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TRABAJO FINAL LABORATORIO DE MATERIALES: DISEÑO DE UNA MEZCLA DE CONCRETO HIDRÁULICO Y UNA MEZCLA DE MORTERO

Presentado por: VIVIANA MEDINA MARIA FERNANDA MENESES VANESA RUBIANO BORJA YESICA JORDAN VIDAL JUAN CARLOS PALOMARES OSCAR IVAN MARCILLO YEISON ANDRES DIAZ DANIEL CAMILA

Presentado a: INGENIERO HENRY MUÑOZ Universidad del Cauca Facultad Ingeniería Civil Programa de Ingeniería Civil Laboratorio de Materiales Popayán, Cauca Junio 2016

1

INTRODUCCIÓN

Las construcciones de obras civiles exigen un sin número de restricciones adecuadas a su funcionamiento, localización, método de construcción y tiempo que debe durar dependiendo si es un pavimento, edificación, etc. Los materiales de construcción juegan el papel más importante referido a la resistencia, durabilidad y manejabilidad de una obra civil, dependiendo de la granulometría, la textura y forma, la relación agua cemento de la mezcla, los agregados a utilizar (artificiales o naturales), se logra determinar las características que presentara dicha obra. El proyecto final del laboratorio de materiales consiste en la elaboración de un concreto hidráulico y una mezcla de mortero, entendiendo que este es el resultado de la mezcla de cemento, agregados pétreos finos y gruesos y agua que tiene como destino la elaboración de pisos, tuberías, banquetas y pavimentos. El concreto hidráulico es el más indicado para la construcción de pavimentos debido a que su impermeabilidad y resistencia son altas.

2

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL 

Diseñar una mezcla de concreto hidráulico para la construcción de un edificio y diseñar la dosificación necesaria para un mortero que será usado para pega de ladrillo.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Diseñar una mezcla de concreto hidráulico, la cual va a ser utilizada en la construcción de un edificio con en la ciudad de Popayán, la forma de colocación será manual y la compactación mediante vibrador de aguja, se requiere que el concreto garantice una resistencia a la compresión F´c a los veintiocho (28) días de 23 MPa, la empresa que va a realizar la obra garantiza que para los mismos agregados cuenta con un coeficiente de variación del concreto igual al 7% y han realizado un total de 36 ensayos.



Realizar la dosificación de un mortero que va a ser usado para pega de ladrillo, la resistencia a la compresión que debe garantizar es de 24 MPa y la fluidez debe estar dentro del rango de 80 - 100%, se conoce que el constructor cuenta con un coeficiente de variación V=7% y ha realizado 35 ensayos para los mismos materiales.

3 3.1

PROCEDIMIENTO

DOSIFICACIÓN DE UNA MEZCLA DE CONCRETO 1. Se necesita diseñar una mezcla de concreto hidráulico, la cual va a ser utilizada en la construcción de un edificio con en la ciudad de Popayán, la forma de colocación será manual y la compactación mediante vibrador de aguja, se requiere que el concreto garantice una resistencia a la compresión F´c a los veintiocho (28) días de 23 MPa, la empresa que va a realizar la obra garantiza que para los mismos agregados cuenta con un coeficiente de variación del concreto igual al 7% y han realizado un total de 36 ensayos. El TMN no tiene problemas con las secciones de las vigas y columnas

Se requiere de concreto sin aire incluido y no se solicitan condiciones especiales de durabilidad. Realizar el diseño de mezcla de concreto hidráulico que garantice los requerimientos de durabilidad, resistencia, economía y manejabilidad. Por cada mezcla de prueba se deben realizar como mínimo 2 cilindros de diámetro 15cm a los 7 y 28 días, asi como el ensayo de asentamiento Tabla 1. Características de los materiales

Agregad o grueso Agregad o fino Cement o Agua

%a tomar agregad o fino

-

%a tomar agregad o grueso 40

1,550

3,11

-

60

-

0,88

-

-

-

-

1

-

-

-

Tamaño máximo nominal (mm)

%abso rción (%)

Masa unitaria suelta (kg/dm3)

Módu lo de finur a

2,545

Tama ño máxi mo (mm) 25

19

1,16

1,410

2,75

-

-

2,94

2,9

-

-

1

-

-

Densidad aparente seca (kg/dm3)

Módulo de finura Modulo de finura= ❑ ❑ Modulo de finura=3,11

-

El material que usaremos es ligeramente grueso debido a que el módulo de finura se encuentra entre los valores 2.90 y 3.20. Ajuste granulométrico Para concretos que se compactan manualmente o con vibración normal, se recomienda usar la curva basada en el criterio de weymouth. Según el tamaño máximo del agregado grueso usaremos. Tabla 2. Ajuste granulométrico con asocreto Granulometria Tamiz

