INFORME N°7 BASADO BAS ADO EN EL MÉTODO ACI-211 ACI-211 PARA PARA EL DISEÑO MEZCLA DE CONCRETO.
RESUMEN Este trabajo presenta el análisis y la determinación de cantidad de materias primas necesarias para la mezcla de concreto, basado en el método que establece la norma ACI 211. ic!o ensayo se realizó el pasado 11 de A"osto en la práctica de laboratorio de caracterización de materiales materiales I y estu#o apoyada en los resultados obtenidos en el ensayo de a"re"ados pétreos.
PALABRAS CLAV CL AVES: ES: ise$o, mezcla, concreto, cemento, a"ua, a"re"ados. ABSTRACT %!is paper&or' presents t!e analysis and determination o( amount o( ra& materials needed (or t!e concrete mi)ture, based on t!e met!od t!at sets t!e standard ACI 211 %!is %!is test &as per(ormed on 11 Au"ust at t!e lab materials c!aracterization c!aracterization I and &as supported b y t!e results o( t!e test stone a""re"ates.
KEYWORDS: esi"n, mi) concrete, cement, &ater, a""re"ates.
MARCO TERICO El concreto com*nmente se conoce en el medio como un material de construcción que se dise$a bajo normas espec+(icas, dependiendo del proyecto que se #aya a utilizar y con las caracter+sticas económicas para un determinado (in. El concreto se !ace a base de dise$os, con trabajos de in"enier+a y por esta condición están sujetos a cambios y modi(icaciones para optimizarlo. ara su elaboración se deben tener en cuenta que este proceso implica el dise$o, elaboración, colocación, curado y protección, de los cuales depende si este es un concreto bueno o malo. Esto conlle#a a in#esti"ar en la elaboración de un concreto que cumpla con todas las especi(icaciones mencionadas y que además se incorporen nue#os materiales que aporten a mejorar dic!o elemento. -1 Además, el concreto es un material que posee caracter+sticas de resistencia a la compresión, de impermeabilidad, durabilidad, dureza y apariencia entre muc!as otras, se con#ierte en la *nica roca elaborada por el !ombre. -2
1.1. !ENERALIDADES: /a selección de las proporciones de los materiales inte"rantes de la unidad c*bica de concreto, es de(inida como el proceso que, en base a la aplicación técnica y práctica de los conocimientos cient+(icos sobre sus componentes y la interacción entre ellos, permite lo"rar un material que satis(a"a de la manera más e(iciente y económico los requerimientos particulares del proyecto constructi#o. El concreto es un material !etero"éneo, el cual está compuesto por material a"lutinante 0como el cemento ortland, material de relleno 0a"re"ados naturales o arti(iciales, a"ua, aire naturalmente atrapado o intencionalmente incorporado y e#entualmente aditi#os o adiciones, presentando
cada uno de estos componentes propiedades y caracter+sticas que tienen que ser e#aluadas as+ como aquellas que pueden aparecer cuando se combinan desde el momento del mezclado. -2
1.2. CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS: ebemos en(ocar el concepto del dise$o de mezcla para producir un concreto, tan económicamente sea posible, que cumplan con los requisitos requeridos para los estados (resco como mezclado, transporte, colocación, compactado y acabado y en el estado endurecido, la resistencia a la compresión y durabilidad. En "eneral, prácticamente todas las propiedades del concreto endurecido están asociadas a la resistencia y, en muc!os casos, es en (unción del #alor de ella que se las cuanti(ica o cuali(ica. 3in embar"o, debe siempre recordarse al dise$ar una mezcla de concreto que muc!os (actores ajenos a la resistencia pueden a(ectar otras propiedades. Es usual el suponer que esta técnica consiste en la aplicación sistemática de ciertas tablas y proporciones ya establecidas que satis(acen prácticamente todas las situaciones normales en las obras, lo cual está muy alejado de la realidad, ya que es en esta etapa del proceso constructi#o cuando resulta primordial la labor creati#a del responsable de dic!o trabajo y en consecuencia el criterio personal. ebemos ad#ertir (inalmente que la etapa de dise$o de mezclas de concreto antes que el (in de un proceso, representa sólo el inicio de la b*squeda de la mezcla más adecuada para el caso particular que abordaremos y el método que trataremos 0ACI 211 puede pre#enir la prueba de(initi#a que supone el empleo de los dise$os bajo condiciones reales y su optimización en obra, con los procedimientos, los equipos y en las cantidades que en la práctica se #a a emplear, teniendo en cuenta que al"unas #eces las
especi(icaciones técnicas indican las condiciones que se presentarán en el momento del #aciado.
le otor"an la propiedad de (ra"uar y endurecer con el tiempo
Conse"uir una mezcla con un m+nimo de pasta y #olumen de #ac+os o espacios entre part+culas y consecuentemente cumplir con las propiedades requeridas es lo que la tecnolo"+a del concreto busca en un dise$o de mezclas.
Además este componente proporciona a la mezcla una (luidez tal que permita una trabajabilidad adecuada en la etapa del colocado del concreto.
Antes de proceder a dosi(icar una mezcla se debe tener conocimiento del si"uiente conjunto de in(ormación4 • •
/os materiales el elemento a #aciar, tama$o y (orma
•
de las estructuras 5esistencia a la compresión requerida Condiciones ambientales durante el
•
#aciado Condiciones a la que estará e)puesta la
•
estructura -2
1.". MATERIALES #UE INTERVIENEN EN LA MEZCLA DE CONCRETO 1.".1 C$%$&'( Es por e)celencia el pe"ante más barato y más #ersátil, y sus propiedades (+sicas y mecánicas son apro#ec!adas en multitud de usos. Es el principal componente del concreto, el cual ocupa entre el 67 y el 187 del #olumen de la mezcla, presentando propiedades de ad!erencia y co!esión, las cuales permiten unir (ra"mentos minerales entre s+, (ormando un sólido compacto con una muy buena resistencia a la compresión as+ como durabilidad. %iene la propiedad de (ra"uar y endurecer sólo con la presencia de a"ua, e)perimentando con ella una reacción qu+mica, proceso llamado !idratación.
1.".2 A)*+ Componente del concreto en #irtud del cual, el cemento e)perimenta reacciones qu+micas para producir una pasta e(icientemente !idratada, que
Este componente que ocupa entre el 197 y el 1:7 del #olumen de la mezcla. En una porción de pasta !idrata, el a"ua se encuentra en dos (ormas di(erentes, como a"ua de !idratación y a"ua e#aporable
1."." A),$)+( Este componente que ocupa entre ;<7 a 687 del #olumen de la mezcla, son esencialmente materiales inertes, de (orma "ranular, naturales o arti(iciales, las cuales !an sido separadas en (racciones (inas 0arena y "ruesas 0piedra, en "eneral pro#ienen de las rocas naturales. =ran parte de las caracter+sticas del concreto, tanto en estado plástico como endurecido, dependen de las caracter+sticas y propiedades de los a"re"ados, las cuales deben ser estudiadas para obtener concretos de calidad y económicos. /os a"re"ados bien "radados con mayor tama$o má)imo tienen menos #ac+o que los de menor tama$o má)imo por consi"uiente, si el tama$o má)imo de los a"re"ados en una mezcla de concreto se aumenta, para un asentamiento dado, los contenidos de cemento y a"ua disminuirán. En "eneral, el tama$o má)imo del a"re"ado deberá ser el mayor económicamente disponible y compatible con las dimensiones de la estructura. /as part+culas de a"re"ado alar"adas y c!atas tienen e(ecto ne"ati#o sobre la trabajabilidad y obli"an a dise$ar mezclas más ricas en a"re"ado (ino y por consi"uiente a emplear mayores cantidades de cemento y a"ua. 3e considera que dentro de este caso están los a"re"ados de per(il an"ular, los cuales tienen un más alto contenido de #ac+os y por lo tanto requieren un porcentaje de mortero mayor que el a"re"ado redondeado. El per(il de las part+culas, por s+ mismo, no es un indicador de que un a"re"ado
está sobre o bajo el promedio en su capacidad de producir resistencia.
1.". A/,$ Aire atrapado o natural, usualmente entre 17 a >7 del #olumen de la mezcla, están en (unción a las caracter+sticas de los materiales que inter#ienen en la mezcla, especialmente de los a"re"ados en donde el tama$o má)imo y la "ranulometr+a son (uentes de su #ariabilidad, también depende del proceso de construcción aplicado durante su colocación y compactación
1..".
