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7/23/2019 diseodemezclasdeconcreto-universidadnacionaldelaltiplano.docx

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DISEO DE MEZCLA DE CONCRETO

PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS DE CONCRETO DE PESO NORMAL

El proporcionamiento de mezclas de concreto, ms comnmente llamadodise!o de mezclas es "n proceso #"e consiste de pasos dependientesentre si$

a) Seleccin de los ingredientes convenientes (cemento, agregados, aguay aditivos).

b) Determinacin de sus cantidades relativas proporcionamiento paraproducir un, tan econmico como sea posible, un concreto detrabajabilidad, resistencia a compresin y durabilidad apropiada.

Estas proporciones dependern de cada ingrediente en particular los cuales asu ve dependern de la aplicacin particular del concreto. !ambi"n podr#anser considerados otros criterios, tales como minimiar la contraccin y elasentamiento o ambientes $u#micos especiales.

%un$ue se &an realiado gran cantidad de trabajos relacionados con losaspectos tericos del dise'o de meclas, en buena parte permanece como unprocedimiento emp#rico. aun$ue &ay muc&as propiedades importantes del

concreto, la mayor parte de procedimientos de dise'o, estn basadosprincipalmente en lograr una resistencia a compresin para una edadespeciicada as# como una trabajabilidad apropiada. %dems es asumido $ue sise logran estas dos propiedades las otras propiedades del concreto tambi"nsern satisactorias (e*cepto la resistencia al congelamiento y des&ielo + otrosproblemas de durabilidad tales como resistencia al ata$ue $u#mico). Sinembargo antes de pasar a ver los m"todos de dise'o en uso com+n en estemomento, ser de muc&a utilidad revisar, en ms detalle, las consideracionesbsicas de dise'o.

CONSIDERACIONES %ASICAS

Econom&a

El costo del concreto es la suma del costo de los materiales, de la mano deobra empleada y el e$uipamiento. Sin embargo e*cepto para algunosconcretos especiales, el costo de la mano de obra y el e$uipamiento son muyindependientes del tipo y calidad del concreto producido. or lo tanto los costosde los materiales son los ms importantes y los $ue se deben tomar en cuenta

para comparar meclas dierentes. Debido a $ue el cemento es ms costoso$ue los agregados, es claro $ue minimiar el contenido del cemento en el


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concreto es el actor ms importante para reducir el costo del concreto. Engeneral, esto puede ser ec&o del siguiente modo-

/tiliando el menor slump $ue permita una adecuada colocacin. /tiliando el mayor tama'o m*imo del agregado (respetando las

limitaciones indicadas en el cap#tulo anterior). /tiliando una relacin ptima del agregado grueso al agregado ino.

cuando sea necesario utiliando un aditivo conveniente.

Es necesario adems se'alar $ue en adicin al costo, &ay otros beneiciosrelacionados con un bajo contenido de cemento. En general, las contraccionessern reducidas y &abr menor calor de &idratacin. or otra parte un muy bajocontenido de cemento, disminuir la resistencia temprana del concreto y launiormidad del concreto ser una consideracin cr#tica.

0a econom#a de un dise'o de mecla en particular tambi"n deber#a tener encuenta el grado de control de calidad $ue se espera en obra. 1omodiscutiremos en cap#tulos posteriores, debido a la variabilidad in&erente delconcreto, la resistencia promedio del concreto producido debe ser ms alta $uela resistencia a compresin m#nima especiicada. %l menos en pe$ue'as obras,podr#a ser ms barato sobredise'ar el concreto $ue implementar el e*tensocontrol de calidad $ue re$uerir#a un concreto con una mejor relacin costo 2eiciencia.

Tra'a(a'ilidad

1laramente un concreto apropiadamente dise'ado debe permitir ser colocado ycompactado apropiadamente con el e$uipamiento disponible. El acabado $uepermite el concreto debe ser el re$uerido y la segregacin y sangrado debenser minimiados. 1omo regla general el concreto debe ser suministrado con latrabajabilidad m#nima $ue permita una adecuada colocacin. 0a cantidad deagua re$uerida por trabajabilidad depender principalmente de lascaracter#sticas de los agregados en lugar de las caracter#sticas del cemento.

