DISEÑO DE MEZCLAS Método ACI
Conceptos básicos del concreto Elementos básicos que constituyen el concreto: • Agregado Agregado grueso = grava • Agregado Agregado fino
= arena
•Cemento • Agua Agua • Aire Aire • Aditivo Aditivo (s) • Adiciones Adiciones
AGREGADO GRUESO Y FINO 68% AGREGADOS VOLUMEN ABSOLUTO
AGUA 17% AIRE 2% CEMENTO 13% PASTA
PROPORCIONES EN VOLUMEN DE LOS MATERIALES USADOS EN EL CONCRETO
2%
AIRE
13 % CEMENTO
68%
AGREGADOS
17% AGUA
Diseño de Mezclas Un buen sistema de diseño, debe ser capaz de orientar la selección de los materiales disponibles y la proporción en que deben intervenir en la mezcla para obtener un concreto económico y que satisfaga los requisitos de un proyecto.
Para lo anterior, se tiene que preguntar : 1. ¿Qué 1. ¿Qué agregados están disponibles en forma económica? 2. ¿Qué 2. ¿Qué propiedades debe tener el concreto? 3. ¿Cuál 3. ¿Cuál es el medio para proporcionar las características deseables en forma económica?
Diseño de Mezclas Conceptos básicos para el diseño: •
Módulo de Finura : Número indicador de los diferentes tamaños y cantidades de que está constituida la arena.
•
Absorción: Habilidad que tiene los agregados para retener agua internamente.
•
Agregado saturado y superficialmente seco : Condición de humedad del agregado en la cual ni toma ni cede agua.
•
Densidad : Relación entre el Peso (masa) de un material y el volumen absoluto que ocupa dicho material.
Diseño de Mezclas Requisitos mínimos de los agregados para el diseño de mezclas : Análisis
Peso
Granulométrico de los agregados agregados grueso y fino.
Volumétrico, estado seco compacto, de la grava.
Densidad
de la grava y arena.
Absorción
de la grava y arena.
Humedad
de la grava y arena.
Diseño de Mezclas Cuando se desea diseñar y producir un Concreto, debemos pensar en satisfacer, por lo menos, cuatro requisitos: 1.
Resistencia
2.
Revenimiento (consistencia o fluidez)
3.
Tamaño máximo de agregado
4.
Rendimiento
ESTADíSTICA
O también:
f’cr = f’c +
t*
f’cr :
resistencia requerida para un % de fallas
f’c :
resistencia especificada por el cliente
t : factor necesario para un porcentaje de fallas deseado
: medida de la dispersión de los resultados de las pruebas
V : Coeficiente de Variación= / X
División aproximada del Área bajo la Curva de Distribución de Frecuencia Normal
Porcentajes de Prueba esperados abajo de f’ c cuando el promedio ( ) excede a f’c
en la cantidad mostrada.
% fallas
% fallas
La eficiencia del cemento es la resistencia obtenida por cada kilo de cemento empleado, por lo tanto: Eficiencia=
Resistencia obtenida Consumo de Cemento
(Kg/cm2) (Kg/m3)
Sobrediseño= Resistencia Sobrediseño= Resistencia Obtenida y Ponderada - f’cr suficiente (kg/cm2) El cual nos indica que tenemos un sobreconsumo de cemento por metro cúbico de concreto.
Si tenemos un Sobrediseño, tendremos un Sobreconsumo de Cemento igual a : Sobreconsumo = Sobrediseño Eficiencia
(Kg/cm2) (Kg/cm2/Kg/m3)
Diseño de Mezclas Resistencia • Revenimiento • Tamaño máximo de agregado • Rendimiento •
El revenimiento se elige por el constructor conforme al elemento que se va a colar; por ejemplo, en algunos reportes se sugiere lo siguiente: TIPO DE CONSTRUCCION
REV.. MAX. RECOMENDADO REV
Muros y zapatas, reforzados
75 mm
Zapatas, cajones estancos, sin refuerzo
75 mm
Vigas y muros reforzados
100 mm
Columnas
100 mm
Losas y pavimentos
75 mm
Diseño de Mezclas Resistencia • Revenimiento • Tamaño máximo de agregado • Rendimiento •
El tamaño máximo del agregado se selecciona por las características del elemento estructural y con lo dispuesto en los Reglamentos de Construciones de c ada localidad. El tamaño máximo no debe ser mayor de un quinto de la menor distancia horizontal entre caras de los moldes, ni de un tercio del espesor de las losas, ni de tres cuartos de la separación horizontal libre mínima entre barras, paquete de barras o tendones de presfuerzo.
Diseño de Mezclas Resistencia • Revenimiento • Tamaño máximo de agregado • Rendimiento •
El rendimiento del concreto es confirmar que un metro cúbico de concreto contiene 1000 litros, determinado de acuerdo a lo indicado en la NMX –C – 162 en vigor, o conforme a lo convenido entre fabricante y usuario.
Diseño de Mezclas Método recomendado por el ACI, para la dosificación de mezclas de concreto: 1. ELECC ELECCIÓ IÓN N DE DEL L RE REVE VENI NIMI MIEN ENTO, TO, se se elige el revenimiento adecuado para el tipo de elemento que se va a colar. 2. ELECCIÓ ELECCIÓN N DEL DEL TAM TAMAÑO AÑO MAX MAXIMO IMO DE AGR AGREGA EGADO, DO, en función de las prácticas recomendadas por el ACI: - No exceder de una quinta parte de la menor dimensión entre lados de cimbra. - No exceder de una tercera parte del peralte de las losas - No exceder de ¾ partes del espaciamiento libre entre varillas.
Diseño de Mezclas 3. ESTIMACIÓN DEL AGUA DE MEZCLADO Y DEL CONTENIDO DE AIRE, se AIRE, se determinan con el revenimiento y el tamaño máximo de agregado (tabla 4.1) 4. ELECCIÓN DE LA RELACION AGUA/CEMENTO, AGUA/CEMENTO, se determina en función de los requerimientos de resistencia, durabilidad y propiedades de acabado (ACI tabla 4.2) 5. CALCULO DEL CONTENIDO DE CEMENTO, se CEMENTO, se obtiene dividiendo el contenido de agua de mezclado entre la relación agua/cemento 6. ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AGREGADO GRUESO, GRUESO, este valor depende del tamaño máximo de agregado y del módulo de finura del agregado fino ( tabla 4.3)
Diseño de Mezclas 7. ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE AGREGADO FINO, FINO, este valor se puede obtener siguiendo 2 caminos: 7.1 POR PESO 7.2 POR VOLUMEN 8. AJUSTES 8. AJUSTES POR HUMEDAD DE LOS AGREGADOS 9. AJUSTES EN LA MEZCLA DE PRUEBA
Diseño Mezclas ACI Ejercicio Requisitos de proyecto: f´c = 250 kgf/cm 2 T.M.A. = 20 mm Revenimiento = 10 cm
f cr = f´c + st = 300 kgf/cm 2
Información de laboratorio: laboratorio : Granulometría de la arena y grava. M.F M.F.. arena = 2.80 Densidades: Absorción : Humedad : cemento 3.13 grava 4% grava 6% grava 2.40 arena 7% arena 10% arena 2.38 agua 1.0 Masa volumétrica. Estado seco y compacto
de la grava 1400 kg/m3
Diseño Mezclas ACI Ejercicio
Estimación del agua de mezclado y del contenido de aire Contenido de agua = 200 litros Contenido de aire = 2 %
Diseño Mezclas ACI Ejercicio
Elección de la relación agua a cemento a/c = 0.55
Diseño Mezclas ACI Ejercicio Cálculo del contenido de cemento:
Estimación de agua= 200 litros Relación a/c = 0.55 Cemento = 200 / 0.55 = 364 kg/ m 3
Diseño Mezclas ACI Ejercicio
Estimación del contenido de agregado grueso volumen de agregado grueso= 0.62 Que por el valor de la masa volumétrica en estado seco y compactado= 0.62 * 1400 = 868 kg/m 3
Diseño Mezclas ACI Ejercicio -Estimación del contenido de agregado fino por volumen :
Agua 200 litros Cemento 364 kg/m3 grava 868 kg/m3 Aire SUMA 1432 kg/m 3
= 200/ 1 = 200.0 litros = 364/3.13 = 116.3 litros = 868/2.40 = 361.7 litros 20 litros = = 698 litros
