diseño de mezcla

TECNOLOGIA DEL CONCRETO

8. Diseño de Mezclas de Concreto – II

Parte

• Ing. Ana García

• 2016

Logro

• Diseñar mezclas de concreto normal (175 kg/cm2 < f’c <420 kg/cm2), empleando los criterios y metodologíassiguientes: ACI 211, módulo de fineza, Walker, agregadoglobal, entre otros.

• Diseñar mezclas de concreto normal empleandodistintos tipos de Cemento Portland: Tipos, I, II, V, asícomo los adicionados: Tipos IP, IPM, ICo, IS, IL y IT.

• Diseñar mezclas de concreto normal empleandocementos de la norma ASTM C1157, tipos GU, HE, HS.

Determinación de la relación agua / cemento en el laboratorio:

https://www.youtube.com/watch?v=9pHUaDIsBcY

Relación agua / cemento vs. Trabajabilidad (UNICON):

https://www.youtube.com/watch?v=AuNOVJPOfIE

https://www.youtube.com/watch?v=9pHUaDIsBcY

https://www.youtube.com/watch?v=AuNOVJPOfIE

METODO ESTANDAR PARA TODOS

LOS DISEÑOS DE MEZCLA

Pasos a seguir para todos los diseños de

Mezcla (concretos sin aditivos ni especiales)

• PASO 1: Investigar y obtener los datos de loscomponentes del concreto: propiedades del cemento, losagregados, el agua y el contenido de aire, de sernecesario.

• PASO 2: Investigar y obtener los datos sobre el tipo devaciado, elementos a vaciar, si son armados o no,características del medio ambiente, recursos disponibles,tipo de uso del elemento a vaciar y la probabilidad deque existan agentes químicos que lo deterioren.

Pasos a seguir para todos los diseños de

Mezcla (concretos sin aditivos ni especiales)

• PASO 3: Calcular la cantidad de agua y aire, en pesocomo en volumen.

• PASO 4: Calcular la cantidad de cemento, en peso comoen volumen.

• PASO 5: Calcular la cantidad de los agregados finos ygruesos, claramente diferenciados, en peso como envolumen.

• PASO 6: Corregir el agua de la mezcla por la absorción yhumedad en los agregados; corrigiendo así ladosificación para obra.

PASO 1: Investigación y obtención de

datos – Componentes del Concreto

• DATOS RELEVANTES DE LOS COMPONENTES:

• Agua: contenido de sulfatos y cloruros, densidad

• Aire: Posibilidad o no de incorporar aire (sobre tododebido a ciclos hielo-deshielo o a bajas presiones poraltitudes mayores a 3,000 m.s.n.m.)

• Cemento: si es Portland o no, si presenta adiciones, tipode cemento según clasificación, peso específico seco,peso volumétrico, tiempos de fraguado.

PASO 1: Investigación y obtención de

datos – Componentes del Concreto

• DATOS RELEVANTES DE LOS COMPONENTES:

• Agregados (fino y grueso): Peso unitario, peso específicoseco, contenido de humedad, grado de absorción,módulo de fineza, tamaño máximo nominal, porosidad,si son angulosos o redondeados, partículas deletéreas,cloruros, sulfatos, finos (pasan el tamiz N° 200),resistencia al desgaste o abrasión (para pavimentos).

Densidad del Agua según Temperatura en °C

Emplear los datos de la tabla

si la temperatura del agua es menor de 20 °C o es

mayor de 25 °C.

Determinación de f’cr

Para determinar el f’cr, es decir, el f’c de diseño más un incremento para asegurar la calidad en la resistencia a la compresión de la mezcla de concreto que vamos a diseñar, existen dos métodos: cuando se dispone de datos de rotura de probetas anteriores (estadístico) y cuando no se disponen de datos (característico). El primer método se tocará en la clase referente a la calidad.Por el momento, para nuestros diseños emplearemos el método característico.Dicho método emplea la siguiente tabla para determinar el f’cr:

Determinación del asentamiento (slump) de

diseño

Deben tomarse criterios constructivos.En general se recomiendan los siguientes asentamientos por tipo de elemento a vaciar:

Contenido de Agua y Aire (ACI)

Fuente: ACI 211.1 Tabla 6.3.3

Relación agua/cemento:

Cemento Portland Tipo I

Concretos con baja permeabilidad (o bajo el agua): Max. a/c=0.50.

Concretos sometidos a ciclos de congelamiento:Max. a/c = 0.45.

Concretos expuestos a cloruros o agua de mar:Max. a/c = 0.40.