% pasa Agregad o fino

1” ¾ ½ 3/8 #4 #8 #16 #30 #50 #100 #200

100 99 98 97 91 82 63 41 14 4 2

% pasa Agregad o Grueso 100 84 27 8 0,5 0,2

Curva Asocreto % Pasa Min

% Pasa Max

100 85 68 58 40 27 18 13 9 6 0

100 90 78 71 56 44 34 27 21 17 0

Curva ajustad a % pasa

100 93 70 61 56 1

Curvas ajustadas: -

Agregafo fino: 60% Agregado grueso: 40%

1. Asentamiento: El asentamiento que se debe lograr es de 80 mm según las normas de INVIAS. 2. Chequeo de tamaño máximo nominal: Indica que cumple con el chequeo de tamaño máximo nominal 3. Estimación del agua de mezcla

De acuerdo con la tabla de concretos sin aire incluido, el tamaño máximo nominal y el asentamiento escogido seria: Agua = 200 kg/m3 4. Resistencia de dosificiación de la mezcla (Frr) Frc= 23 Mpa V=7% Coeficiente=1 - Criterio A:

(

Frr=

Frr=

(

Fr−3,5 2,33∗v∗coeficiente 1− 100

23 −3,5 2,33∗7∗1 1− 100

)

)

Frr =19,76 Mpa Criterio B

Frr=

Frr=

( (

Fr 1,34∗v∗coeficiente 1− 100 23 1,34∗7∗1 1− 100

)

)

Frr =25,38 Mpa

Luego la resistencia requerida será 25,38 Mpa 5. Selección relación agua cemento Resistencia requerida a los 28 dias= 25,38 Mpa -

Decreto 1400 indica: 685.14 RC 28 dias= A 7.69c

28.28=

68.514 A

7.69 c A =0,488 c Relación agua cemento = 0.488 6. Calculo de cemento: A c= A C 200 c= 0.488 kg c=408,16 de ccto m3 7. Calculo de agregados: volumenabsoluto de los agregados( dm 3) =1000 dm3−VAagua −VAcemento 408,16 kg 200 kg − volumenabs ( dm3) =1000 dm3− 1.0 Kg / dm 3 2.99 kg /dm 3 volumenabs ( dm3) =663,492 dm 3 100 gravedad ponderada= 40 60 + 2,75 2,545 gravedad ponderada=2,66 kg /dm 3

Masa de los agregados= 1764.89 kg/ m3 ccto Masa seca del agregado fino= 1056,13 kg/m3 ccto Masa seca del agregado grueso= 704, 09 kg/m3 ccto 8. Proporciones iniciales en masa seca (masa seca de agregados) Tabla 3. masas, volúmenes y proporciones teóricas para un metro cubico de concreto

Masa material(kg) Volumen abs material Proporciones iniciales

Agua

Cemento

200 200 0.49

408,16 140,74 1

Agregado Fino 1056,13 304,05 2,59

Agregado Grueso 704,09 276,11 1,73

HASTA AQUÍ LO PASE, LA VERDAD NO ENTENDI YA BIEN LOS VALORES DE LAS HOJAS

Proporciones teóricas a usar= 0.49:1:2.59:1.73 Volumen de mezcla: 17.7 dm3 slump= 1* 5,5 dm3= 5.5.dm3 Cilindros = 2*5,3dm3 = 10.6dm3 Sumatoria de volúmenes de mezcla= 5,5 dm3 + 10,6dm3= 16,1 dm3 Desperdicio del 10%= 1.61dm3 Volumen total = 16,1 + 1.61dm3 = 17,7 dm3 Calculo de cemento a usar para los 17.7 dm3 17.7∗408.16 cemento= 1000 cemento =7.224 kg Cantidad de agregado fino, agregado grueso y agua a usar para los 17.7dm3 Humedad Agregado grueso :1,54 % Agregado fino : 4,14% Tabla 5.correccion por humedad Material Proporció Masa Masa n incial seca(kg hume(k ) g) Agua 0.49 3.54 -

Agua Agua Agua Ag(kg abs(kg libre(kg ) ) ) -

Cemento

1

7.224

-

-

-

-

Agregad o fino Agregad o grueso

2.59

18.710

19.00

0.29

0.55

-0.26

1.73

12.50

13.02

0.52

0.15

0.37

aport e +0.11

Agua teorica de mezcla = 3.54 – (aporte) 3.54 – (+0.11)= 3.443 kg Tabla 6: Cantidades teóricas a pesar Material Agua Cemento Agregado fino Agregado grueso Agua mezcla real= 3.690 kg Nueva relación agua cemento:

Masa(kg) 3.443 7.224 18.710 12.500

A /C=

3,69+(0.11) 7.224

A =0.53 C

Proporciones mezcla 1: Proporcion real de mezcla 1 0.53: 1: 2.59: 1.73 Tabla 7: Ajuste para asentamiento agua cemento Proporciones

0.53

1

Agregado Fino 2.59

Agregado grueso 1.73

Masa mate(kg/m3)

0.53C

C

2.59C

1,73C

Volumen(dm3)

0.53C

0.34C

0.94C

0.68C

cemento

Agregado grueso 1,73

Sumatoria de volumen: 2.49C 2.49C=1000 Cemento= 401.61kg Tabla 8: Reemplazando C agua Proporciones

0.53

1

Agregado fino 2.59

Masa mate(kg) Volumen(dm3)

212.85

401.61

1040.17

694.79

212.85

138.48

378.24

247.47

Tabla 9: Ajuste para lograr la relación agua cemento = 0.49 Agua Cemento Agregado fino

Agregado grueso

Volumen ( dm3) Masa mat(kg) Proporciones

212.85

149.79

362.89

247.47

212.85

434.39

999.95

694.79

0.49

1

2.3

1.6

Proporciones ajustadas: 0.49: 1: 2.3: 1.6 Mezcla de prueba 2: Calculo de cemento a usar para los 17.7 dm3. 17.7∗408.16 cemento= 1000 cemento =7.2224 kg

Tabla 10: cantidad de material a usar. Humedad 4.14 agr fino 1.54 agr grueso Prop Masa Masa Agua en Materiales inicia seca(kg humed agregad l ) a o (kg) (kg) agua 0.49 3.54 -

Agua absorció n (kg) -

Agu a libre (kg) -

aport e

-

Cemento

1

7.2224

-

-

-

-

Agregado fino Agregrad o grueso

2.3

16.62

17.31

0.69

0.49

0.2

-

+0.25 1.6

11.56

11.74

0.18

0.13

Cantidad de agua a usar en la mezcla: Agua de mezcla= 3.54kg – (aporte) = 3.54kg – (+0.25) =3.29kg Material Agua Cemento Agregado fino Agregado grueso

Masa(kg) 3.29 7.224 16.62 11.56

0.05

Tabla 13: Calculo del precio de los 17.7 dm3: Cantidad de material a utilizar para los 58.85 dm3: Agua: (3.54 kg- 0.25kg)= 3.29 kg Cemento: 7.224 kg Agregado fino: 16.62 kg Agregado grueso: 11.56kg Precios de cada material por volumen o metro3: Cemento= $ 490/kg Agua = $20/L Arena = $45000/m3 Triturado=$ 70000/m3 Cálculos: Cemento = 7.24 kg * $ 490/ kg = $3550 Agua = 3.29 dm3 *$ 20/L = $ 65 Arena = ((16.62 kg/ (masa unitaria suelta= 1.55kg/dm3) ) * 1m3/1000dm3=)0.010m3 *$45000/ m3 =$482 Triturado= ((11.56 kg/ (masa unitaria suelta= 1.41kg/dm3) ) * 1m3/1000dm3=)0.0082 m3 *$70000/ m3 =$574 Sumatoria de precios= $4671 Para un metro cubico: precio para metrocubico=

1000 dm3∗$ 4671 17.7 dm 3

preci o para metro cubico=$ 263898

DATOS DE RESISTENCIA A COMPRESION DE CILINDROS A LOS 7 DIAS Cubo

Area(cm2) A/C

1 2 3 4

185.54 185.06 183.37 186.02

0.53 0.53 0.49 0.49

RC(Kg/fuerza ) 30150 31250 25720 27770

RC7D(Kg/cm2 ) 162.49 168.86 140.26 194.29

RC28D(Mpa ) 24.91 25.59 22.56 28.28

Se espero una F’cr =25.38 Mpa , el rango del 5% (24.11-26.65) OK

Prom 25.25 Mpa 25.42 Mpa

3.2

DOSIFICACIÓN DE MEZCLAS DE MORTERO

Realizar la dosificación de un mortero que va a ser usado para pega de ladrillo, la resistencia a la compresión que debe garantizar es de 24 MPa y la fluidez debe estar dentro del rango de 80 - 100%, se conoce que el constructor cuenta con un coeficiente de variación V=7% y ha realizado 35 ensayos para los mismos materiales. Se deben realizar ensayos de resistencia a la compresión de morteros a los 7 y 28 días, así como el ensayo de fluidez para cada mezcla. Densidad

