oDISEO DE MEZCLASMetod ACI

Ing. Hebert Vizconde Pomape e-mail: hvizconde@gmail.com

essConcepto general :

El comite 211 del ACI ha desarrollado un procedimiento de diseo de mezclas bastante simple el cual, bsandose en algunas tablas elaboradas mediante ensayos de los agregados, nos permiten obtener valores de los diferentes materiales que integran la unidad cubica del concreto.

Es usual que las caracteristicas de la obra establezcan limitaciones a quien tiene la responsabilidad de disear la mezcla. Entre dichas limitaciones pueden estar: Relacin agua cemento.

Contenido de cemento.

Contenido maximo de aire.

Asentamiento.

Tamao maximo del agregado grueso.

Resistencia en compresin minima.

Requisitos especiales relacionados con la resistencia

promedio, el empleo de aditivos o la utilizacon de tipos

especiales de cemento.Secuencia de diseo

Seleccin de la resitencia promedio a partir de la resistencia en compresin especificada, y la desviacin estandar de la compaa constructora. Seleccin de tamao maximo de agregado

Seleccin del asentamiento.

Seleccin del volumen de agua de diseo.

Seleccin del contenido del aire.

Seleccion de la relacion agua-cemento, por resistencia y durabilidad. Determinacion del factor cemento. Determinacin del contenido de agregado grueso.

Determinacion de volumenes absolutos de cemento, agua de

diseo, aire y agregado grueso.

Determinacin del volumen absoluto del agregado fino.

Determinacion del peso seco del agregado fino.

Determinacion de los valores de diseo del cemento, agua aire agregados finos y gruesos. Correcin de los valores de diseo por humedad del agregado. Determinacin de la proporcin en peso, de diseo y de obra

Determinacin de los pesos por tanda de un saco.

PROPORCIONAMIENTO DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO

CEMENTO AGREGADO AGUA ADITIVOS

COMBINACION CORRECTA

DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

Principios cientificos TECNICOS

CONCRETOESPECIFICADO

Principios empiricos ARTE

TRABAJABILIDAD del concreto fresco: Facilidad de colocacion, compactado y acabado

RESISTENCIA del concreto endurecido a una edad especificada

COSTO

RESISTENCIA Y DURABILIDAD

PASTA DE CEMENTO

AGREGADO

AGUA

CEMENTO

CONCRETO

VARIABLES

ARENA GRAVA

TRABAJABILIDAD

ADITIVO

PROCEDIMIENTOS PARADETERMINAR EL PROPOCIONAMIENTO

METODO DE PESO

METODO DE VOLUMEN ABSOLUTO

loEjemp :

Especificacion : se desea calcular las proporciones de los

esmateriales integrantes de una mezcla de concreto a ser empleada en la vigas y columnas de un edificio de departamentos a ser construido en la ciudad de Lima. Las especificaciones de la obra indican:a.No existen limitaciones en el diseo por presencia de procesos de congelacin; presencia de ion cloruro o ataques por sulfatos.b. La resistencia en compresin de diseo especificada es de210 kg/cm2, a los 28 dias. La desviacin estandar es de 20kg/cm2c.La condicion de colocacin requieren que la mezcla tenga una consistencia plstica.

d. El tamao maximo del agregado grueso es de 1 Materiale :

1. Cemento:

Portland ASTM tipo I Sol

ososnDat obtenid e laboratorio

s Peso especifico 3.15

2. Agua:

Potable, de la red de servicio publico.

3. Agregado Fino:

Peso especifico de masa 2.64

Absorcin 0.7%

Contenido de humedad 6.0%

Mdulo de fineza 2.8

4. Agregado Grueso

Tamao maximo 1

Peso seco compactado 1600 Kg/m3

Peso especifico de masa2.68

Absorcin0.5%

Contenido de humedad2.0%

DETERMINACION DE LA RESITENCIA PROMEDIO

Conociendo que la resitencia promedio de diseo especificada es de 210 Kg/cm2 y que la desviacin estandar de la compaia constructora es de 20 kg/cm2, aplicamos para el calculo de la resistencia promedio el criterio 318 del ACI utilizando las ecuaciones:

=+1,=+2, 34 ...1

33 35 .2

Reemplazando valores:

7 = 210 + 1,34 20 = 23 2

= 210 + 2,33 20 35 = 222 2

De los valores se selecciona el mayor

SELECCIN DEL TAMAO MAXIMO DEL AGREGADO

Deacuerdo a las especificaciones de obra , a la granulometria del

agregado grueso le corresponde un tamao maximo de 1

SELECCIN DEL ASENTAMIENTO

De acuerdo a las especificaciones, las condiciones de colocacin requieren que la mezcla tenga una consistencia plastica, correspondiente a un asentamiento de 3 y 4Tabla 1 .- Asentamientos recomendados para diversos tipos de obras.

