190710776 Diseno de Mezclas de Concreto Ing Rafael Cachay Huaman 10-10-13

Curso de Actualización Profesional

DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO EXPOSITOR :

Ing. Rafael Cachay Huamán OCTUBRE 2013 Ing. Rafael Cachay Huamán -

Capitulo I

1.- Elementos que conforman el Concreto

Elementos Activos

“Elemento Pasivo”

Cemento + Agua + Piedra + Arena + Aditivos* + Aire

Ing. Rafael Cachay Huamán -

CONCRETO * ¿ Opcional ?

1.1.- Proporciones en Volumen de los Componentes del Concreto ADITIVO

0.1% – 0.2%

AIRE

Proporciones típicas en Volumen absoluto de los Componentes del Concreto

1% – 3%

CEM EN TO

7% – 15%

AGUA 15% – 22% AGREGADOS 60% – 75%


1.2. Utilización del Concreto en pequeñas y Grandes Obras de Construcción


1.3. PLANOS PARA CONSTRUIR DONDE SE INDICA EL F ’C Y OTRAS CARACTERISTICAS DE LA OBRA


CAPITULO II

2.- CARACTERISTICAS DEL CONCRETO En Estado FRESCO

En Estado ENDURECIDO

Plástica Moldeable Trabajable etc.

Aislante Resistente Durable etc.

MATERIAL IDEAL PARA LA CONSTRUCCION Ing. Rafael Cachay Huamán -

2.1.1.- EN ESTADO FRESCO

La Trabajabilidad esta referida al Transporte – Colocación – Curado y Acabado Ing. Rafael Cachay Huamán -

2.1.2.- EN ESTADO FRESCO

Consistencia la medimos mediante el cono de Abram’s Ing. Rafael Cachay Huamán -

2.1.3.- EN ESTADO FRESCO Fragua Inicial: 500 Libras/pulg.2 Fragua Final: 4000 Libras/pulg.2 Tiempo de Fragua (penetrometro) Ing. Rafael Cachay Huamán -

2.2.1.- EN ESTADO ENDURECIDO

Compresión = Fuerza / Área

Resistencia a la Compresión Ing. Rafael Cachay Huamán -


TRACCION= PL/2D

Tracción Diametral Ing. Rafael Cachay Huamán -


Flexión = 3PL/2BH2


CAPITULO III

RESISTENCIA DE DISEÑO : f ’ c (plano)

RESISTENCIA DE DISEÑO REQUERIDA : f ’ cr Ing. Rafael Cachay Huamán -

3.1. CRITERIOS EN LA ELECCION DE LA RESISTENCIA REQUERIDA. f ‘cr Conocemos la desviación estandar (Ds) ?

SI

NO Ing. Rafael Cachay Huamán -

3.2. EL CONCRETO SE COMPORTA ESTADISTICAMENTE.


3.3. NO SE CUENTA CON RESULTADOS ESTADÍSTICOS DE PRODUCCIÓN. 1. Si nuestro N° de muestras es < 15 ó no se cuenten con registros sobre la desviación estándar del concreto: a) El comité del ACI ( a nivel mundial) considera que el cálculo del f ćr será según la siguiente tabla : f ’c Especificado

(Plano)

< 210 210 – 350 > 350

f ’cr (Kgcm²)

f’ c + 70 f’ c + 84 f ’ c + 98 ( * ) 1.10 f’ c + 50 Ing. Rafael Cachay Huamán -

3.4. Ejemplo: UTILIZANDO LAS FORMULAS ANTERIORES PARA UN CONCRETO CON f ’c = 210 Kg/cm2.

f ’cr f ’ cr

= 210 + 84 Kg/cm2 = 294 = 300 Kg/cm2

f ’cr = 105 + 70

f ’cr

f ’cr = 420 + 98 = 518 ó

= 175

=

175 Kg/cm2

f Ing. Rafael Cachay Huamán -

= 1.10 * 420 + 50 = 512 ’cr = 512 Kg/cm2

Capitulo IV

DISEÑOS DE MEZCLAS DE CONCRETO


4.1. METODOS PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS Entre los Métodos para el Diseño de Mezclas de Concreto el mas utilizados son:

1. Método Comité 211 ACI. 2. Método de Combinación de Agregados. 3. Otros Métodos de Diseño. El más conocido es el ACI 211, es un método tabulado, “ se utilizan tablas estandarizadas ”. Ing. Rafael Cachay Huamán -

4.2. Proporciones de los Componentes del Concreto Proporciones típicas de los Componentes del Concreto La gráfica es una representación del concreto para fines de explicación y de manejo técnico.


aire cemento

piedra arena

EJEMPLO: DISEÑAR UN CONCRETO PARA UN CANAL DE RIEGO Entre los Métodos para el Diseño de Mezclas de Concreto el mas utilizados son:

CEMENTO PORTLAND TIPO I. f’c = 210 kg/cm2 – Asentamiento de 3” a 4”. Cemento

Agua

Arena

Piedra

3130

1000

2660

2740

PUS

1756

1600

PUC

1885

1709

CH

1.42

0.45

AB

0.60

0.67

Peso Especifico

Dnm


1"

TABLA 1.- Volumen Unitario de agua. (lt /m³) Asentamiento

Tamaño Máximo del Agregado Grueso 3/8” 1/2” 3/4” 1” 1 1/2” 2” 3” Concreto sin are incorporado

6”

3” a 4”

207 228

199 216

190 205

6” a 7”

243

228

216

1” a 2”

179 193

166 181

154 169

130 145

113 124

202

190

178

160

--

Si el TMN = 1” y Asentamiento 3” a 4” Entonces Agua = 193 Kg/m 3 Tabla confeccionada por el comité ACI 211 Ing. Rafael Cachay Huamán -

4.3. Cantidad de agua por metro cúbico de concreto Consistencia. De la tabla anterior: Mayor asentamiento más agua. Menor asentamiento menos agua.


TABLA 2 .- Contenido de aire atrapado. (%) TMN Agregado Grueso

Aire Atrapado

3/8” ½” ¾” 1” 1 ½” 2” 3” 4”

3.0 % 2.5 % 2.0 % 1.5 % 1.0 % 0.5 % 0.3 % 0.2 %

Tabla confeccionada por el comité ACI 211 Ing. Rafael Cachay Huamán -

MAS PEQUEÑO EL AGREGADO MÁS AIRE ATRAPA

TABLA 3.- Relación a /c por Resistencia. F ’cr

(Kg/cm²) 150 200 250

300

Relación agua / cemento en peso Concreto sin aire Concreto con aire incorporado incorporado 0.71 0.80 0.61 0.70 0.53 0.62 0.46 0.55

0.48 0.43 0.38

350 400 450 Tabla confeccionada por el comité ACI 211


0.40 LEY DE ABRAM’S

TABLA 4.- Peso del Agregado Grueso por unidad de volumen del Concreto (b/bo). TMN A.G. 3/8” 1/2” 3/4”

2.40 0.50 0.59 0.66

1”

0.71

0.69

1 ½”

0.76 0.78 0.81 0.87

0.74 0.76 0.79 0.85

2” 3” 6”

Módulo de finura del Agregado Fino 2.60 2.80 0.48 0.46 0.57 0.55 0.64 0.62

Tabla confeccionada por el comité ACI 211 Ing. Rafael Cachay Huamán -

0.67 0.72 0.74 0.77 0.83

3.00 0.44 0.53 0.60

0.65 0.70 0.72 0.75 0.81

4.4. VALORES HALLADOS AGUA AIRE ATRAPADO RELACION A/C =

193 1.5 % 0.55

CEMENTO =

AGUA / (a/c)

CEMENTO =

193 / 0.55

CEMENTO =

351

PIEDRA = PIEDRA =

b/b0 * PUC Pd. 0.65 * 1600

PIEDRA =

1040 Ing. Rafael Cachay Huamán -

/42.5 = 8.3 bol.

