DISEO DE MEZCLAS DE CONCRETO

Una mezcla se debe disear tanto para estado fresco como para estado endurecido, siempre buscando que satisfagan requisitos de: Manejabilidad. Resistencia. Durabilidad. Estos diseos de mezcla deben enfocarse de acuerdo al uso al que estar destinado el concreto, por lo que deben estudiarse sus propiedades requeridas con el objeto de realizar el proporcionamiento de los materiales.

Pero ser que slo nos interesa el proporcionamiento de los materiales????, que otros factores afectan al diseo de mezcla??Economa ($$$$) Especificaciones de materiales Tecnologa Existente

Y cuales sern algunas propiedades de los materiales que debemos conocer para el diseo de mezcla??? Ahh? Mxima relacin a/mc. