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4.1. Descripción del Método de Diseño del Concreto
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.
El proporcionamiento de la mezcla se refiere al proceso de determinación de las cantidades de los ingredientes del concreto, usando materiales locales, para que se logren las características especificadas. Un concreto adecuadamente proporcionado debe presentar las siguientes cualidades:
Trabajabilidad, aceptable del concreto fresco.
Durabilidad, resistencia y apariencia uniforme del concreto endurecido.
Economía.
Es importante el entendimiento de los principios básicos del diseño de mezclas, tales como los cálculos usados para establecer las proporciones de la mezcla. Las cualidades citadas arriba se pueden alcanzar en la construcción de concreto solo con la selección adecuada de los materiales y de las características de la mezcla.15
FUENTE: Diseño y Control de Mezclas de Concreto. En S. H. Koshmata, B. Kerkhoff, W. C. Panarese, & J. Tanesi. Skokie: Portland Cement Association.
Figura 4.1.- Componentes del Concreto.
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Fuente: Elaboración Propia
Figura 4.2.- Distribución del Agregado con la Pasta.
Los principales métodos de diseño para la elaboración de concreto son los siguientes:
- ACI - Walker
- Combinación de los Agregados
4.1.1 Método del Módulo de Fineza de la Combinación de los Agregados
El sustento teórico reside en que es proporcional al promedio logarítmico del tamaño de las partículas para una cierta distribución granulométrica, y experimentalmente está demostrado que independientemente de la granulometría, los concretos con igual módulo de fineza total, tienen dentro de ciertos límites los mismos requerimientos de agua, características resistentes y trabajabilidad.
Actualmente es uno de los métodos más usados en tecnología del concreto pues ha demostrado que permite un acercamiento técnico inmediato a los diseños con mayor probabilidad de satisfacer la mayoría de requisitos en el concreto, por otro lado, tiene ya utilidad primordial en el control de los diseños de mezcla en producción, pues haciendo los ajustes en las mezclas de modo que permanezcan constante el producto de fineza total del diseño se garantiza estabilidad y uniformidad en los requerimientos de agua y resistencias.
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Para encontrar de una manera simple la proporción de combinación de dos agregados conocidos para acercarnos al módulo de fineza teórico.
𝑀𝐹
𝑎𝑔= %𝑃 𝑥 𝑀𝐹
𝑝+ %𝐴 𝑥 𝑀𝐹
𝑎Fuente: Tópicos de Tecnología del Concreto en el Perú – Enrique Pasquel Carbajal
Donde:
𝑀𝐹𝑎𝑔 = Módulo de fineza del agregado total
%𝑃 = % en peso que interviene el agregado grueso en la mezcla
%𝐴 = % en peso que interviene el agregado fino en la mezcla
𝑀𝐹𝑝 = Módulo de fineza del agregado grueso (piedra)
𝑀𝐹𝑎 = Módulo de fineza del agregado fino (arena)
La deficiencia del método del módulo de fineza total escrita es que obvia el análisis detallado de la granulometría de la mezcla, basándose solo en el promedio que representa, la cual en algunos casos tiende subestimar la importancia de los finos, por lo que lo recomendable es aplicarlo conjuntamente con alguna curva teórica para una verificación adicional.
Cuando durante la producción, el diseño en uso requiere más agua de la diseñada, es indicativo que el módulo de fineza total se ha reducido al haber cambiado la granulometría total volviéndose más fina (normalmente debido a variaciones en la área) lo que amerita una corrección cambiando las proporciones de mezcla reduciendo arena y aumentando piedra para volver al módulo de fineza original.
De manera que manteniendo el módulo de fineza total constante independientemente de la granulometría se mantienen también constantes la trabajabilidad y la resistencia. Es por eso que en la presente investigación se mantuvo la relación de finos (rf) en 0.48 para todos los diseños de mezclas.
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Está confirmado científicamente que las mezclas con el mayor tamaño máximo de agregado grueso producían los diseños más resistentes, por este motivo en la presente investigación se decidió usar una combinación de agregados entre el Agregado Grueso de ¾” y el Agregado Grueso de 1”.
Con este método de diseño de mezclas se buscó la principal propiedad del concreto en estado fresco, la trabajabilidad es el parámetro más elaborado por los que diseñan, producen y colocan concreto, esta propiedad es una de las más difíciles de evaluar y determinar. Casi siempre se recurre al ensayo de asentamiento como evaluación de esta propiedad, en esta investigación se determinó el parámetro de 6” – 8” para elaborar todos los diseños de mezclas, recalcando que para elementos prefabricados el concreto debe ser trabajable sin que este pierda su resistencia y sea moldeable para que el elemento tome la forma del prefabricado.
Es por eso que primero se elaboró un patrón con todos los diseños, para que este cumpla con el parámetro de asentamiento, y así también poder probar la cantidad de aditivo que se va agregar en cada diseño. Como se sabe la presente investigación se elaboró en un laboratorio de diseños de mezclas, en donde no hay pérdida de finos en el trompo, determinando una mejor composición de las probetas de 4” x 8”, 6” x 12” y el cubo.
4.2. Cálculos y Diseños
Conocidas todas las características de los materiales como son los tipos de cemento, propiedades de los agregados y aditivos se aplicaron los siguientes pasos:
Se determinó el uso de tres tipos de cemento IP, HE y I.
Se estableció las 7 relaciones agua - cemento (0.70, 0.65, 0.60, 0.55, 0.50, 0.45 y 0.40).
Se elaboró los 21 diseños de los patrones, donde fue probado el aditivo.
Se definieron los 2 métodos de curado acelerado a realizarse en la presente investigación método A (35°C y 60°C) y método B (100°C).
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Fuente: Elaboración Propia
Diagrama 4.1.- Esquema del Proceso de Mezclado.