UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SINALOA

FACULTAD DE INGENIERÍA CULIACÁN

LICENCIATURA EN INGENIERÍA CIVIL

CURSO:METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

Sexto semestre (Febrero-Julio). Ciclo escolar: 2014-2015

Proyecto de investigación:

“Elaboración de un software para diseño y proporcionamiento

de mezclas de concreto”.

Se realiza en: “Ciudad de Culiacán, Sinaloa”.

Periodo:

Fecha de inicio: 03/Febrero/2015; Fecha de terminación: 19/Junio/2015

Elaborado por:

Sanguino Ramos Raúl Omar.

Asesor de proyecto de investigación:

M. C. Raúl Natzú Madrid.

Culiacán Sinaloa a 10 de junio de 2015.

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DIRECTORIO

Dr. Juan Eulogio Guerra Liera

Rector

Dr. Jesús Madueña Molina

Secretario General

MI. Jorge Hilario González Cuevas

Director de la facultad.

MC. Diego Cárdenas Sainz

Secretario académico de la facultad.

LCP. Lyssete Ruvalcaba Salazar

Secretario administrativo de la facultad.

Ing. María del Rosario Hernández Reyes

Jefe de carrera

MC. Raúl Natzú Madrid

Profesor responsable de la materia de estudio

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ContenidoINTRODUCCIÓN........................................................................................................................................5

I. PROYECTO.........................................................................................................................................6

II. ANTECEDENTES...............................................................................................................................6

III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA...............................................................................................7

IV. BOSQUEJO DE FUNDAMENTOS....................................................................................................8

II-1 Conceptos:........................................................................................................................................8

II – 2 Teorías:........................................................................................................................................12

II – 3 Estudios:.......................................................................................................................................15

V. ALCANCES......................................................................................................................................20

VI. HIPÓTESIS......................................................................................................................................20

VII. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN.................................................................................................21

Referencias:..............................................................................................................................................22

IX. BIBLIOGRAFÍA TENTATIVA..........................................................................................................23

ANEXOS...................................................................................................................................................24

(ANEXO UNO) – CRONOGRAMA........................................................................................................24

(ANEXO DOS) – CARTA DESCRIPTIVA.............................................................................................25

(ANEXO TRES) – CARTEL...................................................................................................................26

(ANEXO CUATRO) – PROBLEMAS Y OBJETIVOS............................................................................27

ÍNDICE DE TABLAS:Tabla 1 Valores de las constantes a y b, que representan la parte elíptica de la ecuación Fuller Thompson._13Tabla 2 Valores de n para la ecuación de Weymouth en función del tamaño._________________________14Tabla 3 Valores de f según la teoría de Bolomey_______________________________________________14Tabla 4 Tiempos de fraguado del estudio en México.____________________________________________17Tabla 5 Ejemplo de resistencias obtenidas con el cemento tipo I___________________________________17Tabla 6 Resistencias obtenidas con cemento tipo 1 puzolánico____________________________________18

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SINALOA

FACULTAD DE INGENIERÍA CULIACÁN

LICENCIATURA EN INGENIERÍA CIVILCURSO: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN:

“Elaboración de un software para diseño y proporcionamiento de mezclas de concreto”.

Presenta:

Sanguino Ramos Raúl Omar.

Asesor de proyecto de investigación:

M. C. Raúl Natzú Madrid.

Culiacán Sinaloa a 14 de mayo de 2015.

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INTRODUCCIÓN.

La mentalidad del ingeniero y el pensamiento sistemático han provocado que nuestro mundo sea cada vez más rápido; ocupándonos de las tareas más importantes y delegándole aquellas que son repetitivas, al trabajo colectivo o a la asistencia de una computadora.

El diseño y proporcionamiento de mezclas es un tema ampliamente estudiado, hoy en día contamos con normas técnicas y reglamentos de construcción, y una cada vez más avanzada y creciente tecnología del concreto.

El desarrollo de nuevas tecnologías y la computación, así como la amplia gama de posibilidades que ofrece la programación, permite que muchos de los problemas repetitivos y sistemáticos puedan ser programados una vez y para siempre. Teniendo la posibilidad de enfocarnos en nuevos temas de investigación luego que se han superado los desafíos comunes y constantes.

El presente trabajo de investigación busca correlacionar las variables que intervienen en el diseño de mezclas de concreto; para programar las relaciones entre ellas en un software.

Un software que no solo sea capaz de calcular el proporcionamiento (dosificación) de mezclas de concreto, sino que además sea utilizado con fines didácticos en los cursos concernientes en la Facultad de Ingeniería Culiacán, y sea una herramienta para los trabajos de investigación en los laboratorios de concreto de la Universidad, y por qué no también pretender su uso comercial.

Es un trabajo realizado por estudiantes de licenciatura en ingeniería civil con el objetivo de darle una aplicación práctica a la teoría existente de Tecnología del concreto.

Se presentarán: antecedentes, planteamiento del problema, bosquejo de fundamentos, alcances, hipótesis, diseño de la investigación, así como la bibliografía tentativa.

Se anexa, además: Cronograma, carta descriptiva, cartel y un diagrama de preguntas y objetivos.

Presenta: Raúl O.S.

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I. PROYECTO.

“ELABORACIÓN DE UN SOFTWARE PARA DISEÑO Y PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS DE CONCRETO”.