1uando la trabajabilidad debe ser mejorada, el redise'o de la mecla debeconsistir en incrementar la cantidad de mortero en lugar de incrementarsimplemente el agua y los inos (cemento). Debido a esto es esencial unacooperacin entre el dise'ador y el constructor para asegurar una buenamecla de concreto. En algunos casos una menos mecla econmica podr#aser la mejor solucin. se deben prestar o#dos sordos al recuente pedido, enobra, de ms a)"a.

Resistencia * d"ra'ilidad

En general las especiicaciones del concreto re$uerirn una resistencia m#nimaa compresin. Estas especiicaciones tambi"n podr#an imponer limitaciones en


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importante asegurar $ue estos re$uisitos no sean mutuamente incompatibles.1omo veremos en otros cap#tulos, no necesariamente la resistencia acompresin a 45 d#as ser la ms importante, debido a esto la resistencia aotras edades podr#a controlar el dise'o.

0as especiicaciones tambi"n podr#an re$uerir $ue el concreto cumpla ciertos

re$uisitos de durabilidad, tales como resistencia al congelamiento y des&ielo ata$ue $u#mico. Estas consideraciones podr#an establecer limitacionesadicionales en la relacin agua cemento (a3c), el contenido de cemento y enadicin podr#a re$uerir el uso de aditivos.

Entonces, el proceso de dise'o de mecla, envuelve cumplir con todos losre$uisitos antes vistos. %simismo debido a $ue no todos los re$uerimientospueden ser optimiados simultneamente, es necesario compensar unos conotros6 (por ejemplo puede ser mejor emplear una dosiicacin $ue para

determinada cantidad de cemento no tiene la mayor resistencia a compresinpero $ue tiene una mayor trabajabilidad).

7inalmente debe ser recordado $ue incluso la mecla perecta no producir unconcreto apropiado si no se lleva a cabo procedimientos apropiados decolocacin, acabado y curado.

IN+ORMACION RE-ERIDA PARA EL DISE.O DE MEZCLAS

%nlisis granulom"trico de los agregados eso unitario compactado de lo agregados (ino y grueso) eso espec#ico de los agregados (ino y grueso) 1ontenido de &umedad y porcentaje de absorcin de los agregados (ino

y grueso) eril y te*tura de los agregados !ipo y marca del cemento eso espec#ico del cemento 8elaciones entre resistencia y la relacin agua3cemento, para

combinaciones posibles de cemento y agregados.

PASOS PARA EL PROPORCIONAMIENTO

odemos resumir la secuencia del dise'o de meclas de la siguiente manera-

9. Estudio detallado de los planos y especiicaciones t"cnicas de obra.4. Eleccin de la resistencia promedio (f '

cr) .

:. Eleccin del %sentamiento (Slump)

;. Seleccin del tama'o m*imo del agregado grueso.


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5. Estimacin del contenido de agregado grueso y agregado ino.?. %justes por &umedad y [email protected] de proporciones en peso.99. 1lculo de proporciones en volumen.94.1lculo de cantidades por tanda.

9. Especi/icaciones t0cnicas

%ntes de dise'ar una mecla de concreto debemos tener en mente, primero, elrevisar los planos y las especiicaciones t"cnicas de obra, donde podremosencontrar todos los re$uisitos $ue ij el ingeniero proyectista para $ue la obrapueda cumplir ciertos re$uisitos durante su vida +til.


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( X ABX )2i(n 1)A

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(n1CBn2AB2)(n 1)(sA )2CB(n 1)(sA )2

2. Elecci1n de la resistencia promedio (f 'cr

)

2343 Clc"lo de la des5iaci1n estndar

Mtodo 1

Si se posee un registro de resultados de ensayos de obras anterioresdeber calcularse la desviacin estndar. El registro deber-

a) 8epresentar materiales, procedimientos de control de calidad ycondiciones similares a a$uellos $ue se espera en la obra $ue se va ainiciar.

b) 8epresentar a concretos preparados para alcanar una resistencia de4

dise'o f 'C $ue este dentro del rango de >@ g3cm de la especiicada

para el trabajo a iniciar.

Si se posee un registro de : ensayos consecutivos la desviacin estndar secalcular aplicando la siguiente rmula-

s =

Donde-

s F Desviacin estndar, en g cm44

Xi

F 8esistencia de la probeta de concreto, en g cm

X F 8esistencia promedio de n probetas, en g cm4

n F G+mero de ensayos consecutivos de resistencia

c) 1onsistir de por lo menos :@ ensayos consecutivos o dos grupos deensayos consecutivos $ue totalicen por lo menos :@ ensayos.

