pii - diseño - aci - 211

INGENIERÍA CIVIL

TECNOLOGÍA DEL CONCRETO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA - FACULDAD DE INGENIERÍA

INTRODUCCIÓN

El concreto esta conformado por una pasta de cemento y agua en el cual se

encuentran embebidas partículas de un material conocido como agregado, el cual ocupa

aproximadamente del 65% al 80% del volumen de la unidad cúbica de concreto.

Las diversas propiedades del concreto, las características físicas, químicas,

mecánicas de los agregados tienen efecto importante no sólo en el acabado y calidad final

del concreto; sino también sobre la trabajabilidad, consistencia al estado plástico, así la

durabilidad, resistencia, propiedades elásticas y térmicas, cambios de volumen y peso

unitario del concreto endurecido.

Los estudios efectuados a partir de las investigaciones de Gilkey permiten hoy

conocer que el agregado debe estar constituido por partículas limpias y adecuadamente

conformadas; que en su estructura deben entrar materiales resistentes y durables; que

deben poseer una granulometría adecuada; que debe tener limites en su capacidad de

absorción y de partículas inconvenientes; que debe ser resistente a la abrasión; que debe

tener inalterabilidad de volumen; que debe ser capaz de resistir cambio físicos o químicos

que podría originar rajaduras, hinchazón o ablandamiento del concreto, etc.

La aceptación de un agregado para ser empleado en la preparación del concreto

para una de características determinadas, deberá basarse en la información obtenida a partir

de los ensayos de laboratorio, de su registro de servicios bajo condiciones de obras

similares, o de ambas fuentes de información.

El propósito de este estudio esta orientado fundamentalmente a tomar conciencia

de la importancia del papel del agregado en el comportamiento del concreto. El ingeniero

no pude ni debe aceptar que el concreto es fundamentalmente cemento, agua y relación

agua – material cementante. Sabemos que el agregado desempeña un papel un papel

fundamental en el comportamiento y propiedades del concreto y es obligatorio conocerlo

para obtener un producto de las características deseadas.

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OBJETIVOS

Aprender a diseñar una mezcla de prueba de concreto por el Método ACI.

Evaluación de las propiedades del concreto fresco.

Evaluación de las características mecánicas del concreto.

Interpretar adecuadamente cada parámetro para poder aplicarlo en la construcción.

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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.

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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.

MEDIDA DEL SLUMP

PESO DEL CONCRETO FRESCO

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CONTENIDO DE AIRE

CARACTERISTICAS DE LOS AGREGADOS

DE LA CANTERA EL GAVILÁN

PROPIEDAD AGREGADO AGREGADO

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FINO GRUESO

PERFIL - Angular

PESO

ESPECFICO

P. E. Masa 2.530 gr/cm3 3.750 gr/cm

3

P. E. S.S.S. 1.665 gr/cm3 1.443 gr/cm

3

P. U. S. C. 1.851 gr/cm3 1.624 gr/cm

3

% Absorción 2.88 % 0.861 %

GRANULOMETRIA

Mod. de finura 2.619 7.14

Tam. Máximo - 1 ½”

T. M. Nominal - 1”

PESO

UNITARIO

P.U. Suelto - -

P.U.Compactado -

CONTENIDO DE HUMEDAD 3.030 % 1.24 %

ABRASION -

DISEÑO DE MEZCLA DE CONCRETO

METODO ACI - COMITÉ 211

ESPECIFICACIONES TECNICAS:

Concreto Sin aire incorporado

Resistencia a la compresión f’c = 185 kg/cm2

CEMENTO:

Cemento Pacasmayo Pórtland Tipo I Mejorado. A.S.T.M. C-150

Peso especifico: 3.15 g/cm3

AGUA:

Agua Potable cumple con la norma E - 060

ELEMENTO ESTRUCTURAL:

“Loza”

DISEÑO DE MEZCLA: MÉTODO ACI - COMITÉ 211

I. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

AGREGADO FINO (Kg/m3) AGREGADO GRUESO (Kg/m3)

P.E de masa 2530.000 3750.000

P.U.S.Suelto 1665.000 1443.000

P.U.S.Compactado 1851.000 1624.000

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W(%) 3.030 1.240

Absorción 2.880 0.861

Módulo de finura 2.619 7.140

T.M.N 1 "

Perfil Angular

II. AGUA

Cumple con la norna E - 60 (potable)

