DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PROPORCIONAMIENTO DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO
CEMENTO
AGREGADO
A GU A
ADITIVOS
COMBINACION CORRECTA Principios cientificos ³TECNICOS´
Principios empiricos ³ARTE´
CONCRETO ESPECIFICADO
TRABAJABILIDAD del concreto fresco: Facilidad de colocacion, compactado y acabado
RESISTENCIA del concreto endurecido endurecido a una edad especificada
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO COSTO
RESIST ENCIA Y RESISTENCIA DURABILIDAD
PASTA DE CEMENTO
AGUA
AGREGADO
CEMENTO
CONCRETO VARIABLES ADITIVO
ARENA GRAVA
TRABAJABILIDAD
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PROCEDIMIENTOS PARA DETERMINAR EL PROPOCIONAMIENTO METODO DE PESO
METODO DE VOLUMEN ABSOLUTO
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
DATOS QUE SE REQUIEREN PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA 1. GRANULOMETRIA del agregado (Modulo de finura) 2. PESO UNITARIO varillado seco del agregado grueso 3. DENSIDAD de los materiales 4. CONTENIDO DE HUMEDAD libre en el agregado (Absorcion) 5. Requerimientos aproximados de agua para la mezcla. (tabla) 6. Relaciones entre la resistencia y la relacion agua cemento Para las combinaciones de cemento agregado. (tablas) 7. ESPECIFICACIONES de la obra
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
EJEMPLO Calcular la proporcion del material en kilogramos: de cemento, agua, grava y arena, para elaborar el concreto de una zapata.
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO ESPECIFICACIONES DE LA OBRA
1. Tipo de construccion: Zapata de concreto reforzado 2. Exposicion del concreto: Mediana 3. Tamaño maximo del agregado: 38 mm 4. Revenimiento: de 7,5 a 10 cm 5. Resistencia a la compresion especificada a los 28 dias: 24,5 Mpa (250 kg/cm2)
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES SELECCIONADOS
CARACTERISTICA
CEMENTO
ARENA
GRAVA
Densidad
3.15
2.6
2.7
3150
2600
2700
relativa
Peso unitario (kg/m3)
1600
P.U. Varillado seco (kg/m3) Modulo de finura
2.8
Desviación
+2.5
de humedad a condicion SSS (%)
+.05
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 1. SELECCIÓN DEL REVENIMIENTO
Verificar el revenimiento especificado O bien seleccionar un valor apropiado Revenimiento = 7.5 a 10 cm, valor especificado, ver tabla.
Por lo que se puede aceptar el valor propuesto: Revenimiento = 7.5 a 10 cm, valor especificado.
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 1. SELECCIÓN DEL REVENIMIENTO
REVENIMIENTO RECOMENDADO PARA VARIOS TIPOS DE CONSTRUCCION TIPOS DE CONSTRUCCION
REVENIMIENTO (cm) Máximo Mínimo
Cimentaciones reforzadas, muros y zapatas
7.5
2.5
Zapatas simples, estribos y muros de sub estructuras
7.5
2.5
Vigas y muros reforzados
10
2.5
Columnas de edificios
10
2.5
Pavimentos y losas
7.5
2.5
Concreto masivo
7.5
21.5
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 2. SELECCIÓN DEL TAMAÑO MAXIMO DEL AGREGADO
Generalmente, el tamaño maximo del agregado grueso debera ser lo mayor que este disponible economicamente y en concordancia con las dimensiones de la estructura. En ningun caso debera exceder el tamaño maximo a: Un quinto de la dimension mas angosta entre los lados de la cimbra. Un tercio del peralte de las losas. Tres cuartos del espacio libre minimo emtre varillas de refuerzo. Tamaño maximo del agregado = 38 mm, valor dado.