Si se posee dos grupos de ensayos consecutivos $ue totalicen por lo menos unregistro de :@ ensayos consecutivos, la desviacin estndar promedio secalcular con la siguiente rmula-

s =

Donde-s F Desviacin estndar promedio en g cm4 .

s1,s2 F Desviacin estndar calculada para los grupos 9 y 4

respectivamente en g cm4 .

n1, n2 F G+mero de ensayos en cada grupos, respectivamente.

Mtodo 2

Si solo se posee un registro de 9< a 4? ensayos consecutivos, se calcularala desviacin estndar s correspondiente a dic&os ensayos y se

multiplicara por el actor de correccin indicado en la tabla 4.9 para obtenerel nuevo valor de s.


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El registro de ensayos a $ue se &ace reerencia en este H"todo debercumplir con los re$uisitos a), b) del m"todo 9 y representar un registro deensayos consecutivos $ue comprenda un periodo de no menos de ;< d#ascalendario.

Ta'la 2343 +actores de correcci1n.

M-ESTRAS +ACTOR DE CORRECCION

menos de 9< /sar tabla 4.49< 9.9=4@ 9.@54< 9.@::@ 9.@@

4.4. Clc"lo de la resistencia promedio re#"erida

/na ve $ue la desviacin estndar &a sido calculada, la resistencia a

compresin promedio re$uerida (f 'cr

) se obtiene como el mayor valor de las

ecuaciones (9) y (4). 0a ecuacin (9) proporciona una probabilidad de 9 en 9@@$ue el promedio de tres ensayos consecutivos estar por debajo de la

resistencia especiicada f 'C . 0a ecuacin (4) proporciona una probabilidad de

similar de $ue ensayos individuales est"n :< g cm4 por debajo de la

resistencia especiicada f 'C .

a) Si la desviacin estndar se &a calculado de acuerdo a lo indicado en elH"todo 9 o el H"todo 4, la resistencia promedio re$uerida ser el mayor de

los valores determinados por las ormulas siguientes usando la desviacinestndar s calculada.f '

cr= f 'C+1.34s ................................................ (9)

Donde-

f 'cr= f 'C+ 2.33s 35 ............................................. (4)

s F Desviacin estndar, en g cm4

b) Si se desconoce el valor de la desviacin estndar, se utiliara la !abla 4.4para la determinacin de la resistencia promedio re$uerida.

TA%LA 2323 Resistencia a la compresi1n promedio.

f 'C f 'cr

Henos de49@

49@ a

Ic J >@Ic J 5;Ic J ?5

:. Elecci1n del asentamiento 6Sl"mp7

Si las especiicaciones t"cnicas de obra re$uieren $ue el concreto tengauna determinada consistencia, el asentamiento puede ser elegido de lasiguiente tabla-


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Ta'la 8343 Consistencia * asentamientos3

Consistencia Asentamiento

Secalsti

ca

@II (@mm) a 4II (


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Ta'la


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Tabla 6.1. Relacin agua/cemento y resistencia a la compresin del concreto.

8ESNS!EG1N%% 0%

1OH8ESNOG% 0OS 45 DN%S

I

8E0%1NOG %R/%31EHEG!O DE DNSEO EG

1OG18E!O SNG%N8E

1OG18E!O 1OG%N8E

;


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d D

METODO DE +>LLER$

Este m"todo es general y se aplica cuando los agregados no cumplan con laGorma %S!H 1 ::. %simismo se debe usar para dosiicaciones con ms de:@@ g de cemento por metro c+bico de concreto y para tama'os m*imos del

agregado grueso comprendido entre 4@mm (:3;II) y @ para piedra redondeada.R

m- 8esistencia promedio re$uerida.

>. Clc"lo del contenido de cemento

/na ve $ue la cantidad de agua y la relacin a3c &an sido estimadas, lacantidad de cemento por unidad de volumen del concreto es determinadadividiendo la cantidad de agua por la relacin a3c. Sin embargo es posible $uelas especiicaciones del proyecto establecan una cantidad de cementom#nima. !ales re$uerimientos podr#an ser especiicados para asegurar unacabado satisactorio, determinada calidad de la supericie vertical de loselementos o trabajabilidad.

