DISEÑO DE CONCRETO

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La resistencia a condiciones severas de intemperie, particularmente a congelación y deshielo y a sales utilizadas para eliminar hielo, se mejora notablemente incorporando aire correctamente distribuido. El aire inyectado debe utilizarse en todo concreto en climas donde se presente la temperatura del punto de congelación.

5. MATERIALES QUE INTERVIENEN EN UNA MEZCLA DE CONCRETO

5.1. El Cemento

Es el principal componente del concreto, ocupa entre el 7% y el 15% del volumen de la mezcla, presenta propiedades de adherencia y cohesión, las cuales permiten unir fragmentos minerales entre sí, formando un sólido compacto con una muy buena resistencia a la compresión así como durabilidad.

Tiene la propiedad de fraguar y endurecer sólo con la presencia de agua, experimentando con ella una reacción química, proceso llamado hidratación.

5.2. El Agua

Componente del concreto en la cual, el cemento experimenta reacciones químicas para producir una pasta eficientemente hidratada, que le otorgan la propiedad de fraguar y endurecer con el tiempo. En una pasta hidrata, el agua se encuentra en dos formas, como agua de hidratación y agua evaporable.

Proporciona a la mezcla una fluidez tal que permite una trabajabilidad adecuada en la etapa del colocado del concreto. Este componente ocupa entre el 14% y el 18% del volumen de la mezcla.

5.3. Los Agregados

Este componente ocupa entre 60% a 75% del volumen de la mezcla, son esencialmente materiales inertes, de forma granular, naturales o artificiales, las cuales han sido separadas en fracciones finas (arena) y gruesas (piedra), en general provienen de las rocas naturales.

Gran parte de las características del concreto, tanto en estado plástico como endurecido, dependen de las características y propiedades de los agregados, las cuales deben ser estudiadas para obtener concretos de calidad y económicos.

Si el tamaño máximo de los agregados del concreto aumenta, los contenidos de cemento y agua disminuirán. El tamaño del agregado deberá ser el mayor económicamente disponible y compatible con las dimensiones de la estructura.

Las partículas de agregado alargadas y chatas (perfil angular) tienen efecto negativo (alto contenido de vacíos) sobre la trabajabilidad y obligan a diseñar mezclas más ricas en agregado fino y por consiguiente a emplear mayores cantidades de cemento y agua, que los agregados redondeados.

5.4. El Aire

Aire atrapado o natural, usualmente entre 1% a 3% del volumen de la mezcla, está en función de las características de los materiales que intervienen en la mezcla, especialmente de los agregados en donde el tamaño máximo y la granulometría son fuentes de su variabilidad, también depende del proceso de construcción aplicado durante su colocación y compactación.

También puede contener intencionalmente aire incluido mayormente entre el 3% a 7% del volumen de la mezcla, con el empleo de aditivos. La presencia de aire en las mezclas tiende a reducir la resistencia del concreto por incremento en la porosidad del mismo.

5.5. Los Aditivos

Se usa como ingrediente de concretos y morteros el cual se añade a la mezcla inmediatamente antes o durante su mezclado. Su empleo puede radicar por razones de economía o por mejorar puntualmente alguna propiedad del concreto tanto en estado fresco o endurecido (reducir el calor de hidratación, aumentar la resistencia inicial o final, etc).

6. PASOS BÁSICOS PARA DISEÑAR UNA MEZCLA DE CONCRETO

a. Recaudar el siguiente conjunto de información:

- Los materiales.

- Del elemento a vaciar; tamaño y forma de las estructuras.

- Resistencia a la compresión requerida.

- Condiciones ambientales durante el vaciado.

- Condiciones a la que estará expuesta la estructura.

b. Determinar la resistencia requerida

Esta resistencia va estar en función a la experiencia del diseñador o la disponibilidad de información que tenga el mismo, pero siempre vamos a tener que diseñar para algo más de resistencia de tal manera que solo un pequeño porcentaje de las muestras (normalmente el 1%, según el ACI) puedan tener resistencias inferiores a la especificada, como se muestra en la siguiente figura:

[pic 1]

El comité ACI 318 - 99 muestra tres posibles casos que se podrían presentar al tratar de calcular la resistencia requerida f’cr

Caso 1: Si se contarán con datos estadísticos de producción en obra así como resultados de la rotura de probetas.

En este caso, se utilizarán las siguientes fórmulas para calcular el f’cr

f 'cr = f 'c + 1.34Ds (1)

f 'cr = f 'c + 2.33Ds – 5 (2)

Donde:

f´c: Resistencia a la compresión especificada (Kg/cm² )

f´cr: Resistencia a la compresión requerida (Kg/cm² )

Ds: Desviación estándar en obra (Kg/cm²)

De ambos resultados se escogerá el mayor valor de las fórmulas, siendo este el f´cr requerido con el cual vamos a diseñar.

Caso 2: No contamos con suficientes datos estadísticos (entre 15 y 30 resultados). En este caso se utilizarán las fórmulas anteriores, donde al valor de Ds se amplificará por un factor de acuerdo a la siguiente tabla:[pic 2]

Entonces para calcular el f’cr tendremos:

f 'cr = f 'c + 1.34(aDs)

f 'cr = f 'c + 2.33(aDs) – 35

Donde:

a: Factor de amplificación.

Caso 3: Contamos con escasos (menos de 15 ensayos) o ningún dato estadístico. Para este caso el Comité del ACI nos indica aplicar la siguiente tabla para determinar el f’cr.[pic 3]

c.