tesia parte 2 marco teorico adicional.docx

Selección de la relación agua/cemento por resistencia

12.1 CRITERIOS BÁSICOS

1. Desde que la mayoría de las propiedades deseables en el concreto endurecido dependen de la calidad de la pasta, producto final del proceso de hidratación del cemento, se considera que una de las etapas fundamentales en la selección de las proporciones de una mezcla de concreto es la elección de la relación agua/cemento más adecuada.

2. La relación agua/cemento requerida por una mezcla de concreto es función de la resistencia, durabilidad y requisitos de acabado del mismo.

3. La relación agua/cemento de diseño, que es el valor a ser seleccionado de las Tablas, se refiere a la cantidad de agua que interviene en la mezcla cuando el agregado está en condición de saturado superficialmente seco, es decir; no toma ni aporta agua. La relación agua/cemento efectiva se refiere a la cantidad de agua de la mezcla cuando se tiene en consideración la condición real de humedad del agregado.

4. En aquellos casos en que fuere necesario, se determinará en primer lugar la relación agua/cemento requerida por durabilidad y, a continuación, se procederá a determinar la misma relación en función de la resistencia en comprensión promedio que se desea obtener para el concreto. De los dos valores se escogerá el menor.

5. La selección de la relación agua/cemento por resistencia se hace partiendo del criterio de que esta propiedad es la más fácilmente mensurable y que, dentro de ciertas limitaciones, está regulada por la relación de la cantidad de agua a la cantidad de cemento en la unidad cúbica de mezcla.

Desde que diferentes agregados y diversos tipos y marcas de cemento generalmente producen diferentes resistencias para la misma relación agua/cemento, se considera que en la selección de la relación agua/cemento por resistencia un criterio adecuado es establecer la interrelación entre la resistencia y la relación agua/cemento mediante ensayos de laboratorio en los que se utiliza los materiales a ser empleados en obra y con ellos se preparan mezclas de prueba para todas las posibles variantes que pudieran presentarse

Con estos resultados se desarrollan curvas que relacionan la relación agua/cemento con la resistencia, para condiciones dadas de trabajabilidad y consistencia.

12.2CRITERIOS EN LA SELECCIÓN1. En aquellos casos en que la durabilidad del concreto no es un factor determinante y no se dispone de la

información indicada en el acápite 12.1.6, la relación agua/cemento por resistencia puede ser seleccionada a partir de los valores indicados en las Tablas 12.2.2; 12.2.3; 12.2.4; y 12.2.5.

2. La Tabla 12.2.2 es una adaptación de la confeccionada por el Comité 211 del ACI. Esta Tabla da las relaciones agua/cemento en peso máximas permisibles para diferentes valores de la resistencia promedio, ya sea que se trate de concretos sin o con aire incorporado.

Esta Tabla da valores aproximados y relativamente conservadores para concretos con cemento portland normal Tipo I. Para materiales que cumplen con las Normas ASTM C 33 o NTP 400.037, las relaciones agua/cemento de esta Tabla deberían permitir obtener las resistencias indicadas, las cuales corresponden a probetas ensayadas a los 28 días de vaciadas después de ser curadas bajo condiciones estándar de laboratorio.

Tabla 12.2.2 Relación Agua/Cemento por Resistencia

f'cr(28 días)

Relación agua/cemento de diseño en peso

Concretos sin aire incorporado

Concretos con aire incorporado

150 0,80 0,71200 0,70 0,61250 0,62 0,53300 0,55 0,46350 0,48 0,40400 0,43450 0,38

- Esta Tabla es una adaptación de la confeccionada por el Comité 211 del ACI.- La resistencia corresponde a resultados de ensayos de probetas cilindricas estándar de 15 x 30

cm, preparadas y curadas de acuerdo a lo indicado en la Sección 9(b) de la Norma ASTM C 31.- Las relaciones agua/cemento se basan en tamaños máximos nominales del agregado grueso

comprendidos entre 3/4” y 1”. La resistencia producida por una relación agua/cemento dada deberá incrementarse conforme al tamaño máximo nominal disminuye.

El análisis de la Tabla 12.2.2 permite apreciar que las resistencias para concretos con aire incorporado, en una relación agua/cemento dada, están en el orden del 20% menos que las del correspondiente concreto sin aire incorporado. Se considera que esta reducción es lo suficientemente segura para propósitos de estimación de proporciones si se considera que las diferencias entre el contenido de aire recomendado para concretos con aire incorporado y el porcentaje de aire que se presenta en concretos sin aditivo incorporador de aire, son aproximadamente las mismas para diferentes tamaños de agregado.

Al diseñar la mezcla, se deberá tener presente que la reducción en la resistencia a la que se ha hecho referencia en el acápite anterior puede aplicarse únicamente cuando la relación agua/ cemento es la misma en cada caso. Si el contenido de cemento y la consistencia son mantenidos constantes, la aparente reducción en la resistencia es parcial o totalmente compensada por la reducción en los requisitos de agua de mezclado debido a la incorporación de aire.

La Tabla 12.2.3 ha sido confeccionada por un grupo de investigadores de la National Ready Mixed Concrete Association. Ella relaciona la resistencia en compresión promedio con el tamaño máximo nominal de agregado grueso de perfil angular y adecuadamente distribuido por tamaños, dentro de las recomendaciones de la Norma ASTM C 33 o NTP 400.037.Los valores indicados en esta Tabla corresponden a concretos sin aire incorporado. Para concretos con él, la relación agua/cemento requerida deberá estimarse sobre la base de la necesidad de incrementar la resistencia promedio para compensar por una reducción del 5% de resistencia por cada 1% de aire incorporado.

Las relaciones de esta Tabla corresponden a estimados conservadores de resistencias promedio a ser obtenidas empleando cemento Portland normal y agregados que cumplan con los requisitos de la Norma. Estas relaciones deberán ser corregidas de acuerdo a las características de los materiales a ser empleados en una obra dada.

Las resistencias corresponden a valores obtenidos en probetas cilindricas estándar, ensayadas a los 28 días siguiendo las recomendaciones de la Norma C 31 del ASTM.


f'cr(28 días)

Estimación de la relación agua/cemento en peso para agregado grueso del tamaño máximo nominal indicado

3/8" 3/4" 1 1/2"140 0,87 0,85 0,80175 0,79 0,76 0,71210 0,72 0,69 0,64245 0,66 0,62 0,58280 0,61 0,58 0,53315 0,57 0,53 0,49350 0,53 0,49 0,45

- Esta Tabla ha sido confeccionada por un grupo de investigadores de la Nacional Ready Mixed Concrete Association.

- Los valores corresponden a concretos sin aire incorporado. En concretos con aire incorporado, la relación agua/cemento deberá estimarse sobre la base de la reducción del 5% de la resistencia por cada 1% de aire incorporado.

- La resistencia corresponde a resultados a los 28 días de probetas cilindricas estándar de 15 x 30 cm, preparadas y curadas de acuerdo a la indicado en la Sección 9(b) de la Norma ASTM C 31.

3. La Tabla 12.2.4 fue confeccionada por Staton Walker en la Universidad de Maryland. Ella da las relaciones agua/cemento de diseño que permiten obtener una resistencia promedio determinada cuando se emplea diversos porcentajes de aire total.

Además de permitir seleccionar la relación agua/cemento de diseño para una resistencia determinada, esta Tabla es muy útil en aquellos casos en que se desea corregir las proporciones de mezclas ya diseñadas y a las cuales se les está incorporando aire.


for(28 días)

Relación agua/cemento para diversos contenidos de aire total

2% 4% 6% 8%140 0,76 0,71 0,67 0,60175 0,67 0,62 0,58 0,51210 0,60 0,55 0,51 0,45245 0,53 0,49 0,45 0,37280 0,49 0,45 0,40 0,33315 0,45 0,40 0,36 0,29350 0,40

- Esta Tabla ha sido confeccionada por Stanton Walker en la Universidad de Maryland.

- La resistencia corresponde a resultados a los 28 días de probetas cilindricas estándar de 15 x 30 cm, preparadas y curadas de acuerdo a lo indicado en la Sección 9 (b) de la Norma ASTM C 31.

4. La Tabla 12.2.5 es una adaptación de la confeccionada por el Bureau of Reclamation de los Estados Unidos, y relaciona la relación agua/cemento de diseño, expresada en peso, con la probable resistencia a la compresión a los 28 días y la cantidad en kilos de cemento Portland Tipo I, por m 3 de concreto, que

se estima necesarios para alcanzar dicha resistencia.

Los valores de la Tabla han sido estimados para concretos con y sin aire incorporado y ellos están limitados a mezclas cuyo agregado grueso tenga un tamaño máximo nominal hasta de 1 1/2”.

Tabla 12.2.5 Relación Agua/Cemento por ResistenciaRelación

agua/cementoConcreto sin Aire

IncorporadoConcret»

Incor3 con Aire porado

f'c Cementokg/cm3

fe Cementokg/cm3

0,40 385 414 315 3610,45 350 365 280 3250,50 305 329 250 2870,55 280 298 230 2760,60 240 265 195 2400,65 215 250 182 2280,70 180 234 150 2130,75 170 223 140 191

Esta Tabla es una adaptación de la confeccionada por el Bureau of Reclamation de los Estados Unidos.

Los contenidos de cemento de esta Tabla sólo deben ser aplicados a mezclas de concreto cuyo agregado grueso tenga un tamaño máximo nominal hasta de 1 1/2".

CORRECCIÓN POR INCORPORACIÓN DE PUZOLANA1. Cuando se emplea material puzolánico en el concreto, deberá considerarse una relación en peso del

agua a la suma del cemento más puzolana, en lugar de la tradicional relación agua/cemento en peso.

2. Para dicha determinación usualmente se emplean dos aproximaciones en la determinación de la relación W/(C+P), la cual deberá ser considerada equivalente a la relación W/C de una mezcla que sólo contiene cemento Portland. Dichas aproximaciones son:

a) Peso equivalente de materiales cementantes; yb) Volumen absoluto equivalente de materiales cementantes en la mezcla.

3. Para la primera aproximación, la del peso equivalente, el peso total del material cementante permanece el mismo, esto es:a W/(C+P) = W/C, pero el volumen absoluto total de cemento más puzolana será ligeramente mayor.

4. Para la segunda aproximación se deberá calcular una relación W/(C+P) en peso, manteniendo la misma relación en volumen absoluto, lo cual deberá reducir el peso del material cementante en la unidad cúbica de concreto dado que el peso específico de la puzolana es normalmente menor que el del cemento

Selección de la relación agua/cemento por durabilidad

13.1CONSIDERACIONES GENERALES

1. Este capítulo tiende a enfatizar la importancia que el diseñador considere, además de los de resistencia en compresión, los requisitos de durabilidad antes de proceder a seleccionar las proporciones finales de la mezcla de concreto y el espesor del recubrimiento del acero de refuerzo.

2. El diseñador de la mezcla debe tener en consideración que por razones de exposición del concreto a procesos de congelación y deshielo; a la acción de suelos o aguas sulfatadas; o para prevenir procesos de corrosión en el acero de refuerzo, puede ser necesario recomendar relaciones agua/cemento de diseño con valores máximos en peso de 0.40, 0.45 o 0.50, las cuales generalmente son equivalentes a resistencias en compresión de diseño de 350, 315, o 280 kg/cm2, valores que podrían ser mayores que aquellos requeridos únicamente por razones de resistencia.

3. Teniendo en consideración lo indicado, así como que usualmente es difícil de determinar con seguridad la relación agua-concreto de diseño del concreto durante la producción del mismo, aquella que especifique el Ingeniero Estructural deberá ser razonablemente consistente con la relación agua/cemento de diseño requerida por durabilidad por lo que, en aquellos casos que deba seleccionarse la relación agua/cemento por resistencia y durabilidad, se utilizará en la selección de las proporciones de la mezcla el menor de los dos valores, aun cuando con ello se obtengan resistencias en compresión mayores que la resistencia promedio seleccionada. Los resultados así obtenidos no deberán conducir a interpretaciones equívocas sobre la selección de las proporciones, calidad de las concretos, o procesos de producción o control de las mismos.

Este Capítulo no incluye recomendaciones para condiciones de exposición especialmente severas, tales como ácidos a altas temperaturas; y tampoco está referido a consideraciones estéticas tales como acabados superficiales. Estos puntos deberán ser cubiertos en las Especificaciones del proyecto.

13.2EXPOSICIÓN A CONGELACIÓN Y DESHIELO

1. Los concretos de peso normal y los concretos livianos, expuestos en cualquier época de su vida a procesos de congelación y deshielo o a la acción de sales descongelantes, deberán tener aire incorporado con los contenidos de aire total, como suma de aire atrapado más aire incorporado, indicados en la Tabla 11.3.1. La tolerancia en el contenido de aire al momento de la entrega del concreto en el punto de colocación deberá ser de más o menos 1.5%

2. Para resistencias a la compresión especificadas mayores de 350 kg/cm2, los contenidos totales de aire indicados en la Tabla 11.3.1 podrían reducirse en 1%. Esta autorización tiene como base el que en este nivel de resistencia los concretos tienen una relación agua/cemento baja y, si han sido adecuadamente curados, alto contenido de gel y baja porosidad capilar, todo lo cual favorece una mejor resistencia a los procesos de congelación.

3. Los valores de la Tabla 11.3.1 contemplan los casos de exposición severa y moderada, dependiendo del grado de exposición a la humedad o a sales descongelantes y estableciendo para cada uno de ellos el contenido de aire total.

Debe considerarse como ejemplos de exposición severa a los pavimentos, losas de puentes, bordillos, playas de estacionamiento, tanques de agua, canales, y estructuras hidráulicas que se encuentran dentro de las condiciones indicadas en el acápite 11.3.2(c).

El criterio de exposición moderada ha sido definido en el acápite 11.3.2(b).

4. El Constructor debe recordar que el aire incorporado a la mezcla no protegerá a concretos que contienen agregado grueso el cual puede experimentar cambios de volumen destructivos cuando congela en condición saturada. En casos de exposición moderada y especialmente en los de exposición severa, es obligatorio el ensayo de estabilidad de volumen en el agregado.

5. El concreto que deberá estar, en cualquier etapa de su vida, sometido a procesos de congelación y deshielo en condición húmeda; que deba tener baja permeabilidad al agua; o que va a estar expuesto a sales descongelantes, aguas salobres, agua de mar, rocío o neblina de estas fuentes; o a la acción de aguas cloacales, deberá tefier la relación agua/cemento de diseño máxima y cumplir con los otros requisitos indicados en la Tabla 13.2.5.

6. En el caso de los concretos livianos, se específica en la Tabla 13.2.5 un nivel mínimo de resistencia en compresión en lugar de una relación agua/cemento debido a que la absorción de los agregados livianos es siempre incierta; haciendo prácticamente muy difícil el cálculo de la relación agua/cemento. Para este tipo de concretos se estima que un nivel mínimo de resistencia deberá garantizar el empleo de una pasta de alta calidad.

7. Se recomienda que el contenido mínimo de cemento en mezclas de concreto expuestos a procesos de congelación y deshielo, o a la acción de sales descongelantes, no sea menor de 340 kg/m 3; debiendo el cemento cumplir con los requisitos de las Normas ASTM C 150 o ASTM C 595, o las correspondientes NTP 334.009, NTP 334.090.

8. Cuando se utiliza cementos que cumplen con las requisitos de las Normas ASTM C 618 o ASTM 989, la relación agua/cemento indicada en las Tablas 13.2.5 o 13.3.2 deberá ser calculada empleando el peso del cemento.

Tabla 13.2.5 Condiciones Especiales de Exposición

Condiciones de exposición Relación a/c máxima, en concretos con agregado

de peso normal

Resistencia a la comprensión mínima en concretos con agregado

liviano

Concretos de baja permeabilidad

(a) Expuesto a agua dulce 0,50 260

(b) Expuesto a agua de mar o aguas solubles 0,45

(c) Expuesto a la acción de aguas cloacales* 0,45

Concretos expuestos a procesos de congelación y deshielo en condición húmeda

300

(a) Sardineles, cunetas, secciones delgadas 0,45

(b) Otros elementos 0,50

Protección contra la corrosión de concreto expuesto a la acción de agua de mar, aguas salobres, neblina o rocío de estas aguas

0,40 325

Si el recubrimiento mínimo se incrementa en 15 mm

0,45 300

- La resistencia f'c no deberá ser menor de 245 kg/cm2 por razones de durabilidad.

13.3EXPOSICIÓN AL ATAQUE DE SULFATOS1. Los sulfatos de sodio, calcio y magnesio, presentes en los suelos, aguas freáticas y agua de mar, son

causa de ataque al concreto al reaccionar con el aluminato tricálcico y la cal libre presentes en las concretos de cemento Portland.

Se sabe que cuando el concreto está en presencia de soluciones de sulfatos, se forma sulfoaluminato de calcio, por reacción química con los aluminatos, en presencia de la cal libre y la humedad, desarrollándose un gel expansivo con gran aumento de volumen, lo que origina en el concreto expansión, agrietamiento y destrucción.

Lo expuesto permite llegar a una primera e importante conclusión: cuanto menor es el contenido de aluminato tricálcico en el cemento mejor será la resistencia del concreto al ataque por sulfatos.

2. El concreto que va a estar expuesto a soluciones o suelos que contienen sulfatos, deberá cumplir con los requisitos indicados en la Tabla 13.3.2; ser preparado con un cemento que proporcione resistencia a los sulfatos; y ser empleado en concretos con una relación agua/cemento máxima indicada en la Tabla mencionada.

Tabla 13.3.2 Concreto expuesto a Soluciones de Sulfatos

Exposición a sulfatos

Sulfato soluble en agua (S04), presente en el suelo, % en peso

Sulfato (S04) en agua p.p.m.

Tipo de Cemento

Concreto con agregado de peso normal Relación máxima agua/ cemento en peso<1>

Concreto con agregado de peso normal y ligero Resistencia mínima a compresión, f’c Kg/cm2m

Despreciable 0,00 <S04< 0,10 0<S04< 150

Moderado«2) 0,10 <S04< 0,20 150 < S04 < 1 500 II, IP (MS), IS (MS),

P (MS), I (PM) (MS),

I (SM)(MS)

0,5 280

Severo 0,20 < S04 < 2,00 1500 < S04 <10 000 V 0,45 310

Muy severo S04 > 2,00 S04> 10 000 V más puzolanat3)

0,45 310

1) Una relación agua/cemento menor puede ser necesaria por razones de baja permeabilidad; por protección contra la corrosión de elementos embebidos, o por conqelación y deshielo (Ver Tabla 13.2.5).

(2) Agua de mar.

(3) Debe haberse comprobado que la puzolana es adecuada para mejorar la resistencia del concreto a la acción de los sulfatos, cuando ella es empleada en concretos preparados con cemento Tipo V.

3. En la selección del cemento por razones de resistencia a los sulfatos, la principal consideración es su contenido de C3A. Para exposiciones moderadas, el cemento Portland ASTM Tipo II está limitado a un contenido máximo de 8% de C3A.

Los cementos combinados que cumplen con la Norma NTP 334.090 y han sido preparados con un clinker de cemento Portland con menos del 8% de C3A son adecuados para empleo en exposiciones moderadas a la acción de los sulfatos. Los Tipos que se venden en el mercado peruano, adecuados a la Norma NTP 334.090, son el IP y el IPM.

4. Para condiciones de exposición severa al ataque de sulfatos, el cemento Tipo V de la clasificación NTP 334.009, con un contenido máximo de 5% de C3A, es el recomendado.

5. En determinadas condiciones, el contenido de C3A de otros Tipos de cemento disponibles, tales como el Tipo III o el Tipo I, puede ser menor del 8% o el 5%, y por lo tanto ser empleados en exposiciones moderadas o severas a la acción de los sulfatos.

6. Los cementos resistentes a los sulfatos no necesariamente incrementan la resistencia a algunas soluciones químicas agresivas, tales como el nitrato de amonio. Las especificaciones técnicas del proyecto deberán cubrir todos los casos especiales.

7. El empleo de cenizas de buena calidad (ASTM C 618-CLASE F) ha demostrado igualmente capacidad para mejorar la resistencia del concreto a los sulfatos. Cementos del Tipo IP preparados con puzolanas del grupo F; así como cementos Portland con un contenido mayor de 8% de C 3A pueden proporcionar resistencia a los sulfatos en casos de exposición moderada. En el caso de estos últimos la adición de cenizas es necesaria.

8. Una nota a la Tabla 13.3.2 clasifica al agua de mar como “exposición moderada a los sulfatos” aunque ella contiene generalmente más de 1500 ppm de S04. Investigaciones en este campo indican la posibilidad que otros tipos de cementos; con contenidos de C3A por encima del 10%, puedan ser empleados si la relación agua/cemento de diseño máxima es reducida a 0,4.

9. Además de una adecuada selección del cemento, son esenciales otros requisitos para obtener concretos que sean durables cuando están expuestos a concentraciones de sulfatos. Entre dichos requisitos pueden mencionarse:

a) Baja relación agua/cemento;b) Adecuado contenido de aire incorporado;c) Bajo asentamiento;d) Consolidación adecuada;e) Adecuado recubrimiento del refuerzo;f) Uniformidad del concreto; yg) Suficiente curado para permitir el desarrollo de las propiedades potenciales del concreto.