5. Estimaci1n del contenido de a)re)ado )r"eso * a)re)ado /ino

METODO DE +>LLER$

0ey de 7Wller-Donde-

Pd = 100

Pd

- P $ue pasa por la malla d.d - %bertura de la malla de reerencia.

D - !ama'o m*imo del agregado grueso.

0a relacin arena3agregado, el volumen absoluto, se determina gricamente-

- Se dibujan las curvas granulom"tricas de los 4 agregados.

- En el mismo papel, se dibuja la parbola de 7Wller (0ey de 7Wller).- or la malla GX ; traamos una vertical la cual determinar en las curvastraadas : puntos.


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%F P %gregado ino $ue pasa por la malla GX ;.YF P %gregado grueso $ue pasa por la malla GX;.1F P %gregado ideal $ue pasa por la malla GX ;.

Si llamamos- - P en volumen absoluto del agregado ino dentro de la mecla

de agregados. : P en volumen absoluto del agregado grueso dentro de la

mecla de agregados.

Figura 8.1. Proporcionamieno !e agrega!o". M#o!o !e F$%%er.

0a igura 5.9 nos muestra un ejemplo de la determinacin de las proporcionesde agregado ino y agregado grueso en relacin al volumen total de agregadospor metro c+bico de concreto.

Entonces-

=C B

x100A B

= 100

!eniendo los valores de y podemos calcular el volumen de agregado inoy agregado grueso por metro c+bico de concreto, de la siguiente manera-


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Vol.total deagregados = 1 (Vol.agua + Vol.aire + Vol.cemento)

Vol.agregado fino (m3) =

xVol.total deagregados (m

3)

100

Vol.agregado grueso (m3) =

xVol.total deagregados (m

3

)100

Obtenidos los vol+menes de agregado ino y grueso dentro de un metro c+bicode concreto, calculamos los pesos de agregado ino y grueso para un metroc+bico de concreto-

Pesoagregado fino (kg / m3) = (Vol.agregado fino)(Pesoespecifico del ag.fino)

Pesoagregado grueso (kg / m3 ) = (Vol.agregado grueso)(Pesoespecifico del ag.grueso)

METODO DEL COMIT? 244 DEL ACI$

Se determina el contenido de agregado grueso mediante la tabla >.9, elaboradapor el 1omit" 499 del %1N, en uncin del tama'o m*imo nominal delagregado grueso y del mdulo de inea del agregado ino. 0a tabla >.9 permite

obtener un coeiciente b /b0

resultante de la divisin del peso seco del

agregado grueso entre el peso unitario seco y compactado del agregadogrueso e*presado en g m: .

Ta'la @343 9ol"men de a)re)ado )r"eso por "nidad de 5ol"men de concreto .

!%H%OH%TNHO DE0%R8ER%DO

R8/ESO

Lolumen de agregado grueso, seco y compactado(Q) por unidad de volumen de concreto, paradierentes mdulos de inea del agregado ino.

HOD/0O DE 7NGEK% DE0 %R8ER. 7NGO

mm. ulg. 4.;@ 4.=@ 4.5@ :.@@

9@ :35 @.


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Obtenido b /b0

procedemos a calcular la cantidad de agregado grueso

necesario para un metro c+bico de concreto, de la siguiente manera-

Peso seco del A.grueso (kg / m3) =

b

b0

x(Pesounitariocompactadodel A.grueso)

Entonces los vol+menes de los agregados grueso y ino sern-

Vol.agregado grueso(m3) =

Peso secodel A.grueso

Pesoespecifico del A.grueso

Vol.agregado fino (m3) = 1 (Vol.agua + Vol.aire + Vol.cemento + Vol.agregado

grueso)

or consiguiente el peso seco del agregado ino ser-

Pesoagregado fino (kg / m3) = (Vol.agregado fino) (Pesoespecifico del agregado fino)

METODO DEL MOD-LO DE +INEZA DE LA COM%INACION DEAREADOS$

0as investigaciones realiadas en la /niversidad de Haryland &an permitidoestablecer $ue la combinacin de los agregados ino y grueso, cuando "stostienen granulometr#as comprendidas dentro de los l#mites $ue establece laGorma %S!H 1 ::, debe producir un concreto trabajable en condicionesordinarias, si el mdulo de inea de la combinacin de agregados se apro*imaa los valores indicados en la tabla >.4.