TABLA 5.- Primera estimación del Peso del Concreto Fresco TNM de la Piedra 3/8” 1/2” 3/4”

Sin Aire incluido 2280 2310 2345

1”

2380

1 ½”

2410 2445 2490 2530

2” 3” 6”

LA ARENA LA HALLAMOS POR DIFERENCIA DEL PESO TOTAL DEL CONCRETO MENOS LOS MATERIALES YA HALLADOS. ARENA = 2380 – (AGUA + CEMENTO + PIEDRA) ARENA = 2380 – (193 + 351 + 1040)

Tabla confeccionada por el comité ACI 211

ARENA = 796 KILOS


4.5. PODEMOS DISEÑAR CON OTROS PROCEDIMIENTOS DE ACUERDO A LAS DIFERENTES EXPERIENCIAS Y MEJORAR LAS PROPIEDADES DEL CONCRETO. Ing. Rafael Cachay Huamán -

Tabla 6: Módulo de Finura de la Combinación de los Agregados = m TMN A. G. 3/8” ½” ¾” 1” 1 ½” 2” 3”

6 3.96 4.46 4.96 5.26 5.56 5.86 6.16

Bolsas de Cemento por m³ 7 8 4.04 4.11 4.54 4.61 5.04 5.11 5.34 5.41 5.64 5.71 5.94 6.01 6.24 6.31

Para 8.3 bol. De cemento tenemos m = 5.43 Ing. Rafael Cachay Huamán -

9 4.19 4.69 5.19

5.49 5.79 6.09 6.39

4.6. METODO DE LA FINURA DE LA COMBINACION DE AGREGADOS. Este método considera el Módulo de Finura “ m “ de la mejor combinación. Para esto establece la ecuación.

r f



m g m g





m

m f

x100

r f

7.0 



7.0

5.43



3.0

x100

Donde: m = Módulo de Finura de la combinación. mf = Módulo de Finura del Agregado Fino. mg = Módulo de Finura del Agregado Grueso. Ing. Rafael Cachay Huamán -

r f



39 %

4.7. METODO DEL AGREGADO GLOBAL. Este método considera el porcentaje incidencia de cada agregado en el diseño de mezcla, los porcentajes se controlan de tal forma que la combinación esté dentro de algunos Huso 1 ½” Huso ¾” Huso 3/8” Tamiz (Pulg) L.I. L.S. L.I. L.S. L.I. L.S. de estos Husos. 2" 100 100 NTP.400.037

Tenemos otros Husos: DIN 1045

1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" N4 N8 N 16 N 30 N 50 N 100 °

°

°

°

°

°

95 100 100 60 90 98 45 80 95 35 68 70 30 58 50 25 50 35 20 45 25 14 38 18 8 30 10 3 20 5 Ing. Rafael 0 Cachay Huamán 8 0

100 100 100 80 65 55 48 42 35 20 8

100 95 30 20 15 10 5 0

100 100 65 50 40 30 15 8

4.8. METODO DE DISEÑO DEL AGREGADO GLOBAL. Piedra: 52% Arena: 48% 100

90

AGREGADO GLOBAL 80

70

HUSO NTP 1 1/2"

60

50

40

30

20

10

0 0.01

0.1

1

Tamices ( mm )

10

Cálculo de los pesos de los Agregados Fino y Grueso:

Peso A.F. = % A.F. x Peso Agregados Peso A.G.= % A.G. x Peso Agregados Ing. Rafael Cachay Huamán -

100

a s a P %

4.9. METODO DE DISEÑO DEL PESO UNITARIO DEL AGREGADO GLOBAL. Se determina el Peso Unitario Compactado de diferentes combinaciones de los Agregados Fino y Grueso.

MODULO DE FINURA GLOBAL

PESO UNITARIO COMPACTADO (KG/M3)

4.70

2004

4.90

2030

5.00

2031

5.10

2020 Ing. Rafael Cachay Huamán -

4.10. METODO DE DISEÑO DEL UNITARIO DEL AGREGADO GLOBAL

PESO

Luego se grafican los valores de Peso Unitario Vs. % de Arena y % de Piedra ( Modulo de Finura Global). 4.65

4.70

4.75

4.80

4.85

4.90

4.95

5.00

5.05

5.10

2035

A B O L G C A P M O C T I N U O S E P

2030

2025

2020

2015

2010

2005

2000

MODULO DE FINURA GLOBAL (Combinación Arena y Piedra)


5.15

A Mayor cantidad de Agregado menor cantidad de Pasta (menos Cemento)