10. No deberá emplearse cloruro de calcio como aditivo en concretos expuestos a soluciones que contienen sulfatos en condición severa o muy severa, tal como ellas son definidas en la Tabla 13.3.2.

13.4 CORROSIÓN DELACERO DE REFUERZO

1. Para obtener protección contra la corrosión, la máxima concentración de ion cloruro soluble en agua, presente en el concreto endurecido a las edades de 28 y 42 días, aportada por todos los ingredientes incluyendo el agua, agregados, materiales cementantes, y aditivos, no deberá exceder los límites indicados en la Tabla 13.4.1.

El empleo de agua de mar puede llevar a concentraciones de cloruros por encima de los límites dados en la Tabla 13.4.1.

Tabla 13.4.1 Contenido Máximo de Ion Cloruro

Elemento Máximo ion cloruro soluble en el agua en el concreto, expresado como % en peso del cemento

- Concreto pretensado 0,06

- Concreto armado expuesto a la acción de cloruros

0,15

- Concreto armado que deberá estar seco o protegido de la humedad durante su vida

1,00

- Otras construcciones de concreto armado 0,30

2. Cuando los agregados tengan alto contenido de cloruros, deberán ser lavados antes de su utilización.

3. Puede obtenerse una evaluación inicial del contenido de ion cloruro soluble en agua ensayando los ingredientes individuales del concreto para determinar el contenido total de ion cloruro. Si el contenido total, calculado sobre la base de las proporciones del concreto, excede al permitido en la Tabla 13.4.1, puede ser necesario ensayar muestras del concreto endurecido para determinar el contenido de ion cloruro soluble en agua. Los ensayos se realizarán siguiendo el procedimiento indicado en la Norma AASHTO T 260.En la interpretación de los resultados deberá tenerse presente que algunos del total de iones cloruro presentes en los ingredientes deberán ser ya sea insolubles o capaces de reaccionar con el cemento durante la hidratación, y por lo tanto serán insolubles bajo el procedimiento de ensayo descrito.

Los límites de la Tabla 13.4.1 son de aplicación a los cloruros aportados por los ingredientes del concreto, y no a aquellos provenientes del medio ambiente que lo rodea.

4. Los límites de ion cloruro indicados en la Tabla 13.4.1 difieren de aquellos recomendados en el Código ACI 201 “Guide to Durable Concrete” y los recomendados en el Código ACI 222 “Corrosión of Metals in Concrete” y corresponden al Código ACI 318 “Building Code Requirements for Reinforced Concrete”.

En la Tabla 13.4.1 se ha incluido un límite del 1% en el control total de los cloruros solubles en el caso del concreto armado que estará seco en servicio. Igualmente se incluye límites de0, 15% y 0,30% para concreto armado el cual deberá estar expuesto a la acción de cloruros o deberá estar húmedo en servicio respectivamente.

Las diferencias dependen principalmente de que el Código ACI 222 recomienda límites en peso del cemento basados en ensayos de cloruros solubles en ácidos y no en ensayos de cloruros solubles en agua, que es el tipo de ensayo requerido por estas recomendaciones.

5. Cuando se emplea epoxy o zinc como materiales de revestimiento del acero de refuerzo, los límites de la Tabla 13.4.1 pueden ser más restrictivos de lo necesario. Queda a criterio del Ingeniero Estructural el modificar los límites o proponer porcentajes menores.

6. Cuando el concreto armado esté expuesto a sales descongelantes, aguas salobres, agua de mar, o rocío o neblina de estas fuentes, deberán satisfacerse los requisitos de la Tabla 13.2.5, así como los de recubrimiento mínimo del acero indicados en la Norma E.060.

Cuando el concreto ha de estar expuesto a la acción externa de cloruros, puede ser necesario incrementar el recubrimiento indicado en la Norma E.060, o proporcionar un revestimiento de epoxy al acero de refuerzo.

El Ingeniero Estructural deberá siempre evaluar las condiciones que puedan presentarse cerca al mar o el efecto que las mismas podrían tener sobre el conjunto estructural.

SELECCIÓN FINAL Y AJUSTE DE LA RELACIÓN AGUA/CEMENTO

14.1CONSIDERACIONES GENERALES

1. Conocidas las relaciones agua/cemento por resistencia en compresión y por durabilidad de la mezcla de concreto, se eligirá, para el cálculo de las proporciones de la mezcla, el menor de los dos valores, lo cual garantiza el cumplimiento de los requisitos de las especificaciones.

2. La relación agua/cemento de diseño finalmente seleccionada deberá ser corregida a relación agua/cemento efectiva teniendo en consideración la condición de humedad del agregado en obra.

3. Si se emplea aditivos en solución, el agua de la solución deberá ser considerada como el agua de la mezcla, a fin de no alterar la relación agua/cemento de diseño especificada.

4. La relación agua/cemento de diseño elegida será cuidadosamente controlada en obra, dentro de un límite de tolerancia de más o menos 0,02.

5. Si como resultado de la elección de las relaciones agua/cemento por resistencia y durabilidad, se eligiese esta última y ello diera como resultado resistencias en compresión mayores que las requeridas por el Ingeniero Estructural, se mantendrá la relación agua/cemento elegida y no se realizarán ajustes en la mezcla por el exceso de resistencia.

CÁLCULO DEL CONTENIDO DE CEMENTO

15.1PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

1. Conocidos el volumen unitario de agua por unidad de volumen del concreto (Capítulo 10) y la relación agua/cemento seleccionada (Capítulos 12, 13 y 14), se puede determinar el factor cemento por unidad cúbica de concreto mediante la división del volumen unitario de agua, expresada en litros por metro cúbico, entre la relación agua/cemento, obteniéndose el número de kilos de cemento por unidad cúbica de concreto.

2. Si las especificaciones de obra indican un contenido mínimo de cemento, además de aquel que puede haber sido seleccionado a partir de los requisitos de durabilidad o resistencia, deberá elegirse aquel de los criterios que dé el mayor contenido de cemento.

3. El empleo de aditivos químicos o de materiales puzolánicos deberá modificar las propiedades del concreto. La reducción del contenido de cemento por el empleo de estos productos no es recomendable, y si ella se produjese deberá contarse con la aprobación del Ingeniero Estructural y la Inspección, previa garantía escrita por parte del Constructor de que se han de obtener las propiedades deseadas.

4. Es recomendable que la determinación final del contenido de cemento en una mezcla se base en pruebas realizadas bajo condiciones de obra, debiendo garantizarse por el Constructor que se han de obtener todas las propiedades deseadas en el concreto.

Selección del Agregado

16.1CONCEPTOS GENERALES

1. La selección de las proporciones de los agregados fino y grueso en la unidad cúbica de concreto tiene por finalidad obtener una mezcla en la que, con un minino contenido de pasta (cemento + agua), se puedan obtener las propiedades deseadas en el concreto.

Para ello es deseable que la granulometría total de las partículas de agregado sea tal que el volumen de vacíos, o espacios entre partículas, sea mínimo.

2. Como la experiencia ha demostrado que la granulometría ideal no existe, en la práctica uno de los problemas fundamentales del diseño de mezclas es determinar aquella combinación de agregados fino y grueso que requiere el mínimo de pasta al mismo tiempo que permite obtener las propiedades deseadas.

3. Desde el punto de vista de las propiedades del concreto al estado fresco, se sabe que, dentro de determinados límites, cuanto menor es la proporción de partículas finas más pobres pueden ser las mezclas necesarias para obtener una trabajabilidad determinada en una relación agua/ cemento dada.

Pero, igualmente se sabe que cuanto menor es la proporción de partículas finas, menor es la consistencia de la mezcla y mayor la posibilidad de segregación del agregado grueso; mayor la tendencia a dificultades durante el proceso de compactación, y mayor la posibilidad de exudación después de que la mezcla ha sido compactada.

4. No existe una granulometría total que sea la más adecuada para todas las condiciones de obra, dado que la tendencia del concreto a segregar varía con las características de la mezcla. Por ello, la elección de las proporciones relativas de agregado fino y grueso que intervienen en la unidad cúbica de concreto, es fundamentalmente la elección de una proporción adecuada de agregado fino que garantiza a la mezcla una cohesividad adecuada y una compactación total en los encofrados.

5. En la selección de las proporciones de los agregados fino y grueso interviene de manera fundamental la experiencia del diseñador de la mezcla, la misma que se complementa con la ayuda de tablas y gráficos.

6. La granulometría total del agregado, establecida por las proporciones relativas de fino a grueso, puede estar gobernada Igualmente por el grado de control de calidad ejercido por el Contratista y la Inspección en la obra. Si la calidad del concreto no va a estar adecuadamente controlada, es evidente que será necesario incrementar la proporción de las partículas más finas para tener un margen adecuado de protección contra los peligros de una mezcla poco arenosa.

7. Los conceptos anteriores no deben llevar a pensar que la selección d'e la proporción más adecuada de los agregados fino y grueso es un proceso difícil que exige amplio criterio y experiencia. Sin desconocer la importancia de estos, la selección no es tan crítica si se sigue los pasos establecidos por cada método de diseño.

En efecto, cada uno de ellos plantea un procedimiento para la elección de los porcentajes de los agregados fino y grueso y, en cualquier caso, las proporciones finales de estos deberán basarse en el comportamiento del concreto cuando se preparan las mezclas de prueba bajo condiciones de obra.

8. La selección de los porcentajes relativos de los agregados fino y grueso, en relación al volumen absoluto total de agregado, puede hacerse ya sea determinando el porcentaje del agregado grueso y por diferencia el porcentaje de agregado fino correspondiente, tal como lo señala el Método del Comité 211 del ACI; o determinando el porcentaje de agregado fino y por diferencia el del agregado grueso, tal como lo indican los Métodos de Walker y del Módulo de Finura de la combinación de agregados.

16.2SELECCIÓN DEL CONTENIDO DE AGREGADO GRUESO

1. El Comité 211 del ACI parte del criterio que agregados gruesos de tamaño máximo nominal y granulometría esencialmente similares, deberán permitir obtener concretos de trabajabilidad satisfactoria cuando un determinado volumen de agregado grueso, en condiciones de seco y compactado, es empleado por unidad de volumen del concreto.

2. La Tabla 16.2.2, elaborada por el Comité 211 del ACI es función del tamaño máximo nominal del agregado grueso y del módulo de finura del agregado fino. Ella permite obtener un coeficiente b/b0

resultante de la división del peso seco del agregado grueso requerido por la unidad cúbica de concreto

entre el peso unitario seco y varillado del agregado grueso, expresado en kg/m3.

Tabla 16.2.2Peso del Agregado Grueso por Unidad de Volumen del Concreto

Tamaño Máximo Nominal del

Agregado Grueso

Volumen de agregado grueso, seco y compactado, por unidad de volumen del concreto, para diversos módulos de finura del fino (b/b0)

2,40 2,60 2,80 3,003/8” 0,50 0,48 0,46 0,441/2” 0,59 0,57 0,55 0,533/4” 0,66 0,64 0,62 0,601” 0,71 0,69 0,67 0,65

1 1/2” 0,75 0,73 0,71 0,692” 0,78 0,76 0,74 0,723” 0,82 0,80 0,78 0,766” 0,87 0,85 0,83 0,81

- El agregado grueso se encuentra en la condición de seco compactado, tal como es definido por la Norma ASTM C 29.

- El cálculo del contenido de agregado grueso a partir del coeficiente b/b0, permite obtener concretos con una trabajabilidad adecuada para concreto armado usual.

- Para concreto menos trabajables, tales como los que se requiere en pavimentos, la relaciónpuede incrementarse en un 10%. Para concretos más trabajables, tales como los concretos bombeados, los valores pueden reducirse en un 10%.

3. Multiplicando el coeficiente b/bo, obtenido en la Tabla 16.2.2, por el peso unitario seco varillado del agregado grueso, se obtiene, de acuerdo al Método del ACI, la cantidad de agregado grueso seco y compactado que debe emplearse en la mezcla.

4. Un examen detenido de la Tabla 16.2.2 permite apreciar que, independientemente de la resistencia deseada o de la riqueza de la mezcla, para igual trabajabilidad la cantidad de agregado grueso en un volumen unitario de concreto se hace depender únicamente del tamaño máximo nominal del agregado grueso y del módulo de finura del agregado fino, y se mantiene constante para contenidos de cemento y valores de resistencia en compresión diferentes.

El hecho mencionado es uno de los principales cuestionamientos a esta Tabla, dado que resulta difícil aceptar una misma cantidad de agregado grueso para diversas resistencias y riquezas de la mezcla.

5. Los especialistas quienes consideran que la Tabla 16.2.2 es limitativa dado que, cuando se emplean agregados de granulometría, tamaño y perfil comparables, puede esperarse concretos de similar trabajabilidad pero cuando se trata de diferentes tipos de agregados, especialmente aquellos que difieren en perfil, el empleo de un porcentaje fijo de agregado grueso da inmediatamente lugar a diferencias en los requisitos de mortero, originadas principalmente por el contenido de vacíos del agregado grueso.

Se considera que dentro de este caso están los agregados de perfil angular, los cuales tienen el más alto contenido de vacíos y por lo tanto requieren un porcentaje de mortero mayor que el agregado redondeado.

6. Se considera igualmente que la Tabla 16.2.2 es limitativa en el sentido que no refleja las variaciones de la granulometría del agregado grueso, dentro de los limites de diferentes tamaños máximos, excepto en las formas que ellas se reflejan en el porcentaje de vacíos.

7. En relación con estas observaciones, el Comité 211 del ACI sostiene que las diferencias en la cantidad de mortero (cemento + agua + arena) requerida por trabajabilidad cuando se emplean diferentes agregados, debido a variaciones en el perfil del agregado y en su granulometría, se compensan automáticamente por diferencias en el contenido de vacíos del material seco y compactado.

8. Para concretos más trabajables, los cuales pueden ser requeridos para la colocación por bombeo o cuando el concreto debe ser trabajado en zonas de gran congestión de acero de refuerzo, puede ser

recomendable reducir en un 10% el contenido de agregado grueso estimado empleando la Tabla 16.2.2.

En este caso, sin embargo, deberá tomarse precauciones para garantizar el asentamiento, resistencia, y relación agua/cemento, a fin de que ellos sean concordantes con las recomendaciones dadas en los Capítulos respectivos y se cumpla, además, con los requisitos de las especificaciones del proyecto.

9. Finalmente, si se emplea la Tabla 16.2.2, el diseñador deberá tener en consideración la facilidad en el diseño de la mezcla contra los inconvenientes a los que se ha hecho referencia.

16.3 SELECCIÓN DE LAS PROPORCIONES DEL AGREGADO FINO

1. Los estudios realizados permiten estimar que puede ser necesario el empleo de una mayor proporción de agregado fino en la mezcla en los siguientes casos:a) Cuando la mezcla necesita ser más cohesiva para controlar la posibilidad de segregación que podría

originarse por transporte inadecuado del concreto o por malos procedimientos de colocación.b) Cuando el concreto ha de ser bombeado o colocado bajo agua.c) Cuando la sección a ser vaciada es pequeña en relación al tamaño máximo nominal del agregado.d) Cuando la sección a ser vaciada tiene muchas esquinas, la mayoría de las cuales no son

redondeadas.e) Cuando la sección a ser vaciada es altamente reforzada.f) Cuando existe la posibilidad de que, por razones de orden constructivo, el concreto o la porción

mortero del mismo pueda escapar a través de los dispositivos de descarga o de las juntas presentes en el encofrado.

2. En relación con el agregado mismo, se ha determinado que se requiere una mayor proporción de agregado fino para obtener un determinado grado de cohesividad, en los siguientes casos:

a) Las partículas del agregado grueso son angulares, laminadas o elongadas, son difíciles de trabajar, se cortan.

b) Las partículas de agregado son de textura rugosa.c) El tamaño máximo del agregado es pequeño.d) La mezcla debe tener alta trabajabilidad (pastocidad).e) La relación agua/cemento es alta.

3. En aquellas casos en los que existe dudas respecto a la proporción de agregado fino más adecuada, se considera conveniente emplear la proporción más alta dado que ella, aunque incrementara ligeramente la riqueza de la mezcla, proporcionará adecuada protección contra la segregación y facilitará la trabajabilidad, evitando una pobre compactación y la aparición de cangrejeras.

4. A través de los años y sucesivas investigaciones se ha tratado de establecer un porcentaje óptimo de agregado fino en relación al agregado total, considerándose que es aquel que requeriría el minino de pasta (mayor peso unitario).

En la actualidad se acepta que no existe un porcentaje de agregado fino que pueda considerarse óptimo para todas las mezclas, dado que las características de la pasta y del agregado grueso son variables en cada caso. En cada diseño particular es necesario buscar la mejor combinación fino-grueso que permita obtener las propiedades deseadas tanto al estado fresco como en el concreto endurecido.

5. Considerando lo expuesto se acepta que porcentajes de agregado fino del orden del 40% en relación al volumen absoluto total de agregado pueden ser aceptables en mezclas promedio. La experiencia ha determinado que este porcentaje es siempre menor que el requerido para máxima densidad, o sea minino de vacíos, del agregado mezclado. Esta diferencia entre el porcentaje óptimo, variable para cada caso particular, y el porcentaje de máxima densidad, que puede dar mezclas menos trabajables y más fácilmente segregables, es fundamentalmente resultado de la separación del agregado por la pasta.

El porcentaje a ser sustraído de máxima densidad, a fin de tratar de obtener el óptimo, raramente es tan alto como el 8%, siendo generalmente del orden del 2% al 5%. En general se recomienda tomar el 3% como un valor promedio para propósitos de trabajo sin incurrir en errores de consideración dado que la variación en el contenido de pasta cerca del porcentaje óptimo de agregado fino es muy pequeña.

7. La determinación del ensayo de máxima densidad del agregado puede realizarse fácilmente pesando diversas proporciones de agregados fino y grueso mezclados al estado seco y compactado, ploteando

una curva y observando el porcentaje de agregado fino para el cual el peso unitario es máximo.La Tabla 16.3.7 ha sido desarrollada por Walker y adaptada al sistema métrico por el Laboratorio de Ensayos de Materiales de la Universidad Nacional de Ingeniería. Ella permite determinar el porcentaje aproximado de agregado fino en relación al volumen absoluto total de agregado, en función del módulo absoluto de finura del agregado fino, el tamaño máximo nominal del agregado grueso, el perfil del mismo, y el contenido de cemento de la unidad cúbica de concreto.

Los valores de esta Tabla corresponden a agregado grueso redondeado o angular utilizado en concretos de peso normal en los cuales no se emplea aire incorporado. Estos valores se refieren a agregado fino cuya granulometría está dentro de los límites establecidos por la Norma C 33 del ASTM. Se considera que los porcentajes de agregado fino indicados en la Tabla permitirán obtener la cantidad de mortero necesaria para conseguir un adecuado grado de trabajabilidad, con el margen adecuado para prevenir variaciones en la condiciones de trabajo o en las características del agregado.

Tabla 16.3.7(*)Tabla de Walker - Porcentaje de Agregado Fino

Tamaño máximo nominal del

agregado grueso

Agregado Redondeado Agregado Angular

Factor cemento expresado en bolsas por metro cúbico

Factor cemento expresado en bolsas por metro cúbico

5 6 7 8 5 6 7 8Agregado Fino - Módulo de Finura 2,3 a 2,4

3/8” 60 57 54 51 69 65 61 581/2” 49 46 43 40 57 54 51 483/4” 41 38 35 33 48 45 43 41

1” 40 37 34 32 47 44 42 401 1/2” 37 34 32 30 44 41 39 37

2” 36 33 31 29 43 40 38 36

Agregado Fino - Módulo de Finura 2,6 a 2,73/8” 66 62 59 56 75 71 67 641/2” 53 50 47 44 61 58 55 533/4” 44 41 38 36 51 48 46 44

1” 42 39 37 35 49 46 44 42

1 1/2” 40 37 35 33 47 44 42 402” 37 35 33 32 45 42 40 38

Agregado Fino - Módulo de Finura 3,0 a 3,13/8” 74 70 66 62 84 80 76 731/2” 59 56 53 50 70 66 62 593/4” 49 46 43 40 57 54 51 481” 47 44 41 38 55 52 49 46

1 1/2” 44 41 38 36 52 49 46 44

2”42 38 36 34 49 46 44 42

- Los valores de la tabla corresponen a porcentajes del agregado fino en relación al volumen absoluto total de agregado.

- Los valores corresponden a agregado grueso angular en concretos de peso normal sin aire incorporado.

(*) Tabla confeccionada por Staton Walker en la Universidad de Maryland.

8. El método del Comité 211 del ACI determina el volumen absoluto de agregado fino por diferencia entre la unidad y la suma de los volúmenes absolutos de cemento, agua de diseño, aire, y agregado grueso seco.El volumen absoluto, o volumen desplazado por los diferentes ingredientes de la unidad cúbica de concreto, conocido también como volumen de sólidos, es igual al peso con que entra dicho

material en la unidad cúbica de concreto dividido entre su peso sólido, definido este último como el producto del peso específico del material por el peso unitario del agua.