III. CEMENTO

Tipo I (Pacamayo mejorado) ASTM - 150

P.específico 3150

Fc´ = 185 Kg/Cm2: Resistencia a los 28 días

Elemento estructural loza

C° sin aire incorporado

SOLUCIÓN

σ = 30

Fcr' = Fcr = Fc' + 1.34σ 225.20

Fcr = Fc'+ 2.33σ-35 219.90

1. SLUMP: 3" - 4" Consistencia plástica - Trabajable

2. T.M.N 1"

3. A. de mezcla (Litros) : 193 De la tabla N° II

1.5 Aire atrapado(%)

4. Relación : (A/Mc) X = 0.5847 De la tabla N° III

Fc A/C

250.00 0.55

225.20 X

200.00 0.62

5. Mc (Kg) : 330.07 N° bolsas 7.8

Redondeado 330

6. Cantidad de agregado grueso (Kg) :

X = 0.688 De la tabla N° IV

mf V

2.800 0.670

2.619 X

2.600 0.690

AG.seco = 1117.47

Redondeado 1117

7. Cantidad de agregado fino (Método de los volúmenes absolutos) :

V.abs. De cemento (m3): 0.104784925

V.abs. De A. grueso (m3): 0.297993173

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V.abs. Agua de mezcla (m3): 0.193

V.abs. Aire atrapado (m3): 0.015

Sumatoria 0.610778098

V.abs. De A. fino (m3): 0.389221902

AF. seco(Kg) = 984.7314115

Redondeado 985

8. Corrección por humedad:

Materiales de diseño secos

Cemento (Kg): 330

Agua (Litros): 193

AF.seco(Kg): 985

AG,seco(Kg): 1117

Materiales corregidos por humedad

Cemento (Kg): 330

AF.húmedo(Kg): 986

AG.húmedo(Kg): 1122

Agua efectiva (Litros): 187

9. Proporcionamiento:

AF P u.s.s.(Kg/cm3) 1665.000 Corregidos por 1715.450

AG P u.s.s.(Kg/cm3) 1443.000 Humedad 1444.012

AF P u.s.s.(Kg/pie3) 47.147 Corregidos por 48.576

AG P u.s.s.(Kg/pie3) 40.861 Humedad 40.889

En peso: 1 2.99 3.40 0.57

En volum: 1 2.61 3.53 24.12

lts/bolsa

10. Cantidades:

2 Probetas 3 Probetas 4 Probetas

Cemento (Kg): 4.95 6.60 8.25

AF.húmedo(Kg): 14.79 19.72 24.66

AG.húmedo(Kg): 16.83 22.43 28.04

Agua efectiva (Litros): 2.81 3.75 4.68

11.Peso unitario del concreto fresco:

Molde:

Altura = 30.48 0.3048

Diámetro = 15.24 0.1524

Peso del molde: 8.265 8.22

Peso del molde + muestra: 21.335 21.34

Peso de la muestra: 13.07 13.12

Volumen del recipiente 0.005560013 0.005621863

Peso unitario del concreto fresco 2350.7 2333.75

Promedio = 2342.230

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12. Datos de laboratorio:

Agua adicional(Litros): 0.250

Slump: 7.700 3.031

Peso unitario del c° fresco: 2342.230

Contenido de aire atrapado 0.6

Aspecto de la mezcla: Sobregrasa

RESULTADOS DEL ENSAYO A COMPRESIÓN DEL DISEÑO DE MEZCLA

POR EL MÉTODO ACI - 211

PROBETA AI

Area 182.415 Altura 304.8

CARGA Carga (Kg) Deform. AREA T = P/A Eu = Et/L

N° (kg) (mm) (cm*cm) (kg/cm*cm) (mm)

P0 0 0.00 182.415 0.000 0.00000

P1 1500 0.34 182.415 8.223 0.00112

P2 3000 1.05 182.415 16.446 0.00344

P3 4500 1.75 182.415 24.669 0.00574

P4 6000 2.33 182.415 32.892 0.00764

P5 7500 2.77 182.415 41.115 0.00909

P6 9000 3.10 182.415 49.338 0.01017

P7 10500 3.35 182.415 57.561 0.01099

P8 12000 3.58 182.415 65.784 0.01175

P9 13500 3.77 182.415 74.007 0.01237

P10 15000 3.97 182.415 82.230 0.01302

P11 16500 4.10 182.415 90.453 0.01345

P12 18000 4.23 182.415 98.676 0.01388

P13 19500 4.36 182.415 106.899 0.01430

P14 21000 4.47 182.415 115.122 0.01467

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P15 22500 4.55 182.415 123.345 0.01493

