Diseño y Aplicación de Concreto 650 Flexión para Carreteras

El concreto es uno de los materiales más versátiles y utilizados en la construcción de infraestructuras viales. En este artículo, nos enfocaremos en el concreto 650 flexión, un tipo especializado diseñado para soportar altas cargas de tráfico, ideal para carreteras y rodaduras en regiones con condiciones climáticas y geológicas específicas. Exploraremos por qué se llama así, su uso, condiciones recomendadas, proceso de colocación y un ejemplo detallado de cómo se realiza el diseño de la mezcla.

¿Qué es el Concreto 650 Flexión?

El concreto 650 flexión se refiere a un tipo de mezcla de concreto diseñada para resistir una tensión de flexión de 650 kg/cm². Esta alta resistencia a la flexión es crucial para soportar las cargas dinámicas y estáticas impuestas por el tráfico pesado, como camiones y vehículos de carga, en las carreteras.

Usos del Concreto 650 Flexión

Es principalmente utilizado en:

• Carreteras de alto tráfico: Ideal para autopistas, carreteras principales y vías que soportan vehículos pesados.
• Pistas de aterrizaje: En aeropuertos donde se requiere resistencia adicional debido al peso y la frecuencia de los aviones.
• Áreas industriales: Superficies donde operan maquinaria pesada y vehículos industriales.

Condiciones Recomendadas para su Uso

Geología

El concreto 650 flexión es adecuado en suelos con las siguientes características:

• Arcilla compacta: Proporciona una base estable para la carretera.
• Grava superficial: Mejora la drenabilidad y reduce la deformación del suelo.

Clima

Este tipo de concreto es recomendable en:

• Climas tropicales: Alta humedad y temperaturas constantes entre 25°C y 35°C.
• Regiones con alta precipitación: La durabilidad del concreto 650 flexión resiste bien en condiciones húmedas.

Ventajas de Utilizar Concreto 650 Flexión

• Alta resistencia: Soporta cargas pesadas y tráfico constante.
• Durabilidad: Menos susceptible a agrietamientos y deformaciones.
• Bajo mantenimiento: Menos reparaciones y menos interrupciones en el tráfico.

Proceso de Colocación del Concreto 650 Flexión

Preparación de Materiales

• Agregados:
  • Grava de 25 mm de tamaño máximo.
  • Arena limpia de río.
• Cemento:
  • Cemento Portland tipo I.
• Aditivos:
  • Superplastificantes.
  • Retardadores de fraguado.

Mezcla

• Proporciones:
  • Cemento: 400 kg/m³
  • Grava: 1,000 kg/m³
  • Arena: 700 kg/m³
  • Agua: 160 litros/m³ (relación agua/cemento = 0.40)
  • Superplastificante: 2 litros/m³
  • Retardador de fraguado: 1 litro/m³
• Mezclado:
  • Añadir la grava y la arena en el mezclador.
  • Añadir el cemento y mezclar en seco durante 1 minuto.
  • Añadir agua y aditivos lentamente mientras se continúa mezclando.
  • Mezclar durante 3-5 minutos hasta obtener una consistencia homogénea.

Colocación

• Vertido del Concreto:
  • Verter el concreto en moldes para probetas y vibrar para eliminar burbujas de aire.
  • Utilizar herramientas adecuadas para asegurar una superficie lisa y nivelada.
• Curado:
  • Mantener las probetas en condiciones de humedad controlada (23°C) durante 28 días.

Cálculos Para Diseño de Mezcla de Concreto 650 Flexión

Diseño para una mezcla de concreto 650 flexión.

Especificaciones del Proyecto

• Carretera de alto tráfico con tráfico pesado.
• Suelo: Arcilla compacta con una capa de grava superficial.
• Clima: Tropical, alta humedad y temperaturas entre 25°C y 35°C.

Materiales Disponibles

• Grava de 25 mm.
• Arena limpia de río.
• Cemento Portland tipo I.
• Aditivos: Superplastificantes y retardadores de fraguado.
• Agua potable.

Paso 1: Determinación de la Resistencia a la Flexión Requerida

• Resistencia a la flexión: 45.5 kg/cm² (650 psi) a 28 días.

Paso 2: Selección del Tamaño Máximo de Agregado

• Tamaño máximo de agregado nominal: 25 mm (1”).

Paso 3: Determinación del Asentamiento

• Asentamiento en obra: 101 mm +/- 25 mm (4” +/- 1”).

