DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO HIDRÁULICO El objet objetivo ivo de diseñ diseñar ar una una mezcl mezcla a de concr concreto eto consi consiste ste en dete determi rminar nar la combinación más práctica y económica de los materiales con los que se dispone, para prod produc ucir ir un conc concre reto to que que sati satisf sfag aga a los los requ requis isit itos os de comp compor orta tami mien ento to bajo bajo las las condiciones particulares de uso. Para lograr tal objetivo, una mezcla de concreto bien proporcionada deberá poseer las propiedades siguientes: . En el concret concreto o fresco, fresco, trabajab trabajabilid ilidad ad aceptab aceptable. le. !. En el concreto concreto endurecid endurecido, o, durabilidad, durabilidad, resistenci resistencia a y presentación presentación uniforme. ". Econo onom#a. m#a.
PROC PROCED EDIM IMIE IENT NTO O GENE GENERA RAL L A SEGU SEGUIR IR EN EL DI DISE SEÑO ÑO DE UNA UNA MEZCLA DE CONCRETO HIDRÁULICO. $ntes de efectuar efectuar el proporcionamien proporcionamiento to de una mezcla, se seleccionan seleccionan sus caracter#sticas en base al uso que se propone dar al concreto, a las condiciones de e%posición, al tamaño y forma de los miembros y a la resistencia del concreto que se requ requier iera a para para la estru estructu ctura. ra. &os &os paso pasos s gener generale ales s a segu seguir ir para para el diseñ diseño o son son los siguientes:
1. Determinaci Determinación ón e !a !a re!ación re!ación a"#a$c a"#a$cement% ement% &A'C(. &A'C(. 'omada mada de datos datos de ensay ensaye, e, de e%per e%perien iencia cias s anter anterior iores es o bien bien de relac relacion iones es previamente establecidas para cumplir con los requisitos de durabilidad resistencia especificados en la obra o estipulados en el proyecto. Esa selección se puede (acer mediante el empleo de las )urvas de $brams $brams o de tablas de valores que el *nstituto $mericano del )oncreto )oncreto (a desarrollado. desarrollado.
). E!ecci E!ección ón e !%* !+mite !+mite** e re,enimi re,enimient ent% % -#e ermita ermitan n e! mane/% mane/% 0 c%!%ca c%!%cació ción n ar%iaa e! c%ncret% en !a* c%nici%ne* artic#!are* e caa %2ra. Estos l#mites nos sirven para determinar la trabajabilidad trabajabilidad en el concreto concreto que se valla a utilizar, de acuerdo con el carácter y tipo de la obra. E%isten varias tablas en donde se recomiendan varios revenimientos.
3. Determinación e! tama4% m56im% e! a"re"a% "r#e*%. Este tamaño má%imo quedará fijado por el tipo de obra y por el espaciamiento y cantidad de refuerzo. +ic(o tamaño deberá ser el má%imo posible por razones de econom#a y reducción de e%pansiones y contracciones en el concreto, pero se deberá usar aquel tamaño que no e%ceda un quinto de la menor dimensión entre los lados de la cimbra ni res cuartos de la distancia libra entre las varillas o cables de refuerzo individuales, paquetes de varillas, o ductos o tendones de presfuerzo. Para losas en pavimentos sin refuerzo, el tamaño má%imo no deberá rebasar un tercio del espesor de la losa.
7. C5!c#!% e !a cantia e a"#a nece*aria ara 1 m3 e c%ncret%. Para un tipo determinado de materiales y una relación aguacemento fija, el contenido de agua es el factor básico más importante que afecta la calidad del concreto.
Para una cierta relación agua -cemento, la mezcla que requiere el
m#nimo contenido de agua, tendrá la menor cantidad de cemento. &as proporciones para mezclas de prueba son determinadas tomando como base el requisito de la estimación de la cantidad de agua de mezcla necesaria por unidad cbica de concreto.
8. E*timación %r mei% e at%* e en*a0e % e re!aci%ne* 0 ta2!a* e! m+nim% %rcenta/e e arena. Esto es para proporcionar al concreto el grado adecuado de manejabilidad, sin aumento considerable del consumo de cemento. /ecordamos que a igualdad de peso, entre más pequeño es un agregado p0treo, mayor superficie espec#fica tiene para recubrir. El porcentaje óptimo de arena es aquel que nos da el más bajo contenido de agua sin menoscabo de la trabajabilidad. Este porcentaje, tambi0n es utilizado para determinar el contenido de agregado grueso.
