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18 DE MARZO DEL 2014
2013 DISEÑO DE MEZCLAS (ACI)
SECUENCIA DE DISEÑO DEL METODO DE ACI:
Las cantidades de materiales por metro cubico de concreto pueden ser
determinadas, cuando se emplea en método del ACI, siguiendo la secuencia que
a continuación se indica:
a) Selección de la resistencia promedio a partir de la resistencia en
compresión especificada y la desviación estándar de la compañía
constructora.
b) Selección del tamaño máximo nominal del agregado grueso.
c) Selección del asentamiento.
d) Selección del volumen unitario del agua de diseño.
e) Selección del contenido de aire.
f) Selección de la relación agua-cemento por resistencia y por
durabilidad.
g) Determinación del factor cemento.
h) Determinación del contenido de agregado grueso
i) Determinación de la suma de los volúmenes absolutos de
cemento, agua de diseño, aire, y agregado grueso
j) Determinación del volumen absoluto de agregado fino.
k) Determinación de los valores de diseño del cemento, agua, aire,
agregado fino y agregado grueso.
l) Corrección de los valores de diseño por humedad del agregado.
m) Determinación de la proporción en peso de diseño y de obra.
n) Determinación de los pesos por tanda de un saco.
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I. ESPECIFICACIONES DE LOS MATERIALES:
1. CEMENTO:
Portland tipo I YURA Peso específico………………………………………… 3.11
2. AGUA:
Agua potable de la red de servicio público de Moquegua
3.-PROPIEDADES:
AGREGADO FINO GRUESO
TMN - 1”
Módulo de fineza 2.800 -
Peso especifico 2.550 2.560
Peso unitario suelto 1.625 1.475
Peso Unit. compactado 1.740 1.495
Humedad natural 2.120 0.890
Absorción 3.400 2.350
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II. DESARROLLO DEL METODO DE ACI:
1. Cálculo de la resistencia promedio:
Conociendo que la resistencia en compresión de diseño especificado es de 210
kg/cm2 y no se cuenta con datos de registro de ensayos (desviación estándar)
RESISTENCIA
PROMEDIO
Menos de 210 f 'c + 70
210 a 350 f 'c + 85
Más de 350 f 'c + 98
2. Selección del Tamaño Máximo Nominal del agregado:
De acuerdo a las especificaciones de obra, a la granulometría del agregado
grueso le corresponde un tamaño máximo nominal de:
3. Selección del asentamiento:
De acuerdo a las especificaciones de obra, las condiciones de colocación
requieren que la mezcla tenga una consistencia plástica.
Por lo tanto TMN ”
C
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4. Volumen unitario de agua: Entrando a la tabla 10.2.1 se determina que el volumen unitario de agua , o agua de diseño , necesario para una mezcla de concreto cuyo asentamiento es de 3” @ 4” , en una mezcla sin aire acondicionado cuyo agregado grueso tiene un tamaño máximo nominal de 1” , es de :
ASENTAMIEN
TO
Agua en 1/m3, para los tamaños máx. nominales del agregado grueso y consistencia
indicados
3/8" 1/2" 3/4" 1" 1 1/2" 2" 3" 6"
CONCRETO SIN AIRE INCORPORADO
1" @ 2" 207 199 190 179 166 154 130 113
3" @ 4" 228 216 205 193 181 169 145 124
6" @ 7" 243 228 216 202 190 178 160 ….
CONCRETO CON AIRE INCORPORADO
1" @ 2" 181 175 168 160 150 142 122 107
3" @ 4" 202 193 184 175 165 157 133 119
6" @7" 216 205 197 184 174 166 154 ….