II. ANTECEDENTES.

En palabras del maestro Luis Rocha Chiu (del departamento de materiales de la Universidad Autónoma Metropolitana) en el documento de su autoría “MEMORIAS 2008 CONGRESO NACIONAL DE ADMINISTRACIÓN Y TECNOLOGÍA PARA LA ARQUITECTURA, INGENIERÍA Y DISEÑO”:

Generalmente las especificaciones de los materiales a emplear en una estructura las indica el proyectista en los planos y memorias del proyecto; en particular, las propiedades del concreto endurecido son especificadas por el proyectista de la estructura, mientras que las propiedades del concreto en estado fresco están regidas por el tipo de construcción y las condiciones de transportación, colocación y de clima. Estos requerimientos permiten determinar la composición de la mezcla, teniendo en cuenta el grado de control de calidad aplicado en el lugar o en la obra.

… el diseño de la mezcla es el proceso de selección de los componentes adecuados del concreto, determinando sus cantidades relativas con el propósito de producir un concreto económico, con ciertas propiedades mínimas, conveniente trabajabilidad,

resistencia y durabilidad [1].

Existen numerosos factores que afectan las propiedades del concreto, ya sea en estado fresco o endurecido, los más comúnmente considerados son aquellos que se relacionan con el diseño de las mezclas de concreto normal, donde el empleo de grava, arena, cemento y agua es lo convencional y solo en casos especiales se considera el uso de aditivos.

Los métodos actuales de diseño de mezclas contemplan valores límite respecto a un rango de propiedades que deben cumplirse. Usualmente son:

la relación agua/cemento el contenido mínimo de cemento la resistencia mínima a la compresión el tamaño máximo del agregado la trabajabilidad mínima el módulo de finura de la arena la granulometría de los agregados el contenido de aire.

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Debido a la gran variabilidad de las propiedades de los materiales que componen el concreto evaluar real y cuantitativamente las propiedades de la grava y la arena es un paso muy importante y determinante para correcciones posteriores al diseño (dosificación). Conviene verificar las proporciones calculadas haciendo mezclas de prueba y, si es necesario, efectuar ajustes hasta obtener la mezcla de concreto con las características deseadas.

Es indudable que en nuestro país las dos propiedades más significativas al diseñar mezclas de concreto normal son la resistencia a la compresión y su trabajabilidad, aunque debe reconocerse que en los últimos años se ha prestado cada vez mayor atención a la durabilidad.

Los métodos empleados en México para dosificar concreto invariablemente buscan producir concreto al menor costo. Además, está demostrado que el cemento representa alrededor de las tres cuartas partes del costo de los materiales para fabricar un metro cúbico de concreto normal sin aditivos químicos y minerales. Por supuesto que las empresas productoras de concreto emplean los aditivos para disminuir el costo global de la mezcla de concreto, considerando que estos mejoran propiedades como la trabajabilidad y retardo en el fraguado, además de disminuir el consumo del cemento.

En estado fresco, el atributo frecuentemente requerido en las mezclas de concreto es la trabajabilidad, la cual se considera como una propiedad del concreto que determina su capacidad de colocación y compactación apropiada, permitiendo su acabado sin segregación ni sangrado nocivo, así como moldeabilidad y adherencia. La consistencia forma parte de la trabajabilidad y se define a grandes rasgos como la capacidad de colocación de la mezcla de concreto, en la que se involucran propiedades de cohesión y viscosidad, se mide en términos de revenimiento (cuanto más elevado es el revenimiento más fácil de colocar es la mezcla). En el método del ACI el revenimiento es un dato que sirve de base para diseñar las mezclas de concreto, mientras que en el de mínimo contenido de vacíos es una referencia para mejorar la mezcla de prueba en caso de que el revenimiento obtenido haya sido diferente del especificado.

III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Problemática

El diseño de mezclas es un proceso repetitivo que está bien definido. A pesar de que existe software (programa de cómputo) que realiza el proporcionamiento de mezclas estos están limitados a ser una simple calculadora. Pudiendo ir un tanto más allá al programar una herramienta que pueda ser utilizada para estudios; al ser capaz de generar informes y tablas o gráficas de representación de resultados cuando se trate analizar relación de propiedades con numerosos especímenes.

Objetivos de la investigación (General y específicos)

Objetivo general: Elaboración de un software para el diseño de mezclas de concreto hidráulico.

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Objetivos específicos:1. Llevar la metodología teórica existente a un Lenguaje de programación2. Generar una herramienta didáctica que pueda ser usada en los cursos de la facultad3. Ser una herramienta de trabajo para los investigadores

Preguntas de investigación

¿Qué métodos de diseño de mezclas existen?

¿Qué lenguajes de programación existen capaces de generar el código del programa a elaborar?

¿Cuáles son las principales variables del diseño de mezclas?

¿Cuáles son las relaciones identificadas entre las variables?

¿De qué manera estas variables y relaciones pueden ser codificadas?

IV. BOSQUEJO DE FUNDAMENTOS.

II-1 Conceptos:

CONCRETO HIDRÁULICO:

“El concreto hidráulico es una combinación de cemento Pórtland, agregados pétreos, agua y en ocasiones aditivos, para formar una mezcla moldeable que al fraguar forma un elemento rígido y resistente” [1].

CEMENTO PÓRTLAND:

“El cemento Pórtland es un conglomerante hidráulico que al ser hidratado se solidifica y endurece. Se obtiene mediante un proceso industrial, pulverizando a un grado de finura determinado una mezcla fría de arcilla y materiales calcáreos, previamente sometida a cocción denominada Clinker Pórtland, al cual se le adiciona sulfato de calcio como

anhidrita (CaSO4), yeso (CaSO4-2H2O) o hemihidrato (CaSO4 - 12

H2O), para regular el

tiempo de fraguado…” [2].

AGREGADOS PÉTREOS [3]:

Los agregados son materiales pétreos seleccionados; materiales sujetos a tratamientos de disgregación, cribado, trituración o lavado, o materiales producidos por expansión,

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calcinación o fusión excipiente, que se mezclan con cemento pórtland y agua, para formar concreto hidráulico.