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 3. CALCULO DE AGUA DE MEZCLADO Y CONTENIDO DE AIRE La cantidad de agua por unidad de volumen de concreto requerida para producir un revenimiento dado, depende:
Del tamaño maximo de las particulas. De la forma y la garnulometria de los agregados. Asi como la cantidad de aire incluido. Pero el contenido de cemento no afecta seriamente la mezcla.
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 3. CALCULO DE AGUA DE MEZCLADO Y CONTENIDO DE AIRE Entonces para determinar la cantidad de agua, vemos la siguiente tabla y para un revenimiento de 7.5 a 10 cm y un agregado maximo de 38 mm, la cantidad de agua es de 181 kg; con 1% de aire atrapado. AGUA DE MEZCLADO APROXIMADO (kg/cm3) Concreto sin aire incluido Revenimiento (cm)
Tamaño máximo nominal de los agregados (mm) 10
13
20
25
38
50
75
2.5 a 5
208
199
190
179
166
154
130
7.5 a 10
228
216
205
193
181
169
145
15 a 17.5
243
228
216
202
190
178
160
Aire atrapado (%)
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0.3
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 4. SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO La
fµc
La
fµcr
es la resistencia especificada del concreto. es la resistencia promedio a la compresion del concreto.
La fµcr que ha de utilizarse como base para calcular las proporciones de la mezcla, debera ser la que resulte mayor de las siguientes ecuaciones. 1.
fµcr = fµc + 1.34 S; donde hay 1% de probabilidad de que el promedio
de tres pruebas este debajo de fµc .
2.
fµcr = fµc + 2.33 S - 35; donde hay 1% de probabilidad de que una
prueba (solo una) este 35 kg o mas por debajo de fµc .
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 4. SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO
-
f¶cr
-
f¶cr
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 4. SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO
-
f¶c
-
f¶cr -
S
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 4. SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO
-
f¶c
-
-
f¶cr
f¶cr = f c + 1.34 S
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 4. SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO Cuando no se cuenta con datos adecuados para establecer una desviacion estandar, la resistencia promedio requerida puede determinarse en la forma siguiente: - f¶c (kg/cm2)
- f¶cr (kg/cm2)
< 210
- f¶c + 70
210 a 350
- f¶c + 84
> 350
- f¶c + 99
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 4. SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO Calculando la resistencia promedio de las ecuaciones, suponiendo una desviacion estandar de 2.1 Mpa, según experiencias pasadas.
1. fµcr = fµc + 1.34 S; donde: f¶cr = 245 + 1.34 x 21 = 27.3 Mpa. 2.
fµcr = fµc + 2.33 S - 35; donde: f¶cr = 245 + 2.33 x 21 ± 35 = 25.9 Mpa.
Por lo que tomamos el mayor valor que resulte que es: f¶cr = 27.3 Mpa.
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 4. SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO La relacion agua cemento lo determinamos según la siguiente tabla: RELACION AGUA CEMENTO Resistencia a la compresión A 28 dias (Mpa)
Relacion agua / cemento, por peso
40
Concreto sin aire incluido 0.42
Concreto con aire incluido *
35
0.47
0.39
30
0.54
0.45
25
0.61
0.52
20
0.69
0.60
15
0.79
0.70
Interpolamos, y tenemos que para f¶cr = 27.3 Mpa la relacion es 0.58
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 5. CALCULO DEL CONTENIDO DE CEMENTO Formula para determinar la cantidad de cemento: agua Cemento = relacion agua cemento
Entonces tenemos: Cemento = 181 kg / 0.58 = 312 kg Por lo que necesitamos 312 kg de cemento
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 6. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO GRUESO ³GRAVA´ Para un grado adecuado de TRABAJABILIDAD, el volumen de agregado grueso por unidad de volumen del concreto depende solamente de su TAMAÑO MAXIMO y del MODULO DE FINURA del agregado fino. Cuanto mas fina es la arena y mayor el tamaño de las particulas del agregado grueso, mayor es el volumen de agregado grueso que puede utilizarse para producir una mezcla de concreto de trabajabilidad satisfactoria. Si tenemos un tamaño maximo de grava de 38 mm y 2.8 para un modulo de finura de la arena, recurrimo a una tabla para determinar el factor que nos servira para determinar el volumen de la grava.
