070.006267
30169.76970.006400
31175.42870.006533
32181.08770.006667
33186.74660.006800
34192.40560.006867
35198.06460.006900
36203.72360.006933
37198.06460.007446
38192.40560.007600
39186.74660.007754
40181.08770.007908
GRFICA AJUSTADA PROBETA N1
MODULO DE ELASTICIDAD
METODO TEORICO (fc a los 12 dias = 192.850 kg/cm2)
METODO PRCTICO
Probeta 01
Tiempo =4.165 minL (mm.)d (mm.)rea (cm2)
Vel. Carga = 9.12Tn/min.300150176.71
PuntoCarga(Kg.)Deformacin Total (mm.)Esfuerzo(Kg./cm2)Deformacin Unitaria
110000.125.65900.000400
220000.3211.31800.001067
330000.6116.97700.002033
440000.7822.63600.002600
550000.9228.29490.003067
660001.833.95390.006000
770001.1739.61290.003900
880001.2445.27190.004133
990001.3450.93090.004467
10100001.4256.58990.004733
11110001.5162.24890.005033
12120001.5967.90790.005300
13130001.6773.56690.005567
14140001.6879.22590.005600
15150001.7384.88480.005767
16160001.7890.54380.005933
17170001.8296.20280.006067
18180001.87101.86180.006233
19190001.93107.52080.006433
20200002.02113.17980.006733
21210002.05118.83880.006833
22220002.12124.49780.007067
23230002.13130.15680.007100
24240002.19135.81570.007300
25250002.23141.47470.007433
26260002.28147.13370.007600
27270002.32152.79270.007733
28280002.36158.45170.007867
29290002.4164.11070.008000
30300002.46169.76970.008200
31310002.49175.42870.008300
32320002.55181.08770.008500
33330002.59186.74660.008633
34340002.62192.40560.008733
35350002.66198.06460.008867
36360002.83203.72360.009433
37370002.85209.38260.009500
38380002.89215.04160.009633
Fecha de Preparacin:21/08/2010Edad: 14 Das
Fecha de Ensayo:04/08/2010
Grfica De La Probeta N2 NOTA: los primeros 4 puntos se descartan por ser la deformacion de la mordaza
AJUSTE PROBETA N2
Por teora dada en clase se nos pide que la grfica esfuerzo deformacin del concreto se asemeje a una parbola ajustando los datos para este caso y para tener una visin de cmo nos debera haber salido
Despreciamos los 4 primeros puntos por mostrarnos la deformacin de la mordaza, pero la carga si va a afectar al concreto por ende:
Probeta 01
PuntoEsfuerzoDeformacin
(Kg./cm2)Unitaria
50.00000.000000
615.00000.000533
725.00000.000833
839.00000.001067
945.00000.001400
1056.58990.001667
1162.24890.001967
1267.90790.002233
1373.56690.002500
1479.22590.002533
1584.88480.002700
1690.54380.002867
1796.20280.003000
18101.86180.003167
19107.52080.003367
20113.17980.003667
21118.83880.003767
22124.49780.004000
23130.15680.004033
24135.81570.004233
25141.47470.004367
26147.13370.004533
27152.79270.004667
28158.45170.004800
29164.11070.004933
30169.76970.005133
31175.42870.005233
32181.08770.005433
33186.74660.005567
34192.40560.005667
35198.06460.005800
36203.72360.006367
37209.38260.006433
38215.04160.006567
39209.38260.006805
40203.72360.006984
41198.06460.007163
42192.40560.007341
GRFICA AJUSTADA PROBETA N2
MODULO DE ELASTICIDAD
METODO TEORICO (fc a los 12 dias =192.850 kg/cm2)
METODO PRCTICO
PROMEDIO DE LAS TRES MUESTRAS: Carga de rotura promedio = 36.00 Tn. Esfuerzo de rotura promedio = 209.382 kg/cm2. Mdulo de elasticidad promedio 44192.0396 kg/cm2. fc deseado= 250 Kg/cm2 fc obtenido = 271.431 Kg/cm2MODO DE FALLA
Probeta 1Probeta 2
Las probetas ensayadas fallaron de acuerdo a lo esperado, se noto dentro de la ruptura de las mismas que el agregado no fallo sino la pasta, lo que nos hara pensar que los agregados poseen una buena resistencia. El tipo de falla se dio en un ngulo aproximado de 45 ante la accin de una carga gradual.
Fig. N 12: Se observa q fallo la pasta y en menor proporcin el agregado
X. CUADRO RESUMEN:PROPIEDADVALORES
Valores Corregidos de Diseo Cemento = 430 Kg./m3 Agua Efectiva = 229.983 lts./m3 Agregado fino = 664.196 Kg./m3 Agregado grueso = 933.237 Kg./m3
Dosificacin1: 1.54: 2.17 / 22.73 lts./bls
Slump6 pulg.
Peso Unitario Concreto Fresco2510 Kg./m3
Peso del Concreto Endurecido2450 Kg./m3
fc Promedio (12 das)192.850 Kg./cm2
fc Promedio (28 das)271.43 Kg./cm2
Mdulo deElasticidadA los 13 dasDe la Grfica
44192.0396 kg/cm2.
Segn RNC
XI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESConclusiones: Utilizando el mtodo WALKER, se ha diseado una mezcla de concreto para una resistencia especificada fc = 250 Kg. /cm2, habindose alcanzado una resistencia estimada a los 28 das de 271.43 Kg./cm2. La realizacin del diseo y la elaboracin del concreto han sido realizados con el mayor cuidado. La determinacin de las propiedades del concreto fresco como del concreto endurecido se muestran, en forma sucinta, en el cuadro resumen mostrado en la pgina anterior. El valor de la resistencia alcanzada por el concreto est por encima del valor de la resistencia especificada (requerida), habindose alcanzado un 9% ms de lo deseado. Pero est dentro de lo permisible puesto que puede variar un +- de las resistencia especificada. El mtodo Walker nos proporcion una mezcla menos sobregravosa que el mtodo ACI, nos brind una consistencia ms equilibrada y lo hemos podido notar en el momento de elaborar la pasta y en el momento de ensayar las probetas.
Recomendaciones: Se recomienda cambiar de posicin a la probeta durante su secado para una distribucin homognea del W% en toda su estructura, antes de someterla a la prueba de compresin simple, y al momento de colocar la probeta en posicin dentro de la prensa, asegurarse que el extremo con mayor W% este en la parte superior de la posicin; para obtener resultados ptimos. Proporcionar el equipo adecuado para este tipo de ensayo, como son: guantes, guardapolvos o mamelucos, filtros de aire (mascarilla).
XII. BIBLIOGRAFA USADA
a. Riva Lpez, Enrique2000NATURALEZA Y MATERIALES DEL CONCRETO.Edit. ACI. Per.b. Riva Lpez, Enrique1990DISEO DE MEZCLAS Per.c. Copias del curso.
Diseo de mezcla Mtodo Walker Pgina | 2