DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO POR EL METODO ACI 211.1 Procedimiento.
Elección del revenimiento
Tamaño máximo del agregado
Cantidad de agua y contenido de aire
Relación A/C
Cantidad de cemento
Contenido de grava
Contenido de arena
Ajustes por humedad
Ajustes a la mezcla de prueba
Primer Paso.
Cuando no se especifique se procede a la elección del revenimiento *(Tabla 6.3.1)
* Se puede incrementar cuando se usan aditivos Tabla 6.3.1 Revenimientos recomendados para diversos tipos de construcción
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El revenimiento se puede incrementar cuando se emplean aditivos químicos. Se debe considerar que el concreto tratado con aditivos tiene una relac ión agua/materiales cementantes igual o menor sin que potencialmente se tenga segregación o sangrado excesivo Se puede incrementar en 2.5 cm cuando los métodos de compactación no sean mediante vibrado.
Segundo paso.
Elección del tamaño máximo de agregado (ACI 318)
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El tamaño máximo del agregado no debe exc eder:
La quinta parte del espacio más angosto e ntre las formas laterales
La tercera parte del espesor de losas
Las tres cuartas partes del espacio libre entre las varilla o alambres individuales de refuerzo, paquetes de varillas, o tendones y ductos de presfuerzo
Tercer paso.
Cálculo del agua de mezclado *(tabla 6.3.3) y el contenido de aire La cantidad requerida de agua depende del TMA, de la forma de partícula, granulometría de los agregados, la temperatura del concreto (en función del ambiente o condicionamiento artificial) así como del empleo de aditivos
Tabla 6.3.3 Requisitos aproximados de agua de mezclado y contenido de aire para diferentes revenimientos y tamaños máximos nominales del agregado pétreo
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Estas cantidades de agua de mezclado para em plearse en el cálculo del contenido de cemento para mezclas de prueba a una temperatura de 20 a 25°C.
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Son cantidades máximas para agregados gruesos angulosos, razonablemente bien formados y con granulometría dentro de los límites aceptados por la ASTM C 33.
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El empleo de aditivos reductores de agua que cumplen con ASTM 494 puede reducir el contenido de agua en un 5% o más. El volumen de los aditivos debe considerarse como parte del volumen del agua de mezclado.
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Para obtener revenimiento mayores de 18 cm y TMA <25 mm, es necesario el empleo de aditivos reductores de agua.
+ Los valores de revenimiento para concreto con agregados mayor de 40mm están basados en prueba de revenimiento después de quitar las partículas mayores de 40 mm mediante cribado húmedo.
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Cuarto paso.
Selección de la relación a/c o a/cementante
Se determina no sólo por los requisitos de resistencia sino también por otros como durabilidad.
Para condiciones de exposición severa, la relación a/c debe mantenerse baja aunque la re sistencia resulte excedida notablemente (Tabla 6.3.4 (b)).
* A falta de especificación, se recurre a la tabla 6.3.4 (a); r elaciones estimadas para concreto con cemento portland tipo I.
Curva de relación agua/cemento
Tabla 6.3.4 (b) Relaciones agua/cemento o agua/cementante máximo recomendables para concr eto sujeto a exposiciones severas*
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Basado en el informe del comité del ACI 201, los materiales deben satisfacer a ASTM C 618 (ffy ash) y ASTM C 989 (escoria granulada de alto horno)
+ El concreto debe tener aire incluido ++ Si se emplea cemento resistente a los sulfatos (tipo II o tipo V de la Norma ASTM C 150), la relación agua/cemento o agua/materiales cementantes permisibles se puede incrementar en 0.05
Quinto paso.
Cálculo del contenido de cemento Despejando de la formula a/c=x ; c=a/x, en Kg/m3
Sexto paso.
Estimación del contenido de grava* (tabla 6.3.6)
Para colados con bomba o áreas congestionadas, se recomienda reducir el volumen de agregado recomendado en esta tabla, hasta en un 10%.
Para concreto menos trabajables como los requeridos para la construcción de pavimentos de concreto, se pueden incrementar un 10% aproximadamente.
Tabla 6.3.6 Volumen de agregado grueso por volumen unitario
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* Volúmenes seleccionados a partir de relaciones empíricas para producir concretos con un grado de trabajabilidad adecuado a la construcción reforzada común.
Séptimo paso.
Estimación de la arena * Se puede determinar por diferencia de volúmenes absoluto
Octavo paso.
Ajuste por humedad del agregado
Humedad en el agregado
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Noveno paso.
Ajuste de la mezcla por rendimiento (ASTM C 138) La variación se produce por cambio de la densidad de los materiales –principalmente los agregadosfallas del equipo de pesaje, no efectuar la corrección de humedad en los agregados, etc.
El ajuste por rendimiento se puede explicar de una manera simple como la corrección de una mezcla para dosificar los ingredientes de tal manera que 1 m3 de concreto corresponda a 1000 litros, es decir que no existan ni mermas ni sobrantes.