Paso 4: Contenido de Aire

• Contenido de aire: Máximo 3%.

Paso 5: Selección de la Relación Agua/Cemento (w/c)

Según el ACI 211.1, para lograr una alta resistencia a la flexión, una relación agua/cemento baja es esencial. La relación agua/cemento sugerida para concreto de alta resistencia es aproximadamente 0.40.

Paso 6: Cálculo de la Cantidad de Agua

Para un asentamiento de 101 mm +/- 25 mm, según la tabla de la ACI 211.1, la cantidad de agua requerida es aproximadamente 160 kg/m³.

Paso 7: Selección del Contenido de Cemento

Usando la relación agua/cemento de 0.40, calculamos la cantidad de cemento necesaria:

Cantidad de cemento = (Cantidad de agua) / (Relación agua / cemento)

=160 kg / 0.40

=400 kg/m3

Paso 8: Determinación del Contenido de Agregados

Arena (Fina)

La proporción de arena depende del tamaño máximo del agregado y la relación agua/cemento. Usando la tabla del ACI 211.1 para un agregado de 25 mm y una relación agua/cemento de 0.40, la proporción de arena puede ser aproximadamente 35% del volumen total de agregados.

Volumen absoluto de arena = (0.35) × (Volumen absoluto de agregados)

Grava (Gruesa)

El volumen de grava se puede calcular restando el volumen de arena del volumen total de agregados.

Volumen absoluto de grava = 1 − (Volumen absoluto de arena)

Paso 9: Masa Unitaria de los Agregados

Usamos los valores típicos para la masa unitaria:

• Arena: 1600 kg/m³
• Grava: 1500 kg/m³

Paso 10: Cálculo del Volumen Absoluto

Para calcular el volumen absoluto, usamos la fórmula:

Volumen absoluto = Masa / Densidad

Paso 11: Cálculo de las Proporciones Finales

Volumen absoluto del cemento

Volumen absoluto del cemento = (400 kg) / (3150 kg/m3) = 0.127 m3

Volumen absoluto del agua

Volumen absoluto del agua = (160 kg) / (1000 kg/m3) = 0.160 m3

Volumen absoluto de los agregados

Volumen absoluto de agregados = 1 − (Volumen absoluto del cemento + Volumen absoluto del agua + Contenido de aire)

Volumen absoluto de agregados = 1 − (0.127 + 0.160 + 0.03) = 0.683 m3

Volumen absoluto de la arena

Volumen absoluto de la arena = 0.35 × 0.683 = 0.239 m3

Volumen absoluto de la grava

Volumen absoluto de la grava = 0.683 − 0.239 = 0.444 m3

Paso 12: Cálculo de la Masa de los Agregados

Masa de la arena = Volumen absoluto de la arena × Masa unitaria de la arena

= 0.239 × 1600 = 382.4 kg

Masa de la grava = Volumen absoluto de la grava × Masa unitaria de la grava

= 0.444 × 1500 = 666 kg

Tabla Final de Proporciones de la Mezcla

Conclusión

Este diseño asegura una resistencia adecuada para soportar las cargas pesadas, proporcionando durabilidad y rendimiento óptimo en condiciones climáticas y geológicas específicas de lugares con las características indicadas.

Este proceso detallado garantiza que el concreto utilizado sea de alta calidad, cumpliendo con los estándares de la industria y proporcionando una infraestructura vial segura y duradera.

Fuentes utilizadas para los cálculos en el diseño de la mezcla de concreto 650 flexión:

• ACI 211.1: “Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete” – American Concrete Institute.
• ASTM C-78: “Standard Test Method for Flexural Strength of Concrete (Using Simple Beam with Third-Point Loading)” – ASTM International.
• ASTM C-143: “Standard Test Method for Slump of Hydraulic-Cement Concrete” – ASTM International.
• ASTM C-33: “Standard Specification for Concrete Aggregates” – ASTM International.
• ASTM C-231: “Standard Test Method for Air Content of Freshly Mixed Concrete by the Pressure Method” – ASTM International.
• ASTM C-1064: “Standard Test Method for Temperature of Freshly Mixed Hydraulic-Cement Concrete” – ASTM International.
• ASTM C-138: “Standard Test Method for Density (Unit Weight), Yield, and Air Content (Gravimetric) of Concrete” – ASTM International.