9. El Comité 211 propone un método alternativo para determinar la cantidad de agregado fino en la unidad cúbica de concreto. Indica que si por experiencia puede asumirse o estimarse el peso de la unidad cúbica de concreto, el peso del agregado fino requerido sería simplemente la diferencia entre el peso por metro cúbico del concreto fresco y el peso total de los otros ingredientes.

Indica el Comité 211 del ACI que usualmente se conoce el peso unitario del concreto con bastante seguridad, en base a experiencias previas con los materiales a ser utilizados. Igualmente señala que, en ausencia de tal información, la Tabla 16.3.9 podría ser empleada para un primer estimado.

En relación con dicha Tabla, indica el Comité 211 del ACI que aun en aquellos casos en los que la estimación del peso por metro cúbico del concreto es aproximada, las proporciones de la mezcla pueden ser lo suficientemente aproximadas como para permitir un rápido y fácil ajuste sobre la base de los resultados de las mezclas de ensayo.

Tabla 16.3.9Primera Estimación del Peso del Concreto Fresco

Tamaño Máximo Nominal del Agregado Grueso

Primera estimación del peso del concreto, kg/m3



3/8” 2280 2200

1/2” 2310 22303/4” 2345 2275

1” 2380 22901 1/2” 2410 2350

2” 2445 23453” 2490 24056” 2530 2435

- Los valores han sido calculados para concretos de riqueza media (330 kg/m3) y asentamientos que corresponden a consistencias plásticas. Se ha considerado agregados que cumplen con la granulometría de la Norma ASTM C 33 y tienen un peso específico promedio de 2.7.

- Los requisitos de la cantidad de agua se han basado en los valores de la Tabla 10.2.1.- Si se desea, la estimación del peso puede ser corregida como sigue: por cada cinco Its. de diferencia

en el agua en relación con la Tabla 10.2.1, para valores del asentamiento de 3” a 4”, corregir el peso por m3 en 8 kg en la dirección opuesta; por cada 20 kg de diferencia en el contenido de cemento corregir el peso por m3 en 3 kg en la misma dirección; por cada 0,1 de variación en el peso específico del agregado, en relación a 2,7, corregir 70 kg en la misma dirección.

10. Las investigaciones realizadas en la Universidad de Maryland han permitido establecer que la combinación de los agregados fino y grueso cuando estos tienen granulometrías comprendidas dentro de los valores de la Norma ASTM C 33, debe producir un concreto trabajable, en condiciones ordinarias, si el módulo de finura de la combinación de agregados se aproxima a los valores indicados en la Tabla 16.3.10.

Los investigadores plantean dos ecuaciones:

m = rf x mf + rg x mg (16.3.10.a)

= 187 It/m3

= 8 x 42,5 x 0,55

= 0,108 m3= 0,187 m3= 0,015 m3= 0,310 m3

m =Módulo de finura de la combinación de agregados, tomada de la Tabla 16.3.10, en función del factor cemento de la mezcla y del tamaño máximo nominal del agregado grueso, rrif... Módulo de finura del agregado fino.

mg = Módulo de finura del agregado grueso.Rf = Porcentaje de agregado fino en relación al volumen absoluto total de agregado.rg.= Porcentaje de agregado grueso en relación al volumen absoluto total de agregado.

La proporción de agregado fino, de módulo de finura conocida y necesaria, de acuerdo a la riqueza de la mezcla, obtiene un módulo de finura determinado en la combinación de agregados puede ser calculada a partir de la ecuación 16.3.10.b. El valor obtenido, multiplicado por el volumen absoluto del agregado nos da el volumen absoluto de agregado fino, el cual multiplicado por el peso sólido del agregado fino nos da la cantidad de agregado fino seco que entra en la unidad cúbica de concreto. Un procedimiento similar nos permite calcular la cantidad de agregado grueso seco.

Un ejemplo permitirá entender la aplicación de estas ecuaciones:

Se tiene una mezcla de concreto con 8 bolsas de cemento por metro cúbico de concreto, una relación agua/cemento de diseño de 0,55 y agregado grueso cuyo tamaño máximo nominal es de 1". Los pesos específicos de los agregados fino y grueso son respectivamente 2,70 y 2,62 y sus módulos finura 2,75 y 7,60. Se desea conocer las cantidades de agregados fino y grueso que entrarán en la mezcla de concreto, la cual tiene un contenido de aire atrapado de 1,5%.

Volumen Unitario de agua

Volumen absoluto de cemento Volumen absoluto de agua Volumen absoluto de aire Volumen absoluto parcial

= 340/3,15 x 1000= 187/1 x 1000= 1,5%

Volumen absoluto de agregado

Entrando a la Tabla 16.3.10 con un contenido de cemento de 8 bolsas metro cúbico y un tamaño máximo nominal del agregado grueso de 1", se encuentra que el mejor módulo de finura de la combinación de agregados es de 5,41.

En la ecuación 16.3.10.b se entra con los valores de los módulos de finura de los agregados fino y grueso y el

correspondiente a la combinación de agregados

Vol. absoluto de fino seco Vol. absoluto de grueso seco Peso seco del fino Peso seco del grueso =0,451 X 0,690

= 0,690 - 0,311= 0,311 X 2,70 X 1000 == 0,379 X 2,62 X 1000 =

Y la cantidad de materiales, por metro cúbico de concreto, sin corregir por humedad del agregado,será:

- Cemento.................................................................................................340 kg/m3

- Agua de diseño.......................................................................................187 lt/m3

- Agregado fino seco.................................................................................840 kg/m3

- Agregado grueso seco............................................................................993 kg/m3

Ecuaciones en las que:

= 0,690 m3

= 1 - 0,310

Tabla 16.3.10(*)Módulo de Finura de la Combinación de Agregados

Tamaño Máximo Nominal del Agregado Grueso

Módulo de Finura de la combinación de agregados que da las mejores condiciones de trabajabilidad para los contenidos de

cemento en bolsas/metro cúbico indicados6 7 8 9

3/8" 3,96 4,04 4,11 4,191/2" 4,46 4,54 4,61 4,693/4" 4,96 5,04 5,11 5,19

1" 5,26 5,34 5,41 5,49

1 1/2"5,56 5,64 5,71 5,79

2" 5,86 5,94 6,01 6,093" 6,16 6,24 6,31 6,39

- Los valores de la Tabla están referidos a agregado grueso de perfil angular y adecuadamente graduado, con un contenido de vacíos del orden del 35%.Los valores indicados deben incrementarse o disminuirse en 0,1 por cada 5% de disminución o incremento en el porcentaje de vacíos.

- Los valores de la tabla pueden dar mezclas ligeramente sobrearenosas para pavimentos o estructuras ciclópeas. Para condiciones de colocación favorables pueden ser incrementadosen 0,2.

(*) Tabla confeccionada por Staton Walker en la Universidad de Maryland.

SELECCIÓN DE LAS PROPORCIONES DEL CONCRETO MÉTODO DEL COMITÉ 211 DEL ACI


1. El Comité 211 del ACI ha desarrollado un procedimiento de diseño de mezclas bastante simple el cual, basándose en algunas de las Tablas presentadas en los capítulos anteriores, permite obtener valores de los diferentes materiales que integran la unidad cúbica de concreto.

2. El procedimiento para la selección de las proporciones que se presenta en este capítulo es aplicable a concretos de peso normal y a las condiciones que para cada una de las Tablas se indican en ellas.

Aunque los mismos datos básicos y procedimientos pueden ser empleados en el diseño de concretos pesados y concretos ciclópeos, al tratar éstos se da la información complementarla.

3. Es usual que las características de obra establezcan limitaciones a quien tiene la responsabilidad de diseñar la mezcla. Entre dichas limitaciones pueden estar:

- Relación agua/cemento máxima.- Contenido mínimo de cemento.- Contenido máximo de aire.- Asentamiento.- Tamaño máximo nominal del agregado grueso.- Resistencia en compresión mínima.- Requisitos especiales relacionados con la resistencia promedio, el empleo de aditivos, o la utilización

de tipos especiales de cemento o agregados.

4. La estimación de las cantidades de materiales requeridas para preparar una unidad cúbica de concreto implica una secuencia cuyo cumplimiento permite, en función de las características de los materiales, preparar la mezcla adecuada para el trabajo que se va a efectuar.

18.2SECUENCIA DE DISEÑO

1. Independientemente que las caractarísticas finales del concreto sean indicadas en las especificaciones o dejadas al criterio del profesional responsable del diseño de la mezcla, las cantidades de materiales

por metro cúbico de concreto pueden ser determinadas, cuando se emplea el Método del Comité 211 del ACI, siguiendo la secuencia que a continuación se indica:

- Selección de la resistencia promedio a partir de la resistencia en compresión especificada y la desviación estándar de la compañía constructora. (Capítulo 7).

- Selección de tamaño máximo nominal del agregado (Capítulo 8)- Selección del asentamiento (Capítulo 9)- Selección de volumen unitario del agua de diseño (Tabla 10.2.1)- Selección del contenido de aire (Tablas 11.2.1 y 11.3.1)- Selección de la relación agua/cemento por resistencia y por durabilidad (Tablas 12.2.2; 13.2.5;

13.3.2; y 13.4.1)- Determinación del Factor Cemento (Capítulo 15)- Determinación del contenido de agregado grueso (Tabla 16.2.2)- Determinación de la suma de los volúmenes absolutos de cemento, agua de diseño, aire, y agregado

grueso.- Determinación del volumen absoluto de agregado fino.- Determinación del peso seco del agregado fino.- Determinación de los valores de diseño del cemento, agua, aire, agregado fino y agregado grueso.- Corrección de los valores de diseño por humedad del agregado.- Determinación de la proporción en peso, de diseño y de obra.- Determinación de los pesos por tanda de una bolsa.

SELECCIÓN DE LAS PROPORCIONES DEL CONCRETO MÉTODO DE WALKER


1. El denominado Método de Walker se desarrolla debido a la preocupación del Profesor Norteamericano Stanton Walker en relación con el hecho de que, sea cual fuera la resistencia de diseño del concreto y por tanto su relación agua/cemento, contenido de cemento y características del agregado fino, la cantidad de agregado grueso era la misma, ello cuando se aplicaba el procedimiento de diseño desarrollado por el Comité 211 del ACI.

2. Considerando que la relación fino-grueso debería variar en función del contenido de la pasta en la mezcla, así como del perfil y tamaño máximo nominal del agregado grueso y que otro factor que debería ser considerado era la mayor o menor finura del agregado fino, el profesor Walker desarrolló la Tabla 16.3.7.

3. En dicha Tabla se toma en consideración la finura del agregado fino, clasificándolo en tres categorías: fino, mediano y grueso. Igualmente se considera si el agregado grueso es de perfil redondeado o angular y para cada uno de los dos casos, se considera cuatro alternativas de factor cemento. Todo ello permite encontrar en la Tabla un porcentaje de agregado fino que se considera con el más conveniente en relación al volumen absoluto total de agregado.

4. Calculado el volumen absoluto de agregado fino, se determina el de agregado grueso por diferencia con el volumen absoluto total de agregado y conocidos ambos se determina el peso seco de cada uno de ellos en la mezcla.

5. El procedimiento anterior garantiza una mejor relación fino-grueso en la mezcla de concreto. La Tabla de Walker corresponde a concretos sin aire incorporado.

19.2SECUENCIA DE DISEÑO

1. Las cantidades de materiales por metro cúbico de concreto pueden ser determinadas, cuando se emplea el Método de Walker, siguiendo la secuencia que a continuación se índica:

a) Selección de la resistencia promedio a partir de la resistencia en compresión especificada y la desviación estándar de la compañía constructora (Capítulo 7)

b) Selección del tamaño máximo nominal del agregado grueso. (Capítulo 8)c) Selección del asentamiento (Capítulo 9)d) Selección del volumen unitario del agua de diseño (Tablas 10.2.1 o 10.2.2)e) Selección del contenido de aire (Tabla 11.2.1)f) Selección de la relación agua/cemento por resistencia y por durabilidad (Tablas 12.2.2; 13.2.5; 13.3.2 y

13.4.1).

g) Determinación del factor cemento (Capítulo 15)h) Determinación de la suma de los volúmenes absolutos de cemento, agua y aire.i) Determinación del volumen absoluto de agregado total.j) Determinación del porcentaje de agregado fino en relación al volumen absoluto total de agregado (Tabla 16.3.7). k) Determinación del volumen absoluto de agregado grueso.I) Determinación de los pesos secos de los agregados fino y grueso, m) Corrección de los valores de diseño por humedad del agregado, n) Determinación de la proporción en peso de diseño y de obra, o) Determinación de los pesos por tanda de una bolsa.

SELECCIÓN DE LAS PROPORCIONES DEL CONCRETO MÉTODO DEL MÓDULO DE FINURA DE LA COMBINACIÓN DE AGREGADOS

20.1ALCANCE

1. En el Método de Diseño del Comité 211 del American Concrete Institute, se determina en primer lugar los contenidos de cemento, agua, aire y agregado grueso y, por diferencia de la suma de volúmenes absolutos en relación con la unidad, el volumen absoluto y peso seco del agregado fino.

De esta manera, sea cual fuere la resistencia deseada, en tanto se mantengan constantes el tamaño máximo nominal del agregado grueso y el módulo de finura del agregado fino, el contenido total de agregado grueso en la mezcla será el mismo, independientemente del contenido de pasta.

2. Este hecho ha llevado a muchos investigadores a cuestionar el Método de Diseño del ACI y buscar un procedimiento en el cual la relación fino-grueso se modifique en función del contenido de pasta en consideración al contenido de cemento de ésta.

Stanton Walker, conjuntamente con el grupo de investigación del laboratorio de Concreto de la Universidad de Maryland, ha formulado un procedimiento de selección de las proporciones de la unidad cúbica de concreto en el cual los porcentajes de agregado fino y grueso se modifican en función de sus propios módulos de finura, medida indirecta de sus granulometrías y superficies específicas, a partir de la determinación del módulo de finura de la mejor combinación de agregados para las condiciones planteadas por las especificaciones de obra.

3. En el método del módulo de finura de la combinación de agregados, los contenidos de agregados fino y grueso varían para las diferentes resistencias, siendo esta variación función, principalmente, de la relación agua/cemento y del contenido total de agua, expresados a través del contenido de cemento de la mezcla.

Este método tiene como consideración fundamental, además de lo ya expresado, la premisa de que el módulo de finura del agregado, fino o grueso, es un índice de su superficie específica y que en la medida que ésta aumenta se incrementa la demanda de pasta, así como que si se mantiene constante la pasta y se incrementa la finura del agregado disminuye la resistencia por adherencia.

4. Como consecuencia de las investigaciones realizadas se ha podido establecer una ecuación que relaciona el módulo de finura de los agregados fino y grueso, así como su participación porcentual en el volumen absoluto total de agregado. Aplicando dicha ecuación es posible determinar el valor del módulo de finura de la combinación de agregados más conveniente para condiciones dadas de la mezcla.

Dicha ecuación es:

m = rf x mf + rg x mg.......................................................(20.1.4)

en el cual:m Módulo de finura de la combinación de agregados. mf Módulo de finura del agregado fino. mg Módulo de finura del agregado grueso.rf Porcentaje de agregado fino en relación al volumen absoluto total de agregado. rg Porcentaje de agregado grueso en relación al volumen absoluto total de agregado.

Del análisis de la ecuación se puede deducir que el módulo de finura de una combinación de agregados fino y grueso es igual a la suma de los productos de los módulos de finura de cada ingrediente por la relación del volumen absoluto de cada ingrediente al volumen absoluto de todos los Ingredientes.

5. Aplicando la relación 20.1.4 es posible obtener los diversos valores del módulo de finura de la combinación de agregados que dan las mejores condiciones de trabajabilidad para diversos contenidos de cemento por metro cúbico de concreto. Dichos valores están indicados en la Tabla16.3.10.

Es importante señalar que los valores de la Tabla están referidos a agregado angular y adecuadamente graduado, con un contenido de vacíos del orden del 35%. Para condiciones diferentes se debe seguir lo indicado en la Tabla.

6. Se ha establecido que los agregados fino y grueso comprendidos dentro de las especificaciones de la Norma ASTM C 33 deben producir concretos trabajables, en condiciones ordinarias, cuando el módulo de finura de la combinación de agregados se aproxima a los valores de la Tabla 16.3.10.

Del análisis de esta Tabla se aprecia que es necesario conocer, para determinar el módulo de finura de la combinación de agregados, el tamaño máximo nominal del agregado grueso y el contenido de cemento de la unidad cúbica de concreto.

Es importante igualmente recordar que los valores de la Tabla 16.3.10 corresponden a concretos sin aire incorporado y pueden producir buenas mezclas cuando se emplean los métodos de colocación y compactación usuales. Sin embargo, pueden ser algo sobreárenosos para ser empleados en pavimentos o en estructuras en las que se utiliza concreto ciclópeo.

Cuando las condiciones de colocación son muy favorables los valores tomados de la Tabla 16.3.10 pueden incrementarse hasta 0,2. Igualmente, cuando se ha incorporado aire a la mezcla, el valor tomado de la Tabla puede ser incrementado en 0,1 para obtener un adecuado beneficio de la incorporación de aire sobra la trabajabilidad.

7. La proporción de agregado fino, de módulo de finura conocido, en relación al volumen absoluto total de agregado necesario para, de acuerdo a la riqueza de la mezcla, obtener un módulo de finura determinado en la combinación de agregados puede ser calculada, tal como se indicó en el acápite 16.3.10, a partir de la siguiente ecuación:

mn -m r, = —1 x 100m9_rTlf ................................................(20.1.7)

El valor obtenido de esta ecuación, multiplicado por el volumen absoluto de agregado, nos permite conocer el volumen absoluto de agregado fino. Por diferencia se puede determinar el volumen absoluto de agregado grueso.

Ambos volúmenes absolutos, multiplicados por sus respectivos pesos específicos, permiten calcular los pesos secos por unidad de volumen del concreto, de los agregados fino y grueso.

20.2 APLICACIÓN DE LAS ECUACIONES

1. Aplicación de la ecuación 20.1.4

Para aclarar el empleo de la ecuación 20.1.4 supongamos una dosificación de mezcla en la que se ha de emplear agregado fino con un módulo de finura de 2,72 y agregado grueso con un módulo de finura de 7,5; y en la que se desea conocer el módulo de finura de la combinación de agregados.

De acuerdo al diseño efectuado, la dosificación de los materiales integrantes de la unidad cúbica de concreto, expresada en volumen absoluto, es de:

- Cemento........................................................................................0,101 m3

- Agua de diseño..............................................................................0,182 m3

- Aire atrapado ................................................................................0,015m3

- Agregado fino seco........................................................................0,275 m3

- Agregado grueso seco...................................................................0,427 m3

La suma de los volúmenes absolutos de los agregados fino y grueso es igual a:

- Suma de volúmenes absolutos........................0,275 + 0,427 = 0,702 m3

Y los porcentajes de los agregados fino y grueso, expresados como parte decimal del volumen absoluto total de agregado, serán:

- Agregado fino ..................................................0,275/0,702 = 0,39 = 39%- Agregado grueso .............................................0,427/0,702 = 0,61 =61%

Aplicando la ecuación 20.1.4, se determina que el módulo de finura de la combinación de agregados es, para este caso, igual a:

m = 0,39 x 2,72 + 0,61 x 7,50 = 5,64

Luego, el módulo de finura de la combinación de agregados será igual a 5,64.

2. Aplicación de la ecuación 20.1.7Para una mejor comprensión de la ecuación 20.1.7, consideremos una mezcla de concreto en la que ya se ha determinado la necesidad de emplear 320 kg de cemento por metro cúbico de concreto, así como un contenido de agua de diseño de 180 litros por metro cúbico, para un contenido de aire atrapado de 1 %.

En la mezcla se ha empleado agregado fino con un módulo de finura de 2,75 y agregado grueso de 1” de tamaño máximo nominal y un módulo de finura de 7,45.

Se desea conocer las cantidades de los agregados fino y grueso secos de la mezcla, expresada en porcentaje del volumen absoluto total de agregado.Entramos a la Tabla 16.3.10 para un contenido de cemento de 7,5 bolsas (320/42,5) y un agregado grueso de 1” de tamaño máximo nominal, encontrando un módulo de finura de la combinación de agregados igual a 5,38.

Con este valor y los de los módulos de finura de los agregados fino y grueso, se puede calcular el porcentaje de agregado fino empleando la ecuación (20.1.7).

7,45-5,38r, = —-----------—- x 100 = 44%f 7,45-2,75

Por lo tanto, del total de agregado de la mezcla, expresado en volumen absoluto, el 44% será agregado fino y el 56% será agregado grueso.

Conocidos los porcentajes de agregados fino y grueso y multiplicados por el volumen absoluto de agregado, puede obtenerse el volumen absoluto de cada uno de ellos. Obtenido éste y multiplicado por el peso sólido se podrá determinar el peso seco de cada uno de los agregados.