…

Agregado fino:

Es arena natural seleccionada u obtenida mediante trituración y cribado, con partículas de tamaño comprendido entre setenta y cinco (75) micrómetros (malla N°200) y cuatro coma setenta y cinco (4,75) milímetros (malla N°4), pudiendo contener finos de menor tamaño, dentro de… proporciones establecidas…

Agregado grueso:

Puede ser grava natural seleccionada u obtenida mediante trituración y cribado, escorias de altos hornos enfriadas en aire o una combinación de dichos materiales, con partículas de tamaño máximo, generalmente comprendidas entre diecinueve (19) milímetros (3/4”) y setenta y cinco (75) milímetros (3”), pudiendo contener fragmentos de roca y arena, dentro de… proporciones establecidas…

Fragmentos de roca:

Son los agregados con mayor tamaño de setenta y cinco (75) milímetros (3”) y una masa máxima de treinta (30) kilogramos, como los boleos y la piedra braza, entre otros, que se utilizan comúnmente para fabricar concreto ciclópeo.

Agregado ligero:

Son los agregados finos o gruesos que, por su baja densidad, se utilizan en la fabricación de concreto estructural ligero, de baja masa volumétrica y resistencia limitada a la compresión, constituidos predominantemente por materiales inorgánicos de estructura celular, preparados por expansión, calcinación o fusión incipiente de productos tales como escorias de altos hornos, arcillas comunes, diatomitas, cenizas volantes, lutitas y pizarras o bien mediante otros tratamientos de materiales naturales tales como piedra pómez, perlitas, tezontles, escorias y tobas.

AGUA:

“Es el componente que se utiliza para generar las reacciones químicas en los cementantes del concreto hidráulico… Puede ser agua potable, es decir, aquella que por sus características químicas y físicas es útil para el consumo humano o que cumpla con… requisitos de calidad establecidos… En casos especiales, cuando lo apruebe la SCT, se podrá usar agua de mar” [4].

ADITIVO [5]:

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“Los aditivos químicos son materiales que se añaden al concreto inmediatamente antes o durante el mezclado, con el propósito de modificar convenientemente su comportamiento en estado fresco o de inducir mejoras en determinadas propiedades del concreto endurecido Los principales aditivos químicos utilizados en la fabricación de concreto hidráulico son:

Aditivos reductores de aguaAditivos retardantesAditivos acelerantesAditivos reductores de agua y retardantesAditivos reductores de agua y acelerantesAditivos reductores de agua de alto rangoAditivos reductores de agua de alto rango y retardantesAditivos superplastificantesAditivos superfluidificantes y retardantesAditivos inclusores de aire”.

TECNOLOGÍA DEL CONCRETO:

“Se define como Tecnología al conjunto de teorías y de técnicas que permiten el aprovechamiento práctico del conocimiento científico de forma óptima” [6].

DISEÑO DE MEZCLAS:

“El proporcionamiento de mezclas de concreto, más comúnmente llamado diseño de mezclas es un proceso que consiste de pasos dependientes entre sí:

a) Selección de los ingredientes convenientes (cemento, agregados, agua y aditivos).

b) 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” [7].

MÉTODO DE DOSIFICACIÓN (ACI – American Concret Institute) [1]:

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…”Incluye siete pasos para el proporcionamiento de mezclas de concreto normal y cuyas cantidades serán suficientes para ocupar un metro cúbico. Posteriormente se harán los ajustes necesarios por humedad y absorción para realizar la mezcla de prueba.

El primer paso contempla la selección del revenimiento. Cuando éste no se especifica, el informe del ACI incluye una tabla en la que se recomiendan diferentes valores de revenimiento de acuerdo con el tipo de construcción que se requiera. Los valores son aplicables cuando se emplea el vibrado para compactar el concreto, en caso contrario dichos valores deben ser incrementados en dos y medio centímetros.

El segundo paso: La elección del tamaño máximo del agregado, debe considerar la separación de los costados de la cimbra, el espesor de la losa y el espacio libre entre varillas individuales o paquetes de ellas. Por consideraciones económicas es preferible el mayor tamaño disponible, siempre y cuando se utilice una trabajabilidad adecuada y el procedimiento de compactación permita que el concreto sea colado sin cavidades o huecos.

Tercer paso: La cantidad de agua que se requiere para producir un determinado revenimiento depende del tamaño máximo, de la forma y granulometría de los agregados, de la temperatura del concreto, de la cantidad de aire incluido y del uso de aditivos químicos. Como tercer paso, el informe presenta una tabla con los contenidos de agua recomendables en función del revenimiento requerido y el tamaño máximo del agregado. Simultáneamente, en este punto se obtiene el contenido de aire en función del tamaño nominal.

El ACI proporciona una tabla con los valores de la relación agua/cemento (cuarto paso) de acuerdo con la resistencia a la compresión a la edad de 28 días que se requiera; por supuesto, la resistencia promedio (fcr) seleccionada debe exceder la resistencia especificada (f´c) con un margen suficiente para mantener dentro de los límites especificados las pruebas con valores bajos. En una segunda tabla aparecen los valores de la relación agua/cemento para casos de exposición severa.

El quinto paso del método: contenido de cemento. Se calcula con la cantidad de agua, determinada en el paso tres, y la relación agua/cemento, obtenida en el paso cuatro; cuando se requiera un contenido mínimo de cemento o los requisitos de durabilidad lo especifiquen, la mezcla se deberá basar en un criterio que conduzca a una cantidad mayor de cemento.

