DEFINICIÓN DE CONCRETO
«Mezcla de arena, piedra, agua y cementante
hidráulico, que inicialmente tiene características
de plasticidad y moldeabilidad, para
posteriormente endurecer y adquirir propiedades
resistentes permanentes, haciéndolo ideal como
material de construcción»
Fuente: ACI 318
TIPOS DE CONCRETO SEGÚN SU DENSIDAD
Densidad entre 800 kg/m3 y 2000 kg/m3
Densidad entre 2000 kg/m3 y 2400 kg/m3
Densidad > 2600 kg/m3
November 25, 20174 Title of Presentation / Meeting Name
MÉTODOS PARA DISEÑAR CONCRETO
ACI
WALKER
COMBINACIÓN DE AGREGADOS
POR QUÉ ES IMPORTANTE ESTABLECER UN DISEÑO DE MEZCLA
• Encuentra una solución estableciendo proporciones para una dosificación de materiales con componentes múltiples que cumpla con las especificaciones y requisitos.
• Ofrecer soluciones al cliente (Diseño-Prueba-Interpretación, adaptación in situ).
• Analizar la estructura de costos de la optimización del concreto > Agregar valor.
• Aprender sobre los materiales y su interacción (para poder resolver posibles problemas en el futuro).
¿POR QUÉ ES TEMA DIFÍCIL?
Retos del diseño de la mezcla:• Diferencias de una región a otra,
de un país a otro ...• Estándares• Filosofías y preferencias• Lobbies que influyen en las
normas y estándares• Materiales• Comunicaciones• Variación de materiales
constituyentes• Interacción de los materiales en
la mezcla• Logística (disponibilidad)• Nivel de precios
ERRORES FRECUENTES EN LOS DISEÑOS DE MEZCLA!!!
Suponer que es trabajo de los “Laboratoristas” y que
cualquier “técnico” puede hacerlos.
Considerar que son estáticos e invariables
Estimar que no vale la pena refinarse en las pruebas de
laboratorio
Subestimar su importancia
NO EXISTE CONCRETO MULTIPROPOSITO
IMPLEMENTACIÓN DE DISEÑOS DE MEZCLACOMPONENTES
Aggregates(~70%)
Water(18%)
Cement(9%)
Additive(2%)
Admixtures(0.5%)
Air(1%)
Vol.-%
IMPLEMENTACIÓN DE DISEÑOS DE MEZCLA: VOLUMEN
volumetric calculation: 1m3 concrete = 1000 liter
important differentiation
mass kg/m³ volume liter/m³density
IMPLEMENTACIÓN DE DISEÑOS DE MEZCLA: CONOCIMIENTOS BÁSICOS RESPECTO A LOS AGREGADOS
CONDICIONES DE HUMEDAD
E
S
T
A
D
0
SECO AL HORNO:Ninguna humedad
SECO AL AIRE:Humedad < absorción
SSS:Humedad = absorción
HÚMEDO:Humedad > absorción
Naturalmente o
después de
proceso de
extracción
Influye en el cálculo del agua de mezcla: Corrección por humedad y absorción
IMPLEMENTACIÓN DE DISEÑOS DE MEZCLA: CONOCIMIENTOS BÁSICOS RESPECTO A LOS AGREGADOS
Pesos Específicos - Cálculo
IMPLEMENTACIÓN DE DISEÑOS DE MEZCLA: CONOCIMIENTOS BÁSICOS RESPECTO A LOS AGREGADOS
% Absorción y % Humedad - Cálculo
IMPLEMENTACIÓN DE DISEÑOS DE MEZCLA: PROPORCIONES TÍPICAS EN VOLUMEN ABSOLUTO DE LOS COMPONENTES DEL CONCRETO
Agregados (70%) Agua
(18%)
Cemento
(9%)
Adiciones
(2%)
Aditivos
(0,5%) Aire
(1%)
Vol.-
%
1 m3
Criterio de balance de volúmenes absolutos
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
1. Definición de parámetros básicos: f´c, p. específicos
de todos los materiales, T.M. de agregados, Slump,
relación a/c, % aire, etc.
2. Averiguar lo máximo que se pueda sobre el proyecto:
condiciones climáticas, tipo de estructura, sistema de
vaciado, sistema de curado, dispersión del equipo de
producción, sistema de control de calidad.
FICHA TÉCNICA + ESPECIFICACIONES
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
3. Estimar la cantidad de agua / m3 y el % aire
• Tabla comité ACI 211
• Experiencia práctica
• Generalmente entre 180 y 200 L / m3
• Tener en cuenta si se usan aditivos
CANTIDADES APROXIMADAS DE AGUA DE AMASADO PARA
DIFERENTES SLUMP, T.M. DE AGREGADO Y CONTENIDO DE AIRE
Slump
(pulgadas)
Tamaño máximo del agregado
3/8 ½ ¾ 1 1 ½ 2 3 4
Concretos sin aire incorporado
1 a 2
3 a 4
6 a 7
207
228
243
199
216
228
190
205
216
179
193
202
166
181
190
154
169
178
130
145
160
113
124
----
% Aire
incorporad3 2.5 2 1.5 1 0.5 0.3 0.2
Concretos con aire incorporado
1 a 2
3 a 4
6 a 7
181
202
216
175
193
205
168
184
197
160
175
184
150
165
174
142
157
166
122
133
154
107
119
---
% Aire incorporado en función al grado de exposición
Normal
Moderado
Extremo
4.5
8
7.5
4
5.5
7
3.5
5
6
3
4.5
6
2.5
4.5
5.5
2
4
5
1.5
3.5
4.5
1
3
4
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
4. Definir la relación a/c
• En base a f´cr y Tabla ACI 211
• La establecen las especificaciones técnicas por durabilidad.