Otros tipos (ASTM C-150)

CONCRETOS SIN AIRE INCORPORADO

Relación a/c 0.80 0.70 0.62 0.55 0.48 0.43 0.38

Cemento Tipo I 150 200 250 300 350 400 450

Cemento Tipo II 336 384 432

Cemento Tipo III 165 220 275 330 385 440 495

Cemento Tipo IV* 155 186 217 248 279

Cemento Tipo V 340 383

CONCRETOS CON AIRE INCORPORADO

Relación a/c 0.71 0.61 0.53 0.46 0.40

Cemento Tipo I 150 200 250 300 350

Cemento Tipo II 336

Cemento Tipo III 165 220 275 330 385

Cemento Tipo IV* 155 186 217

Cemento Tipo V

*Prácticamente en desuso en el Perú.

Fuente: Recomendaciones ACI 211.1, ACI 318, investigaciones en el Perú

NO APLICA

NO APLICA

NO APLICA

NO APLICA

NO APLICA

RESISTENCIA A LA COMPRESION f'c, kg/cm2

RESISTENCIA A LA COMPRESION f'c, kg/cm2

NO APLICA

Ratio máximo a/c

para cementos

Tipo II: 0.50Tipo V: 0.45

Vaciados masivos: 0.43 <a/c < 0.62Y contenido de agua entre 150 y 250 litros/m3



Para los cementos adicionados, interesa el porcentaje de la adición así como su gravedadespecífica.Para efectos prácticos, en caso no se disponga de datos sobre las propiedades de lasadiciones, y en base a las recomendaciones del ACI 211, se obtiene la siguiente tabla:


Relación a/c de las Tablas Portland 0.80 0.70 0.62 0.55 0.48 0.43 0.38

Cemento Tipo IP 0.69 0.61 0.53 0.48 0.42

Cemento Tipo IPM 0.64 0.57 0.50 0.45 0.39

Cemento Tipo IS 0.68 0.60

Cemento Tipo ISM 0.67 0.60 0.52 0.47 0.41

Cemento Tipo IL 0.63 0.55 0.49 0.43

Cemento Tipo Ico 0.66 0.58 0.51 0.45 0.40


Relación a/c de las Tablas Portland 0.71 0.61 0.53 0.46 0.40

Cemento Tipo IP NO APLICA 0.67 0.59 0.51 0.44

Cemento Tipo IPM NO APLICA 0.63 0.55 0.48 0.41

Cemento Tipo IS 0.63

Cemento Tipo ISM NO APLICA 0.66 0.58 0.50 0.43

Cemento Tipo IL 0.61 0.53 0.46

Cemento Tipo Ico NO APLICA 0.65 0.56 0.49 0.42

Fuente: Recomendaciones ACI 211.1, ACI 318, investigaciones en el Perú

NO APLICA

NO APLICA

NO APLICA

NO APLICA

NO APLICA

NO APLICA

NO APLICA

RELACION AGUA / (CEMENTO+ADICION)

NO APLICA

RELACION AGUA / (CEMENTO+ADICION) NOTA: Las relaciones a/(c+p) de esta tabla

son conservadoras, es decir, tienden a

asegurar la resistencia antes que la

economía. Para ajustar mejor, emplear

la fórmula recomendada (a continuación).



En los casos que se cuente con información de las propiedades de la adición en laboratorio se puede estimar la relación a/c como sigue:

Relación a/(c+p) = Pc x Relación a/cPc x Rc + Pp x Rp

Donde:

Pc: peso específico seco del cementoPp: peso específico seco de la adiciónRp: porcentaje en volumen total de la adiciónRc: porcentaje en volumen total del cemento = 1-RpRelación a/c: relación agua/cemento obtenida de la tabla ACI para concretos Portland



Ejemplo: determinar la relación a/(c+p) para un concreto f’c 250 kg/cm2 con cemento Tipo IP Yura, sin aire incorporado, piedra TMN = 3/4”, slump 6”, donde la puzolana representa el 20% del total. Peso específico seco del cemento IP = 2.85, Peso específico seco de la puzolana = 2.40.

Solución:

Relación agua/cemento para f’c= 250 kg/cm2 = 0.62 (ver tabla).Pc = 2.85Pp = 2.40Rp = 0.20 (20%)Rc=1-Rp = 0.80 (80%)

Reemplazando en la fórmula:

Relación a/(c+p) = 2.85 x 0.62 = 1.767 = 0.942.85 x (1-0.20) + 2.40 x 0.20 1.872

Peso del cemento + adición = Peso del agua por tabla / 0.94 = 210 / 0.94 = 223.40 kg/m3



Determinación del peso de la adición:

Peso de la adición = Fw x (Peso del cemento + adición); donde:

Fw x (1+ (Pc/Pp) x (Rc/Rp)) = 1

Resolviendo para el caso anterior:

Fw x (1+(2.85/2.40)x(1-0.2)/0.2) = 1 Fw x (1+4.75) = 1 despejando Fw = 0.17

Peso de la adición = 0.17 x 223.40 kg = 37.98 kg

Peso del cemento en kg = Peso del cemento con adición – Peso de la adición = 223.40 – 37.98 = 185.42 kg

Volumen del cemento = 185.42/2.85 = 65.06 litros = 0.065 m3.