Para el sexto paso del procedimiento, el ACI maneja una tabla con el volumen del agregado grueso por volumen unitario de concreto; los valores dependen del tamaño máximo nominal de la grava y del módulo de finura de la arena. El volumen de agregado se muestra en metros cúbicos con base en varillado (compactado) en seco para un metro cúbico de concreto; el volumen se convierte a peso seco del agregado grueso requerido en un metro cúbico de concreto, multiplicándolo por el peso volumétrico de varillado en seco.

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Con este último paso se tienen estimados todos los componentes del concreto, excepto el agregado fino, cuya cantidad se calcula por diferencia. Para este séptimo paso, es posible emplear cualquiera de los dos procedimientos siguientes: por peso o por volumen absoluto.

Hasta el paso anterior se considera que ya se tiene la dosificación base para un metro cúbico, posteriormente al ajustar las mezclas por humedad de los agregados, el agua que se añade a la mezcla se debe reducir en cantidad igual a la humedad libre contribuida por el agregado, es decir, humedad total menos absorción. Con este paso estamos en condiciones de llevar a cabo nuestra mezcla de prueba.

En el momento de fabricar nuestra mezcla de prueba, se deberá verificar el peso volumétrico del concreto, su contenido de aire, la trabajabilidad apropiada mediante el revenimiento y la ausencia de segregación y sangrado, así como las propiedades de acabado. Lo anterior servirá para hacer las correcciones por diferencias en el revenimiento, en el contenido de aire o en el peso unitario del concreto; precisamente a este respecto, el informe ACI 211.1-91 proporciona una serie de recomendaciones que ajustan la mezcla de prueba hasta lograr las propiedades especificadas en el concreto.

II – 2 Teorías:

Teorías para el diseño de estructuras de concreto reforzado [8]:

Existen dos teorías para el diseño de estructuras de concreto reforzado: “La teoría elástica” llamada también “Diseño por esfuerzos de trabajo” y “La teoría plástica” ó “Diseño a la ruptura”.

La teoría elástica es ideal para calcular los esfuerzos y deformaciones que se presentan en una estructura de concreto bajo las cargas de servicio. Sin embargo esta teoría es incapaz de predecir la resistencia última de la estructura con el fin de determinar la intensidad de las cargas que provocan la ruptura y así poder asignar coeficientes de seguridad, ya que la hipótesis de proporcionalidad entre esfuerzos y deformaciones es completamente errónea en la vecindad de la falla de la estructura.

La teoría plástica es un método para calcular y diseñar secciones de concreto reforzado fundado en las experiencias y teorías correspondientes al estado de ruptura de las teorías consideradas.

Teorías sobre granulometrías contínuas ideales [9]:

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Se han realizado diversas investigaciones para la obtención de una buena granulometría de agregados para concreto, las cuales en su mayoría se basan en la capacidad de acomodamiento y compactación de las partículas dentro de un volumen dado para lograr una máxima densidad y una máxima resistencia, que se define como compacidad.

PRINCIPIO DE GRADACIÓN DE FULLER Y THOMPSON:

En 1907, Fuller y Thompson, publicaron en Estados Unidos el documento “The Laws of Proportioning Concrete” (que traducido sería: las leyes del proporcionamiento del concreto), el cual se constituyó en el punto de partida de todos los desarrollos teóricos de curvas de granulometría; éste se basa en un comportamiento elíptico en su fracción fina, de la curva de gradación ideal de toda la masa, incluyendo el aglomerante, y que converge en una línea recta tangente a la elipse.

La ecuación general para la parte elíptica de la curva, está dada por:

(y – b)2 / b2 + (x – a)2 / a2 = 1

Donde, y es el porcentaje de material que pasa el tamiz de abertura x; a y b son constantes que representan los ejes de la elipse y su valor depende del tamaño máximo (D) del agregado y de la forma de las partículas. Las constantes se caracterizan de tal manera que al ser más angulosas las partículas, más amplio es el porcentaje de material fino representado por la parte elíptica. En la tabla 1, se muestran los valores de las constantes a y b.

Tabla 1 Valores de las constantes a y b, que representan la parte elíptica de la ecuación Fuller Thompson.

En la curva ideal de Fuller – Thompson, se encuentra un valor de x = 0.074 mm para un valor de y del 7%, es decir, que el 7% de la masa está constituido por partículas de diámetro inferior a 0.074 mm, o pasa tamiz 200 más el cemento; para algunos autores, la obtención de la curva para solo el agregado, se obtiene al restarse la porción de cemento en cada caso y tomar el resto como 100%. Esto genera una curva de tendencia parabólica, la cual se denomina parábola de Fuller – Thompson y se expresa como:

P = 100 √(d/D) = 100 [d/D]½

En donde, P es el porcentaje de material que pasa por el tamiz de abertura d; y D es el tamaño máximo del agregado. Se ha observado que los agregados gradados a través de la ecuación (4) dan lugar a mezclas ásperas y poco manejables en estado plástico debido a la falta de finos, especialmente para concretos con bajo contenido de cemento.

TEORÍA DE WEYMOUTH:

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C.A.G. Weymouth publicó en 1933 la obra “Effect of particle inference in mortars concrete” (que traducido sería: efecto de inferencia de partículas en concreto-mortero), en la cual además de exponerse sobre las mezclas de concreto, se muestra el efecto de la partícula de interferencia en los requerimientos de agua y trabajabilidad, así como la tendencia de los diferentes tamaños de las partículas a segregarse. Después de numerosas investigaciones, Weymouth concluyó que para obtener una adecuada trabajabilidad con una máxima economía, los granos de un solo tamaño deben tener espacio suficiente para moverse dentro del espacio dejado por los granos del tamaño subsiguiente mayor, evitando de esta manera la interferencia de las partículas.