9. C5!c#!% e !a* r%%rci%ne* en -#e inter,ienen !%* materia!e* en !a me:c!a e r#e2a. +e acuerdo con lo requisitos anteriores, para dic(o cálculo se pueden seguir varios procedimientos que dependen de los datos disponibles y de la importancia de la obra por construir. +urante el cálculo de las proporciones, nicamente en los agregados p0treos, se tomarán en cuenta las condiciones por (umedad y absorción, modificado de esta manera la cantidad de agua. !
;. A/#*te* a !a me:c!a e r#e2a. En caso de necesitarse, estos ajustes se (acen con el fin de corregir el revenimiento cuando no sea el proyectado y mejorar las caracter#sticas de plasticidad del concreto.
<. Re%rte =ina! e !a me:c!a e!a2%raa inc!#0en% e! re*#!ta% e !a* r%2eta* en*a0aa* a !a c%mre*ión a i,er*a* eae*. Este reporte se (ace en forma de cuadro en que se presentan las proporciones de los materiales en peso, en volumen sólido o absoluto y en volumen aparente. )omo complemento de lo anterior se reportan las caracter#sticas generales de la mezcla que incluyen: consumo práctico de cemento por m ", peso volum0trico del concreto fresco, revenimiento práctico, rendimiento real de la mezcla, por ciento de fluidez, cantidad de aire atrapado o incluido, etc.
M>TODOS DE DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO HIDRÁULICO. Para iniciar con el diseño de mezcla, es necesario tomar en cuenta los siguientes datos:
1. ). 3. 7. 8.
'ipo de obra o elemento a colar, condiciones de e%posición /esistencia de proyecto a la compresión 1f2c3. 'amaño má%imo del agregado '4$, /evenimiento. En el agregado grueso 15rava3: a. P.6.7.7. b. P.6.7.). c. +ensidad d. $bsorción: e. )ontenido de (umedad f. 8rigen
9. En el agregado fino 1arena3: g. P.6.7.7. (. P.6.7.). i.
+ensidad
j.
$bsorción: "
9. )ontenido de (umedad l. 4ódulo de finura m. 8rigen
;. En el cemento: a.
P.6.7.7.
b.
+ensidad.
c.
'ipo de cemento
M>TODOS MÁS UTILIZADOS PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO? A. 40todo de volmenes absolutos @. 40todo de las curvas de $brams
A. Mt%% e B%!mene* A2*%!#t%*? Procedimiento:
a ( +eterminación del f2cr 1/esistencia a la compresión requerida3. )uando se dispone de datos estad#sticos de campo. 7e utiliza la a.1 tabla ;.
2.1
)uando no se dispone de datos estad#sticos. 7e utiliza la tabla .
2(
+eterminación de la relación aguacemento. 7e emplean las tablas , !, ", < y figura .
c(
'amaño má%imo del agregado grueso. 7i no se especifica, puede ser determinado como se e%plicó en párrafos anteriores.
(
)ontenido de aire. Puede o no llevar, si lleva es necesario especificarlo, aunque el concreto tiene aire atrapado, este se determina de la tabla =.
e(
/evenimiento, si no viene especificado, para determinarlos se utiliza la tabla .
=(
+eterminación de los ingredientes para m " y para determinar la mezcla de prueba. <
a.1
)ontenido de agua. Para determinar el contenido de agua de mezclado apro%imado, se emplea la tabla =
2.1
)ontenido de cemento. 7e determina aplicando la siguiente e%presión:
Contenido de cemento
c.1
=
Contenidod eagua Relación agua/cemento
)ontenido de grava. 7e determina de la siguiente manera. Contenido de grava
=
(PVSC ) × (Vol. agregado grueso por metro cúbico de concreto) .
El volumen de agregado grueso se determina empleando la tabla >, con el módulo de finura y el tamaño má%imo del agregado.
.1
)ontenido de arena. 1+os variantes para determinar el contenido de arena3 i.
)alculando
el
volumen
absoluto
de
los
ingredientes
conocidos en un metro cbico. 7e convierten a volmenes absolutos los ingredientes Cemento (m & ) %gua (m & )
=
=
$eso del cemento# en "g !ensidad del cemento × 1 $eso del agua# en "g
!ensidad del agua
×
1
$eso de la grava# en "g
Grava (m & )
=
Aire (m & )
estimado de l atabla 7 - 6
&
=
Arena ( m ) Arena (kg )
=
=
ii.