Tipo de EstructurasSlump

mximomnimo

Zapatas y muros de cimentacinreforzados.31

Cimentaciones simples ycalzaduras.31

Vigas y muros armados41

Columnas42

Losas y pavimentos31

Concreto Ciclpeo21

Notas :

1) El slump puede incrementarse cuando se usan aditivos, siempre que no se modifique la relacin Agua/Cemento ni exista segregacin ni exudacin.

2) El slump puede incrementarse en 1 si no se usa vibrador en la compactacin.

VOLUMEN UNITARIO DE AGUA

Tabla 2 .- Cantidades aproximadas de agua de amasado para diferentes slump, Tamao Mximo de agregado y contenido de aire.

SlumpTamao mximo de agregado

3/81/23/4111/2234

Concreto sin Aire incorporado

1 a 2207199190179166154130113

3 a 4228216205193181169145124

6 a 7243228216202190178160-----

% Aire atrapado

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0.3

0.2

Concreto con aire incorporado

1 a 2181175168160150142122107

3 a 4202193184175165157133119

6 a 7216205197184174166154-----

% de Aire incorporado en funcin del grado de exposicin

Normal4.543.532.521.51

Moderada85.554.54.543.53

Extrema7.57665.554.54

Deacuerdo a la siguiente tabla se determina que el volumen unitario

de agua, o agua de diseo, necesario para una mezcla de concreto cuyo asentamiento es de 3 a 4 en una mezcla de agua incorporado cuyo agregado grueso tiene un tamao maximo de 1 1/2, es de 181 lt/m3CONTENIDO DE AIRE

Tabla 2 .- Cantidades aproximadas de agua de amasado para diferentes slump, Tamao Mximo de agregado y contenido de aire.

SlumpTamao mximo de agregado

3/81/23/4111/2234

Concreto sin Aire incorporado

1 a 2207199190179166154130113

3 a 4228216205193181169145124

6 a 7243228216202190178160-----

% Aire atrapado

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0.3

0.2

Concreto con aire incorporado

1 a 2181175168160150142122107

3 a 4202193184175165157133119

6 a 7216205197184174166154-----

% de Aire incorporado en funcin del grado de exposicin

Normal4.543.532.521.51

Moderada85.554.54.543.53

Extrema7.57665.554.54

Desde que la estructura a ser vaciada no va ha estar expuesta a

condiciones de interperismo severo, no se considera necesario incorporar aire a la mezcla. De la tabla anterior, se determina que el contenido de aire atrapado para un agregado grueso de tamao maximo de 1 es de 1,0%

UATabla 3 .- Relacin Agua/Cemento vs fc.fc a 28 DasRelacin Agua/Cemento enpeso( Kg/cm2 )Sin aireincorporadoCon aireincorporado4500.38-----4000.42-----3500.470.393000.540.452500.620.532000.700.611500.800.71RELACION AG /CEMENTO

No representado en este caso problemas de interperismo ni de ataques por sulfatos, u otro tipo de acciones que pudieran daar al concreto, se seleccionara la relacin agua- cemento unicamente por resistencia.Para una resistencia promedio correspondiente a 237 kg/cm2

e0,Por interporlacin obtenemos que la relacion agua-cemento por resistencia es d 64

El factor cemento se determina dividiendo el volumen unitario de

agua entre la relacin agua-cemento:

FACTOR CEMENTO

=

1810,64

= 2833

= 6,7 /3

Peso del agregadogrueso

=52m= 0,72 x 1600

Tamao Maximo Nominal del Agregado GruesoVolumen de agregado grueso, seco y compactado, por unidad de volumen del concreto, para diversos mdulos de fineza del fino2,402,602,803,003/8"0,500,480,460,441/2"0,590,570,550,533/4"0,660,640,620,601"0,710,690,670,651 1/2"0,760,740,720,702"0,780,760,740,723"0,810,790,770,756"0,870,850,830,8111 kg/ 3

