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