!ensidad de la grava × 1
1 m
&
−
(Vol. de cemento + Vol. de agua + Vol. de grava + Vol. de aire) &
Arena (m ) ∗ Densidad de la arena ∗ 1
Estimando el peso volum0trico del concreto fresco. Arena ( kg ) PVCF
=
=
PVCF − ($eso de cemento + $eso de agua + $eso de grava)
$eso volumtrico del concreto 'resco estimado para 1 m & #
>
C5!c#!% tentati,% e! e*% e! c%ncret% "'m3 'amaño 4á%imo de
)oncreto sin
)oncreto con
agregados, mm 1plg3 ?.> 1"@AB3 !.> 1@!C3 ? 1"@ 1C3 ".> 1 @!C3 >; 1!C3 > 1"C3 >; 1=C3
aire incluido !!A; !"; !"<> !"A; !<; !<<> !";
aire incluido !!;; !!"; !!> !!?; !">; !"<> !<;> !<">
6olumen absoluto de la arena Arena (m& )
"(
=
$eso de la arena# en "g !ensidad de la arena × 1 "g/m
&
$justes por el contenido de (umedad de los agregados
E%cepto el cemento, las cantidades de material obtenidas para un m & de concreto 1grava, arena y agua3, serán corregidas al considerar el contenido de (umedad de los agregados, as# como la absorción de agua de los mismos, a fin de que no se afecte la relación $@) de diseño.
El peso de los agregados se modifica al considerar su contenido de (umedad, de la siguiente manera:
$esodeagregado 1+Contenidode)umeda $esodeagregado cor egido= & × p ar 1.m delosagregados =
$esode ($esodelagrva) ($esodela rena) $esodeagu coregido= agu + × + × & (%bsorción−Cont.de)um.) (%bsorción-Cont.de)um.) par 1.m ( )álculo de ingredientes para elaborar la mezcla de prueba Cemento Agua
=
=
&
( Peso de cemento para 1m ) × (Vol . para 6 cilindros ) &
( Peso de agua para 1m ) × (Vol . para 6 cilindros ) &
Grava
=
( Peso de grava para 1m ) × (Vol . para 6 cilindros )
Arena
=
( Peso de arena para 1m ) × (Vol . para 6 cilindros )
&
Para la mezcla de prueba deberá realizarse tambi0n los ajustes por (umedad y absorción en los agregados para no modificar la relación aguacemento
i ( *nforme final: 5eneralmente incluye: consumo de materiales por m " de concreto, Peso volum0trico del concreto fresco, consumo de materiales por saco de cemento. )antidades para "
)antidades por m de concreto /elaciones
4ateriales Peso en 9g
!
6ol.
6ol.
$bsoluto
$parente
en m".
en lts.
"
<
en peso
>
/elaciones
saco de cemento de >; 9g.
en vol. aparente
=
En 9g
Proporción en latas
En lts. aparentes A
?
)emento
$gua 5rava $rena $ire $ditivo 7umas P.6.).D. teórico.
Procedimiento de llenado de la tabla. )olumna . 7e anotan los ingredientes que intervienen en m " de concreto )olumna !. se anotan las cantidades en 9g de los materiales para m ". )olumna ". se anotan los volmenes absolutos de los materiales en m ".
Vol . Absoluto =
Peso del material en kg para un m& Densidad del material en kg / cm&
)olumna <. se anotan los volmenes aparentes para m ". 7e determina al dividir el peso de cada material entre su correspondiente peso volum0trico en 9g@m", posteriormente multiplicado por ,;;; para convertirlos a litros.
Vol . Aparente
=
Peso del material en kg para un m& Peso volumetrico del materialenkg
×
1
)olumna >. 7e anotan las relaciones en peso. 7e obtienen dividiendo el peso de cada material 1)olumna !3 entre el peso del cemento Re l . en peso =
Peso del material en kg para un m& Peso del cemento para 1 m&
)olumna =. 7e anotan las relaciones en volumen aparente. 7e obtienen dividiendo el volumen aparente de cada material 1columna "3 entre el volumen aparente del cemento. Vol . en volumen aparente
=
Volumen aparente del material en lts para 1 m& Volumen aparente del cemento para 1 m&
A
)olumna . 7e anota la cantidad en 9g por saco de cemento de >; 9g. 7e obtiene multiplicando el peso de un saco por cada uno de los valores de la columna > 1/elaciones en peso3. )olumna A. 7e anota la cantidad en lts aparentes por saco de cemento de >; 9g que equivale a "" lts. 7e obtiene multiplicando el volumen de un saco por cada uno de los valores de la columna = 1/elaciones en volumen aparente3 7e considera que un saco de cemento equivale a ! latas. )olumna ?. 7e divide cada uno de los valores de la columna A entre el volumen de una lata considerado de A lts.