Humedad

Absorción

Cemento Agregado fino 1. Selección fluidez: Mortero de pega: 80-100 % 2. Determinación de la resistencia Datos: V=7%, n=35 F”cp= 24 Mpa -

Mortero de pega

¿ 1,28∗V ∗coe 1− 100 ¿ F cd= {F cd 1,28∗7∗1 1− 100 F cd=26,,36 Mp b . F cpd=1,35*F cp F cd=32,4 Mp Se selecciona la resistencia a la compresión para morteros de 26,36 Mpa a . F cd= {F cd

3. Relación Agua / Cemento -

Módulo de finura

Mf = ❑ ❑ Mf =3,11

Arena ligeramente gruesa, entonces; 66,657 Rcmortero28 D= 6.59 A / C A =0,49 C 4. Contenido de cemento Gráfica: C=522 kg 5. Calculo de la cantidad de agua A=0,49∗522

agua de concreto m3 6. Calculo del contenido de agregado

A=255,78 kg

1000 m 3=volumen absoluto agregado fino+volumen absoluto cemento+ volumen absoluto de agua 255.78 522 volumen absoluto agregado fino=1000− − 2,9 1 volumen absoluto agregado fino=564,22 dm3 Masaagregado fino=δagre . fino∗vol . agre . fino Masaagregado fino =1433,12 kg

7. Proporciones iniciales Agua Cantidad (kg/m3) 255,78 Vol. Absoluto 255,78 (dm3) Proporciones 0,49 iniciales

Cemento 522 180

Agregado fino 1433,12 564,2

1

2,74

8. primera mezcla de prueba. Ajuste por humedad Fluidez= 1 ensayo=vol. tronco de cono=0,30 dm3 Resistencia=3 cubos (lado 5 cm)=vol. 1 cubo=0,125 Fluidez = Resistencia = Suma = Desperdicio 10%= Volumen de mortero =

1*0,30 dm3 = 0,30 dm3 3*0,125 dm3=0,38 dm3 =0,68 dm3 =0,068 dm3 = 0,75 dm3

Cantidad de cemento para mezcla de prueba: C1= Vm*c C1= (0,75*522)/1000

C1=0,39 kg Cantidades: Agua: 0,49*0,39= 0,19 kg Cemento: 1*0,39=0,39 kg Arena: 2,74¨0,39=1,08 kg arena (tamiz #4) Ajuste por humedad W fino=4,14% % absorción= 2,94 Material

Proporcione s en masa

Masa seca (g)

Agua Cemento Agregad o fino

0,49 1 2,74

0,19 0,39 1,08

Masa humedad (g)

Agua Agregado (g)

Absorció n (g)

Aporte (g)

1,12

0,04

0,03

0,01

Agua de mezcla teorica=agua calculada−aporte Agua de mezcla teorica=0,19−0,01 Agua de mezcla teorica=0,18 Cantidades exactas: Agua= 180 gr Cemento= 390 gr Agregado fino= 1120 gr Ajuste por fluidez (1*0,30)=0,30 dm3 0,30+ (0,30*0,1)=0,33 dm3 Agua para fluidez

Cemento

180 gr X

390 gr x

0,75 dm3 0,30 dm3

Cantidades a medir ensayo fluidez Agua: 79,2 gr Cemento: 171,6gr Agregado Fino: 492,8 gr

Agregado fino 0,75 dm3 0,30 dm3

1120 x

0,75 dm3 0,30 dm3

Ajuste por fluidez

Volumen dm3 Masa (g) Proporciones

Agua 287,23 287,23 0,49

Cemento 202,13 586,18 1

Agregado fino 510,64 1404,26 2,40

9. segunda mezcla de prueba Volumen:= 0,38*10% = 0,42 dm3 1000 dm3 0,42 dm3

586,18 gr X

X=0,25 gr

Cantidades a medir: Cemento: 246,20 gr Agua: 120,64 gr Agregado fino: 590,88 gr 10.ensayo de resistencia Cubo

Area

1 2 3

25 24,9 24,99

A/C

RC(Kg/fuerza ) 3805 2932 3640

RC7D(Kg/cm2 ) 152,2 95,68 145,6

%

RC28D(Mpa ) 15,22 9,57 14,56

Como se tuvo la resistencia a los siete días, no a los catorce días o 28 como es lo habitual se trabajó con un porcentaje de 55% de la resistencia esperada a los 28 días, RC28D= 26,36 Mpa RC7D=14,49 Mpa (+-5%) rango: (15,22-13,77) Se desecha una de las muestras la del cubo dos ya que no se trabajó de forma adecuada el ensayo de resistencia a la compresión por lo cual los resultados obtenidos estuvieron muy lajeados de las otras muestras....