5. Determinación del contenido de aire: Desde que la estructura a ser vaciada no va a estar expuesta a condiciones de intemperismo severo, no se considera necesario incorporar aire a la mezcla .De la tabla 11.2.1 se determina que el contenido de aire atrapado para un agregado grueso de tamaño máximo nominal de 1” es de:
TMN AIRE ATRAPADO
3/8" 3,0%
1/2" 2,5%
3/4" 2,0%
1" 1,5%
1 1/2" 1,0%
2" 0,5%
3" 0,3%
6" 0,2%
6. Relación agua-cemento:
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No presentándose en este caso problemas de intemperismo ni de ataques por sulfatos, u otro tipo de acciones que pudieran dañar al concreto, se seleccionara la relación agua- cemento únicamente por resistencia Entrando a la tabla 12.2.2 para una resistencia promedio correspondiente a en un concreto sin aire incorporado, se encuentra una relación agua cemento por resistencia de:
RELACIÓN AGUA - CEMENTO DE DISEÑO EN PESO
f 'cr
(28 días)
Concreto Concreto
Sin Aire Incorporado Con Aire Incorporado
140 0.82 0.74
150 0.80 0.71
200 0.70 0.61
210 0.68 0.59
250 0.62 0.53
280 0.57 0.48
300 0.55 0.46
350 0.48 0.40
400 0.43 …
420 0.41 ….
450 0.38 …
Interpolación:
7. Cálculo del factor cemento (FC):
∴ 𝐴
𝐶 𝑋 6
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El factor cemento se determina dividiendo el volumen unitario de agua entre la relación agua cemento
⁄
6 6
⁄
8. Contenido de agregado Grueso:
Para determinar el contenido de agregado grueso, empleando el método del comité 211 del ACI , se debe entrar a la tabla 16.2.2 con un módulo de fineza de 2.80 y un tamaño máximo nominal de 1 “ encontrándose un valor de 0.67 m3 de agregado grueso seco compactado por unidad de volumen del concreto
Tamaño
máximo
nominal del
agregado
grueso
Volumen de agregado grueso, seco y compactado, por unidad de
volumen del concreto, para diversos módulos de fineza del agregado
fino
2.40 2.60 2.80 3.00 3.20
3/8 0.50 0.48 0.46 0.44 0.42
1/2 0.59 0.57 0.55 0.53 0.51
3/4 0.66 0.64 0.62 0.60 0.58
1 0.71 0.69 0.67 0.65 0.63
1 1/2 0.76 0.74 0.72 0.70 0.68
2 0.78 0.76 0.74 0.72 0.70
3 0.81 0.79 0.77 0.75 0.73
6 0.87 0.85 0.83 0.81 0.79
𝐹𝐶 6 𝑘𝑔
𝑚
Peso del agregado grueso = 0.67 x 1.495 x 1000 = 1001.65 kg/m3
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9. Cálculo de Volúmenes Absolutos : Conocidos los pesos del cemento, agua y agregado grueso , así como el volumen del aire , se procede a calcular la suma de los volúmenes absolutos de estos ingredientes :
Volúmenes absolutos de:
Cemento…………………………………………346.5/(3.11 x1000) = 0.111 m3 Agua………………………………………………..193/(1 x 1000) = 0.193 m3
Aire……………………………………………….1.5% = 0.015 m3 Agregado grueso………………………….1001.65/(2.56 x1000) = 0.391 m3
Suma de volúmenes absolutos de la pasta =
10. Contenido de agregado fino:
El volumen absoluto de agregado fino será igual a la diferencia entre la unidad
y la suma de los volúmenes absolutos conocidos .El peso del agregado fino será
igual a su volumen absoluto multiplicando por su peso específico:
Volumen absoluto de agregado fino = 1- 0.710 =
Peso del agregado fino = 0.290 x 2.55 x 1000 =
11. Valores de diseño:
Las cantidades de materiales a ser empleados como valores de diseño serán:
Cemento 346.50 kg/m3 Agua de diseño 193.00 lt/m3 Agregado fino 739.50 kg/m3 Agregado Grueso 1001.65 kg/m3
12. Corrección por humedad del agregado: Las proporciones de los materiales que integran la unidad cúbica de concreto debe ser corregida en función de las condiciones de humedad de los agregados Peso Húmedo del:
0.710 m3
0.290 m3
739.5 kg/m3
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Agregado Fino 739 .50 x 1.021 = 755.030 kg/ m3 Agregado Grueso 1001.65 x 1.009 =1010.665 kg/m3 A continuación determinamos la humedad superficial de los agregados Humedad Superficial del: Agregado Fino 2.12 %– 3.40 % = - 1.28 % Agregado Grueso 0.89 %– 2.35% =- 1.46% Y los aportes de los agregados serán: Aporte de humedad del: Agregado fino 739.5 x (- 0.013) = - 9.614 lt/m3 Agregado Grueso 1001.65 x (- 0.015) = - 15.025 lt/m3 Aporte de humedad de los agregados = Agua Efectiva 193 – (- 24.639) =
Y los pesos de los materiales ya corregidos
por humedad del agregado, a ser empleados
en las mezclas de prueba, serán:
13. Proporción en peso:
La proporción en peso de los materiales sin corregir y ya corregida por
humedad del agregado, serán:
Sin corregir: 6
6
6 6
6
6
Corregido:
Cemento 346.500 kg/m3 Agua de diseño 217.639 lt/m3 Agregado fino 755.030 kg/m3 Agregado Grueso 1010.665 kg/m3
- 24 .639 lt/m3
217.639 lt/m3
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6
6
6 66
6
6
Relación agua-cemento de diseño = 193 /346.5 =0.56
Relación agua-cemento efectiva = 217.639 /346.5 =0.63
14. Pesos por tanda de un saco: Para conocer la cantidad de materiales que se necesitan en una tanda de un saco, es necesario multiplicar la proporción en peso, ya corregida por humedad del agregado, por el de un saco de cemento
Cemento 1 x 42.5 = 42.50 kg/saco
Agua efectiva = 23. 69 lt/saco
Agregado fino húmedo 2.17 x 42.5 = 92.23 kg/saco
Agregado grueso húmedo 2.92 x 42.5 = 124.10 kg/saco
17. Dosificación en laboratorio:
Para un volumen de briqueta = 0.0059 m3, en este caso calculando para dos
briquetas a 3 contando con un desperdicio de 10 % del volumen de la briqueta la
dosificación a utilizar en laboratorio fue la siguiente:
PESOS PARA BRIQUETAS unid
NUMERO DE BRIQUETAS 3 2.5 unid
VOLUMEN 0.0059 0.0163 kg
CEMENTO 5.6396 6.7675 kg
AGREGADO FINO 12.2219 14.6663 kg
AGREGADO GRUESO 16.4150 19.6980 kg
AGUA 3.5105 4.2126 lt
0.0163 m3 = (Volumen de briqueta + 10% de vol. De briqueta)*#briquetas
0.0163 m3= (0.0059 + 0.00059)* 2.5
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CAPITULO II
VERIFICACION DEL DISEÑO EN LABORATORIO:
ENSAYO DE CONSISTENCIA DEL CONCRETO El ensayo de consistencia, llamado también de revenimiento o “Slump test”, es utilizado para caracterizar el comportamiento del concreto fresco .esta prueba desarrollada por Duft Abrams , fue adoptada en 1921 por el ASTM y revisada finalmente en 1978 El comportamiento del concreto en la prueba indica su “consistencia” o sea su capacidad Para adaptarse al encofrado o molde con facilidad, manteniéndose homogéneo con un Minimo de vacios La consistencia se modifica fundamentalmente por variaciones del contenido del agua de mezcla
EQUIPO:
Cono de Abraham
Varilla compactadora de acero de 24” de largo ,5/8”de diámetro de
extremos redondeados
Cuchara metálica
Balanza
Carretilla
Regla metálica
Todos los elementos que intervienen para la mezcla previamente
calculados(cemento , agregados, agua)
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Fig 1: cono de Abrams
PROCEDIMIENTO:
1. Colocar el cono sobre una superficie horizontal no absorvente, firme limpia y
ligeramente
Húmeda. Una plancha de metal es recomendable
2. Afirmar el cono en la plancha , además de sujetar con las manos firmemente sus
azas
3. Llenar el cono en tres capas ,varillándola 25 veces por capa; esta operación debe