Esta ley de gradación, se expresa como:

P = 100 [d/D]n

En donde, P es el porcentaje que pasa por el tamiz d; D es el tamaño máximo del agregado; y n es un exponente que gobierna la distribución de las partículas y es función del agregado grueso. De acuerdo con García, 1968 (Citado por Sánchez, 1993), los valores de n, son función del tamaño, como se muestra en la tabla 2:

Tabla 2 Valores de n para la ecuación de Weymouth en función del tamaño.

TEORÍA DE BOLOMEY:

Bolomey en 1947, realizó una modificación a la teoría de Fuller – Thompson, lo que conllevó a la obtención de una gradación con mayor contenido de finos dentro de la masa del agregado, pero sin exceso, con el objeto de eliminar la aspereza y mejorar la manejabilidad de la mezcla de concreto en estado plástico. La expresión que gobierna esta teoría es:

P = f + (100 – f) x (d/D)½

Donde f es una constante empírica que indica el grado de trabajabilidad de una mezcla de concreto para una consistencia y una forma determinada de las partículas, los cuales se muestran en la tabla 3.

Tabla 3 Valores de f según la teoría de Bolomey

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II – 3 Estudios:

LA REACTIVIDAD DE LAS MEZCLAS DE CEMENTO PORTLAND Y ALUMINOSOS [10]

Realizado por:Christophe Rabiet - Lafarge Aluminates yDavid López - jefe del laboratorio de cemento del IMCYC.

Para las pequeñas obras de construcción no estructurales (empotramientos diversos, aplanados pintados el mismo día de la colocación del mortero, marcos de puertas y ventanas…) y para las formulaciones de morteros rápidos, lechadas, pegamento de azulejos y losas autonivelantes, las mezclas de cemento aluminoso / cemento portland permiten ajustar el tiempo de fraguado de los morteros y concretos. Con esto hacen posible ganar mucho tiempo en una obra, asegurando además resistencias mecánicas de buen nivel.

Se mencionan los resultados de dos estudios realizados respectivamente por Lafarge Aluminates en Francia y el IMCYC en México.

En ambos casos, el cemento aluminoso utilizado fue el Ciment Fondu Lafarge®, que es el más ampliamente distribuido en los dos países. En adelante, se utilizará aquí la denominación "cemento FONDU" para Ciment Fondu Lafarge®, exclusivamente.

El primer estudio se llevó a cabo en Francia con 35 cementos diferentes, en su mayoría franceses. El segundo se efectuó en México, con cuatro cementos mexicanos.

Estudio en Francia

La primera serie de resultados trata sobre la influencia de la variabilidad del cemento Fondu mezclado con un cemento portland de un mismo origen, durante un periodo de un año. Las medidas se basaron en el tiempo de fraguado. Las variaciones son mínimas y se concluye que existe una reactividad constante del cemento Fondu, sea cual sea su origen.

La segunda parte del estudio trata sobre las mezclas del cemento Fondu, con 35 cementos portland mayoritariamente franceses. Se realizaron morteros normalizados con cada cemento portland, para lo cual se mezcló:

10% de cemento Fondu con 90% de cemento portland;20% de cemento Fondu con 80% de cemento portland;30% de cemento Fondu con 70% de cemento portland;y un testigo sin cemento Fondu.

Se midieron (pruebas normalizadas) el tiempo de fraguado y la resistencia a la compresión en tres plazos (dos horas después el tiempo de fraguado, 24 horas y 28 días).

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Los tiempos de fraguado

El promedio del tiempo de fraguado del conjunto de cementos portland utilizados es 4 horas 50 minutos (testigo sin cemento FONDU).

Morteros con 10% de FONDU

Los principios del tiempo de fraguado comprenden entre 45 minutos y 5 horas 45 minutos. Esta dispersión sugiere una clasificación en tres grupos:

Grupo 1: las mezclas que reaccionan poco o nada, que conciernen a 17 cementos;Grupo2: las mezclas medianamente reactivas, que conciernen a 7 cementos;Grupo 3: las mezclas reactivas, que conciernen a 11 cementos.

Morteros con 20% de FONDU

Todas las mezclas tienen un principio de fraguado inferior a 30 minutos. La dispersión es limitada; dos mezclas tienen un principio de fraguado inferior a 10 minutos.

Morteros con 30% de FONDU

Todas las mezclas tienen un tiempo de fraguado muy rápido: entre 3 y 10 minutos.

Las resistencias mecánicas

Las resistencias mecánicas fueron medidas dos horas después del fraguado, a 24 horas, a 28 días y a tres meses para algunas mezclas.

Dos horas después del fraguado, las mezclas con 20% de cemento FONDU presentan una resistencia mayor (de 10 a 40 kg/cm2, según las mezclas).

A las 24 horas, las resistencias promedio observadas son las siguientes:

Mezclas con 10% = 55 kg/cm2

Mezclas con 20% = 56 kg/cm2

Mezclas con 30% = 85 kg/cm2

En comparación, el conjunto de los morteros testigo de cemento portland sin FONDU alcanzó en promedio una resistencia de 75 kg/cm2.

A los 28 días, al contrario de lo que se podría pensar, las resistencias de las mezclas resultan poco afectadas, en promedio son superiores a 300 kg/cm2.

Después de tres meses, las resistencias de todas las mezclas aumentaron 10 kg/cm2.

Estudio en México

El estudio se realizó en las instalaciones del IMCYC en la ciudad de México, con cuatro cementos comerciales disponibles en sacos. Uno de ellos es del tipo I y los otros tres son

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del tipo I puzolánico. Se midieron tiempos de fraguado (test de Vicat normalizado en pasta pura) y resistencias a 3 horas, 6 horas, 24 horas y 28 días.