T+45+ 6+,+ $5$/8& $5 +$&'+%/$&'( 03e"*n uso del concreto
%ambién puede contener intencionalmente aire incluido, mayormente entre el >7 a 67 del #olumen de la mezcla, con el empleo de aditi#os. /a presencia de aire en las mezclas tiende a reducir la resistencia del concreto por incremento en la porosidad del mismo.
1...
T+45+ 6+,+ 5+ $'$,%/&+/8& $ 5+ +&'/+ $ +)*+ +/,$.
1..0.
T+45+ 6+,+ $5$/8& $ 5+ ,$5+/8& +)*+;$%$&'( 6(, ,/'$,/( $ ,$/'$&/+.
1.".0 A/'/( 3u empleo puede radicar por razones de econom+a o por mejorar puntualmente al"una propiedad del concreto tanto en estado (resco o endurecido como por ejemplo4 reducir el calor de !idratación, aumentar la resistencia inicial o (inal, etc. -2
1.. TABLAS DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO POR LA METODOLO!3A ACI 211 -> A continuación se mostrarán al"unas tablas para la determinación de resistencia de dise$o, asentamiento, cantidad de a"ua?aire, relación a"ua?cemento y determinación de cantidad de a"re"ado "rueso. -9
1..1.
T+45+ 6+,+ $'$,%/&+/8& $ ,$/'$&/+ $ /$9( 0@o se cuenta con datos estad+sticos de producción
1..2.
3e determina la relación a"ua cemento utilizando otra tabla teniendo en cuenta la resistencia de compresión. 3e calcula la cantidad de cemento de acuerdo a la relación anterior. 3e determina la relación bBbo de acuerdo al %@ del a"re"ado "rueso y el del a"re"ado (ino. 3e determina el contenido de a"re"ado "rueso que se debe usar, utilizando el dato de la masa unitaria compactada, la densidad de A= y la relación bBbo.
1..<.
T+45+ 6+,+ 5+ $'$,%/&+/8& +),$)+( ),*$(
$
3e estima el #olumen de a"re"ado (ino, sabiendo que los datos !allados para la cantidad de a"ua, cemento y A=, corresponder a un #olumen por unidad de metro cubico, con lo cual la cantidad de a"re"ado (ino por metro cubico es la cantidad que (alta para completar 1 m>, sumando los #ol*menes de A=, a"ua y cemento. espués se pasan todos los #alores de #olumenBm> a '"Bm> utilizando los #alores de densidad de cada material, esto se !ace para el cemento y los a"re"ados con lo cual se obtiene la cantidad necesaria de cada material para un metro cubico de mezcla. 3e calcula la cantidad necesaria de cada material para la preparación de la probeta de ensayo, utilizando la relación obtenida para 1 m>.
1.0. PROCEDIMIENTO
3e pesan la cantidad de a"re"ados y cemento obtenidos en el numeral anterior en la balanza.
3e esco"ió el asentamiento utilizando la tabla para dic!o #alor, el #alor es de > a : cm que corresponde a un concreto de consistencia media, un "rado de trabajabilidad media y es usado en #i"as y columnas. Además su resistencia solicitada 0><<< si ó 21a.
En un recipiente se mezclan el A y el cemento !asta obtener una mezcla !omo"énea, lue"o se a"re"an los A=, y se !omo"enizan con el cemento y los A, posteriormente se a"re"a la cantidad de a"ua calculada y se combinan todos los materiales con un palustre, !asta obtener la mezcla de concreto.
3e estima el contenido de aire de acuerdo al tama$o má)imo nominal del a"re"ado "rueso disponible, utilizando la tabla y sabiendo que la muestra no #a a tener "rado de e)posición. 3e estima la cantidad de a"ua de mezclado utilizando otra tabla, de acuerdo al 7 de aire y al asentamiento
3e utiliza el cono de Abrams para comprobar el asentamiento que inicialmente se eli"ió, posteriormente se empieza a llenar el molde para probetas de la si"uiente (orma4 /lenar el recipiente cil+ndrico !asta un tercio de su capacidad con la mezcla y "olpearlo 28 #eces con
la #arilla de apisonamiento !asta compactar la muestra /lenar otro tercio del recipiente cil+ndrico y "olpear 28 #eces con la #arilla de apisonamiento para compactar la muestra.
ara una resistencia de 21< a, interpolando la T+45+1.. se tiene que4
250 −200 0.70 −0.62
=
e
250−210
x −0.62
%erminar de llenar completamente el recipiente cil+ndrico con la mezcla y "olpearla 28 #eces Eliminar el e)ceso de mezcla en la parte superior, ni#elando con el palustre y colocando este material dentro del molde.
GH<.;: donde ) equi#ale a la relación a"ua cemento.
2. V(5*%$& 6$( $ $%$&'( 1.<. M+'$,/+5$ *'/5/=+( • • • • • • • • •
Dalanza. arilla de Apisonamiento Cono de Abrams olde para probetas 5ecipiente para mezclar los materiales Cemento A"re"ados (inos y "ruesos A"ua alustre
A partir de la relación a"uaB cemento y de la cantidad de a"ua necesaria, se puede !allar la cantidad de cemento, por lo tanto4
Masacemento =
Masadel agua 195 = x 0.68
asa de cementoH2:;.: '" A partir de la ecuación de #olumenHmasaBdensidad. 3e obtiene el #olumen del cemento con una densidad de ><<< '"Bm, entonces4
2. AN>LISIS DE DATOS 2.1 R$/'$&/+: 3e toma una resistencia de dise$o de 21 -pa ? Cabe recalcar que se determinó un asentamiento de > pul"adas, lo que se"*n la tabla es la suposición de que se trabaja con zapatas y muros de cimentación.
2.2 E'/%+/8& $5 +)*+ $ %$=5+(:
Volumen cemento =
286.8 3000
=
0.095 m
3
2.0 V(5*%$& 6$( $ +),$)+(. ado que la mezcla ya está compuesta por <.2F metros c*bicos de a"ua y cemento, se determina que el #olumen de los a"re"ados es de <.61, sin embar"o es necesario !allar que #alor corresponde a los a"re"ados (inos y a los a"re"ados "ruesos4
3e"*n la T+45+ 1.." .ara un asentamiento de > pul"adas y un tama$o má)imo de a"re"ado "rueso de una pul"ada, es necesario utilizar 1?0 L de a"ua por metro cubico de concreto para un dise$o sin aire incorporado, lo que equi#ale también a 1F8 '" de a"ua.
2.0.1 V(5*%$& 6$( $ +),$)+( ),*$(:
2." R$5+/8& $ +)*+ $%$&'(:
Con este #alor se aplica la (órmula4
3e"*n la tabla 1.9.8, teniendo en cuenta que el tama$o má)imo para a"re"ados "ruesos es de 1 pul"ada y el módulo de (inura es de >, se tiene como coe(iciente4 <.;8
0.65 =
Pesoseco del agregado grueso Pesounitariocomparado
Como la (ormaleta utilizada en la práctica tiene una capacidad de <.<<6 m, se tienen en cuenta los si"uientes datos4
ado que el peso unitario comparado es de 18;9 '"Bm.
Peso del agregado grueso =0.65∗1564 =
ezcla 0<.<<6 metros c*bicos
El #olumen es i"ual al cociente entre su peso y el peso espec+(ico, por lo tanto4
Volumendeagre . grueso =
1016.6 2620
T+45+ 2.<.2 R$$'+ 6+,+ %$=5+ $ .7 %$',( 4/( $ (&,$'( $ 21 MP+
material
V =0.
peso
olumen
cemento
2.<<6
<.<<<;;8
a"ua
1.>;8
<.<<1>;8
arena
8.::1
<.<<2>1
"ra#a
6.11;
<.<<2;;
2.0.2 V(5*%$& 6$( $& +),$)+( @/&(: 2.7 A*'$ 6(, +$&'+%/$&'(
uesto que el #olumen total de a"re"ados es de <.61 y el del #olumen del "rueso es de <.>:, entonces el #olumen del a"re"ado (ino es4
Volumenagr. fino
3
3e adiciona 2<< m/ de a"ua a la mezcla una #ez !an sido mezclados sus in"redientes, por lo que cambian las proporciones de los mismo de la si"uiente manera.