?
@.
Mt%% e !a* C#r,a* e A2ram*. Para este m0todo se utilizan los mismos datos que se usaron por el m0todo de 6olmenes $bsolutos.
1. 8btención de la relación agua@cemento en peso, 1$@)3
peso
.
7e (an dibujado varias curvas de acuerdo con el tipo de cemento que se pretenda usarF la curva $ es empleada para condiciones r#gidas o de laboratorio y la curva G para condiciones comunes o de obra. &a curva ) se puede utilizar para cementos en que las resistencias obtenidas en ensayes previos, demuestren ampliamente el sobrepasar lo esperado con relaciones aguacemento normalmente usadas para alcanzar la resistencia de proyecto. +e la figura Ho. , empl0ese la curva G que corresponde a condiciones comunes de trabajoF partiendo en el eje vertical izquierdo, se traza por la resistencia de proyecto una recta (orizontal (acia la derec(a (asta cortar la curva G, donde se fija el punto de intersección, por el cual se trazará una recta vertical (acia abajo (asta intersectar el eje (orizontal, el punto de intersección indicará el valor de la relación agua@cemento en peso.
). 8btención de la relación grava@arena en peso 15@$3
peso
.
Empleando la gráfica Ho. !, se fija el valor del módulo de finura de la arena en el eje vertical, y a partir de all# se traza una recta (orizontal (acia la derec(a (asta intersectar la curva correspondiente al 'amaño 4á%imo del $gregado del proyecto, 1'4$3. +el punto de intersección, se traza una recta vertical (acia abajo (asta intersectar el eje (orizontal, el punto de intersección indicará el valor de la relación grava@arena en peso.
3. 8btención del contenido de agua en litros por metro cbico de concreto. +e la gráfica Ho. ", y tomando como dato de partida el valor de la relación grava@arena en peso, se levanta una recta vertical (asta intersectar la curva correspondiente al 'amaño 4á%imo del $gregado de proyecto, de este punto de intersección, se traza una recta (orizontal (acia la izquierda (asta intersectar en el eje vertical el contenido de agua en litros por metro cbico de concreto. El contenido de agua obtenido corresponde a un revenimiento de ; cm., por lo cual para un revenimiento diferente, será necesario corregir dic(o contenido, en "I por cada !.> cm., de variación que se tenga con respecto al de ; cm., aumentando o disminuyendo el contenido de agua calculada segn sea el caso.
7. 8btención de las relaciones en volumen. a. /elación agua@cemento en volumen. Re l A / C en volumen
=
( Re l A / C en
peso ) × Densidad del cemento
;
b. /elación grava@arena en volumen. Re l
G / A en volumen =
Densidad de la arena Densidad de la grava
×
Re lación
G / A en peso
8. 8btención de los ingredientes en litros por metro cbico de concreto, 16olumen absoluto3. a.
Cemento ( lts / m & )
=
Agua en litros por m & Re l A / C en volumen
b. Lechada (lts / m & ) = Agua en litros por m & + Cemento en litros por m & c. Aire lts / m & se toma de .* a & + por m & # es decir de * a & litros por m & d. Agregados lts / m & = 1 litros − Lechada − aire en litros por m & =
e. Arena ( lts / m f.
&
)
=
Agregados en litros por m & Re l
G / A en volumen + 1
Grava ( lts / m & ) = Agregados en litros por m & − Arena en litros por m &
9. 8btención de los ingredientes en 9ilogramos por metro cbico de concreto. a. Cemento (kg / m& ) = Cemento en lts / m& × Densidad del cemento en kg / lt b. Agua (kg / m& ) = Agua en lts / m& × Densidad del agua en kg / lt c. Grava (kg / m& ) = Grava en lts / m& × Densidad de la grava en kg / lt d. Arena (kg / m& ) = Arena en lts / m& × Densidad de la arena en kg / lt
;. Para el informe final, se sigue el mismo procedimiento que el 40todo de 6olmenes $bsolutos. 1El llenado de la tabla es igual, as# como las correcciones por (umedad y absorción3
