DISEO DE MEZCLASEl diseo de mezclas implica la relacin de los materiales y proporciones que integran la unidad cubica del concreto, a fin de obtener propiedades como:Resistencia, trabajabilidad, durabilidad adems del costo.Tambin es la aplicacin tcnica practica de los conocimientos cientficos de todas sus componentes, la intervencin que existe entre ello para lograr un material que satisfaga el proyecto.La tecnologa del concreto no separa el diseo de mezcla de lo que es el procedimiento constructivo, pues para cada obra se tiene condiciones diferentes tales como: condiciones ambientales, diseo estructural, materiales, mano de obra equipos.Por lo que cada diseo de mezcla requiere un diseo original.En el diseo de mezclas no solo se debe calcular el fc. requerido si no tambin algunos requerimientos como durabilidad, impermeabilidad, etc.No existe mtodo perfecto para solucionar todos los problemas, pues intervienen tambin el criterio personal. Existente varios mtodos para determinar la relacin agua/cemento en funcin al tamao mximo del agregado.Tambin las relaciones de gua cemento se hallan en funcin del fc. en el siguiente captulo trataremos uno de los mtodos ms difundidos y empleados en la actualidad como es el mtodo de ACI, referiremos a concretos con densidad entre 2300 a 2400Kg/cm3 que se denominan concretos normales los cuales pueden arrojar unas resistencias usuales como 145, 175, 210, 280, en algunos casos 350 a 400Kg/cm2 los cuales no son difciles de obtener si se optimizan los parmetros.NOTA: Ninguno de los mtodos de diseo puede obviar la prueba definitiva que proponen el empleo de los diseos en condiciones reales y su optimizacin en obra.PARMETROS BSICOS PARA EL DISEO DE MEZCLASDISEO DE VOLMENES ABSOLUTOSSe consideran volmenes de los componentes sin incluir vacios entre ellos, los cuales sumados con el aire que atrapa el concreto suma la unidad de medida que se adopten.Vol. Concreto = Vol. piedra + Vol. arena + Vol. cemento + Vol. agua + Vol. del aire.RESISTENCIA EN COMPRESIN Y RELACIN DE A/CDado que en el proyecto estructural se prev la resistencia del concreto, entonces un parmetro ms importante es la relacin agua/cemento, puesto que regula su comportamiento en este aspecto.En algunos casos la durabilidad, la composicin y agresividad extrema del medio ambiente debe determinar la relacin de agua/cemento baja a fin de darle al concreto impermeabilidad, resistencia a la abrasin y desgaste, resistencia a l erosin qumica.GRANULOMETRA DE LOS AGREGADOS Y TAMAO MXIMO DE PIEDRA.Se debe utilizar granulometra de los agregados que provean el mejor acomodo de partculas para obtener una estructura resistente e impermeable favoreciendo adems la trabajabilidad.Para ello de usa el mtodo de fineza por ser sustento terico y experimental.Un factor importante es el T.M. y la forma del agregado lo cual es influente en la cantidad de agua.a) Tamao ms redondeado menor es la cantidad de agua.Cientficamente est demostrado que mezclas con mayor T.M. de agregado grueso se consigue diseos ms resistentes solo valido para mezclas de resistencias medias T.M. (3/4 a 11/2), pero para mezclas ricas se logran con tamao (TM) entre 3/8 - 1/2, concluyndose que el agregado grueso mayor a 11/2 solo contribuye a mayor resistencia en mezclas pobres.NOTA: no es usual requerir resistencias mayores a 350Kg/cm2 para proyectos comunes o convencionales por los que los conceptos del T.M. y alta resistencia, raras veces a experimentos salvo con motivo de tesis.Si se quiere obtener la seccin de una viga y aumentar su resistencia, se construye una viga doblemente reforzada (aumento de fierro)El T.M. se halla relacionado con:Disposicin y facilidad de colocacin del concreto.Tipo de estructura.El T.M. No debe ser mayor de:1/3 del espesor de la losa1/5 de la mnima dimensin de los encofrados. del espacio mnimo en el acero de refuerzo.LA TRABAJABILIDAD SU TRASCENDENCIA.Es el parmetro ms difcil de definir, evaluar, cuantificar, sin embargo es el ms manejado por los diseadores de mezcla por los que lo producen y los que colocan.Es el mayor o menor trabajo que aportar al concreto la evaluacin se determina con el ensayo del Slump que solo da un indicador del agua en la mezcla sin mayor trascendencia.PASOS GENERALES EN LOS MTODOS DE DISEO DE MEZCLAS.1. Nomenclaturas y parmetros.- fc=Resistencia en compresin del concreto utilizada por Ingeniero proyectista, indicada en los planos y especificaciones tcnicas.- fcr=Resistencia en compresin promedio requerida para el diseo de los componentes de la mezcla.- Estudio de los planos y especificaciones tcnicas.- Seleccin de consistencia.Tabla N01. Asentamientos referenciales en el tipo de estructuras.