20.3 EJEMPLO N° 1

1. Especificaciones

Se desea determinar, aplicando el Método del Módulo de Finura de la Combinación de Agregados, las proporciones de una mezcla de concreto a ser empleada en las Tribunas del Estadio Municipal de la ciudad de Chimbóte. Las especificaciones de obra indican:

a) La resistencia en compresión de diseño especificada para el concreto es de 245 kg/cm2 a los 28 días. La desviación estándar de la compañía constructora es de 28 kg/cm2.

b) Las condiciones de colocación requieren una mezcla de consistencia plástica.

2. Materiales

1. Cemento:

- Portland ASTM TIPO I

Peso específico..........................................................................3,12

2. Agua:

Potable, de la red pública de la ciudad

3. Agregado Fino:

Peso específico de masa............................................................2,68

Absorción.................................................................................1,20%

Contenido de humedad............................................................3,00 %

Módulo de finura.......................................................................2,75

4. Agregado Grueso:

Perfil angular

Tamaño máximo nominal............................................................1 ”

Peso seco compactado...........................................................1 650 kg/m3

Peso específico de masa..............................................................2,62

Absorción..................................................................................0,7%

Contenido de humedad............................................................0,2%

Módulo de finura.......................................................................7,02

SELECCIÓN DE LAS PROPORCIONES DEL CONCRETO DISEÑO POR LA RELACIÓN AGUA/CEMENTO

21.1 GENERALIDADES

1. Cuando no se dispone de la información referida a un registro de ensayos de obra aceptable, o no se tiene información de resultados de mezclas de prueba, podrá seleccionarse la relación agua/cemento, para concretos sin y con aire incorporado, a partir de los valores indicados en la Tabla 21.1.1; debiendo este procedimiento ser aprobado por la Inspección.

Tabla 21.1.1 Relación Agua/Cemento Máxima

fe Relación Agua/Cemento máxima



175 0,67 0,54210 0,50 0,46245 0,51 0,40

- Valores de resistencia en compresión de diseño a los 28 días. Para materiales que cumplen con las Normas ASTM, las relaciones agua cemento indicadas deberán permitir obtener resistencias mayores que las indicadas en la primera columna.

- Para resistencias en compresión a ios 28 días mayores de 245 kg/cm2 las proporciones del concreto deberán de determinarse por los procedimientos indicados en los Capítulos 18, 19 o 20.

2. Para el empleo de la Tabla 21.1.1 se requiere un permiso especial de la Inspección debido a que diferentes combinaciones de ingredientes producen concretos los cuales pueden variar considerablemente en el nivel de resistencia obtenido para una relación agua/cemento dada.

3. En todo momento el diseñador de la mezcla debe considerar que una simple Tabla que relaciona agua/cemento con resistencia en compresión del concreto necesariamente debe ser muy conservadora. Por ello, y en interés de la economía de las mezclas, este método debe ser aplicado únicamente para estructuras previas, y en las que no está justificado el costo adicional de mezclas de prueba.

4. Por la misma razón, para concretos cuya resistencia esté por encima de los 245 kg/cm 2 de resistencia a la compresión a los 28 días, es imperativo que la elección de las proporciones de la mezcla se efectúe en base a experiencia de obra o información suministrada por mezclas de prueba.

5. La Tabla 21.1.1 deberá ser empleada únicamente en concretos preparados con cementos Portland normales que cumplan con los requisitos de resistencia indicados en la Norma ASTM C 150 o en cementos combinados que cumplen con los requisitos indicados en la Norma ASTM C 595. Esta Tabla no deberá ser empleada para concretos pesados o livianos, a aquellos preparados empleando aditivos que no sean incorparadores de aire.

6. Los concretos preparados con proporciones seleccionadas a partir de los valores de la Tabla21.1.1, deberán igualmente cumplir con los requisitos especiales de exposición indicados en el Capítulo 13 y los criterios para los ensayos de resistencia en compresión indicados en el Capítulo 4 de la Norma Técnica de Edificación E.060.

21.2LIMITACIONES

1. La Tabla 21.1.1 no deberá aplicarse en los siguientes casos:

a) Cuando no se tiene un registro de resultados de ensayos de obra, o se dispone de nformación de resultados de mezclas de prueba.

b) Cuando el concreto contiene cualquier aditivo que no sea un incorporador de aire

c) En concretos preesforzados y/o concretos de resistencias en compresión a los 28 días mayores de 245 kg/cm2.

d) Cuando el cemento no cumpla con los requisitos de resistencia indicados en las Normas ASTM C 150 o C 595.

e) En concretos preparados con agregados pesados o livianos.

SELECCIÓN DE LAS PROPORCIONES DEL CONCRETO DISEÑO DE MEZCLAS DE PRUEBA

22.1ALCANCE

1. Cuando no se dispone de un registro aceptable de resultados de ensayos en obra, o éstos no cumplen con lo indicado en el Capítulo 7, las proporciones de la mezcla de concreto pueden ser seleccionadas en base a los resultados de mezclas experimentales también conocidas como mezclas de prueba.

2. Estas mezclas deben cumplir con las siguientes condiciones:

a) Los materiales utilizados y la combinación de los mismos deben ser aquellos a ser empleadosen la obra.

b) Las mezclas de prueba, con las proporciones y consistencia requeridas para la obra propuesta, deberán prepararse empleando al menos tres relaciones agua/cemento o contenidos de cemento diferentes; a fin de obtener un rango de resistencias dentro del cual se encuentra la resistencia promedio requerida.

c) Las mezclas de Prueba deberán diseñarse para obtener un asentamiento dentro del rango de más o menos 20 mm del máximo permitido y un contenido de aire incorporado dentro del rango de más a menos 0.5%

d) Para cada relación agua/cemento, o contenido de cemento, deberán prepararse y curarse, siguiendo las recomendaciones de la Norma ASTM C 192, por lo menos juegos de tres probetas a emplearse en ensayos de compresión para cada edad de ensayo seleccionada. Cada modificación en la relación agua/cemento deberá ser considerada como una nuevamezcla.

e) A partir de los resultados obtenidos en el ensayo de compresión de las probetas, deberá, para cada una de las mezclas, graficarse una curva que muestre la interrelación entre la relación agua/cemento, o el contenido de evento, y la resistencia en compresión a la edad seleccionadapara el ensayo.

f) La relación agua/cemento máxima, o el contenido de cemento mínimo a ser empleado en el concreto a utilizarse en la obra, deberán ser aquellos que la respectiva curva indica que son capaces de producir la resistencia promedio requerida, salvo que una relación agua/cemento menor o una resistencia mayor sean requeridas por condiciones de durabilidad.

22.2 PROCEDIMIENTO

1. Para mezclas de prueba u otras pequeñas, en aquellos casos en que no se dispone de resultados de laboratorio, ni tiempo o personal para determinar las proporciones de la mezcla de acuerdo a alguno de

los procedimientos recomendados, las mezclas indicadas en la Tabla 22.2.1 deberán, generalmente, permitir obtener concretos que, en el orden de los 140 a 210 kg/cm2, sean lo suficientemente fuertes y durables siempre que el volumen de agua añadido a la mezcladora no sea lo suficientemente grande para sobrehumedecer el concreto.

Tabla 22.2.1

Tamañomáximonominal

Mezcla Peso aproximado de kg/m3

Cemento Agregado Fino* Agregado grueso

Concreto con aire incorporado**

Concreto sin aire Grava o piedra partida

1/2"A 400 769 817 86B 400 737 785 897

C 400 705 753 929

3/4" A 368 721 785 993

B 368 689 753 1025

C 368 657 721 1057

1" A 352 657 721 1121

B 352 625 689 1153

C 352 593 657 1185

1 1/2" A 320 657 721 1202

B 320 625 689 1239

C 320 593 657 1266

2” A 304 641 721 1266

B 304 609 689 1298

C 304 577 657 1330

* Los valores del agregado fino en la Tabla se basan en agregado seco o superficialmente seco. Si se emplea agregado húmedo se incrementará el peso tabulado en 32 kg/m3; y si se emplea agregado mojado se incrementará el peso tabulado en 64 kg/m3.

** Los concretos con aire incorporado deberán ser empleados en todas las estructuras que han de estar expuestas a ciclos alternados de congelación y deshielo.

2. Las mezclas indicadas en la Tabla 22.2.1 han sido predeterminadas de acuerdo a procedimientos de diseño usuales y son recomendadas por el American Concrete Institute En ellas se asume condiciones compatibles con obras pequeñas y agregados de peso específico usual.

3. En la Tabla 22.2.1 se dan tres mezclas para cada tamaño máximo nominal del agregado grueso. Se recomienda que para el tamaño máximo seleccionado se comience con la mezcla B. Si se observa que esta mezcla tiene exceso de agregado fino, se deberá cambiar a la mezcla C; si en cambio se aprecia que le falla agregado fino, se deberá cambiar a la mezcla A.

4. Es importante indicar que las mezclas de la Tabla 22.2.1 están basadas en agregado fino seco o superficialmente seco. Si el agregado fino está húmedo o mojado, se deberá hacer las correcciones indicadas en la nota al pie de la Tabla.

5. Los contenidos de cemento indicados en la Tabla deberán ser utilizados para conocer los requisitos de cemento de obra; requisitos que están basados en concretos que tienen el agua necesaria para permitir

un trabajo adecuado en los encofrados sin una segregación objetable.

22.3OBSERVACIÓN

1. Este procedimiento de selección de las proporciones de las mezclas de concreto sólo debe ser utilizado en aquellos casos en que el elemento estructural no ha de tomar esfuerzos sísmicos y su comportamiento no compromete el de la estructura.

En general su empleo no es recomendable y sólo debería utilizarse por ingenieros de experiencia y en casos de extrema necesidad.

SELECCIÓN DE LAS PROPORCIONES

ALCANCESe presenta las recomendaciones a ser utilizadas en la selección de las proporciones de los materiales que intervienen en la unidad cúbica de la mezcla de concreto estructural de la resistencia y durabilidad deseadas, la cual debe ser el resultado de un balance adecuado entre la economía y los requisitos de colocación, resistencia, durabilidad, elasticidad y apariencia. Estas recomendaciones no son necesariamente de aplicación para resistencias f'c mayores de 500 kg/cm2 a los 28 días, las cuales serán seleccionadas por procedimientos especiales.

HISTORIA1.1. Aspectos generalesEl concreto es el más versátil de los materiales de construcción y ello permite su utilización en todo tipo de formas estructurales y en los climas más variados. El concreto es un material heterogéneo compuesto principalmente, pero no únicamente, de la combinación de cemento, agua y agregados finos y gruesos. El concreto contiene aire atrapado y puede contener también aire intencionalmente incorporado mediante el empleo de aditivos. Igualmente puede contener adiciones o fibras.

Actualmente en las mezclas de concreto se suele emplear aditivos adiciones y aditivos, ambos con la finalidad de mejorar o modificar determinadas propiedades del concreto, o por razones de economía. Estas adiciones o aditivos pueden ser elementos minerales o sustancias químicas.

Una de las principales limitaciones del concreto es el cómo lograr una adecuada selección de la cantidad de materiales integrantes de la unidad cúbica del mismo. Cemento, agua, agregados, adiciones y aditivos, seleccionados en las cantidades adecuadas deben permitir obtener mezclas que, ya sea al estado fresco como al endurecido, logren que el concreto alcance las propiedades deseadas.

La selección de los diferentes materiales que componen la mezcla de concreto y de la proporción de cada uno de ellos en la unidad cúbica del mismo debe ser siempre el resultado de un acuerdo razonable entre la economía, la facilidad de trabajo y el cumplimiento de los requisitos que debe satisfacer el concreto tanto al estado fresco como al endurecido.

Estos requisitos, o características fundamentales del concreto, están regulados por el empleo que se ha de dar a éste, asi como por las condiciones que se estima se han de encontrar en obra al momento de la colocación de la mezcla.

1.2. Definición

La selección de las proporciones de los materiales integrantes de la unidad cúbica de concreto, conocida usualmente como diseño de mezclas, puede ser definida como el proceso de selección de los ingredientes más adecuados y de la combinación más conveniente y económica de los mismos, con la finalidad de obtener un producto que en estado no endurecido tenga las propiedades, especialmente trabajabilidad y consistencia, deseadas, y que endurecido cumpla con los requisitos establecidos por el diseñador o indicados en los planos y/o especificaciones de obra.En la selección de las proporciones de la mezcla, el diseñador debe recordar que la composición de la misma está determinada por:

a) Las propiedades que debe tener el concreto endurecido, las cuales son determinadas por el ingeniero estructural y se encuentran indicadas en los planos y/o especificaciones de obra.

b) Las propiedades del concreto al estado no endurecido, las cuales son generalmente establecidas por el Contratista en función del tipo y características de la obra y de las técnicas a ser empleadas en la colocación del concreto.

c) El costo de la unidad cúbica de concreto.

La aplicación de los criterios anteriores permite obtener una primera aproximación de las proporciones de los materiales integrantes de la unidad cúbica de concreto. Estas proporciones, sea cual fuere el procedimiento empleado para determinarlas, deberán siempre ser consideradas como valores de prueba sujetos a revisión y ajustes sobre la base de los resultados obtenidos en mezclas preparadas bajo condiciones de laboratorio y obra.

Dependiendo de las condiciones de cada caso particular, las mezclas obtenidas del diseño deberán ser preparadas en el laboratorio y, de preferencia, como tandas de obra empleando el personal, materiales y equipo a ser utilizados en la construcción. Este procedimiento permite ajustar las proporciones seleccionadas en la medida que ello sea necesario para obtener un concreto que, tanto en estado fresco como endurecido, reúna las características y propiedades necesarias; evitando los errores derivados de asumir que los valores obtenidos en el gabinete son enteramente representativos del comportamiento del concreto bajo condiciones de obra.

Estos tres métodos serán analizados a continuación.

1.3. Los inicios del concreto moderno

John Smeaton, en 1756, desarrolla un producto con excelentes propiedades de endurecimiento en agua de mar y lo emplea para la construcción del Faro de Eddystone, cerca de la ciudad de Portland en Inglaterra. El producto está compuesto de “dos medidas de cal cocida o apagada, en forma de polvo seco, mezcladas con una medida de una tufa volcánica y ambas bien batidas en forma conjunta hasta lograr la consistencia de una pasta, usando tan poca agua como sea posible”.

Primera receta para preparar concreto, aplicada con resultados excelentes para el momento en que es empleada.

A mediados de 1824 corresponde al inglés Joseph Asphin, conjuntamente con I.C.Jhonson, patentar el denominado "cemento portland”. En Francia, en 1854, tiene su origen el concreto armado al descubrir el industrial Lambot que el concreto aumenta su resistencia al armarlo con hierro y construir la primera embarcación con estos materiales, la misma que aún se conserva y se exhibe en el Parque Miraval de París.

En 1861 el ingeniero francés Coigne obtiene una patente para la ejecución de obras de concreto armado. En 1867 el jardinero ~ancés Monier obtiene patente para la construcción de cubos, "íacetas y tuberías de este material, consiguiendo reducir en íorma importante los espesores de las estructuras gracias a una adecuada y razonable distribución de la armadura metálica.

Corresponde al ingeniero Hennebicq, en 1875, efectuar ios primeros estudios científicos de este nuevo tipo de construcción y tratar de encontrar la mejor combinación.

En 1884 una empresa constructora alemana adquiere la cátente Monier. En esa misma época el ingeniero Emperger, ce la Universidad de Viena, estudia el concreto armado aplicándole las leyes y reglas de la mecánica racional cuando ella se aplica a construcciones, fundando así la actual teoría del cálculo estructural y mereciendo que se le reconozca como el “abuelo del concreto armado”. En la misma época los 3rofesores Mórsch y Probat perfeccionan métodos de cálculo . el profesor Dr. Ing. Marcus elabora una teoría científica para el cálculo del concreto armado.

En el año 1875 se inician en los Estados Unidos los ensayos de aplicación del concreto en las construcciones. Ward lo apica a la construcción de entrepisos y Hyatt a diversos :oos de construcciones. En 1890 se generaliza el sistema de construcción en concreto armado para las obras en general.

1.1. Feret y el papel de la porosidad de la pasta

En 1882 corresponde al investigador francés Feret desarrollar as primeras interrelaciones entre las cantidades de cemento, a re y agua, y definir el papel de la porosidad de la pasta sobre 3 resistencia del concreto.

reret plantea la tesis que la resistencia del concreto no sólo es función de la cantidad de cemento contenida en la unidad cúbica de la mezcla, sino que también intervienen el contenido de agua, la porosidad de la pasta expresada en términos del a re presente en la pasta y factores adicionales que él agrupa en una constante.

En síntesis, Feret plantea que la resistencia del concreto es cual a una constante que multiplica a un factor, elevado al cuadrado, conformado por el contenido de cemento dividido entre la suma de los volúmenes absolutos de cemento, agua

y aire.

Se considera, dada la época en que fue formulada, que la -clusión en la ecuación formulada por Feret, del volumen de a re presente en la unidad cúbica de concreto marca el inicio de los procesos de selección de las proporciones del concreto.En efecto, hoy se conoce que existe una relación inversa entre la resistencia dei concreto y la porosidad de la pasta; así como que la relación agua/cemento y el grado de hidratación de éste determinan la porosidad de la pasta endurecida en cualquier etapa del proceso de hidratación.

1.2. Las primeras leyes de proporcionamientoCorresponde a los norteamericanos Fuller y Thompson dar a conocer, en 1907, su trabajo “Laws of Proportioning Concrete” en el cual el énfasis está en la densidad del concreto. Para ello desarrollan la llamada “Curva de Fuller” con la que intentan graduar el agregado a máxima densidad.

Aceptada en un principio, la experiencia demostró que las mezclas seleccionadas empleando este método tendían a ser ásperas, poco trabajables y, adicionalmente, requerían compactación vigorosa.

1.3. La ley de la relación agua/cementoCon toda razón se reconoce a Duff Abrams como “el padre con concreto moderno”. En 1918, como conclusión de un programa de investigaciones realizado en el Lewis Institute de la ciudad de Chicago, en los Estados Unidos, formula la que hasta hoy se conoce como “La Ley de Abrams o Ley de la Relación Agua/Cemento".

En dicha Ley Abrams trata de demostrar, para las resistencias en compresión de su época, del orden de 100 kg/cm2 a 175 kg/cm2, la interdependencia entre la resistencia y el volumen de agua por unidad de volumen de cemento en el concreto, asignándole al agregado el papel de un material inerte de relleno; y, en base a las consideraciones anteriores, desarrolla un procedimiento de selección de las proporciones de la mezcla.

La Ley de Abrams dice “Para un cemento dado y agregados convencionales, empleados en mezclas trabajables, bajo similares condiciones de colocación, curado y ensayo, la resistencia del concreto es solamente una función de la relación del cemento a la del agua libre en la mezcla plástica”.

La Ley de Abrams fue aceptada al ser enunciada y, posteriormente, combatida por algunos de sus analistas y tergiversada por seguidores quienes, olvidando el valor de las resistencias en compresión utilizadas en la época en que fue enunciada, llegaron a afirmar que la resistencia del concreto era sólo función de la relación agua/cemento, considerando a las características de éste y a los agregados como factores secundarios que no intervenían en la misma.

Independientemente de lo enunciado por sus seguidores y detractores, en la actualidad se acepta que la Ley de Abrams tiene serías limitaciones, especialmente conforme la resistencia en compresión del concreto se hace mayor. Ya se sabe que la relación agua/cemento de la mezcla puede dar resistencias en compresión diferentes de acuerdo a una serie de factores.

En la actualidad, la Ley de Abrams se acepta no como una totalidad sino como uno de los aspectos a ser considerados en un estudio de los múltiples factores que inciden en la resistencia del concreto y, por tanto, en la selección de las proporciones de la mezcla.

1.4. Los trabajos de Talbot y RichardEn 1921, el norteamericano Talbot, en forma conjunta con Richard, en 1923, introducen la teoría de la relación vacíos- cemento como una nueva aproximación al enunciado de una teoría comprensible y aplicable a la selección de las proporciones de la mezcla.

Ambos investigadores publican, en 1923, un trabajo conjunto en que establecen lineamientos para “diseñar mezclas de concreto para diferentes densidades y resistencia cuando los vacíos del mortero, preparado con cemento y agregado fino dados, han sido determinados en ensayos de laboratorio”.

En su estudio indica que “se ha encontrado conveniente emplear el volumen absoluto de los ingredientes en términos de un volumen unitario del concreto en obra y, para este propósito, el peso específico de los materiales debe ser conocido”.

En el mismo trabajo, ambos investigadores introducen el concepto del coeficiente b/bo, actualmente vigente en el método del Comité 211 del American Concrete Institute, para relacionar el volumen de agregado grueso seco y compactado al volumen del concreto, indicando que este procedimiento tiene la ventaja que el peso unitario seco y varillado del agregado grueso compensa automáticamente a las diferencias de granulometría, densidad de las partículas y perfil de las mismas.

En la interpretación de las conclusiones de Talbot y Richard no debe olvidarse que fueron enunciadas en 1923, cuando la resistencia en compresión del concreto estaba en el orden de 175 kg/cm2 a los 28 días.

1.5. Las observaciones iniciales de GilkeyAunque no existían dudas entre los investigadores acerca que la relación agua/cemento era uno de los factores principales en la determinación de la resistencia del concreto, se consideraba por algunos de ellos que éste no podía ser un factor exclusivo. Es por ello que a los pocos años de haber enunciado Abrams su Ley de la relación agua/cemento, se presentaron observaciones serias a la misma.

En 1923, un joven investigador norteamericano Gilkey plantea, en base a resultados de experiencias de laboratorio, las primeras observaciones a la Ley de Abrams y sostiene dos importantes cuestionamientos. El primero de ellos es que el agregado no es un material inerte de relleno, como aducen algunos seguidores de Abrams, sino que desempeña un papel importante en el comportamiento del concreto. Será necesario llegar a la década de los 60 para aceptar oficialmente la validez de su teoría.

Un segundo cuestionamiento de Gilkey está referido al tamaño máximo del agregado. Sostiene que no es enteramente cierto que conforme el tamaño máximo del agregado aumenta se incrementa la resistencia del concreto. En su opinión ello es cierto para resistencias bajas, las usuales en esa época, pero deja de ser cierto conforme aumenta la resistencia del concreto y el contenido de pasta de la mezcla. Esta segunda hipótesis, al igual que la primera, queda para ser comprobada por el grupo Walker en años posteriores.1.6. Los estudios de Edwards y Young

En el periodo posterior a Abrams, los investigadores norteamericanos Edward y Young estudian la significación del área superficial del agregado como una medida de la granulometría y de los requisitos de cemento y agua de concreto.

En este campo, Edward desarrolla y establece, por medio de análisis de curvas, una interrelación entre la resistencia y e volumen de cemento, expresado este último en libras por pie cuadrado de área superficial del agregado. Young aplica la idea de la relación agua/cemento de Abrams, pero determina el volumen de agregado sobre la base del área superficial y no del módulo de finura.

1.7. Las curvas de BolomeyEn 1926, el norteamericano Bolomey propone una curva teórica modificada a ser utilizada en granulometrías continuas Él sostiene que el tercio inferior de la curva contiene un volumen suficiente de partículas de tamaño menor como para asegurar una mezcla trabajable y plástica, la cual puede se* compactada fácilmente por procedimientos manuales.

1.8. La teoría de los vacíos de Weymouth

Durante la década de los años 30, el norteamericano Weymouth desarrolla una teoría la cual sostiene que “es necesario estudiar la estructura total y diferenciar entre los vacíos debidos a la pasta, los efectos límites en la superficie de las partículas de agregado y la interferencia entre partículas antes de tener un claro entendimiento sobre la influencia de la granulometría de los agregados en la pasta de cemento > en las diversas características de la pasta fresca".

A partir de estas conclusiones, Weymouth presen:: procedimientos para determinar buenas granulometrías del agregado fino en base a una gráfica mortero-vacíos Igualmente estableció criterios para determinar la relacicr agua/cemento para una consistencia deseada en aquellos casos en los que la interferencia entre partículas debida a agregado grueso no es un factor.

1.9. Influencia de la incorporación de aireA partir de 1938 se comienza a estudiar, en diverses laboratorios de Estados Unidos, la influencia de la presenc- de burbujas de aire, intencionalmente incorporadas, sobre ¡as propiedades del concreto. Como conclusión se establece que la incorporación voluntaria de aire a las mezclas, en forma oe burbujas de muy pequeño diámetro, mejora

significativamente la durabilidad del concreto frente a los procesos de congelado' y deshielo.

Los estudios de laboratorio permitieron establecer que ¡as ventajas obtenidas eran debidas a la incorporación volunta- s de millones de pequeñas burbujas de aire en el concreto. E valor del aire incorporado sobre la durabilidad del concre:: en climas de baja temperatura fue confirmada por ensayos de exposición del concreto a condiciones severas de ba = temperatura y acción de sales descongelantes.

1.10. El Bienio 1942-1944

Durante este bienio hay una fuerte actividad de investigado' en el campo de las proporciones del concreto. En 1941 el argentino García Balado propone un procedimiento práctico para el diseño de mezclas. Por la misma época el francés Vállete presenta interrelaciones entre la pasta y la granulometría del agregado; el ruso Mironof trabaja en diseños con agregado integral; otros investigadores, en diversos países, incorporan conceptos sobre el papel del agregado, el empleo de aditivos puzolánicos y el comportamiento de .os concretos en resistencias en compresión por encima de 210 kg/cm2.

En este bienio el norteamericano Kennedy presenta un método de proporcionamiento de las mezclas basado en la relación agua/cemento y el módulo de finura de la combinación de agregados, a fin de llegar a una adecuada proporción de los agregados finos y gruesos.

Posteriormente, Kellerman afirma que “para un contenido de cemento dado y una arena determinada, deberá emplearse una relación b/bo con cambios en el contenido de cemento y la granulometria de la arena”, desarrollando la tesis, conjuntamente con los principios establecidos por Lyse en 1932, que “para una combinación dada de materiales y una consistencia determinada, la cantidad total de agua por unidad se volumen del concreto es constante, independientemente del contenido de cemento, lo que hace posible simplificar considerablemente el diseño de mezclas de contenido variable ;e cemento”.

1.11. EL MÉTODO DE DISEÑO DEL ACIEn 1944 el American Concrete Institute (ACI) publica el trabajo '^ecommended Practice for the Desing of Concrete Mixed” preparado por el Comité 613. Esta recomendación incluye jn conjunto de pasos para el diseño de mezclas de concreto por el método de los valores absolutos, basándose en la selección de la relación agua/cemento, en la resistencia a la compresión deseada, en la consistencia del concreto y en las condiciones de servicio.

una nota de pie de página en la recomendación mencionada indicaba “cuando el contenido de aire es apreciable, como en os casos en que se emplee agentes incorporadores de aire, debe efectuarse una adecuada compensación considerando al aire como reemplazo a un volumen similar de arena”.

En 1954 el mencionado Comité revisa y reemplaza aspectos aportantes de la recomendación de 1944. La nueva incluye procedimientos para el diseño directo de concretos con y sin aire incorporado e igualmente reemplaza el procedimiento de seleccionar el porcentaje de agregado fino sobre la base de una variedad de factores por el de emplear el coeficiente b/b0 : para determinar la cantidad de agregado grueso por unidad de volumen del concreto.

En este procedimiento se toma en consideración la angularidad, o perfil, y el contenido de vacíos del agregado grueso en el peso unitario seco varillado del volumen de agregado, y el peso del agregado grueso en la unidad cübica de concreto es calculado multiplicando el factor b/bc por el peso unitario seco varillado. Sin embargo, se considera discutible considerar constante la cantidad de agregado grueso para diferentes contenidos de cemento, asentamientos y concretos con y sin aire incorporado.

En la década de los 70, el ACI revisa la recomendación ACI 513-54 y la reemplaza por la recomendación ACI 211-71 •Recommended Practice for Selecting Proportions for Normal .Veight Concrete”, la cual experimenta diversas modificaciones hasta 1991 en que se publica la recomendación ACI 211.1- 91 “Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight and Mass Concrete”, vigente hasta la fecha. Complementarias a la misma se publican la recomendación 211.2.98 “Standard Practice for Selecting Proportions for Structural Lightweight Concrete”; la recomendación 211.3-97 “Standard Practice for Selecting Proportions for No-Slump Concrete”; y la recomendación 211.4R-93 “Guide for Selecting Proportions for High-Strength Concrete with Portland Cement and Fly Ash”.

1.12. La propuesta WalkerEn la década de los 60, atendiendo a los importantes cuestionamientos de la Ley de Abrams, la National Ready Mixed Concrete Association asociada con la National Sand and Gravel Association encargan a un grupo de investigadores, encabezados por Stanton Walker e integrado por Delmar Bloem y Richard Gaynor, que realice, en la Universidad de Maryland, todos los estudios conducentes a determinar cuáles eran los factores que intervenían en la resistencia del concreto y presentasen una propuesta para la selección de las proporciones de las mezclas de concreto.

La propuesta finalmente presentada, después de numerosas y muy profundas investigaciones, se diferenciaba del método del ACI en que primero se calcula el contenido de agregado fino y, por diferencia con la unidad, el contenido de agregado grueso.

Los cálculos indicados se hacen a partir de una Tabla empírica basada en el contenido de cemento y el tamaño máximo del agregado.

1.13. El criterio Goldbeak y Gray

Igualmente, a fines de la década de los 60, los investigadores Goldbeak y Gray desarrollan detallados procedimientos de proporcionamiento de mezclas, basados en la relación b/b0 para determinar la cantidad de agregado grueso por unidad cúbica.

Para ello desarrollan y emplean Tablas para calcular el contenido de agua por metro cúbico para una consistencia determinada, el tamaño del agregado y la angularidad del mismo, y el contenido de cemento requerido basándose en la resistencia necesaria.

1.14. La propuesta Gilkey

En 1963, el investigador norteamericano Gilkey, que como ya se ha indicado formuló serias observaciones a la denominada Ley de Abrams, propone una versión ampliamente modificada de dicha Ley, tesis que descansa en sus estudios y en los resultados de las investigaciones del grupo de la Universidad de Maryland, al cual se ha hecho referencia.

Gilkey sostiene que no sólo debe darse importancia a la relación agua/cemento, sino también a factores tales como la relación cemento-agregado y, en el caso del agregado, a la granulometría, dureza, resistencia, perfil, textura superficial y tamaño máximo del agregado empleado.

La formulación de Gilkey dice textualmente “Para un cemento dado y agregados aceptables, la resistencia que puede ser desarrollada por una mezcla de cemento, agregados y agua, trabajable y adecuadamente colocada (bajo las mismas condiciones de mezclado, curado y ensayo) está influenciada por:= . La relación del cemento al agua de la mezcla.: La relación del cemento al agregado, c La granulometría, textura superficial, perfil, resistencia, y dureza de las partículas de agregado,

a) El tamaño máximo del agregado.

Este enunciado, usualmente conocido como la Ley de Gilkey, significa un notable avance en relación con la Ley deAbrams, dado que otorga al agregado un papel más importante, dejándolo de considerar como un elemento inerte de relleno.

Cabe destacar que la experiencia demuestra que las resistencias en compresión más altas son alcanzadas en tamaños de agregado grueso progresivamente mayores conforme el contenido de cemento disminuye. Ello es lógico si se considera que los tamaños menores de agregado grueso tienen, por su mayor superficie específica, requerimientos de cemento y agua muy altos. En opinión de los estudiosos del concreto puede concluirse, considerando los resultados ya obtenidos por Gilkey, que un mortero cemento-arena de muy alta resistencia puede ser producido cuando es muy rico, pero que cuanto más agregado esté presente se impone una limitación sobre la resistencia que puede ser alcanzada.

Así, puede deducirse de la Ley de Gilkey que, para la misma relación agua/cemento, el mortero es más fuerte que su concreto pero, por kilo de cemento de un metro cúbico de concreto acabado, el concreto es más fuerte que el mortero. De ahí que, a pesar del enunciado de la Ley de Gilkey, los criterios sobre resistencia de morteros y concretos, como influenciada por el tamaño del agregado grueso, en la misma relación agua/cemento, estén aún en proceso de investigación.

Es importante indicar que los estudios de Gilkey, que se apoyan en las investigaciones del grupo de Walker, sobre la relación entre la resistencia del concreto y el agregado son válidos únicamente cuando se emplea el mismo tipo de agregado; pudiendo ser las variaciones individuales entre agregados mayores que las expuestas. Infortunadamente, más allá de lo planteado en la Ley de Gilkey, todavía no es posible dar una regla general acerca de la influencia sobre la resistencia de los diferentes agregados dado que no existe una relación única entre las características litológicas del agregado y las propiedades del agregado preparado con él.

1.15. Los estudios complementarios a Gilkey

Con posterioridad al enunciado de la Ley de Gilkey, y en respuesta a comentarios de Neville en el sentido que los factores (b) a (d) de la mencionada Ley son de importancia secundaria en relación con el (a) en aquellos casos en que se emplea agregado grueso de tamaño máximo hasta de 1.5”, los investigadores Walker y Bloem han indicado que en el diseño de las mezclas se debe tener en consideración que la resistencia del concreto resulta de:

a) La resistencia del mortero;b) La adherencia entre el mortero y el agregado grueso;c) La resistencia de las partículas de agregado grueso, esto es, su habilidad para resistir los esfuerzos aplicados a

ellas.

Partiendo de la base de la Ley de Gilkey y las posteriores afirmaciones de Powers y Popovich, se ha propuesto por Rivva y Tineo que se acepte en el área de la selección de las proporciones de mezcla que, teniendo en consideración la diversidad de tamaños, perfiles, tipos y calidades del agregado grueso empleado; las posibles variaciones en las propiedadesfísicas y químicas del cemento; las diversas calidades de agua empleadas; los diversos tipos de mezclas solicitadas las cada vez mayores resistencias en compresión alcanzadas el empleo creciente de adiciones y aditivos,

especialmente los superplastificantes de diversos tipos; así como la gran diversidad de condiciones de puesta en obra, incluyendo las diversas formas y tiempos de curado; la Ley de Abrams y la posterior Ley de Gilkey sean consideradas como guías más que como reglas inflexibles que pudieran ser aplicadas a todos los concretos en todas las condiciones.

La propuesta anterior se confirma en el caso de las mezclas con una resistencia en compresión mayor de 280 kg/cm2 a los 28 días, en las que el rango de validez de la Ley de Abrams es muy limitado. Se ha encontrado que mezclas con una relación agua/cemento muy baja y un contenido de cemento i alto, del orden de 11 a 12 bolsas de cemento por metro cúbico de concreto, presentan regresión en la resistencia especialmente cuando se comienza a incrementar el tamaño i máximo del agregado. Por ello, en este tipo de mezclas, una baja resistencia más que una alta puede ser el resultado de empleo de una relación agua/cemento baja.

Neville ha tratado de explicar el comportamiento anterior : indicando que podría ser debido a esfuerzos inducidos por contracción; a que la restricción impuesta a las partículas de agregado da lugar a agrietamiento de la pasta de cemento; o a una pérdida de la capacidad de adherencia cemento-agregado

En conclusión, ya se trabaje con la Ley de Abrams o con la Ley de Gilkey, la selección de las proporciones del concreto para obtener la óptima resistencia debe basarse en la relación agua cemento y el conocimiento de las características y propiedades de los materiales que entran en la preparación del concreto

1.16. Los trabajos de Popovich

A inicios de la década de los 70, el norteamericano Sando- Popovich efectúa investigaciones sobre el tamaño máxime del agregado y su influencia en la calidad de las mezclas y sostiene que éste tiene influencia determinante sobre - resistencia, planteando primero y demostrando después que para resistencias bajas los tamaños más aconsejables estar entre 1” y 1.5”. Si se trata de resistencias intermedias, de orden de 280 a 350 kg/cm2, los mejores valores se obtiener utilizando agregado de 3/4”. Para resistencias por encima óe 350 kg/cm2, Popovich recomienda agregado grueso con ur tamaño máximo del orden de 1/2” o menores.

Así, los trabajos del polaco-norteamericano Sandor Popov¡;r confirman que en las mezclas ricas y medianas la resístenos es más alta para los menores tamaños máximos del agregao: grueso, siempre que se mantenga constante la relación agua cemento.

Los trabajos de Popovich eliminan el error de quienes sostenían, amparándose en una inadecuada interpretación oe la Ley deAbrams, que los concretos más resistentes debía' obtenerse con el empleo del agregado grueso del mayx tamaño máximo posible desde que dichos concretos requerí ármenos agua y, por lo tanto, tendrían una menor relación agua cemento para un contenido de cemento dado.

Las investigaciones de Popovich han llevado a la conclusío* que en la selección de las proporciones de la mezcla dece considerarse que, para propósitos de resistencia, el tama^c máximo óptimo del agregado grueso disminuye conforme e contenido de cemento y, por lo tanto, el de pasta, disminuye En la actualidad, descansando en los estudios de Walker, Gilkey y Popovich, se considera que en mezclas ricas de alta -esistencia en empleo de agregado grueso de 1/2” a 3/8" :jede ser el más conveniente; en mezclas de resistencia “termedia es más conveniente emplear agregado grueso de 3 '4” a 1"; y para mezclas pobres los mejores resultados se obtendrían con tamaños máximos mayores.

2.20. Resistencia por adherencia pasta-agregado

Con posterioridad a los trabajos de Popovich se ha planteado la Tesis que el concreto puede ser comparado a una cadena ze tres eslabones: pasta, agregado, y adherencia pasta- agregado. Dada la influencia de ésta en la resistencia del concreto, se considera fundamental un conocimiento adecuado ue la misma para eliminar, además de las indicadas en este Capítulo, posibles causas de disminución de la resistencia y controlarlas en el proceso de selección de las proporciones.

los estudios efectuados hasta la fecha no han definido todas as posibles causas de una buena adherencia entre la pasta y las partículas de agregado. Se piensa que la adherencia puede ser fundamentalmente de tipo físico, posiblemente por alguna interrelación mecánica, de tal manera que -aria significativamente con las propiedades del agregado, especialmente su textura superficial y limpieza. Pero se estima que, igualmente, la adherencia puede ser significativamente afectada por las reacciones químicas en la superficie del agregado.

Hasta la fecha puede afirmarse que, en general, la resistencia de un concreto preparado con un agregado de una resistencia adecuada está gobernada por la resistencia de la pasta o por la adherencia entre la pasta y las partículas de agregado. En as edades iniciales la resistencia por adherencia es menor que la resistencia de la pasta; pero en edades posteriores, lo contrario puede ser el caso.

Entre los diversos factores que pueden modificar la capacidad De adherencia entre la pasta y el agregado se incluyen la textura superficial, limpieza, tamaño máximo y capacidad de absorción del agregado, la reactividad álcali-agregado; y la relación agua/cemento.

2.21. Ley de Powers

El investigador norteamericano Powers ha expresado que las mitacíones adicionales de la Ley de Abrams vienen del

hecho que la resistencia, para una relación agua/cemento dada, depende del grado de hidratación del cemento así como de las propiedades físicas y químicas de éste; de la temperatura a la cual la hidratación tiene lugar; de los cambios en la relación agua/cemento efectiva y de la formación de *suras debidas a los procesos de exudación y contracción.

por las razones anteriores Powers considera, sin desdeñar os trabajos anteriormente expuestos, que es igualmente conveniente relacionar, en el diseño de la mezcla, la esistencia del concreto a la concentración de productos sólidos de la hidratación del cemento en el espacio disponible a ser ocupado por dichos productos.

Powers trabaja en el papel del cemento sobre la resistencia y formula, conjuntamente con Brownyard, su ecuación de la 'elación gel-espacio indicando que ésta es función inversa de la relación agua/cemento y función directa del grado de hidratación del cemento, siendo mayor la resistencia conforme es mayor el contenido de gel y menor la presencia de poros capilares en la pasta. Esta ecuación, que recoge el pensamiento de Feret sobre el papel de la porosidad, es conocida con el nombre de “relación gel-espacio’’ y es definida como el volumen de pasta hidratada a la suma de los volúmenes del cemento hidratado y los poros capilares.La ecuación de la relación gel-espacio tiene la siguiente formulación:

X = 0.647 a/0.319 a + w/c siendo a la relación gel-espacio.

2.22. Ecuación de la resistenciaLa expresión que relaciona la resistencia del concreto con su relación gel-espacio puede ser expresada en formas diferentes. Puede ser conveniente utilizar el hecho que el volumen de agua no evaporable Wn es proporcional al volumen de gel; y también que el volumen de agua de mezclado W está relacionado al espacio disponible para el gel.

De acuerdo a las consideraciones expuestas, Powers ha determinado que la resistencia en compresión S, expresada en kg/cm2 para valores de S mayores de 140 kg/cm2, cuando la relación es aproximadamente lineal, puede ser expresada por la ecuación:

S = 2400 (x)3

Los estudios posteriores han permitido confirmar que tanto la ecuación de la resistencia como la de la relación gel- espacio son válidas para la mayoría de los cementos portland normales, pudiendo el coeficiente numérico depender de la resistencia intrínseca del gel producido por la hidratación de un cemento dado.

En otras palabras, la resistencia de la pasta dependería principalmente de la estructura física del gel, pero los efectos de la composición química del cemento no pueden ser despreciados; sin embargo, a edades posteriores, estos efectos son sólo secundarios.

Siendo la resistencia función directa de la relación gel-espacio, y siendo mayor el valor de esta última en la medida que menor sea la porosidad y mayor la formación de gel, la cual depende del grado de hidratación, es evidente que el tiempo y bondad del proceso de curado juegan un papel determinante en la resistencia final del concreto.

2.23. El papel de las fibras

A partir de 1963 se desarrollaron procedimientos para incorporar fibra de acero, de vidrio, o de plástico a la mezcla de concreto a fin de contribuir al incremento de la resistencia a la tensión del mismo, mejorar el control del agrietamiento e incrementar la resistencia al impacto, a la fatiga y a la abrasión.