Volumen de arena = 1000 – 698 = 302 litros Peso de la la arena = 302 302 * 2.38 = 719 kg/m3
-Estimación del contenido de agregado fino por peso :
agua cemento grava suma
200 litros 364 kg/m3 868 kg/m3 1432 kg/m3
-Peso estimado del m 3 de concreto = 2200 kg/m 3 -Contenido de arena = 2200 – 1432 = 768 kg/m 3
Diseño Mezclas ACI Ejercicio Ajustes por absorción de los agregados: Grava : 868 * 1.04 = 903 kg (en estado saturado) Arena : 768 * 1.07 = 822 kg (en estado saturado)
Pesos finales por m3 de concreto: Cemento = 364 kg Agua = 200 litros Grava = 903 kg Arena = 822 kg
Diseño Mezclas ACI Ejercicio Corrección de una mezcla en sss por humedad y absorción
1er Grava: Grava :
Absorción (%)
Hume dad (%)
GJ2
15.47
0.00
AR1
3.30
2da Grava: 1e r Are na : 2da Arena:
0.00
1000
litros
Diseño de Mezcla de Concreto Diseño Base en condición de sss
Agua de absorción
Diseño en seco
Agua total del agregado
Agua libre
Diseño corregido por humedad y
Ce me nto:
C3
240
240.000
kg/m 3
1e r Gra va :
GJ2
753
752.900
kg/m
3
Grava seca= rava seca= 652.03
kg/m3 kg/ m3 100.87
lt/m3
0.00
lt/m3 -100.87
lt/m3 1e 1e r Gra va va :
0
0.000
kg/m
3
Grava seca= 0.00
kg/m3 kg/ m3
AR1
301
301.200
kg/m 3
0
0.000
A1 --
100
100.000
1394. 10 100
1394. 10 100
kg/m
2da Grava: 1e r Are na : 2da Arena: Agua Aire M as asa Uni ta ta rrii a
Cemento= emento=
240.00
kg/m3 kg/ m3
Ce me nto:
C3
240.000
GA2
652.031
0.00
lt/m3
0.00
lt/m3
0.00
l t/ t/ m3 m3
2da Gr Grava:
0.000
Arena seca= 291.58
kg/m3
9.62
lt/m3
0.00
lt/m3
-9.62
lt/m3
1e r Are na na :
AA1
291.578
kg/m 3
Arena seca= 0.00
kg/m3
0.00
lt/m3
0.00
lt/m3
0.00
lt /m /m3
2da Ar Arena:
l / m3
Agua de me me
3
M .U .U. =
210. 49 49
lt /m /m3 Tota le s: 110.49 13 94 94. 10 100 kg/m3
Agua lt/m3
Pulsar
0.00
lt/m3
-110.49
lt/m3
0.000
A1
100.000 110.491 1394.100
Agua p/condición p/condición sss = Masa Unitaria
Diseño Mezclas ACI Ejercicio Corrección de una mezcla en sss por humedad y absorción CEMEX Concretos, S.A. de C.V. Control de Calidad
Rediseño una mezcla 1.000
Volumen remisionado de la olla= Masa de la olla de concreto= Masa de olla (tara)= Factor= Masa Unitaria=
25.490 4.160 100.3 2139.40
m3
kg kg 1/m kg/m
Cantidad de materiales del diseño de carga original (corregido por GINCO por
Material (es) añadido (s) de más o de menos a
MaterialesTOTALES incorporados en
humedad y absorción), es decir materiales de carga
TODA la olla de concreto
la olla de concreto
Para: Tipo de Cemento: 1er Grava:
Humedad (%)
1.55
0.00
= =
kg kg
9.00
= =
kg kg
=
kg
A1
=
kg
--
=
kg
--
=
D11 D31
= =
ml ml
D11 D31
= =
300.000 786.000
kg
C3
kg
GB2
AR1
= =
0.000 865.000
kg kg
=
0.000
kg
=
230.000
kg
2da Arena: Agua
Absorción en GINCO (%)
C3 GB2
2da Grava: 1er Arena:
m3
m.e. (densidad) (g/cm3)
A1
AR1
= =
300.000 786.000
kg kg
AR1
= =
0.000 865.000
kg kg
=
0.000
kg
=
230.000
kg
= =
1000.000 750.000
ml ml
A1
--
=
D11 D31
= =
1000.000 750.000
ml ml
1.00 1.00
1.000 0.750
kg kg
3er Aditivo (cc)
=
0.000
ml
1.00
0.000
kg
=
ml
=
0.000
ml
4to Aditivo (aire en cc)