F´c a 28 días
(Kg./cm2)
Relación agua/cemento en peso
Sin aire incorporado Con aire incorporado
450
400
350
300
250
200
150
0.38
0.42
0.47
0.54
0.61
0.69
0.79
---
---
0.39
0.45
0.52
0.6
0.7
RELACION A/C
Resistencia en compresión vs Relación Agua/Cemento
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
Relación Agua/cemento en peso
Re
sis
ten
cia
en
co
mp
resió
n f
´c e
n k
g/c
m2
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
5. Calcular el cemento en peso y volumen absoluto
• Peso cemento en Kg = Peso agua en Kg. /
relación a/c
• Volumen de cemento en m3 = Peso cemento en
Kg. / PE cemento en Kg./m3
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
6. Calcular los aditivos en peso y volumen absoluto
• Peso aditivo en Kg. = Dosis en % x Peso de
cemento en Kg. / 100
• Volumen de aditivo en m3 = Peso de aditivo en
Kg. / PE aditivo en Kg./m3
7. Hacer un balance de pesos y volúmenes absolutos de lo ya calculado: cemento, agua, aire y aditivo. Calcular la diferencia con 1.00 m3 el volumen por completar con agregados.
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
8. Calcular los agregados en peso y volumen absoluto
• Tabla del comité ACI 211
• Experiencia práctica
• Cualquier método científico
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETOVolumen de AG compactado en seco por m3 de concreto
TM del
agregado
Volumen de agregado grueso compactado
en seco para diversos MF de arena
2.4 2.6 2.8 3
3/8
½
¾
1
1 ½
2
3
6
0.5
0.59
0.66
0.71
0.75
0.78
0.82
0.87
0.48
0.57
0.64
0.69
0.73
0.76
0.79
0.85
0.46
0.55
0.62
0.67
0.71
0.74
0.78
0.83
0.44
0.53
0.6
0.65
0.69
0.72
0.75
0.81
NOTA:
El volumen
absoluto se calcula
multiplicando el de
la tabla por el peso
unitario
compactado en
seco de la piedra y
dividiendo por su
peso específico
seco.
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
Teorías de curvas granulométricas
Fuller y Thompson
EMPA
Popovics (4)
Bolomey
Caquot y Faury
NTP…
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
9. Repartir el volumen remanente entre los %
determinados para arena y piedra, calcular los pesos:
IMPORTANTE
• Vol. Arena = % Arena x Vol. Remanente
• Peso Arena = Vol. Arena x PE Seco Arena
• Vol. Piedra = % Piedra x Vol. Remanente
• Peso Piedra = Vol. Piedra x PE Seco Piedra
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
10. Revisar que el balance final cuadre para 1.00 m3 y
que el peso unitario este dentro de los pesos
normales (2200 a 2400 Kg./m3).
IMPORTANTE
HASTA AQUÍ EL DISEÑO DE MEZCLA ESTA
COMPLETO PARA CONDICIÓN DE
LABORATORIO AHORA HAY QUE
CORREGIRLO PARA PLANTA Y/O OBRA
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
11. Corrección por absorción Pesos SSS
InsumoPeso Seco
(Kg.) (1)
%
Absorción
(%)
Agua de
Absorción
(2)
Pesos SSS
(Kg.)
Cemento 300 300
Agua 190
(1) + (2) =
190 + 18.15
= 208.15
Arena 900 1.5
900 x
1.5/100 =
13.5
900 -13.5 =
886.5
Piedra 930 0.5
930 x
0.5/100 =
4.65
930 – 4.65 =
925.35
Aditivo 3.0 3.0
Aire 1.5 1.5
Total 2324.5 18.15 2324.5
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
Ejercicio 1:
Diseñar por método ACI un concreto con f´c = 250
Kg./cm2, TM = 1 pulg., slump = 4 pulg. y aire normal.
