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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 y colocación. Estos
dos tipos de 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. |
“En
el presente trabajo se describe el desarrollo de un programa de computo
para el diseño de mezclas de concreto normal usando dos métodos
diferentes: peso volumétrico máximo de grava y arena |
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Existen
numerosos factores que afectan las propiedades del concreto, ya sea
en estado fresco o endurecido, en este trabajo se describen brevemente
sólo 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 no se considera el uso de aditivos. •
la relación agua/cemento, Debido a la gran variabilidad de las propiedades de los materiales que componen el concreto muchos autores consideran al diseño de mezclas como un arte, esto es particularmente cierto cuando se trata de evaluar real y cuantitativamente las propiedades de la grava y la arena, por ejemplo. No debe de sorprender entonces que conviene verificar las proporciones calculadas haciendo mezclas de prueba y si es necesario efectuar ajustes hasta obtener la mezcla con las características deseadas.
Es indudable que en nuestro medio 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 mucha atención
a la durabilidad. 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 nocivos, 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 colocable 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 haya sido diferente del especificado. Métodos de dosificación
En el medio de la construcción en México se emplean diversos
métodos de diseño de mezclas de concreto normal, incluso
las empresas premezcladoras han desarrollado su propia metodología,
sobre todo para ser más competitivos y obtener el máximo
ahorro en el consumo de cemento. Método ACI Este procedimiento considera nueve pasos para el proporcionamiento de mezclas de concreto normal, incluidos el ajuste por humedad de los agregados y la corrección a las mezclas de prueba. 1. El primer paso contempla la selección del revenimiento, cuando este 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. 2. La elección del tamaño máximo del agregado, segundo paso del método, 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 permite que el concreto sea colado sin cavidades o huecos. La cantidad de agua que se requiere para producir un determinado revenimiento depende del tamaño máximo, de la forma y granulometría de los agregados, la temperatura del concreto, la cantidad de aire incluido y el uso de aditivos químicos. 3. 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, considerando concreto sin y con aire incluido. 4. Como cuarto paso, el ACI proporciona una tabla con los valores de la relación agua/cemento de acuerdo con la resistencia a la compresión a los 28 días que se requiera, por supuesto la resistencia promedio seleccionada debe exceder la resistencia especificada 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. 5. El 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, esta parte constituye el quinto paso del método. 6. 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 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. 7. Hasta el paso anterior 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. 8. El octavo paso consiste en 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. 9. El último paso se refiere a los ajustes a las mezclas de prueba, en las que se debe 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. Para correcciones por diferencias en el revenimiento, en el contenido de aire o en el peso unitario del concreto 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. Método de contenido mínimo de vacíos
Una vez que se han establecido las características granulométricas
de los agregados y el tamaño máximo de la grava, el siguiente
aspecto por definir es el que se refiere a la adecuada combinación
de la grava y la arena. Evaluación de los métodos
En general las mezclas de concreto diseñadas por el método
de contenido mínimo de vacíos suelen manifestar reducida
trabajabilidad, porque la obtención de esta característica
usualmente demanda un cierto exceso de mortero con respecto al que se
obtiene con el mínimo consumo de pasta. Bajo tal consideración,
se espera que al elaborar la primera mezcla de prueba mediante este
procedimiento la mezcla resultante exhiba poca trabajabilidad, por lo
que deben de efectuarse los ajustes correspondientes hasta obtener las
propiedades deseadas en el concreto. Programa de computo El programa de computo para diseño de mezclas de concreto, mediante el método de contenido mínimo de vacíos y el método ACI, ha sido desarrollado en el sistema de programación Visualbasic y su plataforma de interacción con el usuario se realiza a través de Windows, lo cual permite introducir los datos de manera muy sencilla. La instalación se realiza mediante un autoejecutable (setup) que carga el programa automáticamente, creando el icono correspondiente en los archivos de programa de la computadora o donde el usuario lo indique. Al oprimir el icono del programa este se carga y aparece la primer pantalla, en la que se presentan los datos generales y el nombre del programa. •En la parte superior aparecen los siete iconos generales del programa, el primer icono es para abrir archivos que hayan sido creados y guardados con anterioridad; el segundo icono sirve para guardar los datos sobre mezclas de concreto; el tercer icono es para entrar al método de dosificación del ACI y al acercar el indicador del ratón (mouse) sin oprimir aparece la leyenda “Diseño de mezclas por ACI”, al hacer clic en este icono se accesa a la ventana de diseño por ACI. El
cuarto icono es para entrar al método de mínimos vacíos,
al acercar el ratón sin oprimirlo aparece el letrero ”Mínimos
Vacíos, dando PVM”, al hacer clic en el icono se accesa
la ventana de Tabla de Datos para mínimos vacíos. El quinto
icono es para entrar a la forma gráfica de pesos volumétricos
y relaciones grava/arena, en esta ventana es posible graficar la curva
de peso volumétrico contra relación grava/arena introduciendo
los datos experimentales de distintas proporciones y pesos de grava/arena,
el programa elabora la curva y calcula el peso volumétrico máximo
en forma automática, cuyo valor puede ser introducido en la tabla
de datos del método de mínimos vacíos. •Cuando
se decide usar el procedimiento del ACI se hace doble clic en el icono
correspondiente, enseguida aparecerá la pantalla “Método
del ACI”. En ese momento la pantalla presenta una serie de cuadros
que contienen
Finalmente, debe introducirse el dato de concreto sin o con aire incluido,
en caso de que las condiciones de operación de la obra requieran
concreto con aire incluido, en la parte baja a la izquierda de la pantalla
se encuentra un cuadro en donde se pueden escoger las condiciones de
exposición a las que estará sujeto el concreto: ligera,
moderada o severa.