=
0.000
ml
1.00
0.000
kg
=
ml
=
0.000
ml
5to Aditivo (aire en lts)
=
0.000
l
1.00
0.000
kg
=
l
=
0.000
l
1er Adición (en kg/m3) 2da Adición (en kg/m3)
= =
0.000 0.000
kg kg
= =
kg kg
= =
0.000 0.000
kg kg kg
Aire 1er Aditivo (cc) 2do Aditivo (cc)
kg
3.30
C3 GB2
kg
3er Adición (en %cem)
=
0.000
kg
=
kg
=
0.000
4ta Adición (fibras)
=
0.000
kg
=
kg
=
0.000
5ta Adición (fibras)
=
0.000
kg
=
kg
=
0.000
kg
Otro (perla polipropileno)
=
0.000 2182.750
kg kg
=
kg
=
0.000 2182.750
kg kg
= =
2139.40 1.020263
kg/m3 m3 =
Masa Unitaria del Concreto Volumen
0
Rendimiento volumétrico= 1020.26
102. 03
0
kg
%
litros de concreto
Cantidades de materiales re-diseñadas para generar 1 m3 (1000 l) de Concreto Materiales con su humedad Tipo de Cemento:
Materiales en condición seca
C3
=
294.042
kg
C3
=
294.042
kg
1er Grava:
GB2
=
770.389
kg
GB2
=
770.389
kg
2da Grava: 1er Arena:
AR1
= =
0.000 847.820
kg kg
AR1
= =
0.000 777.817
kg kg
2da Arena: Agua
A1
= =
0.000 225.432
kg kg
A1
= =
0.000 295.436
kg kg
--
=
--
=
1er Aditivo (cc)
D11
=
980.139
ml
=
0.980
kg
D11
=
980.139
ml
2do Adit ivo (cc)
D31
=
735.104
ml
=
0.735
kg
D31
=
735.104
ml
3er Aditivo (cc)
=
0.000
ml
=
0.000
kg
=
0.000
ml
4to Aditivo (aire en cc)
=
0.000
ml
=
0.000
kg
=
0.000
ml
5to Aditivo (aire en lts)
=
0.000
l
=
0.000
kg
=
0.000
l
1er Adición (en kg/m3)
=
0.000
kg
=
0.000
kg
2da Adición (en kg/m3) 3er Adición (en %cem)
= =
0.000 0.000
kg kg
= =
0.000 0.000
kg kg
4ta Adición (fibras) 5ta Adición (fibras)
= =
0.000 0.000
kg kg
= =
0.000 0.000
kg kg
Otro (perla polipropileno)
=
0.000
kg
=
0.000
kg
2139
kg/m3
2139
kg/m3
Aire
Materiales en condición de sss = 294 kg = 782 kg = 0 kg AR1 = 803 kg = 0 kg = A1 258 kg = -D11 = 980.139 ml D31 = 735.104 ml = 0.000 ml = 0.000 ml = 0.000 l
C3 GB2
= = = = = = Masa Unitaria=
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
kg kg kg kg kg
2139
kg/m3
kg
Pulsar
Diseño Mezclas Especiales Consideraciones para el diseño de mezclas de concretos especiales: • Concretos de
Alta Resistencia – base de diseño sin ninguna consideración en particular
• Concretos Arquitectónicos Blancos – base de diseño sin ninguna consideración en particular • Concretos MRs – base de diseño sin ninguna consideración en particular • Morteros - base de diseño: Cantidad de grava igual a cero. • Morteros Estabilizados - base de diseño: Cantidad de grava igual a cero. • Relleno Fluido – base de diseño: Cantidad de grava igual a cero (y además base de diseño de un producto ligero)
Autocompactables ctables – base de diseño: baja cantidad de grava en relación a un concreto convencional. • Concretos Autocompa • Concretos Secos - base de diseño: Cantidad de agua igual a cero. • Concretos Ligeros - con la variable adicional de establecer una Masa Unitaria como condicionante del diseño; además del uso de aditivos y/o materiales incorporados de aire (volumen) en la mezcla.
• MRs de baja contracción – con cantidades máximas de agua y cemento como condicionantes del diseño. • Concretos Arquitectónicos con Color *