Ta'la @323 M1d"lo de /ineza de la com'inaci1n de a)re)ados.

!ama'oH*imo

Gominal del% re ado

Hdulo de inea de la combinacin de

agregados$ue da las mejores condiciones detrabajabilidadpara contenidos de cemento ensacos3metro c+bicoindicados.

mm. ulg. < = > 5 ?

9@ :35 :.55 :.?= ;.@; ;.99 ;.9?

94.< 934 ;.:5 ;.;= ;.


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QQ 0os valores de la !abla pueden dar meclas ligeramente sobrearenosas parapavimentos o estructuras ciclpeas. ara condiciones de colocacin avorablespueden ser incrementados en @.4.


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De la tabla >.4 obtenemos el mdulo de inea de la combinacin de agregados( m

c), al mismo tiempo contamos, previamente, con valores de los mdulos de

inea del agregado ino ( mf

) y del agregado grueso ( mg

), de los cuales

&aremos uso para obtener el porcentaje de agregado ino respecto al volumentotal de agregados mediante la siguiente rmula-

Donde-rf

- orcentaje del volumen de agregado ino con respecto al volumen total de agregados.

Entonces los vol+menes de agregado ino y agregado grueso por metro c+bicode concreto son-

or tanto, los pesos de los agregados en un metro c+bico de concreto son-

Pesoagregado fino (kg / m3) = (Vol.agregado fino) (Pesoespecifico del agregado fino)

Pesoagregado grueso (kg / m3) = (Vol.agregado grueso)(Pesoespecifico del ag.grueso)

METODO DE BALER$

0a tabla >.:, elaborado por Zalter, permite determinar el porcentajeapro*imado de agregado ino en relacin al volumen total de agregados, enuncin del mdulo de inea del agregado ino, el tama'o m*imo nominal delagregado grueso, el peril del mismo y el contenido de cemento en la unidadc+bica de concreto.


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Ta'la @383 Porcenta(e de a)re)ado /ino!ama'oH*imoGominal

del%gregad

%gregado 8edondeado %gregado %ngular

7actor cemento e*presado ensacos por metro c+bico

7actor cemento e*presadoen sacos por metro c+bico

mm ulg < = > 5 < = > 5

%gregado 7ino 2 Hdulo de 7inea de 4.: a 4.;

9@ :35 =@

9@ :35 == =4


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?. A("stes por "medad * a'sorci1n

El contenido de agua a'adida para ormar la pasta ser aectada por elcontenido de &umedad de los agregados. Si ellos estn secos al aireabsorbern agua y disminuirn la relacin a3c y la trabajabilidad. or otro lado

si ellos tienen &umedad libre en su supericie (agregados mojados) aportarnalgo de esta agua a la pasta aumentando la relacin a3c, la trabajabilidad ydisminuyendo la resistencia a compresin. or lo tanto estos eectos deben sertomados estimados y la mecla debe ser ajustada tomndolos en cuenta.

or lo tanto-

Si-

$esos de agregados %&medos '

Peso A.gruesohumedo (kg) = (Peso A.grueso seco).(1+

%fPeso A.fino humedo (kg) = (Peso A.fino seco).(1+

100

%g)

100

)

(gua Efecti)a '

%g %a

gAguaen agregado grueso = (Peso A.grueso seco).( ) =X100

%f %a

fAguaen agregado fino = (Peso A.fino seco).( ) = !100

Agua efecti"a (#ts) =Agua dedise$o (X + ! )

[email protected]"lo de las proporciones en peso

1emento - agregado ino - agregado grueso 3 agua

Pesocemento-Peso A.finohumedo

-Peso A.gruesohumedo

3Aguaefecti"a

Pesocement Pesocement Pesocemento


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Pesocemento


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99. Clc"lo de las proporciones en 5ol"men

99.9. Datos necesarios:

- eso unitario suelto del cemento (9


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94.:. E/iciencia de la mezcladora$

Debido a $ue la mecladora debe ser abastecida por un n+mero entero debolsas de cemento, la cantidad de bolsas de cemento por tanda ser igual a un

n+mero entero menor a la cantidad de bolsas reuerida por la mecladora.

94.;. 9ol"men de concreto por tanda$

94.


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