CONTENIDO DE AGREGADO GRUESO

soPe seco compactado

Conocidos los pesos del cemento, agua y agregado grueso, as como

el volumen de aire, se procede a calcular la suma de los volumenes

absolutos de estos ingredientes:

Cemento.... 238/3,15 x 1000 = 0,090 m3

Agua...... 181/1 x 1000 = 0,181 m3

Aire 1,0% = 0,010 m3

Agregado grueso... 1152/2,68 x 1000 = 0,430 m3

CALCULO DE VOLUMENES ABSOLUTOS Suma de volumenes conocidos = 0,711 m3

El volumen absoluto de agregado fino ser igual a la diferencia entre

la unidad y la suma de los volumenes absolutos conocidos. El peso del agregado fino ser igual a su volumen absoluto multiplicado por el peso slido.

Volumen absoluto de agregado fino = 1 0,711 = 0,289 m3

CONTENIDO DE AGREGADO FINOPeso del agregado fino seco = 0,289 x 2,64 x 1000 = 763 kg/m3

Las cantidades de materiales a ser empleados como valores de

diseo sern:

Cemento.. 283 kg/m3

Agua de diseo 181 lt/m3

Agregado fino seco. 763 kg/m3

VALORES DE DISEO Agregado grueso seco. 1152 kg/m3

Las proporciones de los materiales que integran la unidad cubica

del concreto debe ser corregida en funcion de las condiciones

de humedad de los agregados finos y gruesos, a fin de obtener

CORRECCION POR HUMEDAD DEL AGREGADOlos valores a ser utilizados en obra.

Peso humedo del:

+ 6%

Agregado fino.... 763 x 1,060 = 809 kg/m3

Agregado grueso 1152 x 1,020 = 1175 kg/m3

+2%A continuacin determinamos la humedad superficial del agregado: Humedad superficial del: Agregado fino.. 6,0 0,7 = +5,3%

Agregado grueso.. 2,0 0,5 = +1,5% Y los aportes de los agregados sern:Aportes de humedad del:

Agregado fino 763 x (+0,053) = +40 lt/m3

Agregado grueso. 1152 x (+0,015) = +17 lt/m3

Aporte de humedad de los agregados = + 57 lt/m3

Agua efectiva = 181 57 = 124 lt/m3

Y los pesos de los materiales ya corregidos por humedad del agregado, a ser empleados en las mezclas de prueba, sern: Cemento . 283 kg/m3

Agua efectiva . 124 lt/m3

Agregado fino humedo .. 809 kg/m3

Agregado grueso hmedo .. 1175 kg/m3PROPORCION EN PESO

La proporcin en peso de los materiales, sin corregir y ya corregida por humedad del agregado, sern:

283:283

763:283

1152283

= 1: 2,7: 4 27

283 : 809 : 1175

= 1: 2,85: 4,15

(corregido)283

283

283

18,5

Relacion agua-cemento de diseo = 181/283 = 0,64

Relacin agua-cemento efectiva = 124/283 = 0,44(corregida)PESO POR TANDA DE UN SACO

Para conocer la cantidad de materiales que se necesitan en un tanda de un saco, es necesario multiplicar la proporcin en peso, ya corregida por humedad del agregado, por el de un saco de cemento. Cemento . 1 x 42,5 = 42,5 kg/saco

Agua efectiva . = 18,5 lt/saco

Agregado fino hmedo .. 2,85 x 42,5 = 121,0 kg/saco

Agregado grueso hmedo .. 4,15 x 42,5 = 176,4 kg/sacoADICIONES

Puzolanas y escorias asi como aditivos de diversa naturaleza son algunas veces adiconados a la mezcla de concreto como un reemplazo parcial del cemento, para mejorar su trababilidad, resitencia al ataque de sulfatos y la reactividad alkali. Si un aditivo es requerido en la mezcla esta debe hacerse en el calculo primero del volumen usando en la determinacion del contenido de agregado fino. Por ejemplo:Asumimos que 75 kg de cenizas volante con una densidad relativa (gravedad especifica) de 2,5 fueron usados en adicion al contenido original del cemento. El contenido en volumen de la cenizas volante

sera:75 2,5 1000 3

= 0,03 3

La relacion agua material cementante sera:

+

181=283 + 75

= 0,51

La relacion de agua cemento portland seria:

181= 283

= 0,64El volumen de agregado fino se ver reducido en 0,03 m3, para permitir el uso de la ceniza volante.

