Diseño y Proporcionamiento de Mezclas de Concreto  Normal

Clase 05‐Tecnologia del Concreto y el AceroAcero

Marlon Valarezo A.mfvalarezo@utpl edu ecmfvalarezo@utpl.edu.ec

Características

• Trabajabilidad

• Durabilidad

• ResistenciaResistencia

• Apariencia

E í Materiales• Economía Materiales• Cemento• Materiales cementantes 

suplementarios• Agua• Agua• Agregado• AditivosAditivos• Fibras

Requisitos para Condiciones de Exposición 

Condición de exposiciónRelación a/c máxima en

masaResistencia min, f'c,

kg/cm2 (MPa) [lb/pulg.2]Condición de exposición masa kg/cm (MPa) [lb/pulg. ]

Concreto protegido de la exposición congelación-deshielo, descongelantes y

sustancias agresivas

Elija basándose en la resistencia, trabajabilidad y

requisitos de acabadoElija basándose en los requisitos estructurales

Concreto con baja permeabilidad, expuesto al agua 0.50 280 (28) [4000]

Concreto expuesto a congelación-deshielo en la condición húmeda y a

descongelantes0.45 320 (31) [4500]

Para protección del concreto reforzadoPara protección del concreto reforzado expuesto a cloruros 0.40 360 (35) [5000]

Resistencia

Requisitos para Concreto Expuesto a Sulfatos en Suelo o Agua

Exposición a sulfatos

Sulfatos (SO4) en el suelo , % en masa

Sulfatos (SO4) en el agua , ppm Tipo de cemento

Relación a/c max., en masa

Resistencia mínima, f'c, kg/cm2 (MPa) [lb/pulg.2]

Menor q e Menor q e Ningún tipoInsignificante Menor que 0.10

Menor que 150

Ningún tipo especial — —

M d d 0 10 0 20 150 1500Moderada

i t i 0 50 280 (28) [4000]Moderada 0.10 a 0.20 150 a 1500 resistencia sulfatos

0.50 280 (28) [4000]

Severa 0.20 a 2.00 1500 a 10,000 alta resist. a lf t 0.45 320 (31) [4500], sulfatos ( ) [ ]

Muy severa Mayor que 2.00 Mayor 10,000 alta resist. a

sulfatos 0.40 360 (35) [5000]

Contenido de Aire  y  Demanda Aproximada de Agua para Varios Tamaños de Agregado yTamaño del Agregado Varios Tamaños de Agregado y 

Asentamientos

Contenidos Máximos de Iones Cloruros para la Protección contra la Corrosión

Contenido máximo de ión cloruro (Cl‐) en el concreto porcentaje

Tipo de elemento(Cl ) en el concreto, porcentaje 

por masa de cemento

Concreto pretensado 0.06C t f d tConcreto reforzado expuesto a cloruro durante servicio 0.15

Concreto reforzado que estará seco o protegido de la humedad 1 00seco o protegido de la humedad durante servicio

1.00

Otras construcciones de concreto reforzado 0.30reforzado

Métodos para el Proporcionamiento de Mezclas de ConcretoMezclas de Concreto

• Método de la relación agua‐cementoMétodo de la relación agua cemento 

• Método del peso

• Método del volumen absoluto

E i i d (d dí i )• Experiencia de campo (datos estadísticos)

• Mezclas de prueba

Resistencia de Diseño: A partir de Datos de Campo

Factor de Corrección para la Desviación Factor de Corrección para la Desviación EstándarEstándar ((≤≤ 30 Ensayos30 Ensayos).).

Factor de corrección para la Número de Ensayos

pdesviación estándar

Menos de 15 N.A.15 1.1620 1.0825 1 0325 1.03

30 o más 1.00

C dC d á di ibl dá di ibl dCuando Cuando están disponibles datos para están disponibles datos para establecer la desviación establecer la desviación estándar.estándar.

Resistencia a compresión especificada,  f'c, MPa

Resistencia a compresión media requerida, f'cr, MPa

≤ 35f'cr = f'c+ 1.34sf'cr = f'c + 2.33s – 3.45

U l lUse el mayor valor

más de 35f'cr = f'c+ 1.34sf'cr = 0.90f'c + 2.33scr c

Use el mayor valor

Cuando Cuando NO NO están disponibles datos para están disponibles datos para t bl l d i iót bl l d i ió tá dtá destablecer la desviación establecer la desviación estándar.estándar.

Resistencia a compresión especificada,  f'c, MPa

Resistencia a compresión media requerida, f'cr, MPac cr

Menos de 21 f'c + 7.0

21 a 35 f'c + 8.5c

Más de 35 1.10f'c + 5.0

ACI 211:ACI 211:DISEÑO DE MEZCLAS DE 

CONCRETO

ACI 211PASO 1:Si el asentamiento no esta especificado se puede utilizar la tabla A 1 5 3 1

SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO

Si el asentamiento no esta especificado se puede utilizar la tabla A.1.5.3.1

ACI 211 PASO 2: SELECCIÓN TAMAÑO MAXIMO NOMINAL DEL AGREGADO

Cuando no este especificado, considerar:• 1/5 ANCHO DEL ELEMENTO

• 3/4 ESPACIAMIENTO ENTRE BARRAS

• 1/3 ESPESOR DE LOS

ACI 211 PASO 3: ESTIMACIÒN DE LA CANTIDAD DE AGUA Y CONTENIDO DE AIREPASO 3: ESTIMACIÒN DE LA CANTIDAD DE AGUA Y CONTENIDO DE AIRE

ACI 211PASO 4: SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA‐CEMENTO (W/C) 

ACI 211PASO 5: CALCULO DEL CONTENIDO CEMENTO

CANT. CEMENTO =  CANT. AGUA MEZCLADO / (W/C)

CANT. CEMENTO = 181 kg/0.55 

CANT. CEMENTO = 329 kg. 

VERIFICAR SI EXISTEN REQUERIMIENTOS CON RESPECTO AL CONTENIDO MINIMO CEMENTO

ACI 211 PASO 6: ESTIMACION DEL CONTENIDOPASO 6:  ESTIMACION DEL CONTENIDO 

DE AGREGADO GRUESO

0 71l ét i 0.71masa volumétrica compactada (OD)

Masa requerida

0.71 x =

Para concretos menos trabajables, como el empelado en la construcción de pavimentos  puede incrementarse en un 10%.

ASTM C29‐03

Dado: 0.46 m3 de agregado gruesoMasa unitaria = 1567 kg/m3, varilladaMasa específica relativa = 2.65Agua = 1000 kg/m3

0.46 m3 • 1567 kg/m3 = 715.5 kg

1 m3

g/ g

Volumen absoluto = 715.5/(2.65 • 1000) = 0.27 m3

El agregado grueso es el 27% del volumen absoluto del concreto.

0.46 m3

ACI 211PASO 7 ESTIMACIÒN DEL CONTENIDO DE AGREGADO FINOPASO 7: ESTIMACIÒN DEL CONTENIDO DE AGREGADO FINO

A METODO BASADO EN EL PESOA. METODO BASADO EN EL PESO

( ) ( )GA ⎞⎜⎛( ) ( )1GW

GG1CA100G10U AM

C

AMAM −−

⎠⎞

⎜⎝⎛ −+−=

UU MM it iit i tt ffUUMM = = MasaMasa unitariaunitaria concretoconcreto fresco fresco kg/mkg/m33

GGAA = = GravedadGravedad especificaespecifica media del media del dd fifi (SSD(SSD))agregadoagregado gruesogrueso y y finofino (SSD(SSD))

GGCC = = GravedadGravedad especificaespecifica del del cementocemento (3.15)(3.15)

A = A = ContenidoContenido de de aaireire %%W = Agua de W = Agua de mezcladomezclado kg/mkg/m3 3

CCMM == ContenidoContenido dede cementocemento kg/mkg/m33CCMM ContenidoContenido de de cementocemento kg/mkg/m

1 Estimar un valor en función de la tabla o la ecuación:1. Estimar un valor en función de la tabla o la ecuación:

Peso del concreto estimado: 2410 kg Tabla A1.5.3.7.1

Agua 181 kg

2. Sumar las masas conocidas de los materiales:

g gCemento 292 kgAgregado Grueso 1136 kg

TOTAL 1609 kg

3 Estimar la masa del agregado fino:3. Estimar la masa del agregado fino:

Masa del Ag. Fino = 2410‐1609 = 801 kg.

ACI 211PASO 7 ESTIMACIÒN DEL CONTENIDO DE AGREGADO FINOPASO 7: ESTIMACIÒN DEL CONTENIDO DE AGREGADO FINO

A METODO BASADO EN EL VOLUMEN ABSOLUTOA. METODO BASADO EN EL VOLUMEN ABSOLUTO

Temperatura, °C Densidad, kg/m3

• USA VOLUMENES OCUPADOS POR INGREDIENTES:AIRE, AGUA, CEMENTO AGREGADO

Temperatura, C Densidad, kg/m

16 998.93

18 998 58, ,CEMENTO, AGREGADO GRUESO

• RESTA DEL VOLUMEN TOTAL (UNITARIO) DEL

18 998.58

20 998.19

22 997 75TOTAL (UNITARIO) DEL CONCRETO EL VOLUMEN DE LOS INGREDIENTES.

• VOLUMEN =

22 997.75

24 997.27

26 996 75VOLUMEN   MASA/DENSIDAD

• VOLUMEN = MASA/(Gr.Sp. *Densidad W)

26 996.75

28 996.20

30 995 6130 995.61

Volumen de agua: 181/1000 = 0.181 m3

Cantidad de agua = 181 kg Tabla 9.5

V l d t 292/(3 15 1000) 0 093 3Volumen de cemento:Cantidad de cemento = 292 kg

292/(3.15x1000) = 0.093 m3

Volumen de agregado grueso: 1136/(2.68x1000) = 0.424 m3g g g

Cantidad de agregado grueso = 1136 kg

/( )

Volumen de aire: 0.01x1000 = 0.010 m3Tabla 9.5

Volumen total: 0.708 m3

Volumen requerido de agregado fino  = 1 – 0.708 = 0.292

Peso seco requerido de agregado fino = 0.292x2.64x1000 = 771 kg

ACI 211PASO 8:

• ABSORCIÓN

ADJUSTES POR HUMEDAD DE LOS AGREGADOS

• HUMEDAD SUPERFICIAL• REDUCCION DEL AGUA DE MEZCLADO = HUMEDAD LIBRE

H2O LIBRE  = TOTAL H2O ‐ ABSORCIÓN H20

A. Grueso: (CH) 2%, (A) 0.5%Ej l A Grueso: 2% ‐ 0 5% = 1 5% = 0 015( ) , ( )

A. Fino: (CH) 6%, (A) 0.7%Ejemplo:

1. Ajuste en las masas de los agregados:

A. Grueso: 2%  0.5% = 1.5% = 0.015A. Fino: 6% ‐ 0.7% = 5.3% = 0.053

A. Grueso (húmedo): 1136 (1.02) = 1159 kgA. Fino (húmedo): 771 (1.06) = 817 kg

j g g

2. Ajuste en el agua de la mezcla:

Agua de la mezcla = 181‐1136(0.015)‐817(0.053)= 121 kg

Las masas estimadas para 1 metro cubico de concreto son:p

Agua 121 kgAgua 121 kgCemento 292 kgAgregado grueso 1159 kgAgregado fino 817 kgAgregado fino 817 kgTOTAL 2389 kg

Se debe verificar si las id dcantidades propuestas 

producen un concreto que obedece a los requisitos de construcción. 

ACI 211PASO 9 MEZCLAS DE PRUEBA EN EL LABORATORIOPASO 9:

Concreto suficiente (0.1m3) para ensayos de asentamiento, 

MEZCLAS DE PRUEBA EN EL LABORATORIO

( ) p y ,contenido de aire y fabricaciòn de 3 probetas cilindricas (o vigassi es necesario) para ensayo de compresiòn (o flexiòn).

• AÑADA H2O GRADUALMENTE

• VERIFICAR ASENTAMIENTO• VERIFICAR ASENTAMIENTO

• VERIFICAR CONT. AIRERelación agua/cemento = 0.45

Mezcla no.Asentamiento,

mmContenido de

aire, %

Masa volumétrica,

kg/m3Contenido de

cemento, kg/m3Agregado fino, porcentaje

del total de agregados Trabajabilidad

1 50 5.7 2341 346 28.6 Áspera

2 40 6.2 2332 337 33.3 Regular

3 45 7 5 2313 341 38 0 Buena3 45 7.5 2313 341 38.0 Buena

4 36 6.8 2324 348 40.2 Buena

Proporciones para producir 0.1 m3 de Concreto para Pequeñas Obras

Tamaño max. nominal del agregado grueso

Concreto con aire incluidoConcreto con aire incluido

Cemento,Agregado fino 

húmedo,Agregado grueso 

húmedo, Agua,del agregado grueso, mm

Cemento,

kg

húmedo,

kg

húmedo,

kg

Agua,

kg

9.5 46 85 74 16

12 5 43 74 88 1612.5 43 74 88 16

19.0 40 67 104 16

25.0 38 62 112 15

37.5 37 61 120 14

Concreto sin aire incluidoConcreto sin aire incluido

Tamaño max. nominal del agregado grueso, mm

Cemento,

kg

Agregado fino húmedo,

kg

Agregado grueso húmedo,

kg

Agua,

kg

9 5 46 94 74 189.5 46 94 74 18

12.5 43 85 88 18

19.0 40 75 104 16

25.0 38 72 112 15

37.5 37 69 120 14

Errores en el Diseño de Mezclas

• No variar la relación agua‐cemento (curva de 3 puntos).

• No controlar la pérdida de asentamiento durante el diseño de la mezcla para identificar la tendencia de falso fraguado del cemento. 

• No controlar las temperaturas del concreto en edad t id tifi l f t d t d d ltemprana para identificar el efecto de retardo de los reductores de agua.

F t d ltFuentes de consulta:

• ACI 211.1 Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete 

• PCA‐Portland Cement Association, Design and Control of concrete , gMixtures, 2004

• Valarezo, M., www.utpl.edu.ec/blog/mfvalarezo• Fotografías y artículos de internet.

Marlon Valarezo A.f l @ l dmfvalarezo@utpl.edu.ec