0.71 −0.38= 0.33 m
=
El contenido del a"re"ado "rueso permanece in#ariable, puesto que este no depende de la cantidad de a"ua. ara !allar el peso de la arena se utiliza el peso espec+(ico de esta, el cual es 289; '"Bm, entonces4
peso del agregado grueso=7.116 kg 3
Volumen de agre . grueso = 0.00266 m
0.33∗2546=840.18 kg
/a nue#a relación a"ua cemento de obtiene se"*n4
2.< M$=5+: inalmente se obtiene para una mezcla de 1 m de concreto lo si"uiente4
T+45+ 2.<.1 R$$'+ 6+,+ %$=5+ $ *& %$',( 4/( $ (&,$'( $ 21 MP+ ezcla 0metro cubico de concreto olumen-
m aterial Cemento
eso -J"
1.365 + 0.2 2,007
=
0.78
Como no se adiciona cemento a la mezcla la cantidad en peso y #olumen de esta permanece i"ual. 3
Volumen cemento =0.000665 m
3
2:;.:
<.
a"ua
1F8
<.1F8
arena
:9<.1:
<.>>
"ra#a
1<1;.;
<.>:
Masacemento =2.007 kg
El #olumen del a"re"ado (ino se calcula sabiendo que el #olumen total de a"re"ados es el #olumen total de la mezcla menos el del a"ua y el cemento.
x =39,769 Entonces se obtiene una resistencia de4
Volumen agregados =0.007 −0.000665 −0.0 ¿ 160,231
<.<<966
m
3
Como ya se conoce el #olumen del a"re"ado "rueso, entonces se calcula el #olumen del a"re"ado (ino4
Volumende agre . fino =0.00477 −0.00266 m El peso del a"re"ado (ino se calcula sabiendo el peso de la arena, el cual es 289; '"Bm, entonces4
Pesodeagre. fino =0.00211∗2546 kg =5.37
/ue"o se obtiene la tabla tabulando los datos obtenidos del ajuste por asentamiento4
T+45+ 2.7.1 R$$'+ 6+,+ %$=5+ $ .7 %$',( 4/( $ (&,$'( $ 21 MP+ (& +*'$ 6(, +$&'+%/$&'(
kg cm
2
=16 MPa
". CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES 3e puede concluir de la práctica de laboratorio, que el dise$o de las condiciones y caracter+sticas de las mezclas de concreto, se #en a(ectadas al a"re"arle un poco de a"ua la solución, como lo !acen cotidianamente los maestros en las obras, pues al mantenerse constante el cemento y aumentar la masa de a"ua, el #alor de la relación Ka"uaBcementoL se #e a(ectado, aumentando su #alor y por lo tanto disminuyendo la resistencia a compresión de dise$o. ara lle#ar a cabo un adecuado dise$o de una mezcla de concreto es necesario tener en cuenta las propiedades de los materiales utilizados para con(ormarla, y no ob#iar nin"una caracter+stica, pues de esto depende el cumplimiento de los requerimientos bajo los que se desarrolló el dise$o.
ezcla 0<.<<6 metros c*bicos olumen3 eso-J" m aterial cemento
2.<<6
<.<<<;;8
a"ua
1.8;8
<.<<18;8
arena
8.>62
<.<<211
"ra#a
6.11;
<.<<2;;
. BIBLIO!RAF3A -1 DISEÑO DE MEZCLAS DE
CONCRETO:
!ttp4BBtesis.uson.m)Bdi"italBtesisBdocsB21>F
2. R$/'$&/+ $ +*'$
ulo9.pd( -Citado el 2> de A"osto de 2<19
3e interpola se"*n la nue#a relación a"ua? cemento a partir de los datos de la T+45+ 1..
-2
DISEÑO DE MEZCLAS I&). (G >5+,$=
C+&)+H*+5+: 50 0.1
=
x 0.079538
!ttp4BB&&&.slides!are.netBcarlosismaelcampos"uer
raBdiseo?de?mezclas?2<629889 -Citado el 2> de
-9 TABLAS DISEÑO
DE MEZCLAS DE
A"osto de 2<19
CONCRETO POR LA METODOLO!3A ACI 211: Material suministrado por el docente -Citado
-> MÉTODO ACI 211 Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete---Procedure for Mix Design
ACI 211
el 2> de A"osto de 2<19