La presencia de este nuevo material en las mezclas ha obligado a los investigadores a desarrollar nuevas técnicas para la selección de las proporciones, considerando a las fibras como un nuevo material a ser considerado en el diseño de las proporciones y en el incremento de las resistencias, especialmente las de flexión y corte.2.24. La presencia de las adiciones minerales

Ya en 1952 se utilizó, por primera vez en nuestra época, cenizas provenientes de la combustión del carbón como material de reemplazo de una parte del cemento con la finalidad de reducir la velocidad de generación de calor en estructuras masivas. Más tarde se descubrirá su importancia como aportadores de gel para reducir los poros capilares por formación de gel en reacción química con el hidróxido de calcio.

Las cenizas se unen a las ya utilizadas puzolanas, y a ambas, posteriormente se unirán en primer lugar las escorias de alto horno finamente divididas y posteriomente la microsílice. El estudio de sus propiedades y la importancia creciente de su presencia en las mezclas da lugar a que el Comité 318 del ACI cambíe el concepto de relación agua/cemento por el de agua-material cementoso, e igualmente da lugar a que se comienzan a buscar nuevos procedimientos para la selección de las proporciones de la mezcla; así como que se modifiquen los conceptos de baja, media y alta resistencia.

2.25. Importancia de los aditivos

A partir de la década de los 70 se da un notable desarrollo de los aditivos como modificadores de las propiedades del concreto. Acelerantes, plastificantes, incorporadores de aire, impermeabilizantes, retardadores, inhibidores de la corrosión, etc., así como el incremento creciente de la resistencia en compresión que ya llega a los 1400 kg/cm2, plantean nuevos desafíos a los diseñadores de mezclas.

Gracias al notable desarrollo de los aditivos, los diseños de mezclas entran en una etapa experimental a nivel de trabajo

de laboratorio. Ya a partir de esta época no se acepta un buen diseño de mezcla que primero no haya sido ensayado a nivel de laboratorio y/u obra.

2.26. Nuestra realidad

En el Perú aún no se cuenta con un método propio de diseño de mezclas, contamos con una gran diversidad de agregados debido a nuestra variada geografía así como a la sismicidad regional.

Los agregados en la costa no son de buena calidad, en la Sierra se cuenta con una gran variedad de agregados, pero las alturas de trabajo llegan a los 5000 m.s.n.m. y las temperaturas pueden alcanzar a -25 °C, en la Selva Baja no hay agregados adecuados o no existen.

Nuestros cementos son de buena calidad y también lo son las adiciones. Las especificaciones de diseño empleadas son las del American Concrete Instítute (ACI), El Reglamento Nacional de Edificaciones y las normas Técnicas Peruanas (en su mayoría son traducciones de las ASTM).

Existen instituciones técnicas como el Capítulo Peruano ACI y el Instituto de la Construcción y Gerencia quienes promueven una mayor divulgación y discusión técnica del tema. La Asociación de Productores de Cemento (ASOCEM) cumple una labor importante en la organización de reuniones, charlas técnicas y talleres dirigidos a estudiantes y profesionales interesados en el desarrollo del Cemento y Concreto.

Los laboratorios de materiales, fundamentalmente de las universidades, cuentan actualmente con equipamiento y personal técnico de variadas calificaciones. Una mención especial merece el Laboratorio de Ensayo de Materiales de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional de Ingeniería quienes desde 1961 vienen realizando investigaciones permanentes y en el año 2013 obtuvo una acreditación internacional ISO 9001.Las diferentes tesis profesionales para optar el título de ingeniero civil han permitido obtener información valiosa e importante para el desarrollo de las especificaciones de concreto, así como también han contribuido a la formacíór de ingenieros con interés en el desarrollo del Concreto específicamente en el Diseño de Mezclas.

2.27. Cuestionamientos al método del ACI

Rivva ha formulado un conjunto de observaciones al Método de selección de las proporciones de mezcla formulado por e! Comité 211 del ACI. Ellas son:

a) Los valores de la desviación estándar sugeridos para calcular la resistencia promedio a partir de la resistencia de diseño son, en general muy altos, elevando innecesariamente el costo de la unidad cúbica de concreto. Todavía no se ha determinado valores acordes con nuestra realidad. Esta observación es válida para todos los métodos utilizados.

b) No existe una adecuada correlación entre el tamaño máximo nominal del agregado grueso y la multitud de granulometrías posibles, con las variaciones en el módulo de finura y la superficie específica, que puedan corresponder a dicho tamaño máximo nominal.

c) La selección del volumen unitario del agua de diseño, de acuerdo a la Tabla del ACI, es función de la consistencia deseada y del tamaño máximo nomina del agregado grueso. Tal como se ha indicado en e inciso (b), la cantidad señalada por la Tabla puede ser adecuada si la granulometría cumple absolutamente con todos los requisitos de la Norma ASTM C 33 pero cuando se desvía de ellos, como suele ocurrir es necesario experimentar hasta encontrar la cantidad de agua adecuada para la mezcla seleccionada. Ello necesariamente influye en el contenido de cemento y en la relación agua/cemento. Si a ello se adiciona la presencia de aire incorporado, el problema tiende a hacerse más grave por la necesaria modificación de la consistencia.

d) La selección del contenido de aire atrapado es función de acuerdo a la Tabla del ACI, del tamaño máximo nominal del agregado grueso. Una simple variación en la granulometría para un mismo tamaño modifica e contenido de aire. La Tabla, igualmente, ignora el aporte importante de la granulometría del agregado fino.

e) La selección de la relación agua/cemento por resistencia corresponde al valor de la resistencia promedio y ya se ha indicado en el acápite (a) las influencias a las que ésta puede estar sometida.

f) La Tabla del ACI que permite la selección de la relación agua/cemento por durabilidad solamente considera las variaciones debidas a la presencia de aíre incorporado Hoy se sabe que múltiples factores tales como la presencia de sulfatos, erosión, cavitación, ataques por agentes químicos, empleo de adiciones y aditivos, etc pueden influir en forma decisiva en la relación agua/ cemento a ser seleccionada.

g) Adicionalmente, la Tabla ACI que permite seleccionar el valor b/b0 para calcular el contenido del agregado grueso de la mezcla da valores para módulos de finura del agregado fino entre 2.4 y 3.0. Si el agregado grueso es de un tamaño máximo nominal determinado, el valor b/b0 será el mismo y, por ende, el contenido de agregado grueso, sea cual fuere el contenido de cemento y la relación agua/cemento de la mezcla. Así, un concreto de 140 kg/cm2 de resistencia a la compresión a los 28 dias tendrá la misma cantidad de agregado grueso que uno de 400 kg/cm2 a la misma edad. Este solo aspecto hace sumamente cuestionable el procedimiento del ACI.

h) A lo indicado en el inciso g) podría añadirse que dos relaciones agua/cemento diferentes, por ejemplo una de 0.7 y otra de 0.4, tendrán el mismo contenido de agregado grueso aunque sus contenidos de pasta y mortero sean, en el

primer caso muy pobres y en el segundo muy altos.

2.28. Observaciones al método del módulo de finura de la combinación de agregados

En relación con el Método de Selección de las Proporciones de la Mezcla empleando el Método del Módulo de Finura de la Combinación de Agregados, Rivva formula las siguientes observaciones, aplicables a concretos por encima de los 360 kg/cm2.

a) El método mencionado tiene dos etapas bien diferenciadas: la primera de ellas es la selección del volumen absoluto de la pasta, en esta etapa se puede emplear, para la selección de la relación agua/cemento y del contenido de agua, las Tablas del Comité 211 del ACI, con todos los inconvenientes ya mencionados.

b) En la segunda etapa, conocido el volumen absoluto del agregado total, se entra a la Tabla 3.5 y, en función del contenido de cemento y del tamaño máximo nominal del agregado grueso, se selecciona un coeficiente “m” el cual es empleado para calcular el porcentaje de agregado fino en función del volumen absoluto total de agregado.

c) Rivva considera que el procedimiento propuesto es correcto y que él permite que los agregados finos y gruesos participen con cantidades diferentes en función del contenido de cemento de la mezcla, evitándose el error del Método del Comité 211 del ACI de mantener constante la cantidad de agregado grueso sea cual fuere el contenido de cemento y pasta de la mezcla.

d) Sin embargo, de acuerdo a Rivva, este Método funciona adecuadamente hasta concretos de 9 sacos de cemento por metro cúbico de concreto, aproximadamente 280 kg/cm2 a los 28 días para las dosificaciones usuales. Más allá de este contenido de cemento, es necesario extrapolar el valor de “m” produciéndose distorsiones en función de los criterios a ser aplicados para la extrapolación. La experiencia de laboratorio y obra indican que, más allá de los 9 sacos por metro cúbico, el método debe ser aplicado con reservas. A ello Rivva añade las observaciones ya formuladas para el tamaño máximo nominal del agregado grueso.

2.29. Observaciones al método de Walker

Las principales observaciones que Rivva plantea al Método de Walker, además de lo ya indicado, son:

a) La Tabla de Walker está limitada a mezclas hasta de 8 sacos/metro cúbico, más allá de las cuales es necesario efectuar extrapolaciones para determinar el porcentaje de agregado fino en relación al volumen absoluto total del agregado.

b) Al nivel de las aplicaciones efectuadas en el Perú empleando el Método de Walker, excelente para concretos hasta de 8 bolsas de cemento/metro cúbico, o su equivalente de 245 kg/cm2 a los 28 días, no existe suficiente información como para proyectar Tablas complementarias para concretos hasta de 12 bolsas por metro cúbico.

c) Rivva considera que dada la calidad de los morteros que se obtienen, sería interesante efectuar estudios en profundidad sobre este método. Considera que este proceso debería ser efectuado por un Laboratorio de Investigación, dentro de su programa anual de trabajo, ya que la extensión del mismo escapa a los alcances de una Tesis Profesional.

2.30. La propuesta Rivva

Se ha examinado en este Capítulo, como parte inicial del mismo, las diferentes leyes y propuestas que a lo largo de la historia han intentado establecer una relación entre la resistencia del concreto y diferentes factores que intervienen en la selección de las proporciones de la unidad cúbica de concreto y deberían ser considerados en la selección de las proporciones de la misma.

Rivva conjuntamente con Fernández y Tineo han elaborado una propuesta que podría ser empleada para una adecuada selección de las proporciones de una mezcla de concreto para una obra determinada. Ella dice así:

“Para un cemento portland normal dado de tipo, marca y análisis químico determinados y agregados normalizados de granulometría constante, preparado empleando agua potable, la resistencia a la compresión a una edad determinada, trabajable y de consistencia plástica, adecuadamente colocada bajo las mismas condiciones de proporcionamiento, mezclado, colocación, compactación y curado, está influenciada por:

a) La porosidad de la pasta y el agregado;b) La relación del material cementoso al agua libre de la mezcla;c) La relación en peso del cemento al agregado;d) La granulometría, textura superficial, perfil, limpieza, resistencia, dureza, módulo de finura y superficie específica

de los agregados finos y gruesos;e) El tamaño máximo del agregado grueso, siempre que corresponda a una granulometría constante;f) La relación gel espacio;g) La resistencia por adherencia pasta-agregado;h) Las características de las adiciones y aditivos si estos hubiesen sido empleados."

2. CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO

El concreto de todos los elementos de la estructura deberá ser de la calidad especificada; capaz de ser colocado sin segregación y de desarrollar, durante los procesos de fraguado y endurecimiento, todas las propiedades y/o características indicadas en los planos y especificaciones de obra.

El concreto deberá ser fabricado de manera de reducir al mínimo el número de valores de resistencia por debajo del fe especificado. La verificación del cumplimiento de los requisitos para f'c se basará en los resultados de probetas de concreto preparadas y ensayadas de acuerdo a las Normas NTP 339.036; 339.034; y 339.033

Se considerará como un ensayo de resistencia al promedio de los resultados de dos probetas cilindricas estándar, preparadas de la misma muestra de concreto y ensayadas a los 28 días o a la edad ya elegida para la determinación de la resistencia del concreto.

La resistencia en compresión promedio del concreto producido siempre deberá exceder el valor f'c especificado en los planos y especificaciones técnicas. Esto se basa en conceptos probabilísticos y tiene la finalidad de asegurar que el concreto desarrolle una resistencia adecuada en la estructura.

Los requisitos de resistencia en compresión se basan en el valor de f'c a los 28 días de moldeadas las probetas, salvo que el ingeniero calculista indique una edad diferente para los ensayos, la cual deberá figurar en los planos o las especificaciones de obra.

La selección de las proporciones de los materiales que intervienen en la unidad cúbica de concreto debe permitir que el concreto alcance la resistencia en compresión promedio seleccionada. El concreto debe tener un mínímo de valores por debajo de f'c.

No se considerará el proporcionamiento empírico de mezclas en base a relaciones agua/cemento, por la diversidad de marcas y tipos de cemento y agregados que darían como resultado concretos de resistencias muy variables.

Los resultados de los ensayos de resistencia a la flexión o a la tracción por compresión diametral del concreto no deberán ser utilizados como criterio para la aceptación del mismo.

3. CRITERIOS EN LA SELECCIÓN DE LAS PROPORCIONES

La selección de las proporciones de cada uno de los materiales integrantes de la unidad cúbica de concreto, seleccionadas por el Contratista y aprobadas por la Supervisión, deben permitir obtener un concreto el cual:

a) Posea, en estado plástico, la trabajabilidad, consistencia y cohesividad necesarias para su fácil y adecuada colocación en las esquinas y ángulos de los encofrados y alrededor del acero de refuerzo, bajo las condiciones de colocación y consolidación a ser empleadas en la obra sin que se presente segregación de los materiales o exudación excesiva en la superficie del concreto, ni pérdida de uniformidad del mismo y que en estado endurecido, alcance la resistencia en compresión, densidad, durabilidad frente a las condiciones especiales de exposición a las cuales pueda estar sometido > propiedades adicionales requeridas.

La dosificación de los materiales de la mezcla finalmente seleccionada:

a) Se hará para proporciones en peso.

b) Deberá ser comprobada bajo condiciones de laboratorio y obra siguiendo las recomendaciones de las Normas NTP o ASTM C 31 y C 192. De acuerdo a los resultados así obtenidos, la mezcla deberá ser corregida en sus proporciones finales.

c) El fabricante de concreto premezclado, si éste se emplea deberá proporcionar al Contratista, con copia a la Supervisión, informe de las proporciones empleadas indicando resultados esperados.

d) La dosificación finalmente seleccionada deberá se' aprobada por la Supervisión antes de su empleo.

Es recomendable que las mezclas de ensayo se preparen como tandas de obra, empleando el equipo y personal a utiliza' en el proceso constructivo.

Cuando se emplee materiales diferentes para partes distintas de una obra, cada combinación de ellos deberá ser evaluada

Las proporciones de la mezcla de concreto, incluida la relaciór agua/cemento, deberán ser seleccionadas empleando ur procedimiento conocido y aprobado, utilizando mezclas de prueba y a nivel de Laboratorio. La experiencia de obra sóle se utilizará en plantas de concreto premezclado o cuando ello sea inevitable, tomándose los coeficientes de seguridac adecuados.

En la selección de las proporciones de la mezcla de concreto Riwa considera que se deben tener en consideración las siguientes etapas básicas:

a) La resistencia en compresión, flexión o corte que se desea alcanzar de acuerdo a las indicaciones de Ingeniero Proyectista.

b) Todos los factores internos o externos que pudieran atentar contra la durabilidad del concreto.

c) Todas las características, tanto físicas como químicas de los diferentes materiales que pudieran ser utilizados en la mezcla.

d) Las condiciones de temperatura y humedad relativa dé concreto durante la construcción y después de ella.

e) Las condiciones de preparación y colocación de1 concreto, incluyendo la calidad del personal técnico » de los equipos.

f) El nivel de calidad del concreto entregado por la compañía de concreto premezclado, en caso se utilice este tipo de servicio.

g) El nivel de preparación de la Supervisión como garantía de calidad.

Con esta información ya es posible estimar:

a) La determinación de la desviación estándar

b) La determinación de la resistencia promedio requerida.

c) La selección de las proporciones de mezcla requerida para producir esa resistencia promedio ya sea sobre la base de experiencia de obra y/o mezclas de prueba.

La mezcla elegida debe alcanzar una resistencia promedio superior a la resistencia f'c especificada.

El grado de sobre diseño de la mezcla depende de la variabilidad de los resultados de los ensayos, es decir, del grado de control que se tenga en la preparación de la mezcla.

4. REQUISITOS FÍSICOS DEL CONCRETO

En la selección de las proporciones de los materiales de la mezcla se ha de tener en consideración que el concreto ya ubicado en su posición final en la estructura ha de tener lasSiguientes características:

Densidad seca mínima..........................2400 kg/m3Resistencia a la compresión mínima a los 28 dias, medida en probetas cilindricas estándarde 15 x 30 cm.................................la seleccionadaFactor de cálculo delMódulo de Elasticidad Estáticomínimo.........................................................15,000

5. CONTENIDO DE CEMENTOLa cantidad de cemento portland ASTM, de los Tipos I, II y V, a ser empleada por unidad de volumen de concreto no será Menor de 255 kg/m3 ni mayor de 510 kg/m3, de acuerdo a la resistencia promedio, durabilidad y módulo de elasticidad seleccionados.

Para los cementos combinados u otros tipos de cemento, el contenido máximo y mínimo estará condicionado al uso que se va a dar al concreto.

La Supervisión deberá verificar que el Tipo y Marca del Cemento y sus contenidos de Silicatos Cálcicos y Alumínatos Cálcicos se mantengan dentro de los límites seleccionados.

6. TAMAÑO NOMINAL DEL AGREGADO GRUESO

En la selección del tamaño máximo del agregado grueso se debe tener en consideración, además de la granulometría del mismo, que el concreto debe ser colocado sin dificultad en los encofrados y que, en todos los lugares del mismo, . Especialmente esquinas y ángulos, espacio entre barras, secciones altamente reforzadas y paredes de encofrados, no deben quedar vacíos ni cangrejeras.

El tamaño máximo del agregado no deberá ser mayor de:

a) Un quinto de la menor dimensión entre caras de encofrados.b) Un tercio de la altura de las losas.

c) Tres cuartos del espacio libre mínimo entre barras de refuerzo, paquetes de barras, cables o ductos de refuerzo.

Las limitaciones indicadas en el punto anterior pueden ser obviadas si, a juicio de la Supervisión, la trabajabilidad y los métodos de consolidación son tales que el concreto puede ser colocado sin que se formen vacíos o cangrejeras.

La Supervisión deberá verificar que el conjunto del agregado grueso mantenga la Superficie Específica y el Módulo de Finura seleccionados.

7. PESO DEL CONCRETOEl peso unitario mínimo promedio del concreto normal será de 2400 kg/m3, pudiendo estar entre 2,200 y 2,550 kg/m3. Se considerará el peso de 2400 kg/m3 para los cálculos estructurales y la selección de las proporciones de la mezcla. El peso indicado se considerará como peso seco.

Las proporciones del concreto liviano deberán ser seleccionadas para cumplir con la limitación de las especificaciones de la Norma ASTM C 567, no debiendo exceder el peso unitario de 1,800 kg/m3.

El concreto pesado tendrá un peso unitario mayor de 2,700 kg/m3. Se tendrán en consideración las precauciones especiales para este caso.

8. ASENTAMIENTOAmenos que lo contrario sea especificado, el concreto deberá ser dosificado y producido para que tenga un asentamiento de 10 cm (4”) o el menor, si la consolidación es por vibración y de 13 cm (5”), si la consolidación se efectúa por otros procedimientos.

Podrá aceptarse una tolerancia de 25 mm sobre el valor para muestras individuales, siempre que el promedio de todas las muestras o el más reciente ensayo de 10 muestras no exceda del límite indicado.

Podrá utilizarse concreto con asentamientos diferentes de los indicados, siempre que se cuente con autorización de la Supervisión y él sea adecuadamente colocado y consolidado.

El asentamiento elegido deberá ser el necesario y suficiente para que, con el equipo seleccionado, el concreto pueda deformarse plásticamente en forma rápida, permitiendo un llenado total de los encofrados, una perfecta cobertura de las armaduras y elementos embutidos, y una perfecta adherencia entre ellos y el concreto. El asentamiento elegido deberá garantizar ausencia de segregación y de acumulación de agua libre o lechada sobre la superficie del concreto.

El asentamiento del concreto se determinará de acuerdo a las recomendaciones de la Norma ASTM C 143 o NTP 339.035.

Debe recordarse que el empleo de plastificantes o de superplasticantes puede permitir obtener mezclas muy fluidas, con asentamientos de más de 10”, en relaciones agua- cementoso muy bajas, del orden de 0.3. Este factor debe ser tenido en cuenta tanto en la selección del asentamiento como en el dosaje del aditivo.9. CONTENIDO TOTAL DE AIREEl contenido de aire atrapado, en mezclas sin aire incorporado, se tomará de los valores de la Tabla 1.

El contenido de aire total, en concretos con aire incorporado, deberá ser el indicado en la Tabla 2, dentro de una toleranciadel 1.5%.

Debe recordarse que el aire incorporado tiende a disminuir la resistencia en compresión en un 5% por cada 1% de aire incorporado, por lo que sólo debe emplearse en el concreto de las zonas expuestas a la humedad ambiente en climas cuya temperatura puede descender a menos 4 °C en cualquier época del año.