P16 24000 4.65 182.415 131.568 0.01526

P17 25500 4.73 182.415 139.791 0.01552

P18 27000 4.80 182.415 148.014 0.01575

P19 28500 4.89 182.415 156.237 0.01604

P20 30000 4.97 182.415 164.460 0.01631

P21 31500 5.06 182.415 172.683 0.01660

Protura 32500 5.23 182.415 178.165 0.01716

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GRÁFICO DE ESFUEZO VS DEFORMACIÓN

UNITARIA

0.000

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

160.000

180.000

200.000

0.00000 0.00500 0.01000 0.01500 0.02000

DEFORMACIÓN UNITARIA

ESFU

ERZO

(Kg/

cm2)

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PROBETA AII

Area 182.415 Altura 304.8

CARGA Carga (Kg) Deform. AREA T = P/A Eu = Et/L

N° (kg) (mm) (cm*cm) (kg/cm*cm) (mm)

P0 0 0.00 182.415 0.000 0.00000

P1 1500 0.34 182.415 8.223 0.00112

P2 3000 1.05 182.415 16.446 0.00344

P3 4500 1.75 182.415 24.669 0.00574

P4 6000 2.33 182.415 32.892 0.00764

P5 7500 2.77 182.415 41.115 0.00909

P6 9000 3.10 182.415 49.338 0.01017

P7 10500 3.35 182.415 57.561 0.01099

P8 12000 3.58 182.415 65.784 0.01175

P9 13500 3.77 182.415 74.007 0.01237

P10 15000 3.97 182.415 82.230 0.01302

P11 16500 4.10 182.415 90.453 0.01345

P12 18000 4.23 182.415 98.676 0.01388

P13 19500 4.36 182.415 106.899 0.01430

P14 21000 4.47 182.415 115.122 0.01467

P15 22500 4.55 182.415 123.345 0.01493

P16 24000 4.65 182.415 131.568 0.01526

P17 25500 4.73 182.415 139.791 0.01552

P18 27000 4.80 182.415 148.014 0.01575

P19 28500 4.89 182.415 156.237 0.01604

P20 30000 4.97 182.415 164.460 0.01631

P21 31500 5.06 182.415 172.683 0.01660

Protura 32000 5.23 182.415 178.165 0.01716

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GRÁFICO DE ESFUEZO VS DEFORMACIÓN UNITARIA

0.000

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

160.000

180.000

200.000

0.00000 0.00500 0.01000 0.01500 0.02000

DEFORMACIÓN UNITARIA

ES

FU

ER

ZO

(K

g/c

m2)

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III. ENSAYO DE LABORATORIO PARA RESISTENCIA A LA COMPRESION

Después de desmoldar la muestra de diseño y tenerlo 7 días de curado en agua se

ensayaron dos especimenes de concreto, cuyos resultados fueron los siguientes:

Calculo de la resistencia después del ensayo:

La carga promedio es: 32500 + 32000 = 32250 Kg

2

Para lo cual el esfuerzo es:

32250.000 = 176.79 Kg/cm2

182.415

Traducción del esfuerzo a los 28 dias

f’C 7 = 176.79 75 %

f’C 28 = X 100 %

75

10079.17628'

XCf = 236 Kg/cm

2

236 =1.28 ………….. El factor de seguridad es de 1.28

185

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La resistencia de la mezcla de concreto diseñada dio una resistencia a los 7 días de 1

176.79 kg/cm2, lo cual significara una resistencia de 236 kg/cm

2 a los 28 días.

El diseño de mezcla por el método ACI en comparación con los otros métodos varía

en la proporción de los agregados.

Para obtener la cantidad de agregado fino es preferible hacerlo por el método de

volúmenes que por el método de pesos (tabla V)

Para la determinación del slump se recomienda que se debe pisar bien el cono

metálico, para que la mezcla este bien compactada y el slump salda adecuadamente.

Los especimenes deben estar bien nivelados en ambos lados del espécimen, caso

contrario al llevar a cabo el ensayo de compresión van ha fallar por desnivel.

El peso unitario del concreto fresco es: 2342.230. kg / m3

El aire atrapado del concreto que fue calculado con la utilización del autoclave es de

6% por lo cual se debe de realizar el ajuste respectivo.

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