NOTAS: El Slump puede incrementarse cuando se usan aditivos siempre que no se modifique la relacin agua/cemento, si existe segregacin o exudacin. El Slump puede incrementarse en 1 si no se utiliza vibrador al compactado. Condiciones de la obra a ejecutar.Se refiere al tipo de estructura a ser empleada la mezcla y condiciones de la mano de obra en el proceso constructivo. Seleccin de la resistencia promedio del concreto.Coeficiente de variacin de las muestras.

Tabla N02. Coeficiente de variacin.

Desviacin estndar para muestras mayores a 30.Tabla N03. Factor de correccin para desviacin estndar.

Nota: si el nmero de ensayos es menor a 30, entonces al resultado de desviacin estndar se deber multiplicar por este factor.

Tabla N04. Resistencia especificada y resistencia requerida de acuerdo a la desviacin estndar.

Tabla N05. Resistencia especificada y resistencia requerida.

1. Conociendo componentes:a. Tipo de cementoTipo I : normal es el cemento Portland destinado a obras de concreto en general.(Edificios, estructuras industriales, conjuntos habitacionales)Libera ms calor de hidratacin que otros tipos de cementoTipo II : de moderada resistencia a los sulfatos, es el cemento Portland destinado a obras de concreto en general y obras expuestas a la accin moderada de sulfatos o donde se requiera moderado calor de hidratacin, cuando as sea especificado.(Puentes, tuberas de concreto)Tipo III : Alta resistencia inicial, como cuando se necesita que la estructura de concreto reciba carga lo antes posible o cuando es necesario desencofrar a los pocos das del vaciadoTipo IV : Se requiere bajo calor de hidratacin en que no deben producirse dilataciones durante el fraguadoTipo V : Usado donde se requiera una elevada resistencia a la accin concentrada de los sulfatos (canales, alcantarillas, obras portuarias) Tabla N06. Peso especifico de cementos peruanos.

b. Caractersticas de los agregados P.e., P.U. granulometra, humedad, absorcin.Granulometra del agregado Fino.Modulo de fineza de los agregados Finos deber estar entre 2.35 a 3.15 (+- 0.2)

Tabla N07. Limites de granulometra del A.F.

Granulometra del agregado Grueso.Tabla N08. Limites de granulometra del A.G.

2. Establecer cantidad de agua por Ltr/m3 de concreto en funcin a: T.M. de agregado, trabajabilidad.(Tabla Nro. 01)Cantidades aproximados de agua de amasado para diferentes Slump tamao mximo de agregados y contenido de aire. (ACI-211-1-91).Tabla N09. Volumen de agua Lt/m3 en funcin al T.M.

Tabla N10. Volumen de agua Lt/m3 en funcin al T.M.N. y asentamientos.

NOTA: Es vlido para concretos sin aire incorporado.3. Definir la relacin agua/cemento en peso, en base a la resistencia a la compresin Tabla N11. Relacin agua/cemento Vs fcr..NOTA: las resistencias corresponden a briquetas de 6x12 que se hallan curadas en condiciones controladas y concreto con agregado grueso de tamao mximo 1.Tabla N12. Relacin agua/cemento Vs fcr y TMN. ACI-211

Tabla N13. Relacin agua/cemento Vs fcr para diversos contenidos de aire.

Tabla N14. Relacin agua/cemento Vs fc, fcr y cantidad de cemento por m3 de mezcla.

Tabla N15. Relacin agua/cemento Vs condiciones de exposicin. POR DURABILIDAD.

NOTA: fc deber ser mayor a 245 Kg/cm2Tabla N16. Relacin agua/cemento Vs exposicin de sulfatos. POR DURABILIDAD.

Tabla N17. Relacin agua/cemento Vs contenido de ION cloruro. POR DURABILIDAD.