efectuarla otra persona
4. Si en la última capa faltase más concreto se le agrega y se culmina con las
varilladas
5. Enrasar la superficie con la varilla
6. Limpiar la superficie de asiento particularmente en los bordes del cono
7. Levantar el cono verticalmente
8. El concreto moldeado fresco se asentara , al costado poner el cono metálico,
sobre el cono la varilla horizontalmente
9. Se procede a medir el slump con la regla metálica ,poniéndola en el centro de la
mezcla hasta donde llega la varilla
NOTA: Se estima que desde el inicio de la operación hasta el término no
deben transcurrir más de 2 minutos de los cuales el proceso de desmolde
de toma más de 5 minutos
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CLASES DE MEZCLAS SEGÚN SU ASENTAMIENTO
CONSISTENCIA SLUMP TRABAJABILIDAD METODO DE
COMPACTACION
Seca 0" @ 2" poco trabajable Vibración normal
Plástica 3" @4" trabajable Vibración ligera chuseando
Fluida > 5" muy trabajable chuseado
En nuestro primer ensayo El slump fue el siguiente: 5” siendo esta de consistencia fluida COMPROBACION DEL PESO UNITARIO: Equipo:
Balanza Barra compactadora Plancha metálica de 3cm de ancho y 30 cm de largo Recipiente metálico( cilindro metálico) Cuchara metálica Equipo de calibración(plancha de vidrio, termómetro) Combo de goma
Procedimiento de Calibración de la medida:
- Pesar el molde metálico: Peso del molde: 2491.0 gr
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- Pesar la plancha de vidrio:
Peso de la plancha de vidrio: 2792.6 gr
- Llenar el recipiente metálico con agua
- Poner sobre el recipiente la plancha de vidrio con el fin de eliminar burbujas de aire
- Determinar el peso del agua Masa del agua = Peso de molde - agua - plancha de vidrio Masa del agua = 12282.3 - 2491.0 - 2792.6 = 6998.7 gr
- Retirar cuidadosamente la plancha de vidrio y medir la temperatura Temperatura = 23° C
TEMPERATURA °C Kg/ m3
15.6 999.01
18.3 998.54
21.1 997.97
23 997.54
23.9 997.32
26.7 996.59
29.4 995.83
Entonces;
on r to =6 Procedimiento de comprobación de peso unitario del concreto
- Llenar el recipiente metálico de concreto en dos capas de 25 varilladas por cada capa; además de 15 golpecitos con el combo de goma alrededor del recipiente
- Enrasar la superficie con la planchita metálica
Masa del agua= 6998.7 gr
Densidad del agua = 0.99754 gr
on r to 6 𝑚
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- Pesar el concreto Peso del concreto + recipiente= 18973.9 gr Masa del concreto = peso de concreto - recipiente
Masa del concreto = 18973.9 gr - 2491.0 gr = 16482.9 gr
= 16482.9 gr/ 0.007016 m3 Por lo tanto es un concreto de peso normal Cuadrito de concreto ligero normal y pesado NOTA: Es importante el control del peso unitario para verificar la uniformidad del concreto
Peso de concreto = 2349 kg/ m3
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CAPITULO III
AJUSTE DE LAS PROPORCIONES Si el asentamiento de la tanda de ensayo no fue correcto, incrementar o disminuir el contenido de agua estimado en 2 litros por metro cubico de concreto por cada incremento o disminución de 10 mm en el asentamiento deseado DISEÑO: CORRECCION POR HUMEDAD Cemento 346.5 kg/m3
Agua 193 lt/m3 Agregado fino 738.48 kg/m3 Agregado grueso 1001.65 kg/m3
Se desea conocer que ajustes deberá efectuarse en la mezcla para lograr un rendimiento adecuado, el asentamiento deseado, mantener la relación agua- cemento y la resistencia de diseño 1-Tanda de ensayo on r to 6 Slump= 5” Peso unitario = 2349 kg/m3 Entonces; 217.639 kg x 6 = 1.53 lt/ tanda 2.-Pesos de la tanda:
Cemento 346.500 kg/m3
Agua de diseño 217.639 lt/m3 Agregado fino 755.030 kg/m3 Agregado Grueso 1010.665 kg/m3
Agregado fino Agregado grueso
Absorción 3.40% 2.35% humedad 2.12% 0.89%
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Cemento 346.5 x 0.007016 = 2.43 m3
Agua efectiva = 1.53 lt
Agregado fino húmedo 755.030 x 0.007016 = 5.30 m3
Agregado grueso húmedo 1010.665 x 0.007016 = 7.09 m3
Pesos por tanda = 16.35 m3 3.-Rendimiento de la tanda de ensayo: Rendimiento= 16.35/2349 = 0.007 m3 4.- Agua de mezclado por tanda: Humedad Superficial del: Agregado Fino 2.12 %– 3.40 % = - 1.28 % Agregado Grueso 0.89 %– 2.35% =- 1.46% Agua añadida = 1.53 lt Y los aportes de los agregados serán: Aporte de humedad del: Agregado fino 738.48 x 0.007016 x (- 0.0128) = - 0.066 lt/td Agregado Grueso 1001.65 x 0.007016 x (- 0.0146) = - 0.103 lt/td Agua de mezclado por tanda = 5.-Agua de mezclado requerida: Agua de mezclado = 1.361/ 0.007 = 194.43 lt/m3 6.-Correccion en el agua de mezclado 3.5” = 8.89 cm 5” =12.7 cm Diferencia de slump = 3.81 cm 1cm……………….2 lt 3.81 cm…………. x lt
7.-Nueva relación agua – cemento
A/C =193/346.5= 0.56
202.05/ 0.56 = 360.8 kg/m3
1.361 lt/td
X=7.62 lt
Por lo tanto= 194.43 +7.62 lt = 202.05 lt
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8.- Contenido de agregado grueso:
Agregado grueso húmedo =7.09 x 0.007 = 1012.86 kg/m3
Agregado grueso seco =1012.86/1.0089=1003.93 kg/m3
9.-Contenido de agregado fino:
Agregado grueso (SSS) =1003.93 X 1.0235 = 1027.52 kg/m3
Entonces el agregado fino:
Agregado fino (SSS)= 2349 – (360.8+202.05 +1027.52) = 758.63 kg/m
Agregado fino seco =758.63/1.034 = 733.68 kg/m3
10.- Nuevos pesos de la tanda:
6
6
6
6
6
11.- Pesos para briquetas:
Para llenar las dos briquetas considerando desperdicio de 10%
Cemento= 5.85 kg
Agua = 3.27 lt
Agregado fino =12.31 kg
Agregado grueso = 16.29 kg
Cemento 360.8 kg/m3
Agua de diseño 202.05 lt/m3 Agregado fino seco 758.63 kg/m3 Agregado Grueso seco 1003.93 kg/m3
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CAPITULO IV
PREPARACION DEL DISEÑO DE MEZCLA CORREGIDA EN LABORATORIO
MATERIALES:
Foto n°1: materiales a utilizar
Foto n°2: trompo de la UJCM
Materiales:
Agregado fino
Agregado grueso
Cemento tipo 1
Agua
Briquetas
Aceite
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18 DE MARZO DEL 2014
2013 DISEÑO DE MEZCLAS (ACI)
Tecnología del concreto 20
CAPITULO V
RESULTADOS
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2013 DISEÑO DE MEZCLAS (ACI)
Tecnología del concreto 21
BIBLIOGRAFIA
Abanto Castillo, Flavio. Tecnología del Concreto. Editorial San
Marcos. Lima – Perú.
American Concrete Institute – Capitulo Peruano. Tecnología del
Concreto. 1998.
Pasquel Carbajal, Enrique. Tópicos de Tecnología del Concreto en
El Perú. Colegio de Ingenieros del Perú – Consejo Nacional. 1998.
Reglamento Nacional de Construcciones. NTE E.060–Concreto
Armado. 2004.
Rivva López, Enrique. Diseño de Mezclas. Lima – Perú. 1996.
18 DE MARZO DEL 2014
2013 DISEÑO DE MEZCLAS (ACI)
Tecnología del concreto 22
CONCLUSIONES:
Con el método ACI se diseñó una mezcla de concreto para una
Resistencia de f’c = 210 Kg/cm2. Que a los 7 días obtuvo una resistencia de
Tanto en la elaboración como en los ensayos se realizaron con el más
Mínimo cuidado.
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