Los valores resultantes son en general muy parecidos a los que se encontraron en Francia, tanto en cuanto a los tiempos de fraguado como a las resistencias mecánicas, todas cercanas a 300 kg/cm2 a 28 días.

Cabe mencionar que no se trata de un estudio estadístico y que los valores numéricos nos dan únicamente un orden de idea.

Los tiempos de fraguado

Los cuatro cementos probados muestran una buena reactividad con los tiempos de fraguado siguientes:

Tabla 4 Tiempos de fraguado del estudio en México.

Las resistencias mecánicas

Se realizaron pruebas sobre cubos de mortero normalizado, 500 g de cemento y 1,375 g de arena sílica, a/c = 0.485.

Se midieron resistencias a 3 horas, 6 horas, 24 horas y 28 días.

Como ejemplo, con un cemento tipo 1, obtuvimos las siguientes resistencias:

Tabla 5 Ejemplo de resistencias obtenidas con el cemento tipo I

Con el cemento tipo 1 probado, las resistencias obtenidas son excelentes, incluso a 3 horas, con 10% por lo menos de Fondu. Estas resistencias, del orden de 20 kg/cm2, permiten realizar muchas obras muy rápidamente. Las resistencias a 28 días son muy poco afectadas.

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En los cementos puzolánicos existe cierta variabilidad de un cemento a otro. Si las resistencias a 3 horas no se pudieron medir, a las 6 horas el mortero ya empezó a adquirir resistencia, mucho antes que el cemento portland puro. Las resistencias a 28 días obtenidas son de muy buen nivel.

Como ejemplo, con una mezcla de 10% de FONDU y 90% de uno de los cementos portland tipo 1 puzolánico, obtuvimos las siguientes resistencias:

Tabla 6 Resistencias obtenidas con cemento tipo 1 puzolánico

Aspectos prácticos

Trabajabilidad o tiempo de instalación

En las condiciones de obra, está comprobado que la trabajabilidad o el tiempo de instalación es más breve que el tiempo de fraguado. En efecto, se trata de la cantidad de minutos durante los cuales el mortero es maleable antes de alcanzar un nivel de endurecimiento que hace la colocación demasiado difícil, si no imposible.

Por ejemplo, para las mezclas con 20% de cemento FONDU, el tiempo de fraguado de ocho minutos como mínimo permite preparar aproximadamente 12 litros de mortero.

En la composición del mortero o del concreto, la granulometría de la arena es de suma importancia. Esta debe tener las proporciones normales de elementos finos y de elementos más gruesos.

La temperatura influye considerablemente sobre los tiempos de fraguado. Un colado diurno bajo el sol puede tener como consecuencia un fraguado más rápido.

La relación agua / cemento influye también sobre los tiempos de fraguado (además de las resistencias, claro está), sobre todo con cementos puzolánicos. Para obtener resistencias a muy temprana edad (tres horas) se recomienda emplear una relación agua / cemento máxima de 0.5 y cemento del tipo 1. Al contrario, una relación agua / cemento alta (0.55 - 0.6) alarga los tiempos de fraguado.

Aplicaciones

Relación agua / cemento ~ 0.5

Las mezclas con 5 a 10% de cemento Fondu permiten tener suficiente tiempo para colocar un volumen consecuente de mortero o de concreto con el fin de reparar banquetas, pisos peatonales, prefabricados no estructurales, aplanados, los cuales pueden pintarse el mismo día.

Las mezclas con 15 a 20% de cemento Fondu permiten lograr, con casi todos los cementos portland ordinarios, tiempos de fraguado inicial (10 a 20 minutos) que son

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apropiados para obras tales como aristas, aretes, marcos de ventanas y puertas, aplanados pequeños, con remoción de cimbras en buen estado.

Las mezclas con 30% de cemento Fondu permiten obtener un fraguado muy rápido (3 a 10 minutos), especialmente adecuados para empotramientos, fijaciones, taponado de fugas de agua, etcétera.

Más allá de 30% de cemento Fondu, el tiempo de fraguado de las mezclas se alarga, rebasando los 30 minutos.

En todos los casos, se recomienda realizar pruebas preliminares para cada cemento, por ser éstos de diferentes orígenes.

INFLUENCIA DE LAS FIBRAS DE POLIPROPILENO EN LAS PROPIEDADES DEL CONCRETO EN ESTADOS PLÁSTICO Y ENDURECIDO [11]

Realizado por: Carlos Javier Mendoza, Carlos Aire, Paula Dávila (miembros del instituto de Ingeniería – Estructuras y Materiales, Universidad Nacional Autónoma de México).

Resumen:

Se estudia el efecto que tiene la incorporación de fibras cortas de polipropileno en las propiedades del concreto en estados fresco y endurecido. Las variables que se consideran son el tamaño máximo del agregado grueso, los finos en la arena y el contenido de fibras. Se fabricaron ocho mezclas de concreto las cuales se ensayaron en estado fresco y a las edades de 7 y 28 días. Al concreto en estado fresco se le determinó el revenimiento, el contenido de aire, la masa unitaria y el agrietamiento por contracción plástica; en estado endurecido, la resistencia a compresión, el módulo de elasticidad, la relación de Poisson, la resistencia a tensión, la tenacidad, la resistencia al impacto y la contracción por secado. La presencia de las fibras en el concreto fresco modifica la consistencia de la mezcla y reduce el agrietamiento por contracción plástica; en estado endurecido, incrementa la tenacidad y la resistencia al impacto y reduce la contracción por secado y el agrietamiento; las otras propiedades permanecen sin cambios significativos.