La cantidad de Puzolana y el calculo del volumen podrian tambien haberse derivado en conjuncion con el primer calculo de contenido de cemento, usando la relacion agua material cementante de 0,64. Por ejemplo, asumimos que un 15% de material cementante esespecificado a ser puzolana y:

( + ) = 0,64Luego tenemos que: = 181 + = 283

= 283 y

15100

= 42.45

= 283 42,45 = 240.55 Estos son los calculos apropiados a seguir para este y otras adiciones.EN EL CASO QUE NO SE CUENTEN CON DATOS ESTADISTICSO SOBRE LA PRODUCCION

Para el caso en el que no contemos con datos de DesviacionStandar de datos anteriores.

=+1,=+2, 34 ...1 33 35 .2

Kg/cm2El comite europero del concreto recomienda utilizar la siguiente

frmula:

=/( 1 ) = , :

Grado de ControlValor (%)

Laboratorio5%

Excelente en obra10% - 12%

Bueno15%

Regular18%

Inferior20%

Malo25%

Tabla factor

Factor que depende del % de resultados < fc que se admiten o la probabilidad de ocurrencia, su valor se obtiene de la siguiente tabla.

PRACTICA DE AULASe desea calcular las proporciones de los materiales integrantes de una mezcla de concreto a ser empleada en la construccin de un pilar de un puente, elemento estructural que va a estar expuesto a la accin del agua en una zona de la sierra peruana en la que las temperaturas pueden descender hasta -18C. Las especificaciones de la obran indican:a)En el diseo deber considerarse la posibilidad de congelacin por presencia de hmedad y bajas temperaturas, debiendo incorporarse aire a la mezcla.b) La resistencia en compresin de diseo especificada es de

245 kg/cm2 a los 28 dias. La desviacin estndar de la

compaa constructora es de 23 kg/cm2.c)Las condiciones de colocacin requieren una mezcla de consistencia seca.

1. Cemento:

Portland ASTM tipo I Pacasmayo

Peso especifico 3.12

2. Agua:

De ro. Cumple con las condiciones de aguas no potables a ser empleadas en concreto.

3.Agregado Fino:

Peso especifico de masa2.72

Absorcin1,2 %

Contenido de humedad5.0%

Mdulo de fineza2.7

4.Agregado Grueso

Tamao maximo

Peso seco compactado1

1520 Kg/m3

Peso especifico de masa2.65

Absorcin0.7 %

Contenido de humedad0,32 %

Tabla 1 .- Asentamientos recomendados para diversos tipos de obras.

Tipo de EstructurasSlump

mximomnimo

Zapatas y muros de cimentacinreforzados.31

Cimentaciones simples ycalzaduras.31

Vigas y muros armados41

Columnas42

Losas y pavimentos31

Concreto Ciclpeo21

Notas :

1) El slump puede incrementarse cuando se usan aditivos, siempre que no se modifique la relacin Agua/Cemento ni exista segregacin ni exudacin.

2) El slump puede incrementarse en 1 si no se usa vibrador en la compactacin.

Tabla 2 .- Cantidades aproximadas de agua de amasado para diferentes slump, Tamao Mximo de agregado y contenido de aire.

SlumpTamao mximo de agregado

3/81/23/4111/2234

Concreto sin Aire incorporado

1 a 2207199190179166154130113

3 a 4228216205193181169145124

6 a 7243228216202190178160-----

% Aire atrapado

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0.3

0.2

Concreto con aire incorporado

1 a 2181175168160150142122107

3 a 4202193184175165157133119

6 a 7216205197184174166154-----

% de Aire incorporado en funcin del grado de exposicin

Normal4.543.532.521.51

Moderada85.554.54.543.53

Extrema7.57665.554.54

Tabla 3 .- Relacin Agua/Cemento vs fc.

fc a 28 DasRelacin Agua/Cemento enpeso

( Kg/cm2 )Sin aire incorporadoCon aire incorporado

4500.38-----

4000.42-----

3500.470.39

3000.540.45

2500.620.53

2000.700.61

1500.800.71

Tamao Maximo Nominal del Agregado GruesoVolumen de agregado grueso, seco y compactado, por unidad de volumen del concreto, para diversos mdulos de fineza del fino

2,402,602,803,00

3/8"0,500,480,460,44

1/2"0,590,570,550,53

3/4"0,660,640,620,60

1"0,710,690,670,65

1 1/2"0,760,740,720,70

2"0,780,760,740,72

3"0,810,790,770,75

6"0,870,850,830,81