Diseño de Mezcla
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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
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.
Relación agua/cemento:
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
Relación agua/cemento:
Otros tipos (ASTM C-595)
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:
CONCRETOS SIN AIRE INCORPORADO
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
CONCRETOS CON AIRE INCORPORADO
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).
Relación agua/cemento:
Otros tipos (ASTM C-595)
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
Relación agua/cemento:
Otros tipos (ASTM C-595)
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
Relación agua/cemento:
Otros tipos (ASTM C-595)
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.
Relación agua/cemento:
Otros tipos (ASTM C-1157)
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 agua/cemento:
Otros tipos (ASTM C-1157)
CONCRETOS SIN AIRE INCORPORADO
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
CONCRETOS CON AIRE INCORPORADO
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
Métodos para determinar el peso y
volumen de agregados
Métodos para determinar el peso y
volumen de agregados
Método de Fuller
Método de Fuller
Método de Bolomey
Método de Bolomey
Método de Walker
Método de Walker
Método del Módulo de Fineza
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
8.8
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
Correcciones por absorción y humedad
CEMENTO TIPO I
Peso específico seco 3150 kg/m3
Peso unitario 1400 kg/m3
AGUA
Peso unitario 1000 kg/m3
ARENA (AGREGADO FINO) GRUESA
Peso específico seco 2650 kg/m3
Peso unitario 1650 kg/m3
Módulo de fineza 3.01
Absorción % 1.07%
Humedad % 0.54%
PIEDRA (AGREGADO GRUESO) PIEDRA PARTIDA
Peso específico seco 2750 kg/m3
Peso unitario 1750 kg/m3
Módulo de fineza 7.74
Absorción % 0.61%
Humedad % 1.33%
TMN 3/4"
DATOS DE CAMPO
Correcciones por absorción y humedad
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
Correcciones por absorción y humedad
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.