DISEÑO DE UNA MEZCLA DE CONCRETO UTILIZANDO RESIDUOS INDUSTRIALES Y ESCOMBROS [12]

Realizado por: Katty Milena Parra Maya, María Alejandra Bautista Moros, como tesis de grado como requisito para optar al título de ingeniero civil. Universidad Pontificia Bolivariana.

Resumen:

El ejercicio de la construcción genera gran cantidad de escombros. Como una alternativa para mitigar el impacto ambiental generado por estos escombros, se empleó una

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metodología que permitió el aprovechamiento de residuos industriales inertes como agregados no convencionales en mezclas de concreto.

De esta manera, se dosificaron cuatro mezclas con diferentes proporciones de material y tres relaciones Agua/cemento (0.4, 0.45, 0.5). La selección de mezclas de los agregados fue determinada considerando el menor porcentaje de vacíos arrojado por dichas mezclas. Un total de 144 especímenes de concreto (30h x 15d) fueron preparados manteniendo constante un 10% de escombros y modificando los gruesos y/o finos, por un 6/10 de limalla.

En el caso de este estudio, los porcentajes asumidos corresponden a valores de porcentaje de vacíos de mezclas en mezclas de agregados entre 38,7% y 42,1%. Se observó que la mezcla dosificada con 61% de agregado grueso, 23% de agregado fino, 6% de limalla fina y 10% de escombro, presentó los valores más altos de resistencia promedio de los especímenes ensayados 306.74 kg/cm2 lo cual representa un 46% por encima del valor del concreto que se requería (210 kg/cm2).

De esta manera se puede concluir que la adición de limalla y escombros permite un aumento de la resistencia del concreto y un aprovechamiento de dos residuos sólidos provenientes de actividades industriales y a su vez está reportando un ahorro del 30% con respecto a la producción de concreto con agregados convencionales. Esto demuestra, que el aprovechamiento de residuos sólidos inertes representa genera un beneficio ambiental que conlleva a ahorros para la empresa.

V. ALCANCES.

Esta investigación es de alcance CORRELACIONAL.

Variable independiente: ESPECIFICACIONES DEL CONCRETO REQUERIDO.

Variable(s) dependiente(s):

1. Revenimiento2. Tamaño máximo del agregado grueso3. Cantidad de agua4. Relación Agua/Cemento5. Contenido de cemento6. Volumen de agregado grueso7. Contenido de arena

+Correcciones por humedad

Las unidades de medida correspondientes son:

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1. Cm2. Pulgadas o mm3. Litros/m3 de concreto4. Adimensional5. gr/lt. de agua6. %/m3 de concreto7. %/m3 de concreto

“El alcance de esta investigación va más allá que la simple correlación teórica. Teniendo alcance práctico: la construcción de un programa de cómputo” (Raúl O.S.)

VI. HIPÓTESIS.

Hipótesis principal:

“La interrelación de las variables (componentes del concreto) pueden ser codificadas con el uso del método ACI 211.1 (Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete – Práctica estándar para la selección de las proporciones para concreto normal, concreto pesado, y concreto masivo)”

Hipótesis secundarias:

“La codificación estará fundamentada inicialmente en ACI 211.1 – Concreto normal”.

VII. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN.

Esta investigación es:

Cuantitativa: por cuanto busca datos medibles para su posterior análisis.

Experimental: por cuanto se recreará el fenómeno conocido como “corrida del sistema” (que no es otra cosa que probar el funcionamiento y resultados del programa de cómputo para su manipulación y correcciones).

Longitudinal: por cuanto ocurre en un lapso (periodo de tiempo) y no en un momento único.

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(Todas las referencias citadas en el documento):

Referencias:

[1] L. R. Chiu, «Antecedentes del diseño de mezclas,» de APLICACIÓN DE PROGRAMAS DE CÓMPUTO PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO, México, 2008.

[2] CMT (Comisión del Mercado de las Telecomunicaciones), «Concreto hidráulico,» de CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES - Parte 2: Materiales para estructuras - Título 02: Materiales para concreto hidráulico - Capítulo 005: Calidad del concreto hidráulico, México, SCT (Secretría de Comunicaciones y Transporte), 2004, p. 1/12.

[3] CMT (Comisión del Mercado de Telecomunicaciones), «Cemento Pórtland,» de Características de los materiales - Parte 2: Materiales para estructuras - Título 02: Materiales para concreto hidráulico - Capítulo 001: Calidad del cemento Pórtland, México, SCT (Secretaría de Comunicaciones y Transportes), 2002, p. 1/12.

[4] CMT (Comisión del Mercado de Telecomunicaciones), «Agregados pétreos,» de Características de los materiales - Parte 2: Materiales para estructuras - Título 02: Materiales para concreto hidráulico - Capítulo 002: calidad de agregados pétreos para concreto hidráulico, México, SCT (Secretaría de Comunicaciones y Transportes), 2002, pp. 1-2/20.

[5] CMT (Comisión del Mercado de Telecomunicaciones), «Agua,» de Características de los materiales - Parte 2: Materiales para estructuras - Título 02: Materiales para concreto hidráulico - Capítulo 003: Calidad del Agua para concreto hidráulico, México, SCT (Secretría de Comunicaciones y Transportes), 2002, p. 1/6.

[6] CMT (Comisión del Mercado de Telecomunicaciones), «Aditivos para concreto,» de Características de los materiales - Parte 2: Materiales para estructuras - Título 02: Materiales para concreto hidráulico - Capítulo 004: Calidad de aditivos para concreto hidráulico, México, SCT (Secretaría de Comunicaciones y Transportes), 2004, pp. 1-2/7.

[7] imcyc , «Tecnología del concreto,» Publicación semestral imcyc, vol. I, nº 2, p. 43, 2010.