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 6. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO GRUESO ³GRAVA´ VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO Por unidad de volumen de concreto Tamaño máximo del agregado. ( mm )
Volumen de agregado grueso varillado en seco por unidad de volumen de concreto para diferentes Módulos de Finura 2.4 2.6 2.8 3.0
10
.50
.48
.46
.44
13
.59
.57
.55
.53
20
.66
.64
.62
.60
25
.71
.69
.67
.65
38
.75
.73
.71
.69
50
.78
.76
.74
.72
Entonces, el peso de grava varillado en seco es: GRAVA = Fvg x PUVS = 0.71 x 1600 = 1136 kg.
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 7. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO FINO ³ARENA´
METODO DE PESO: Si el peso unitario del concreto fresco se conoce por una previa experiencia entonces el peso requerido del agregado fino es simplemente la diferencia entre el peso por unidad del concreto y los pesos totales del agua, cemento y agregado grueso. METODO DE VOLUMEN ABSOLUTO: El volumen total desplazado por los ingredientes conocidos (agua, aire, cemento, grava) se resta al volumen unitario del concreto ( 1 m3 ) para obtener el volumen requerido del agregado fino. Este a su vez es convertido en unidades de peso multiplicandolo por la densidad del material. Si no se tiene el peso del concreto, hay que estimarlo conforme a la siguiente tabla:
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 7. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO FINO ³ARENA´ PRIMERA ESTIMACIÓN DEL PESO DEL CONCRETO FRESCO ( kg/m3 ) Tamaño máximo del agregado ( mm )
Peso del concreto, sin aire incluido
10
2280
13
2310
20
2350
25
2380
38
2415
50
2445
Según la tabla estimamos el peso del concreto para una grava de 38 mm y nos da un valor de 2415 kg/m3
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 7. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO FINO ³ARENA´
Entonces, el peso de la arena es: ARENA = concreto ± ( agua + cemento + grava ) ARENA = 2415 ± ( 181 + 312 + 1136 ) = 786 kg
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 8. AJUSTES POR HUMEDAD DEL CONCRETO Generalmente los agregados en el almacen estan humedos, mas que los considerados en el calculo, con base a los agregados superficialmente secos. Para la mezcla por tanteo, dependiendo de la cantidad de humedad libre de los agregados, el agua de mezclado se reduce y la cantidad de los agregados se incrementa correspondientemente. Ajuste por humedad para la mezcla de prueba de laboratorio. Reducimos los valores para 30 litros.
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 8. AJUSTES POR HUMEDAD DEL CONCRETO MATERIAL
kg/m3
Factor
kg/30 litros
Cemento
312
0.3
9.36
Arena
751
0.3
22.53
Grava
1136
0.3
34.08
Agua
181
0.3
5.43
TOTAL
2380
0.3
71.4
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 8. AJUSTES POR HUMEDAD DEL CONCRETO
MATERIAL
kg/30 litros
Cemento
9.36
*
9.360
Arena
22.53
22.53x0.025=0.56 22.53 + 0.56 =
23.09
34.08x0.005=0.17 34.08 + 0.17 =
34.25
5.4-(0.56+0.17) =
4.700
Grava
34.08
Agua
5.43
TOTAL
71.40
Correcciones
kg
71.4
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PASO 9. AJUSTES DE LA MEZCLA POR TANTEO Debido a las muchas suposiciones, los calculos teoricos deberan ser verificados en pequeños volumenes de concreto ( 30 litros ), la verificacion debera ser en: Revenimiento Trabajabilidad ( sin segregacion ) Peso unitario Contenido de aire Resistencia a la edad especificada