1. Definir parámetros básicos.
2. Estimar la cantidad de agua / m3 y % aire
Agua = 193 Kg./m3
Aire = 1.5 %
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETOCantidades aproximadas de agua de amasado para diferentes slump, T.M. de agregado y contenido de aire
Slump
(pulgadas)
Tamaño máximo del agregado
3/8 ½ ¾ 1 1 ½ 2 3 4
Concretos sin aire incorporado
1 a 2
3 a 4
6 a 7
207
228
243
199
216
228
190
205
216
179
193
202
166
181
190
154
169
178
130
145
160
113
124
----
% Aire
incorporad3 2.5 2 1.5 1 0.5 0.3 0.2
Concretos con aire incorporado
1 a 2
3 a 4
6 a 7
181
202
216
175
193
205
168
184
197
160
175
184
150
165
174
142
157
166
122
133
154
107
119
---
% Aire incorporado en función al grado de exposición
Normal
Moderado
Extremo
4.5
8
7.5
4
5.5
7
3.5
5
6
3
4.5
6
2.5
4.5
5.5
2
4
5
1.5
3.5
4.5
1
3
4
Fuente ACI 211
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETODEFINIR RELACIÓN A/C
• Tabla del ACI 211
F´c a 28 días
(Kg./cm2)
Relación agua/cemento en peso
Sin aire
incorporado
Con aire
incorporado
450
400
350
300
250
200
150
0.38
0.42
0.47
0.54
0.61
0.69
0.79
---
---
0.39
0.45
0.52
0.6
0.7
a/c = 0.61
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
4. Calcular el peso del cemento y volumen absoluto
• Peso cemento en Kg = Peso agua en Kg. /
relación a/c
• Peso cemento en Kg = 193 Kg / 0.61 = 316 Kg
• Volumen de cemento en m3 = Peso cemento en
Kg. / PE cemento en Kg./m3
• Vol. Cemento en m3 = 316 Kg / 3150 Kg/m3 =
0.1003 m3
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
5. Calcular el peso y volumen absoluto de los aditivos
• Peso aditivo en Kg. = Dosis en % x Peso de
cemento en Kg. / 100
• Peso aditivo en Kg. = 0.5% x 316 Kg = 1.58 Kg
• Volumen de aditivo en m3 = Peso de aditivo en
Kg. / PE aditivo en Kg./m3
• Vol. Aditivo en m3 = 1.58 Kg. / 1200 Kg/m3 =
0.0013 m3
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
6. Hacer balance de pesos y volúmenes absolutos de lo ya
calculado y calcular la diferencia con 1.00 m3 para completar
con agregados.
Insumos Peso Seco (Kg./m3) Volumen en m3
Cemento 316 0.1003
Agua 193 0.193
Aditivo 1.58 0.0013
Aire 0.015
Balance de volúmenes 0.3096
Saldo por completar con
agregados
1.00 – 0.3096 = 0.6904
m3
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
7. Establecer el % intervención de arena y piedra
• Tabla ACI 211
TM del
agregado
Volumen de agregado grueso compactado en seco
para diversos MF de arena
2.4 2.6 2.8 3
3/8
½
¾
1
1 ½
2
3
6
0.5
0.59
0.66
0.71
0.75
0.78
0.82
0.87
0.48
0.57
0.64
0.69
0.73
0.76
0.79
0.85
0.46
0.55
0.62
0.67
0.71
0.74
0.78
0.83
0.44
0.53
0.6
0.65
0.69
0.72
0.75
0.81
NOTA:
El volumen absoluto se
calcula multiplicando el de la
tabla por el peso unitario
compactado en seco de la
piedra y dividiendo por su
peso específico seco.
Peso Piedra = 0.67 m3 x 1550
Kg./m3 = 1038.5 Kg
Vol. Piedra = 1038.5 Kg /
2600 Kg/m3 = 0.3994 m3
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
8. Determinar el volumen remanente de arena por diferencia y
calcular los pesos
Insumos Peso Seco (Kg.) Volumen (m3)
Cemento 316 0.1003
Agua 193 0.1930
Aditivo 1.58 0.0013
Aire 0.0150
Balance volumenes 0.3096
Saldo por completar con
agregados1.00 – 0.3096 = 0.6904
Piedra calculada 1038.5 0.3994
Vol. Arena por diferencia 0.6904 – 0.3994 = 0.2910
Calculo de peso de arena0.2910 m3 x 2700 Kg/m3 =
785.7 Kg
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
9. Revisar que el balance final cuadre para 1.00 m3 y que el peso
unitario este dentro de lo normal (2200 a 2400 Kg/m3)
Insumo Peso Seco (Kg.) Volumen (m3)
Cemento 316 0.1003
Agua 193 0.1930
Arena 785.7 0.2910
Piedra 1038.5 0.3994
Aditivo 1 1.58 0.0013
Aire 0.0150
Balance total 2335 1.0000
PASOS EN EL CÁLCULO DE DISEÑOS DE MEZCLA DE CONCRETO
10. Corregir por absorción y humedad
InsumoPeso Seco
(Kg.) – (1)
Agua de
Absorción
(Kg.) – (2)
Agua de
humedad
(Kg.) – (3)
Pesos
corregidos
(Kg.)
Cemento 316 316
Agua 193
(1) + (2) – (3) =
193 + 30.3 –
43.2 = 179.3
Arena 786786 x 2.3/100 =
18.1
786 x 5.1/ 100
= 40.1
(1) – (2) + (3) =
786 – 18.1 +
40.1 = 808
Piedra 10391039 x 1.1/100
= 11.4
1039 x 0.3/100
= 3.1
(1) – (2) + (3) =
1039 – 11.4 +
3.1 = 1030.7
Aditivo 1.58 1.58
Aire
Total 2335 30.3 43.2 2335