El contenido de aire, atrapado o total, será determinado de acuerdo a lo indicado en las Normas ASTM C 138; C 173; o C 231; o en las Normas NTP correspondientes.

Tabla 1 Aire Atrapado

Tamaño Máximo Aire Atrapado3/8” 3.0%1/2” 2.5%3/4 2.0%1” 1.5%

1 1/2” 1.0%2” 0.5%3” 0.3%6” 0.2%

Tabla 2

10. ADICIONESLas adiciones deberán ser añadidas al concreto con autorización escrita del Proyectista y la Supervisión. Se emplearán fundamentalmente como reemplazo del cemento y/o para incrementar la formación de gel y por ende aumentar la resistencia y durabilidad del concreto.

El empleo de adiciones no deberá ser indiscriminado ni ser utilizadas para disminuir el contenido de cemento más allá de limites aceptables. Debe recordarse, además, que su empleo puede obligar a incrementar la relación agua/ cemento con los inconvenientes del caso o a disminuir ésta con las consiguientes modificaciones en la trabajabilidad • consistencia de la mezcla. Ambos factores deben tenerse e- consideración al seleccionar las proporciones de la mezcla

11. ADITIVOSLos aditivos acelerantes empleados en la mezcla de concreto estarán sometidos a las siguientes limitaciones:

a) El porcentaje de cloruro de caldo no deberá excede- del 2% en peso del cemento, debiendo el recubrimiento ser no menor de 50 mm y el asentamiento no mayor de 4”. La cantidad de cloruro de calcio presente en a mezcla deberá ser calculada por el Método descrito e* la Norma AASHTO T 260. La compactación deberá se - por vibración interna y el tiempo de curado húmedo no menor de 7 días.

b) Para concreto presforzado, así como para todos aquellos concretos que tienen embebido o están en contacto cc * aluminio o algún metal galvanizado, se deberán aplícalas limitaciones de la Tabla correspondiente.

Si se emplean otros tipos de aditivos, se seguirán las recomendaciones del fabricante y se tendrán en considerando* los resultados obtenidos en mezclas de concreto preparado bajo condiciones de obra. Siempre que se empleen aditivos tanto el Contratista como la Supervisión deberán tener en consideración todos los aspectos referentes a trabajabilidad consistencia, tiempo y tipo de curado.

12. SELECCIÓN DEL VOLUMEN UNITARIO DE AGUA

El volumen unitario de agua se refiere a la cantidad total de agua presente en la mezcladora, como suma del agua incorporado más el agua presente en el agregado y el aditivo líquido.

El volumen unitario de agua es función del perfil y textura superficial del agregado, de su superficie específica, de a trabajabilidad y consistencia deseada, y del contenido tete I de aire de la mezcla.

Para la selección del volumen unitario de agua se tomara i el valor correspondiente de la Tabla 3, en función oe \ asentamiento, del tamaño máximo del agregado y s e concreto es con o sin aire incorporado.

Si se desea tener en consideración el perfil del agregado a volumen unitario de agua podrá tomarse de la Tabla 4 em función del tamaño máximo del agregado, su perfil angula- 1 redondeado y el asentamiento deseado.

Un análisis de la Tabla 3 nos permite apreciar que para un tamaño máximo dado pueden presentarse una gran variedad de superficies específicas y módulos de finura, con las consiguientes variaciones en la trabajabilidad y consistencia Ésta es una limitación importante de la Tabla. Igualmente a Tabla corresponde a valores máximos con agregado de pe~ angular. Para agregado de perfil redondeado son necesarias, para un asentamiento determinado, menores cantidades

Tamaño Máximo Nominal

Contenido de Aire en %Exposición

SeveraExposiciónModerada

3/8” 7.5 6.01/2” 7.0 5.53/4” 6.0 5.01” 6.0 4.5

1 1/2”5.5 4.5

2”** 5.0 4.03”** 4.5 3.5

** Todos los valores de la Tabla corresponden al total de la mezcla. Cuando se ensaya estos concretos, sin embargo, el agregado mayor de 1 1/2” es removido manualmente o por cernido húmedo y el contenido de aire es determinado para la fracción menor de 1 1/2”; aplicándose las tolerancias en el contenido de aire a este valor. El contenido total de aire de la mezcla es computado a partir del valor de la fracción menor de 1 1/2".

14. SELECCIÓN DE LAS PROPORCIONES DEL AGREGADO

En la selección de las proporciones de los agregados finos y gruesos, la granulometria total de las partículas del agregado debe ser tal que el volumen de espacios entre partículas del agregado sea mínimo, a fin de reducir el contenido de pasta.

de agua debido a su menor área superficial total.

En relación con la Tabla 4, ella corresponde a agregado grueso de perfil redondeado y perfil angular. Se observa cómo se modifica el contenido total de agua cuando se tiene en cuenta el perfil del agregado y el asentamiento deseado.

Tabla 3Requisitos de Agua de Mezclado

Asentamiento

Agua en It/m3, para los tamaños máximos de agregado grueso y consistencia indicados

3/8” 1/2” 3/4” 1” 1 1/2” 2” 3”Concretos sin Aire Incorporado

1 ” a 2” 3” a 4” 6" a 7”

205 200 185 180 160 155 145 225 215 200 195 175 170 160 240 230 210 205 185 180 170

Concretos con Aire Incorporado

1 ” a 2"3” a 4” 6’ a 7”

180 175 165 160 145 140 135 200 190 180 175 160 155 150 215 205 190 185 170 165 160

Los valores de la tabla se emplearán en la determinación factor remento en mezclas preliminares de prueba. Son valores máximos y corresponden a agregado grueso de perfil angular. granulometria dentro de los límites de la Norma ASTM C 33.

Sí el valor del tamaño máximo del agregado es mayor de 1 ' 2", el asentamiento se determinará después de retirar, por remido húmedo, las partículas mayores de 1 1/2”.

Tabla 4Requisitos de Agua de Mezclado

TamañoMáximo

Volumen Unitario de Agua, expresado en Litros por metro cúbico, para los perfiles de Agregado

Grueso y Asentamientos Indicados

1” a 2” 3” a 4” 6” a 7”Agregado

RedondeadoAgregado

RedondeadoAgregado

Redondeado3/8” 185 201 2301/2” 182 197 2193/4” 170 185 2081” 163 178 197

1 1/2” 155 170 1852” 148 163 1783" 136 151 163

AgregadoAngular

AgregadoAngular

AgregadoAngular

3/8” 212 227 2501/2” 201 216 2383/4” 189 204 2271” 182 197 216

i 1 1/2” 170 185 2042” 163 178 197

• Los valores de la Tabla corresponden a concretos sin incorporado.

Si la selección de proporciones de la mezcla se está efectuando aplicando los criterios del Comité 211.1 del ACI, el coeficiente b/b Q, que permite obtener la cantidad de agregado grueso a ser empleada en la unidad cúbica de concreto, se tomará de la Tabla 5. En esta Tabla, a partir de 1” se observa que el coeficiente b/b0 se hace muy alto.

Si la selección de las proporciones de la mezcla se está efectuando en base a la selección conjunta de las cantidades de agregado fino y grueso, aplicando el criterio del módulo de finura de la combinación de agregados, el valor de éste se tomará de la Tabla 6. Esta

Tabla no permite hacer cálculos hasta valores de 9 sacos de cemento por metro cúbico, perdiendo su valor en la medida que hay que extrapolar para cantidades de cemento mayores.

La Tabla 7 puede emplearse en aquellos casos en que se desea conocer el porcentaje de agregado fino, en relación con el volumen absoluto total de agregado. Esta Tabla sólo es aplicable hasta contenidos de cemento de 8 sacos por metro cúbico. Las extrapolaciones mayores pueden ocasionar variaciones importantes en la dosificación y calidad de la mezcla.

Tabla 5Volumen de Agregado Grueso por Unidad de Volumen del Concreto

TamañoMáximo

delAgregado

Volumen de Agregado Grueso, Seco y compactado, por unidad de volumen del

concreto, para diferentes módulos de fineza del Agregado fino

2.40 2.60 2.80 3.00

3/8” 0.50 0.48 0.46 0.44

1/2” 0.59 0.57 0.55 0.53

3/4” 0.66 0.64 0.62 0.60

1” 0.71 0.69 0.67 0.65

1 1/2” 0.76 0.74 0.72 0.70

2” 0.78 0.76 0.74 0.72

3” 0.81 0.79 0.77 0.75

El agregado grueso se encuentra en la condición de seco compactado, tal como lo define la Norma ASTM C 29.

El cálculo del contenido de agregado grueso a partir del coeficiente b/b 0, permite obtener concreto con trabajabilidad adecuada para concreto armado usual.

Para concretos menos trabajables, tales como los que se requieren en pavimentos, la relación puede incrementarse en un 10%. Para concretos más trabajables, tales como concretos bombeados, los valores pueden reducirse en un 10%.

Tabla 6Módulo de Finura de la Combinación de Agregados

Los valores de la Tabla pueden ser algo sobreárenosos para pavimentos o estructuras ciclópeas. Si las condiciones de colocación son favorables, los valores de la Tabla pueden ser incrementados en 0.2.

TamañoMáximo

Módulo de Finura de la combinación de agregados el cual da las mejores condiciones de trabajabilidad para los contenidos de cemento en sacos por metro cúbico indicados

6 7 8 93/8" 3.96 4.09 4.11 4.19

1/2” 4.46 4.54 4.61 4.69

3/4” 4.96 5.04 5.11 5.19

1” 5.26 5.34 5.41 5.49

1 1/2” 5.56 5.64 5.71 5.79

2” 5.86 5.94 6.01 6.09

3” 6.16 6.24 6.31 6.39

** Los valores de la Tabla están referidos a agregado grueso adecuadamente graduado, con un contenido de vacíos del orden del 35%. Los valores deben Incrementarse o disminuir 0.1 por cada 5% de disminución o incremento en el porcentaje de vacíos.

Tabla 7Porcentaje de Agregado Fino

Tamaño Agregado Redondo Factor cemento

Agregado Angular Factor cemento

Máximo s/m3 s/m3

5 6 7 8 5 6 7 8Arena Fina - Módulo de Finura: 2.3 a 2.4

3/8” 60 57 54 51 69 65 61 581/2” 49 46 43 40 57 54 51 483/4” 41 38 35 33 48 45 43 411” 40 37 34 32 47 44 42 40

1 1/2” 37 34 32 30 44 41 39 372” 36 33 31 29 43 40 38 363” 34 32 30 28 41 38 36 34

Arena Mediana-Módulo de finura: 2.6 a 2.73/8” 66 62 59 56 75 71 67 641/2” 53 50 47 44 61 58 55 533/4" 44 41 38 36 41 48 46 441” 42 39 37 35 49 45 44 42

1 1/2” 40 41 38 36 51 48 46 442” 37 35 33 32 45 42 40 383” 35 33 31 30 43 40 38 36

Arena Gruesa-Módulo de Finura: 3.0 a 3.13/8” 74 70 66 62 84 80 76 731/2” 59 56 53 50 70 66 62 593/4” 59 46 43 40 57 54 51 481” 47 44 41 48 55 52 49 46

1 1/2" 44 41 38 36 52 49 46 44

15. SELECCION DE LA RELACION AGUA/CEMENTO POR RESISTENCIALa relación agua/cemento requerida por la mezcla de concreto es función de la resistencia, durabilidad y requisitos de acabado del mismo.

En aquellos casos en los que la durabilidad no es un factor determinante en la elección de las proporciones de la mezcla puede seleccionarse la relación agua/cemento por resistencia a partir de las Tablas 8; 9; 10 y 11.

En la selección de la relación agua/cemento de diseño se tendrá en consideración la resistencia en compresión efectiva

La relación agua/cemento de diseño no deberá exceder de 60 en peso, debiendo ser corregida a relación agua/cemento efectiva de acuerdo a la condición de humedad del agregado en obra.Si se emplean aditivos, el agua de solución de los mismos deberá ser considerada como parte del agua de la mezcla, pare no alterar la relación agua/cemento de diseño especificada

La relación agua/cemento elegida, dentro de los limite: de tolerancia de más o menos 0.01, será rigurosamente controlada en obra.

Para cada mezcla de prueba deberán prepararse y curarse por lo menos tres probetas para cada edad de ensayos. Se seguirá lo indicado en la Norma ASTM C 192.

En base a los resultados de los ensayos de las probetas deberá construirse curvas que muestren la interrelación entre la relación agua/cemento, o el contenido de cemento y s resistencia en compresión. La relación agua/cemento máxima y el contenido de cemento mínimo seleccionados deberán ser aquellos que en la curva muestren que, con las proporciones elegidas, se ha de obtener la resistencia promedio requería

Tabla 8Relación Agua/Cemento por Resistencia

f cr (28 días)

Relación Agua/Cemento por PesoConcreto sin Aire Incorporado

Concreto con Aire Incorporado

150 0.80 0.71200 0.70 0.61250 0.62 0.53300 0.55 0.46350 0.48 0.40400 0.43 —450 0.38 —

La resistencia corresponde a ensayos en probetas cilindricas de 15 x 30 cm, curadas durante 28 días de acuerdo a c indicado en la Sección 9(b) de la Norma ASTM C 31.

Las relaciones agua/cemento se basan en tamaños máximos. del agregado comprendidos entre 3/4” y 1”. La resistencia producida por una relación agua/cemento dada debe-e incrementarse conforme el tamaño máximo disminuye.


f'cr (28 días)

Estimación de la relación agua/cemento en peso para agregado grueso del tamaño máximo nominal indicado3/8” 3/4” 1 1/2”

140 0.87 0.85 0.80175 0.79 0.76 0.71210 0.72 0.69 0.64245 0.66 0.62 0.58280 0.61 0.58 0.53315 0.57 0.53 0.49350 0.53 0.49 0.45

Los valores corresponden a concretos sin aire incorporado. En concretos con aire incorporado, la relación agua/cemento deberá estimarse sobre la base de la reducción del 5% en la resistencia por cada 1 % de aire incorporado.


f'cr (28 días)

Relación agua/cemento, en peso, para diversos contenidos de aire total

0% 2% 4% 6% 8%140 0.80 0.76 0.71 0.67 0.60175 0.71 0.67 0.62 0.58 0.51210 0.64 0.60 0.55 0.51 0.45245 0.58 0.53 0.49 0.45 0.37280 0.53 0.49 0.45 0.40 0.33315 0.49 0.45 0.40 0.36 0.29350 0.45 0.40 0.36 0.31 0.24


a/c Resistencia probable a los 28 díasConcretos sin Aire Incorporado

Concretos con Aire Incorporado

0.35 420 3350.45 350 2800.54 250 2250.63 225 1800.71 175 1400.80 140 110

16. SELECCION DE LA RELACION AGUA/CEMENTO POR DURABILIDADlos concretos que han de estar sometidos, en cualquier época ;e su vida, a procesos de congelación y deshielo deberán tener aire incorporado, con el contenido total de aire indicado en la habla 12, dentro de una tolerancia del 1.5%. Para resistencias 5 la compresión mayores de 350 kg/cm2 se puede reducir en ' % el porcentaje de aire total indicado en la Tabla mencionada, debido a que estos concretos de mediana resistencia tienen -elaciones agua/cemento y porosidades menores y por lo tanto su impermeabilidad es mayor y su resistencia a las heladas también.Los valores de la Tabla 12 corresponden a condiciones de exposición severa y moderada, dependiendo del grado de exposición a la humedad:

a) Se considerará que una “exposición severa” se produce cuando en un clima frío el concreto está en contacto casi continuo con la humedad antes de la helada, como por ejemplo en el caso de pavimentos, losas de puentes, veredas, tanques de agua, etc.

b) Se considerará que una “exposición moderada” se produce cuando el concreto puede ocasionalmente estar expuesto a la humedad antes de la helada, como por ejemplo en algunos muros exteriores o vigas y losas que están en contacto directo con el terreno.

Los concretos de alto grado de impermeabilidad, los concretos que han de estar sometidos a procesos de congelación y deshielo en condición húmeda o los concretos expuestos a la acción del agua de mar o aguas salobres, o rocío o neblina provenientes de éstas deberán cumplir con los requisitos de relación agua/cemento indicados en la Tabla 14. La elección de recubrimientos mínimos para el refuerzo deberá ser compatible con el tipo de exposición.

Los concretos que van a estar expuestos a la acción de soluciones que contienen sulfatos deberán cumplir con los requisitos indicados en la Tabla 15. No se deberá emplear cloruro de calcio.

Igualmente se tendrá en consideración que los cementos resistentes a la acción de los sulfatos no incrementan la resistencia contra algunas soluciones las cuales son químicamente agresivas y en tales casos las especificaciones técnicas del proyecto deben incluir estos aspectos. Adicionalmente deben cumplirse otros requerimientos tales como baja relación agua/cemento, adecuado contenido total de aire, bajo asentamiento, adecuada consolidación, uniformidad, adecuado recubrimiento del refuerzo y curado suficiente para desarrollar las propiedades potenciales del concreto.

La máxima concentración de ion cloruro soluble en agua que puede haber en un concreto a la edad de 28 a 42 días expresada como suma del aporte de todos los ingredientes de la mezcla no deberá exceder de la indicada en la Tabla correspondiente. El ensayo para determinar el contenido del ion cloruro deberá estar cumpliendo con lo indicado por la Federal Highway Administration Report N1 FHWA-RD-77-85 “Sampling and Testing for Chloríde ion in Concrete”.

Cuando los agregados tengan alto contenido de cloruros será necesario lavarlos antes de su utilización. El empleo de agua de mar puede llevar a concentraciones de cloruros por encima de los límites dados en la Tabla 15.

En aquellos casos en que deba seleccionarse la relación agua/cemento por resistencia y durabilidad se utilizará en la selección de las proporciones el menor valor. En este caso es de aplicación lo indicado en la sección “Reducción de la Resistencia”.

Tabla 12Concreto Resistente a las Heladas

Aire Total

Tabla 13Condiciones Especiales de Exposición

Condiciones de Relación Exposición a/c Máxima

- Concreto Impermeable

a) Expuesto a agua dulce ..0.50

b) Expuesto a agua de mar o aguas salobres .0.45

- Concreto expuesto a procesos de congelación y deshielo en condición húmeda:

a) Sardineles, cunetas, secciones delgadas „0.45

b) Otros elementos .0.50

Protección contra la corrosión de concreto expuesto a la acción de agua de mar, aguas salobres, neblina o rocío de estas aguas

..0.40

- Si el recubrimiento mínimo se incrementa en 13 mm

..0.45

Tabla 14Concreto Expuesto a Soluciones de Sulfatos

TamañoMáximoNominal

Contenido de Aire, en %Exposición

SeveraExposiciónModerada

3/8” 7.5 6.01/2” 7.0 5.53/4” 6.0 5.01” 6.0 4.5

1 1/2” 5.5 4.52”** 5.0 4.03”** 4.5 3.5

** Todos los valores de la Tabla corresponden al total de la mezcla. Cuando se ensaya estos concretos, sin embargo, el agregado mayor de 1 1/2” es removido manualmente o por cernido húmedo y el contenido de aire es determinado para la fracción menor de 1 1/2”; aplicándose las tolerancias en el contenido de aire a este valor. El contenido total de aire de la mezcla es computado a partir del valor de la fracción menor de 1 1/2".

Exposición a Sulfatos

Sulfato soluble en agua presente en el suelo como S04

Sulfato en agua p.p.m

Cemento Tipo

Relación a/c máxi-ma*

Despreciable Moderado** Severo Muy severo

0.00-0.10 0.10-0.20 0.20-2.00 sobre 2.00

0-150 150-1500 1500-10000 sobre 10000

II

VV más puzolana

0.500.450.45

Una relación agua/cemento menor puede ser necesaria por razones de impermeabilidad, por protección contra la corrosión de elementos metálicos embebidos o por congelación y deshielo (Tabla 3.13.2).** Agua de mar.*** Debe comprobarse que la puzolana es adecuada para mejorar la resistencia del concreto a la acción de los sulfatos, cuando ella es empleada en concretos que contienen cemento Portland Tipo V.

Tabla 15 Contenido Máximo de Cloruros

Tipo Elemento Máximo Ion Cloruro Solubre en Agua en el Concreto; Expresado como % en Peso del Cemento

- Concreto Pretensado 0.06

- Concreto armado expuesto a la acción de cloruros

0.15

- Concreto armado que deberá estar seco o protegido de la humedad durante su vida

1.00

- Otras construcciones de concreto armado

0.30

17. GRADO DE CONTROL DE LA CALIDAD DEL CONCRETO

Las mezclas de concreto se deben diseñar para una resistencia promedio, cuyo valor es siempre superior al de la resistencia de diseño especificada por el Ingeniero Estructura. Esta diferencia es determinada en base al grado de contra de la calidad del concreto ejercida en obra.

La rigidez en el control de las operaciones es función de ahorre-en el costo de producción, en relación al costo de la realización del control, así como de la magnitud e importancia de la estructura a ser construida.