Este peso y volumen es el que se va a incluir en el cálculo del diseño de mezcla.



Los cementos hidráulicos genéricos que no necesariamente son Portland, pueden determinarse con relaciones de agua/cemento en base a los factores siguientes:

Relación agua/cemento genérico = Relación agua/cemento Portland x 0.95Relación agua/cemento genérico = 2600 / Superficie específica del cemento genérico

Se escogerá el menor valor para asegurar la durabilidad.

Ejemplo: Si la relación agua/cemento para Portland es 0.55, cuál sería la relación a/c para un concreto genérico tipo HS (alta resistencia a los sulfatos) sabiendo que su superficie específica es 4,470 cm2/gr.

Solución.- a/c cemento HS = 0.55 x 0.95 = 0.52a/c cemento HS = 2600/4470 = 0.58 Se escoge el menor, por tanto a/c HS = 0.52.




Relación a/c Portland 0.80 0.70 0.62 0.55 0.48 0.43 0.38

Cemento Tipo GU 0.76 0.67 0.59 0.52 0.46 0.41 0.36

Cemento Tipo MS 0.44 0.39 0.35

Cemento Tipo HE 0.84 0.73 0.65 0.57 0.50 0.45 0.40

Cemento Tipo MH 0.37 0.32 0.28 0.25 0.22

Cemento Tipo HS 0.35 0.31


Relación a/c Portland 0.71 0.61 0.53 0.46 0.40

Cemento Tipo GU 0.67 0.58 0.50 0.44 0.38

Cemento Tipo MS 0.36

Cemento Tipo HE 0.74 0.64 0.55 0.48 0.42

Cemento Tipo MH 0.31 0.27 0.24

Cemento Tipo HS

NO APLICA

NO APLICA

RELACIÓN AGUA/CEMENTO

NO APLICA

NO APLICA

NO APLICA

RELACIÓN AGUA/CEMENTO

NO APLICA

NOTA: Las relaciones a/c de esta tabla son

conservadoras, es decir, tienden a

asegurar la resistencia antes que la economía.

Métodos para determinar el peso y

volumen de agregados

Método de Fuller

Método de Bolomey

Método de Walker

Método del Módulo de Fineza

Método del Módulo de Fineza

% arena = (MF piedra - MF combinación) / (MF piedra – MF arena)

Ejemplo: para una piedra con TMN = 3/4” y MF = 7.0, y una arena con MF = 2.8; sabiendo que la piedra tiene caras angulares y la cantidad de cemento por m3 son 9 bolsas.

Empleando la tabla, se obtiene: MF combinación = 5.19

Entonces:

% arena = (7.0 – 5.19) / (7.0 - 2.8) = 43%

% piedra = 100% - (Volumen de aire + Volumen de agua + Volumen de cemento + Volumen de arena)

Método del Agregado Global

Método del ACI 211.1

b/bo

Método del ACI 211.1

Peso unitario seco

Peso unitario compactado

Peso específico seco

Módulo de Fineza

2.66 2.64

Vol. Agregados = 1-0.349 = 0.651 m3

0.60 x 1936 1162 kg

1162

26600.437

0.651 – 0.437 0.214

0.214 x 2640 565 kg

N° 4

PIEDRA

ARENA

Correcciones por absorción y humedad

• Peso del agua absorbida = % absorción del agregado x Peso del agregado según diseño

• Peso del agua como humedad = % humedad del agregado x Peso del agregado según diseño

• Peso corregido del agregado = Peso del agregado por diseño + Peso del agua como humedad

• Peso corregido del agua = Peso del agua según diseño + Peso del agua absorbida – Peso del agua como humedad


CEMENTO TIPO I

Peso específico seco 3150 kg/m3

Peso unitario 1400 kg/m3

AGUA


ARENA (AGREGADO FINO) GRUESA



Módulo de fineza 3.01

Absorción % 1.07%

Humedad % 0.54%

PIEDRA (AGREGADO GRUESO) PIEDRA PARTIDA



Módulo de fineza 7.74

Absorción % 0.61%

Humedad % 1.33%

TMN 3/4"

DATOS DE CAMPO


RESUMEN DISEÑO DE MEZCLA SIN CORRECCION:

Peso kg Volumen m3

Aire 0 0.020

Agua 210 0.210

Cemento 375 0.119

Arena 713 0.269

Piedra 1050 0.382

TOTALES 2348 1.000

Peso Unitario Teórico: 2348 kg/m3


CORRECCION DE PESOS POR ABSORCION Y HUMEDAD:

Peso kg Absorción % Humedad % Peso corregido kg

Aire 0 0 0 0

Agua 210 0 0 206

Cemento 375 0 0 375

Arena 713 8 4 717

Piedra 1050 6 14 1064

TOTALES 2348 14 18 2362

Peso Unitario de Campo: 2362 kg/m3

Conclusiones

• Gracias.

diseño de mezcla

Documents