[8] S. L. Huanca, «itacanet.org,» Marzo 2006. [En línea]. Available: http://itacanet.org/esp/construccion/concreto/dise%C3%B1o%20de%20mezclas.pdf. [Último acceso: 10 Junio 2015].

[9] R. Ruíz, «Teoría elástica y teoría plástica,» 2006. [En línea]. Available: http://www.monografias.com/trabajos-pdf/elementos-concreto-reforzado/elementos-concreto-reforzado.pdf. [Último acceso: 10 Junio 2015].

[10] I. C. L. O. G. Salcedo, «Teorías sobre agregados,» enero 2008. [En línea]. Available: http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/palmira/materiales/pdf/cap6/amplia/conceptos%20generales%20agregados.pdf. [Último acceso: 14 Junio 2015].

[11] IMCyC, «ESTUDIO: La reactividad de las mezclas de cemento portland y aluminosos,» Publicación mensual imcyc, nº Julio, 1999.

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[12] IMCyC, «Estudio: INFLUENCIA DE LAS FIBRAS DE POLIPROPILENO EN LAS PROPIEDADES DEL CONCRETO EN ESTADOS PLÁSTICO Y ENDURECIDO,» Publicación Semestral imcyc, vol. 2, nº 2, p. 1, 2011.

[13] M. A. B. M. Katty Milena Parra Maya, «ESTUDIO: Diseño de una mezcla de concreto utilizando residuos industriales y escombros,» 2010. [En línea]. Available: https://www.google.com.mx/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=8&cad=rja&uact=8&ved=0CEwQFjAHahUKEwjf1smOr5DGAhUSjpIKHUrqAK0&url=http%3A%2F%2Frepository.upb.edu.co%3A8080%2Fjspui%2Fbitstream%2F123456789%2F1358%2F1%2Fdigital_19858.pdf&ei=PRJ-VZ_EHJKcygTK. [Último acceso: 14 Junio 2015].

IX. BIBLIOGRAFÍA TENTATIVA.

Álvarez Cendejas, O., sustentante, Blanco Simiano, A., asesor, institución que otorga el título, & Universidad Don Vasco (Uruapan, Mich.).Escuela de Ingeniería. Diseño de mezclas de concreto hidráulico convencional por el método ACI-211-1

L. R. Chiu, «Antecedentes del diseño de mezclas,» de APLICACIÓN DE PROGRAMAS DE CÓMPUTO PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO, México, 2008

Norma ACI 211.1

R. Ruíz, «Teoría elástica y teoría plástica,» 2006. [En línea]. Available: http://www.monografias.com/trabajos-pdf/elementos-concreto-reforzado/elementos-concreto-reforzado.pdf. [Último acceso: 10 Junio 2015].

CMT (Comisión del Mercado de las Telecomunicaciones), «Concreto hidráulico,» de CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES - Parte 2: Materiales para estructuras - Título 02: Materiales para concreto hidráulico - Capítulo 005: Calidad del concreto hidráulico, México, SCT (Secretría de Comunicaciones y Transporte), 2004.

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ANEXOS.

(ANEXO UNO) – CRONOGRAMA.

ACTIVIDADES

CALENDARIO PARA EJECUTAR LAS ACTIVIDADES

MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Antecedentes

Planteamiento del problema

Marco teórico

Análisis y diagramas de flujo del método ACI

Programación

Corridas del problema y respectivos ajustes

y/o correcciones

Documentación del paquete informático

Presentación y ajustes finales (a asesores del

proyecto de investigación)

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(ANEXO DOS) – CARTA DESCRIPTIVA.

ACTIVIDADES RECURSOSDESCRIPCIÓN OBJETIVO MATERIALES HUMANOS ECONÓMICOS

ANTECEDENTES (REVISIÓN DE LA BIBLIOGRAFÍA)

CONOCER RESPUESTAS A

PREGUNTAS TALES COMO:

1.- PC (computadora) con conexión

a internet

2.- Libros, revistas, y medios de

información impresos en

general.

Investigador

$500.00 (por concepto de

posibles gastos de paquetería

en caso de solicitar algún

ejemplar impreso, o el

posible costo de uno o más

ejemplares)

¿Qué métodos de diseño de mezclas

existen?¿Qué lenguajes de

programación existen capaces de generar

el código del programa a elaborar?

¿Cuáles son las principales variables

del diseño de mezclas?

¿Cuáles son las relaciones

identificadas entre las variables?

¿De qué manera estas variables y

relaciones pueden ser codificadas?

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA &

BOSQUEJO DE FUNDAMENTOS

(conceptos, teorías, estudios)

Conocer los métodos actuales de diseño

de mezclas, su sustento teórico y/o

empírico

1.- PC (computadora) con conexión

a internet

2.- Libros, revistas, y medios de

información impresos en

general.

Investigador $250.Elaborar diagramas de flujo del método ACI 211.1 paso a

paso

PROGRAMACIÓN +

CORRIDAS+

DOCUMENTACIÓN+

AJUSTES Y/O CORRECCIONES

Trasladar toda la teoría analizada y compilada en los

pasos (actividades) anteriores a leguaje

máquina, a través de un lenguaje de programación.

1.- PC + un programa

para la generación de

paquetes informáticos.

Investigador+

Asesor en programación

+Asesor de

laboratorio de concreto

$2,000(para la compra de la licencia del

programa de cómputo a

utilizar)

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(ANEXO TRES) – CARTEL.

26

(ANEXO CUATRO) – PROBLEMAS Y OBJETIVOS.

27

Diseño de

mezclas

Cálculo de la dosificación en base a ESPECIFICACIONES

Documentación (Informes y/o reportes de laboratorio)

Ensayes de especimimenes

Datos que pueden ser analizados

para la generación de información y

conocimiento.