4. Se calcula los volmenes absolutas del agua y cemento.

5. Se calcula la cantidad del cemento en peso en funcin a la relacin de Agua/Cemento y cantidad de agua.6. Se realiza la estimacin del % del aire por m3 de Concreto y el volumen absoluto que atrapara el concreto en funcin de las caractersticas granulomtricas de los agregados (Tabla Nro. 09)7. Luego se obtendr el volumen absolutos de los agregados.

8. Se debe definir la proporcin en volumen absoluto en que intervendrn en la mezcla tanto agregado fino y agregado grueso.K = % que interviene la piedra.K-1 = % que interviene la arena.

Tabla N18. Volumen de Agregado Grueso Vs Modulo de Fineza de A.F.(ACI)

a. Diseo ms econmico ya que requieren menos cantidad de agua y por lo tanto menos cemento para determinar resistencia especificada.b. Se puede obtener mayor o menor trabajabilidad que se desee si se modifica el contenido de piedra que puede ser en +- 10%.Tabla N19. Porcentaje de Agregado Fino en relacin al volumen Abs. De la mezcla.

9. La distribucin del volumen obtenida en (8) en la distribucin definida en (7)

10. Se calculan los pesos que corresponden de los volmenes de los agregados obtenidos en (9) utilizando sus pesos especficos.Peso piedra (Kg)=Vol. Abs. Piedra (m3) x peso especfico piedra (Kg/m3)Peso Arena (Kg)=Vol. Abs. Arena (m3) x peso especfico arena (Kg/m3)Tabla N20. Peso del concreto fresco.

NOTA: para cemento 330Kg/m3, consistencia plstica, P.e. prom.=2.7.11. Se realiza la correccin tanto por humedad y absorcin del diseo.a. Peso de piedra hmeda en Kg = Peso seco piedra (Kg) x (1+Humedad de piedra)b. Peso de arena hmeda en Kg = Peso seco arena (Kg) x (1+Humedad de arena)c. Balance de agua en la piedra = (Humedad en piedra-absorcin en piedra)d. Balance de agua en la arena = (Humedad en arena-absorcin en arena)e. Contribucin del agua por la piedra (Kg) = balance del agua en la piedra x peso de la piedra hmeda.f. Contribucin del agua por la arena (Kg) = balance del agua en la arena x peso de la arena hmeda. El agua final del diseo es:Agua final = agua (Kg)-contribucin del agua en piedra (Kg) - contribucin de agua de arena (Kg)

12. Diseo final:

13. Luego de realizada la elaboracin del diseo final en laboratorio, debe realizarse en escala en obra para la verificacin de sus propiedades con el propsito de conformarlo o corregirlo.Ejemplo. I. Disear un concreto si se dispone de los siguientes datos:

Diseo en peso y volumen.SOLUCIN.1) Determinacin del SLUMP. (Tabla Nro. 01)Slump: 4 a 1 T.M. = Para columna.2) Determinacin del agua. (Tabla Nro. 09)Agua = 205 Kg.Vol. agua = 205 Kg. /1000 Kg/m3 = Vol. Agua =0.205 m33) Determinacin del cemento (Tabla Nro. 11).Para la resistencia fcr=250Kg/m3 y concreto sin aire incorporado tenemos:Agua/Cemento = 0.62 Cemento = Agua/0.62 = 205Kg/0.62 = 330.645 Kg.

4) Volumen del agregado grueso (Tabla Nro. 18)T.M. =3/4 y M.F. = 2.8

Vol. Agregado Grueso = 0.379 m35) Determinacin del aire (Tabla Nro. 09)Aire atrapado = 2%Vol. Abs. Aire = 0.02 m36) Determinacin del Vol. Abs. De La arena.Vol. Arena = 1.0m3-0.205-0.105-0.379-0.02 = 0.291m37) Calculo de pesos:

8) Correccin por humedad y absorcin.i. Peso de piedra Hmeda = 985.40Kgx1.03 = 1014.55Kg.ii. Peso de arena Hmeda = 800.25 Kg x 1.04 = 832.26 Kgiii. Balance de agua en piedra = 0.03-0.009 = 0.021iv. Balance de agua en arena = 0.04 0.015 = 0.025v. Contribucin de agua en piedra = 1014.55Kg*0.021=21.30Kgvi. Contribucin de agua en arena = 832.26Kg*0.025 = 20.81 Kg9) Diseo final de agua: Agua final en peso= 205-21.30-20.81 = 162.89 Kg

1:2.42:2.98/0.62Cemento: Arena: Piedra

Agua final en Vol.= 162.92/P.U. = 0.163m3

1:2.77:3.61/1.55Cemento: Arena: Piedra