Se requiere diseñar una mezcla de concreto para la construcción de varias torres de una línea de trasmisión que cruza el mar. Las consideraciones estructurales estipulan una resistencia promedio a la compresión a los 28 días de 250 Kg/cm2 y la grava de que se dispone es de 38 mm. La sección de los soportes son de 45x45 cm. El recubrimiento es de 7.5 cm.
Datos de los materiales:
Cemento portland CPC 30 RS, sin aire incluido y densidad aparente de 3.15.
Agregados de buena calidad física que cumple con las granulometrías requeridas por la especificación ASTM C 33.
Densidad aparente del agregado grueso de 2.61, adsrción de 1.1% y PVSC de 1610 Kg/m3.
Densidad de la arena de 2.58, adsorción de 1.4% y módulo de finura de 2.50.
PRIMER PASO:
Revenimiento: 10 cm (de la Tabla 6.3.1)
SEGUNDO PASO: TMA: 38 mm (asentado en especificaciones de obra, según ejercicio). De no ser así se recurre a recomendaciones de ACI 318.
TERCER PASO: Agua de mezcla: 181 Litros/m3* (tabla 6.3.3) •
Como se empleará un aditivo reductor de agua, el consumo de agua de mezcla se estima en: 181 x 0.07 = 13 L ; entonces, agua de mezcla = 181 – 13 = 168 L/m3
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Vacios en el concreto: 1% (de misma tabla)
CUARTO PASO: Relación a/c: Por las condiciones de exposición severa de las estr ucturas de concreto rige el criterio de durabilidad, por lo que se selecciona la relación a/c = 0.45 (tabla 6.3.4 (b)). De acuerdo con las notas de ésta, la relación a/c puede incrementarse a 0.50
QUINTO PASO: Con base a la información del tercero y cuarto paso, se determina el contenido de cemento (de la fórmula a/c) Sustituyendo: 168/c = 0.50 Despejando c, entonces: 168/0.50 = 336 C= 336 Kg por m3
SEXTO PASO: El contenido de grava se obtiene con la información del módulo de finura de la arena= 2.5 y el T.M.A. = 38 mm, de la Tabla 6.3.6; conforme a ella, se deduce que el volumen de agregado grueso o grava (base PVSC) que se puede usar en un m3 de concreto es igual a 0.74 m3. Puesto que el PVSC es igual a 1.610 Kg/m 3 (información del laboratorio), se requiere entonces de: 1,610 x 0.74 = 1,191 Kg de grava por m3 de concreto de concreto.
SEPTIMO PASO:
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OCTAVO PASO: La humedad total de la arena resulto de 3.5%; la de la grava fue de 0.40%. Empleando la proporción calculada, los pesos corregidos de los agregados quedarán: Grava húmeda = 1,191 x 1.004 = 1,196 Kg Arena Húmeda = 668 x 1.035 = 691 Kg
Puesto que el agua de absorción no forma parte del agua de mezcla, ésta debe excluirse del ajuste del agua adicional, por tanto el agua superficial aportada por el agregado será: Grava = 1.1% (absorción) – 0.4% (humedad) = 0.7% x 1,191 = 8 L Arena = 1.4% (absorción) – 3.5% (humedad) = -2.1. x 668 = -14 L
De esta manera, el requerimiento estimado de adición de agua será de: 168 + 8 – 14 = 162 L Conforme a lo anterior, los pesos estimados de materiales para un metro cúbico de concreto , corregido por humedad, serán: Cemento = 336 Kg Agua = 162 L Arena = 691 Kg Grava = 1,196 Kg
Suma: 2,385 Kg
NOVENO PASO: Corrección por rendimiento: Para el ensaye en laboratorio, se preparó un volumen de 45 Litros de mez cla. Para obtener el revenimiento deseado, se adicionó en re alidad 7.410 L de agua (+0.120 L), + 0.240 Kg de cemento para mantener la relación a/c = 0.50, por lo tanto la mezcla se compone de:
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Cemento Agua
= 15.120 + 0.240 = 15.360 Kg = 7.290 + 0.120 = 7.410 L
Arena húmeda = 31.095 Kg Grava húmeda = 53.820 Kg
SUMA = 107.685 Kg La mezcla tuvo buena trabajabilidad, cohesión, acabado y aparie ncia satisfactoria; el PU real del concre to fue de 2,378 Kg/m3 por lo que para proporcionar una mezcla de volumen correcto, se efect úa el ajuste por rendimiento de la prueba = 107.685/2,378 = 45.284 L Por consiguiente, los pesos para elaborar un metro c úbico de concreto, serán: Cemento Agua
= 15.360/0.045284 = 339 Kg = 7.410/0.045284 = 164 L
Arena húmeda = 31.095/0.045284 = 687 Kg Grava húmeda = 53.820/0.045284 = 1,188 Kg
SUMA= 2,378 Kg
Diseño final
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