Capitulo V MEZCLAS DE PRUEBA EN LABORATORIO Y OBRA Ing. Rafael Cachay Huamán -

5.1. CONSIDERACIONES GENERALES

Cantera Natural – Agregado Tratado Ing. Rafael Cachay Huamán -

5.2. EN EL LABORATORIO USAR MATERIALES, HERRAMIENTAS Y EQUIPOS NECESARIOS

Mezclado de los materiales proporcionados en peso. Ing. Rafael Cachay Huamán -

5.3. Preparación de probetas de Control en el Laboratorio


5.4. ENSAYOS EN OBRA


5.5. SE CUENTA CON RESULTADOS ESTADÍSTICOS DE PRODUCCIÓN ( se conoce Ds). Si nuestro N° de muestras es > 30

I.- f ’cr = f ’c + 1.34 Ds

f ’c <= 350 Kg/cm2

II.- f ’cr = f ’c + 2.33 Ds – 35 III.- f ’cr = f ’c + 1.34 Ds ó f ’cr = 0.90 f ’c + 2.33 Ds el Mayor. El valor del f ’cr de diseño será el MAYOR valor obtenido de ambas fórmulas. Ing. Rafael Cachay Huamán -

Tabla 1: Obtención del f ’cr en función de la desviación estándar Ds (Kg/cm²)

f ’c

(Kg/cm²)

10

15

20

25

30

35

40

45

50

140

155

160

170

175

180

185

200

210

220

175

190

195

205

210

215

220

236

245

255

210

225 230 240

245

250 255 270 280 290

245

260

265

275

280

285

290

305

315

325

280

295

300

310

315

320

325

340

350

360

350

365

370

380

385

390

395

410

420

430

Anteriormente f ’cr = 210 + 84 = 294 Kg/cm2 Nuevo f ’cr = 243.5 = 245 Kg/cm2 Ing. Rafael Cachay Huamán -

5.6. Resistencias Promedio Iguales con diferente Desviación Estandar

MAY OR Dispersión <> MAYOR Desviación Estandar Ing. Rafael Cachay Huamán -

5.7. Hallamos el f’cr para lograr la resistencia el concreto requerida 1.34 De

1%

99 %


5.8. VALORES HALLADOS AGUA AIRE ATRAPADO RELACION A/C =

193 1.5 % 0.55

CEMENTO =

AGUA / (a/c)

CEMENTO =

193 / 0.63

CEMENTO =

306

Aditivo Reductor AGUA

10% 193 - 19.3 = 174

Cemento =

174/.63 =276 Ing. Rafael Cachay Huamán -

/42.5 = 7.2 bol.

/42.5 = 6.5 bol.

TABLA 3.- Relación a /c por Resistencia. F ’cr

(Kg/cm²) 150

200

Relación agua / cemento en peso Concreto sin aire Concreto con aire incorporado incorporado 0.71 0.80 0.61 0.70

f’ cr =245

( 0.63)

250

0.62

0.53

300

0.55 0.48 0.43 0.38

0.46 0.40

350 400 450


LEY DE ABRAM’S

5.9. CRITERIOS DE ACEPTACION Método de Diseño: Rotura Promedio Individualmente

≥ f ć

y

> f ć – 35 K g/cm² Ing. Rafael Cachay Huamán -

Conclusiones 1. 1. Debemos tener todos los datos técnicos de la Obra que vamos a realizar. 2. Saber las características de los materiales que vamos a utilizar. 3. El Diseño de Mezcla NO es un Procedimiento automático. 4. Los datos de la tabla y criterios de selección deben ser utilizados como una guía ( 1° estimación). 5. La experiencia del diseñador y el conocimiento profundo de las mezclas, deben normar el Diseño. Ing. Rafael Cachay Huamán -

Conclusiones 2. Mezclas preparadas en el Laboratorio: 6.-Podemos proporcionar los materiales, utilizando la experiencia y los métodos indicados. 7.-Podemos analizar el potencial técnico que tiene el concreto. Mezclas preparadas en Obra. 8.-Nos permite verificar la influencia de los procedimientos que utilizamos. 9.-Podemos sacar una ventaja tecnológica al tener y conocer varias alternativas de diseño. 10.-Podemos sacar una ventaja económica, al mejorar la calidad del concreto. 11.- y se incrementa al utilizar el avance tecnológico de los Aditivos. (Reducción del agua hasta 30 % - 40 %). Ing. Rafael Cachay Huamán -

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