En otras ocasiones se desean mezclas menos trabajables, por ejemplo:
para colar pavimentos o pisos de concreto.
•Con los datos anteriores el programa ejecuta automáticamente
los pasos de diseño de mezclas por el método del ACI y
presenta la pantalla de “Resultados” cuando se oprime “Aceptar”,
en la que se observan las cantidades de cada uno de los componentes
en peso y volumen. Adicionalmente, aparece un cuadro en la parte inferior
con los datos de diseño como: resistencia a la compresión,
relación agua cemento, tamaño máximo nominal y
módulo de finura. Al encontrarse en la pantalla del menú de inicio el usuario tiene dos opciones para trabajar con el método: la primera, accesar directamente mediante el icono “Mínimos Vacíos, dando PVM”, para lo cual debe contar antes con los datos generales de la mezcla a diseñar, con el peso volumétrico máximo de los agregados y con la proporción de grava/arena; y, la segunda, cuando no cuente con los datos de peso volumétrico máximo y porcentajes de grava y arena deberá accesar al “Gráfico”.
•Cuando se cuentan con todos los datos y entramos directamente
al método de diseño de mezclas, el programa despliega
la siguiente pantalla: En este método sólo es necesario
introducir los datos en la tabla correspondiente y, en caso de requerirse,
elegir si el concreto se diseña con o sin aire incluido. Cuando
en el concreto se especifique aire incluido en el cuadro se oprime la
opción y aparecerán los niveles de exposición de
manera semejante al otro método: ligera, moderada y severa. Con
la información completa el programa corre en forma automática
una vez que se oprime el icono “Aceptar”, desplegando una
pantalla de “Resultados” exactamente con las mismas características
que en el método ACI, esto es, cantidades de cada uno de los
componentes del concreto por peso y por volumen y un cuadro de información
general acerca de las características de concreto.
Los datos de laboratorio sobre los pesos volumétricos y las diferentes
proporciones se alimentan en la tabla “Introduzca los datos a
graficar”, el programa elabora la gráfica y obtiene el
máximo peso volumétrico de los agregados.
La pantalla de “Resultados”, la cual es común para
los dos métodos, permite entrar a la pantalla de “Datos
para la Mezcla de Prueba”, en ella se capturan los datos referentes
a humedad y absorción de grava y arena, así como a sus
correspondientes pesos específicos. |
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INGENIERÍA
EN LA UAM |
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Los planes de estudios de ingeniería que imparte la Universidad
Autónoma Metropolitana (UAM) poseen una importante formación
científica básica y de ciencias de la ingeniería;
también, hacen énfasis en el trabajo en equipo y en las
actividades experimentales, prácticas y de investigación.
Aspectos que permiten a los alumnos aprender el trabajo en laboratorio
y asimilar formas de hacer investigación que en muchos casos
emplean durante el transcurso de su carrera o en estudios de posgrado.
Los planes de estudio están
En el tronco general se proporcionan, durante los tres primeros trimestres,
los conocimientos científicos básicos en matemáticas,
física, química y computación, así como
un complemento socio-humanístico a los alumnos de las nueve carreras
de ingeniería. Las asignaturas de este nivel se imparten en los últimos tres trimestres, los alumnos pueden elegir entre las áreas de concentración en construcción o en estructuras. Esto permite a los egresados de la carrera tener un conocimiento más profundo en cualquiera de esos dos campos e integrarse al mercado de trabajo con una mejor preparación específica. |
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INGENIERIA
CIVIL Y EL CONCRETO |
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El
plan de estudios de Ingeniería Civil contempla varias asignaturas
sobre el conocimiento y aplicaciones del concreto, en ellas se aprenden
las características de sus componentes, las propiedades de este
material en estado fresco y endurecido, las normas de control de calidad
y sus formas de fabricación y obtención, incluyendo las
pruebas de laboratorio de agregados, calidad del agua, diseño
y corrección de mezclas, muestreo y ensaye a probetas de concreto
en las que se determinan sus propiedades mecánicas. Construcción I . En este curso se estudia la clasificación, obtención, manejo y aplicación de los principales materiales de construcción con énfasis en los materiales pétreos y en el concreto. El contenido considera una introducción a la industria y a los procesos constructivos, la descripción de los recursos básicos de la construcción, normas y control de calidad, el estudio de diversos materiales, como: madera, metales, agregados, cerámicos, plásticos y el concreto y sus componentes, considerando propiedades y características, así como su forma de obtención o fabricación.
Laboratorio de Construcción. En esta asignatura
se estudian las propiedades necesarias de los componentes del concreto
para su dosificación, control y muestreo. El contenido contempla
la realización de diez prácticas de laboratorio que están
relacionadas con los siguientes tópicos: conocimiento y calibración
del equipo de laboratorio; granulometría, pesos volumétricos
y específicos, absorción y humedad de los agregados; diseño
y dosificación de mezclas de concreto; fabricación de
mezclas de concreto, obteniendo contenido de aire, revenimiento, peso
volumétrico y cilindros de prueba; pruebas especiales a la arena,
como: contenido de finos y determinación de materia orgánica;
visitas a una planta premezcladora y a una obra en construcción
en la que se esté empleando el concreto; determinación
de propiedades mecánicas del concreto: resistencias a la compresión,
tensión y flexión y módulo de elasticidad. |
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RESUMEN |
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Se
presenta un programa de computo para el diseño de mezclas de concreto
normal, que será empleado por los alumnos de la licenciatura en
Ingeniería Civil en la División de Ciencias Básicas
e Ingeniería de la Universidad Autónoma Metropolitana en
su Unidad Azcapotzalco. Para facilitar el proceso de enseñanza aprendizaje se ha considerado el empleo de un programa de computo para el diseño de mezclas de concreto normal que consta de dos métodos, pero que en el futuro se ampliará. Los dos métodos considerados de diseño de mezclas son: peso volumétrico máximo de grava y arena (mínimo contenido de vacíos) y por el método de factores empíricos que se describe en el informe ACI 211.1. El programa se desarrolló en Visualbasic con plataforma de interacción del sistema Windows. Además, puede cargarse desde un diskette de 3 _” mediante ayudas sencillas. En pantalla se despliega primeramente la información general del sistema, después apretando un icono se accede a una pantalla en la que el usuario escoge alguno de los dos métodos de diseño de mezclas de concreto. Enseguida aparecen sucesivamente cuadros en los que se van introduciendo los datos básicos como: resistencia a la compresión, revenimiento, tamaño máximo del agregado grueso, módulo de finura de la arena, pesos específicos y volumétricos (sueltos y compactos), absorción y humedad de los agregados. Al final el programa despliega en pantalla el diseño de la mezcla base. La mezcla base se fabrica en laboratorio, con lo cual se miden los valores reales y en caso de diferencia con los parámetros de diseño original se corrige. El programa ofrece la posibilidad de corrección de las mezclas, obteniendo al final el proporcionamiento por volumen y por peso. |
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AUTORES |
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*Ing. Jesús Cano Licona
Es originario del Estado de México, egresado de la carrera de ingeniería
civil de la Universidad Autónoma Metropolitana. Actualmente cursa
estudios de maestría en ingeniería con especialidad en estructuras
en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma
de México con el 50% de los créditos obtenidos. Ing. Antonio Flores Bustamante
Es originario de la ciudad de México, obtuvo el título de
ingeniero civil en 1981 en la Universidad Autónoma Metropolitana
y tiene estudios de maestría en ingeniería en construcción
realizados en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional
Autónoma de México. Cuenta con una experiencia profesional
de mas de doce años en el campo de la construcción en empresas
privadas y en el sector público, particularmente Ing. Francisco González Díaz Es Ingeniero civil egresado de la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Azcapotzalco, tiene seis años de experiencia profesional en el sector público y privado. Actualmente tiene el 100% de créditos en la Maestría en Ciencias e Ingeniería de Materiales de la UAM-A. Es profesor asociado de tiempo completo y colaborador en el proyecto de investigación “Ciencia y Tecnología del Concreto”. Ha sido asesor de once trabajos de titulación de alumnos de licenciatura y ha publicado catorce trabajos en revistas, memorias y reportes de investigación. Ing. Luis Rocha Chiu Nació en la ciudad de México, D.F. el 23 de agosto de 1957. Obtuvo el título de ingeniero civil en 1981 en la Universidad Autónoma Metropolitana y tiene estudios de maestría en ingeniería en planeación y en construcción en la Universidad Nacional Autónoma de México. Tiene una experiencia profesional de más de quince años en construcción y transporte urbano en organismos del sector público y en empresas privadas. Es profesor desde hace diez años y fue coordinador de la carrera de ingeniería civil en la Universidad Autónoma Metropolitana. M. en I. Adán Vázquez Rojas
Es originario de la ciudad de México, D.F., realizó sus
estudios de ingeniería civil en la Facultad de Ingeniería
de la UNAM donde obtuvo su título en 1985. En esta misma Facultad,
en la División de Estudios de Posgrado obtuvo el grado de maestría
en ingeniería con especialidad en construcción en el año
de 1996.
Informes: |
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BIBLIOGRAFIA |
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Proporcionamiento
de Mezclas – Reporte ACI 211.1-91, Ed. Instituto Mexicano del Cemento
y del Concreto, A.C. (1993) |
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