Al seleccionar las proporciones de la mezcla debe recordarse que la resistencia en compresión no es necesariamente e único factor a considerar, pudiendo ser la durabilidad u otras propiedades más importantes en función de las características de la obra y los requerimientos del proyecto, obligando a elevar relaciones agua/cemento menores que aquellas requeridas por la resistencia.

18. VARIACIONES EN LA CALIDAD DEL CONCRETO

En la selección de las proporciones de la mezcla se tiene en consideración que ésta puede estar sujeta a variaciones de calidad, debido a:

a) Variaciones en la calidad de los materiales.b) Variaciones en el proceso de puesta en obra.c) Variaciones en el control de la calidad del concreto.

Las variaciones propias del concreto reflejan la capacidad del contratista para producir concreto de una calidad determinaos, e incluyen aquellas atribuibles a falta de uniformidad en te materiales o en las operaciones del proceso de puesta en 0 b-® del concreto. Se expresan como el coeficiente de varia con propio de la compañía (V,).

Las variaciones propias de la entidad encargada del control de calidad del concreto incluyen aquellas debidas a de representatividad de las muestras, o las atribuibles = diferencias durante los procesos de moldeo, proteccíon. curado y ensayo de las probetas de concreto. Se expresan- corno el coeficiente propio del Laboratorio (V2).Los valores que relacionan el grado de control en obra con el coeficiente de variación están dados por la Tabla 16.

Tabla 16Valores del Coeficiente de Variación para diferentes Grados de Control

- Obtenible sólo en ensayos delaboratorio bien controlados ........................5%

- Excelente en obra ...........10% a 12%

- Bueno ...................15%- Regular ...................18%

- Inferior ......................20%

- Malo ......................25%

19. CLASE DE CONCRETO Y FRECUENCIA DE LOS ENSAYOSPara la selección del número de muestras de ensayo, se considerará como clase de concreto a:

a) Las diferentes calidades de concreto requeridas por resistencia en compresión o durabilidad.

b) Para una misma propiedad o valor de la resistencia en compresión, las diferentes calidades de concreto obtenidas por variaciones en el tamaño máximo del agregado grueso, modificaciones en la granulometría del agregado fino o utilización de aditivos.

c) Para cada uno de los casos anteriores, el concreto suministrado por cada una de las plantas de concreto premezclado que pueden abastecer la obra.

Las muestras para ensayos de resistencia en compresión fc cada clase de concreto colocado cada día deberán ser tomadas:

a No menos de una muestra de ensayo por día; o : No menos de una muestra de ensayo por cada 50 metros cúbicos de concreto colocado; a No menos de una muestra de ensayo por cada 300 metros cuadrados de área superficial, para pavimentos o losas; a No menos de una muestra de ensayo por cada cinco camiones, cuando se trate de concreto premezclado.Se considerará como valor de un ensayo de resistencia en compresión al promedio de los valores de dos probetas cilindricas estándar preparadas de la misma muestra de concreto y ensayadas a los 28 días o a la edad elegida para la determinación de la resistencia del concreto.

20. CÁLCULO DE LA DESVIACIÓN ESTÁNDAR

Para el cálculo de la desviación estándar “s” podrá emplearse cualquiera de los dos métodos que se indican a continuación:

Método 1

Si la compañía constructora posee un registro de resultados de ensayos de obras anteriores, basado en por lo menos 30 ensayos consecutivos de resistencia en compresión o en dos grupos de ensayos que totalizan por lo menos 30 en los últimos doce meses, deberá calcularse la desviación estándar de estos ensayos.

El registro de ensayos a partir del cual la desviación estándar es calculada deberá:

a) Representar materiales, procedimientos de control de calidad y condiciones similares a aquellas que se espera en la obra que se va a iniciar. Los cambios en materiales y proporciones dentro del registro no deberán ser más rigurosos que aquellos que se espera en obra.

b) Representar a concretos preparados para alcanzar una resistencia de diseño f’c que esté dentro del rango de más o menos 70 kg/cm2 de la especificada para el trabajo a iniciar.

c) Consistir de por lo menos, de los resultados de 30 ensayos consecutivos o de dos grupos de ensayos consecutivos que totalicen por lo menos 30 ensayos. Los ensayos se efectuarán de acuerdo a lo indicado.

Sí se posee un registro de 30 ensayos consecutivos, la desviación estándar se calculará aplicando la siguiente fórmula:

En la que:

s = desviación estándar en kg/cm2.Xi = resistencia de la probeta en kg/cm2.X = resistencia promedio de n probetas, en kg/cm2.n = número de ensayos consecutivos de resistencia.

Si el volumen total de concreto de una clase dada es tal que a cantidad de ensayos de resistencia en compresión ha de ser menos de cinco, la Supervisión ordenará ensayos de no -senos de cinco tandas tomadas al azar, o de cada tanda si .a a haber menos de cinco.

Si el volumen total de concreto de una clase dada es menor te 40 m3, la Supervisión dispondrá el número de ensayos de -esistencia en compresión si, a su criterio, está garantizada a calidad del concreto.La desviación estándar es empleada para determinar la resistencia promedio requerida.

Si se posee dos grupos de ensayos consecutivos que totalicen por lo menos un grupo de 30 ensayos, la desviación estándar a ser usada será la desviación estándar promedio calculada con la fórmula:

Donde:

s = Promedio estadístico de las desviaciones estándar, cuando se utilizan dos registros de ensayos para calcular la desviación estándar. s v s 2 = Desviaciones estándar calculadas en base a los resultados de los registros de ensayo 1 y 2 totalizando 30 o más ensayos. nv n2 = Número de ensayos en cada uno de los registros 1 y 2, respectivamente.

Método 2

Si sólo se posee un registro de 15 a 29 ensayos consecutivos, se calculará la desviación estándar “s” correspondiente a dichos ensayos y se multiplicará por el factor de corrección indicado en la Tabla 20.

El registro de ensayos a que se hace referencia en este Método deberá cumplir con los requisitos a) y b) del Método1 y representar un registro de ensayos consecutivos que comprenda un periodo de no menos de 45 días calendarios.

Si la compañía constructora no posee un registro de ensayos de obras anteriores, el cual le permite calcular la desviación estándar dentro de los requisitos indicados en los acápites anteriores, se aplicarán los requisitos de la Tabla 17.

Tabla 17Muestras Factor de Corrección

menos de 15 15 20 25 30 usar Tabla 3.4b 1.16 1.08 1.03 1.00

En ambos métodos la desviación estándar usada en el cálculo de la resistencia promedio requerida debe ser obtenida bajo condiciones similares a las consideradas. Este requerimiento es importante para asegurar la aceptabilidad del concreto, lo que significa que deberán utilizarse materiales y métodos de producción similares y que la resistencia empleada en el cálculo de la desviación estándar estará dentro de un rango de 70 kg/cm2 de la resistencia especificada. Cuando existan dudas, el valor de la desviación estándar usado para calcular el valor de la resistencia promedio requerida debe estar siempre en el lado conservador.

21. CÁLCULO DE LA RESISTENCIA PROMEDIO REQUERIDA

La resistencia en compresión promedio f'cr, empleada como base para la selección de las proporciones de la mezcla de concreto, se calculará de acuerdo a los siguientes criterios:

a) Se considerará como valor de una muestra al promedio de dos probetas tomadas de la misma tanda.

b) En la selección de la resistencia promedio se considerará que no más de una muestra de cada veinte ha de estar por debajo de la resistencia de diseño especificada.

c) Si la desviación estándar se ha calculado de acuerdo a lo indicado en el Método 1 o en el Método 2, la resistencia promedio requerida será el mayor de los valores determinados por las fórmulas siguientes, usando la desviación estándar “s” calculada, en kg/cm2, de acuerdo a lo indicado en los Métodos 1 o 2 mencionados:0. f'cr = f'c + 1.34 s1. f'cr = f'c + 2.33 s - 35La ecuación 1 proporciona una probabilidad de 1 en 100 que el promedio de 3 ensayos consecutivos estará por debajo de la resistencia especificada f'c. Y la ecuación 2 proporciona una probabilidad similar de que ensayos individuales estén 35 kg/cm 2

por debajo de la resistencia especificada.

d) Si se desconoce el valor de la desviación estándar se utilizará la Tabla 18 para la determinación de la resistencia promedio requerida.

Tabla 18 Resistencia Promedio Requeridaf'c f'cr

menos de 210 kg/cm2 f'c + 70210 a 350 f'c + 84

sobre 350 kg/cm2 f'c +

co

o

e) Para valores de la resistencia de diseño mayores de 350 kg/cm2, la resistencia de diseño en ningún casc será menor de:

f'cr = 1,23 f'cEl valor de la resistencia promedio puede ser calculadc aplicando la ecuación general desarrollada por el Comité Europeo del Concreto, tomando el valor de “t” de la Tabla 19 y calculando el coeficiente de variación a partir de la desviado" estándar elegida.

f'cr = f'c/(1-tV)Tabla 19 Valores de “t”

Número de muestras menos 1

Probabilidades de caer debajo del Límite Inferior

1 en 5 1 en 10 1 en 201 1.376 3.078 6.3142 1.061 1.886 2.9203 0.978 1.638 2.3534 0.941 1.533 2.1325 0.920 1.476 2.0156 0.906 1.440 1.9437 0.896 1.415 1.8958 0.889 1.397 1.8609 0.883 1.383 1.838

10 0.879 1.372 1.81215 0.866 1.341 1.75320 0.860 1.325 1.72525 0.856 1.316 1.70830 0.854 1.310 1.697

+ 30 0.842 1.282 1.645

t Coeficiente que es función del número de resultados inferiores a f'c y del número de muestras empleadas para el cálculo del coeficiente de variación.

V Coeficiente de variación expresado como fracción decimal.22. VERIFICACIÓN DE LA RESISTENCIA PROMEDIO

La documentación que certifica que las proporciones seleccionadas para la mezcla de concreto deberán permitir obtener una resistencia promedio igual o mayor que la elegida deberá consistir de registros de laboratorio o diversos registros de resistencia de ensayos realizados en obra, o puede consistir je resultados de mezclas de prueba.

Cuando se emplea registros de ensayos realizados en obra para demostrar que las proporciones elegidas deberán permitir obtener la resistencia promedio requerida, los -egistros deberán representar materiales similares a aquellos propuestos y condiciones similares a las que se espera en obra.

Los cambios en materiales, condiciones y proporciones no deberán ser más exigentes que aquellos indicados para el trabajo propuesto.

3ara propósitos de verificar la resistencia promedio del concreto, se puede emplear registros de ensayos consistentes ce menos de 30, pero no menos de 10 ensayos consecutivos, sempre que el registro comprenda un periodo no menor de 60 días.

_as proporciones finales pueden establecerse por interpolación entre las resistencias y proporciones de dos o más registros ce ensayo, cada uno de los cuales debe cumplir con todas as exigencias de este Capítulo.

23. SELECCIÓN DE LAS PROPORCIONES POR MEZCLAS DE PRUEBA O EN BASE A DATOS EMPÍRICOS

Si no se tuvieran los registros o estos no cumplieran con o indicado en la Sección anterior, se podrá proporcionar la -mezcla mediante la elaboración de mezclas de prueba. En éstas se tendrá en consideración las siguientes limitaciones:

2 Los materiales utilizados y las combinaciones de los mismos serán aquellos a utilizarse en obra.

: Las mezclas de prueba deberán prepararse empleando no menos de tres diferentes relaciones agua/cemento o contenidos de cemento, a fin de obtener un rango de resistencias dentro del cual se encuentre la resistencia promedio deseada.

c) El asentamiento de mezclas de prueba deberá estar dentro del rango de más o menos 20 mm del máximo permitido y, para concretos con aire incorporado, dentro del rango de más o menos 0.5% del máximo contenido de aire permitido.

: Para cada mezcla de prueba deberán prepararse y curarse por lo menos juegos de tres probetas para cada edad de ensayo. Se seguirá lo indicado en la Norma ASTM C 192. Para concretos de peso normal, pesados y ciclópeos, cada modificación en la relación agua/cemento deberá ser considerada como una nueva mezcla. Las probetas deben ser ensayadas por resistencia de acuerdo a la Norma ASTM C 39 a los 28 días o a la edad especificada para el ensayo.

e) En base a los resultados de los ensayos de las probetas deberá plotearse curvas que muestren la interrelación entre la relación agua/cemento, o el contenido de cemento y la resistencia en compresión. Así la relación agua/cemento máxima y el contenido de cemento mínimo seleccionados deberán ser aquellos que en la curva muestren que se ha de obtener la resistencia promedio requerida. Se tendrá en consideración las condiciones especiales de exposición.

El contenido de cemento y las proporciones de la mezcla a ser empleados deberán ser tales que la relación agua/cemento seleccionada, o el contenido de cemento, no sean excesivos cuando se alcanza el asentamiento máximo permitido. El control del concreto en la obra se basa fundamentalmente en el mantenimiento de los contenidos de cemento, aire y asentamiento adecuados.

Cuando no se dispone de un registro de ensayos de obra aceptable o no se dispone de información de mezclas de prueba, y si ello es aceptado por la Supervisión, se podrá seleccionar la relación agua/cemento de la Tabla 22, no debiendo excederse los valores de la misma. Esta Tabla no deberá aplicarse:

a) Cuando se tiene un registro de ensayos en obra o se dispone de información de mezclas de prueba.

b) Cuando el concreto contiene cualquier aditivo que no sea un incorporador de aire.

c) En concreto de elementos presforzados.

d) En concretos cuya resistencia en compresión de diseño es mayor de 280 kg/cm2 a los 28 días.

Tabla 20 Relación Agua/Cemento Máxima

f'c Relación agua/cemento máximaConcretos sin Aire

IncorporadoConcretos con Aire

Incorporado175 0.67 0.54210 0.58 0.46245 0.51 0.40280 0.44 0.35

24. PROPORCIONES DEFINITIVASEl Contratista preparará, bajo condiciones de obra y para la dosificación del concreto seleccionada, seis muestras de dos probetas cilindricas cada una. Estas probetas deberán ser preparadas en presencia de la Supervisión, utilizando los materiales aprobados que se han de emplear en la preparación del concreto.

Las muestras serán curadas de acuerdo a las especificaciones de la Norma ASTM C 142 y ensayadas en compresión, a la edad solicitada por la Supervisión, de acuerdo a las especificaciones de la Norma ASTM C 39.

Sobre la base de los resultados anteriores, el Contratista determinará las proporciones definitivas de los diversos materiales que conforman el concreto. Esta dosificación, que debe permitir obtener un concreto que cumpla con lo solicitado en las presentes especificaciones, deberá ser aprobada por la Supervisión antes de su empleo.

Si se efectúa correcciones por agua de hidratación, se considerará que sólo el 28% de agua de diseño, en peso del cemento, interviene como agua de combinación y queda, a nivel de hidróxido de calcio, en la unidad cúbica de concreto. El agua adicional, incluida por razones de trabajabilidad y consistencia, no debe ser considerada como aportadora para la reacción química del cemento con el agua.

El Contratista está obligado, en todas las etapas de la fabricación del concreto a obtener un material de la calidad, consistencia, uniformidad, densidad, resistencia en compresión, módulo de elasticidad y durabilidad especificados.

25. REDUCCIÓN DE LA RESISTENCIA PROMEDIO

Durante el proceso de construcción de la obra se podrá reducir el valor en que la resistencia promedio excede a la resistencia de diseño siempre que:

a) Se disponga, durante el proceso constructivo de 30 o más resultados de ensayos de probetas curadas bajo condiciones de laboratorio, y el promedio de éstos exceda a la resistencia promedio seleccionada. Ver Capitulo 5 de la Norma E.060.

b) Se disponga, durante el proceso constructivo, de los resultados de 15 a 29 ensayos en probetas curadas bajo condiciones de laboratorio, y el promedio de éstos exceda a la resistencia promedio seleccionada. Ver Capítulo 5 de la Norma E.060.

c) Se cumplan los requisitos indicados en el Capítulo 4 de la Norma E.060.

26. CONCLUSIONESDe acuerdo a todo lo indicado en este Capítulo, puede llegarse s la conclusión que la selección de las proporciones de la .-¡dad cúbica de concreto es un aspecto muy importante en el : je intervienen una serie de consideraciones que sobrepasan = as enunciadas por Feret, Abrams o Gilkey.

Si se trata de concretos de alta resistencia, valores de más 500 kg/cm2 a los 28 días, dichos valores escapan a todo c anteriormente enunciado, pudiendo decirse, para todos es concretos, y en especial para los de alta resistencia, lo ;

guíente:

1. Los materiales empleados en la preparación del concreto pueden incluir el cemento, agua, agregados fino y grueso, adiciones, aditivos y fibras. Todos ellos deberán ser de buena calidad, uniformes en sus características y cumplir con todos los requisitos de una Norma aceptada y previamente establecida.

2. Un buen cemento, por sí solo, no garantiza la obtención de un buen concreto. Es esencial un bajo contenido de álcalis, menor del 0.6% t, preferentemente del orden del 0.4%. Los valores de los componentes principales deben mantenerse uniformes tanda a tanda, al igual que la superficie específica. Si se utiliza aditivos superplastifi cantes inferior al 5%.

3. El agregado tiene un papel determinante en las propiedades y comportamiento del concreto.

a) Un agregado de perfil angular, textura rugosa, limpio, con un porcentaje de absorción no mayor del 1.2%, con un tamaño máximo no mayor de 1/2" para alta resistencia, con una resistencia en compresión el doble de la que se desea alcanzar en el concreto y con una morfología ígnea, de preferencia una caliza o un basalto, puede ser el más adecuado en el caso del agregado grueso.

b) Un agregado fino con un módulo de finura entre 2.5 y 2.8 puede ser el más adecuado si está limpio y libre de materia orgánica. En los concretos de alta resistencia se recomienda un módulo de finura mayor de 3.0 y no mayor de 3.2. La granulometría debe ser constante y responder a la recomendación de la Norma ASTM C 33.

4. Toda agua que es buena para beber no siempre es buena para preparar concreto. Igualmente, no todas las aguas que no son buenas para beber son malas para preparar concreto. Se debe seguir las recomendaciones de la OPS.

El agua de mar no debe ser empleada en la preparación de concretos cuya resistencia a la compresión es mayor de 175 kg/cm2, ni en concretos presforzados o aquellos que contienen elementos metálicos embebidos.

5. El empleo de las adiciones, ya sea como material de reemplazo o como complemento cementante, debe ¡r acompañado de superplastificantes y de cemento' portland, de preferencia Tipo V de la Norma ASTM C 150, cuyo contenido de C3Á sea menor del 5%.

6. Si por razones de clima se va a considerar el empleo de aire incorporado, debe estimarse en el diseño de la mezcla una disminución del 5% por cada 1 % de aire incorporado.

7. Si se emplea como aditivos acelerantes materiales que contienen cloruro de calcio, debe considerarse un incremento variable de la resistencia a los 28 días. En el caso de emplear aditivos acelerantes en base al cloruro de sodio, la pérdida de resistencia a los 28 días será del orden del 12%. En ambos casos se puede esperar procesos de corrosión de los elementos metálicos en el tiempo.

8. La resistencia en compresión del concreto está en función inversa de su porosidad y en función directa de su formación de gel y de su relación gel-espacio.

9. Los concretos de alta performance, con una vida útil no menor de 100 años, obligan a la utilización de criterios de selección de las proporciones de la mezcla que sobrepasan a los usualmente empleados. Si la estructura va a estar en un ambiente agresivo, las precauciones deben ser mayores.

10. Una excelente mezcla, preparada con materiales seleccionados y adecuadamente dosificados, no garantiza un buen concreto en el elemento estructural ya terminado. Todas las etapas del proceso de puesta en obra influyen en la calidad final. Un mal ingeniero o un mal operario pueden malograr el mejor concreto. Éste es un factor que debe ser considerado en la selección de las proporciones.

11. Un curado adecuado, preferentemente con agua; durante el tiempo adecuado, nunca menos de 7 días, es fundamental para una adecuada hidratación del cemento y una buena formación de gel.

12. Si se emplea en la mezcla adiciones, el tiempo de curado debe prolongarse hasta lograr una buena reacción química entre el hidróxido de calcio y la adición. Se estima que ésta no debería ser menor de 12 días.

13. En los concretos de alta resistencia es recomendable medir la resistencia de las probetas no a los 28 días sino a los 45 y 90 días, a fin de dar tiempo para un mejor desarrollo en la formación del gel resultante de la reacción hidróxido de calcio-adición puzolánica.

14. La resistencia a la compresión de probetas estándar curadas en el laboratorio bajo condiciones de obra refleja la mayor resistencia potencial obtenible en la estructura, pero no la resistencia del concreto en e elemento estructural.

Finalmente, es importante indicar que ningún método de selección de las proporciones, de los desarrollados hasta la fecha, es 100% válido para todos los casos. Las mezclas de prueba preparadas bajo condiciones de laboratorio > las corregidas bajo condiciones de obra siguen siendo e procedimiento más adecuado para obtener un concreto de las propiedades deseadas, tanto al estado fresco como a endurecido.

tesia parte 2 marco teorico adicional.docx

Documents

Transcript of tesia parte 2 marco teorico adicional.docx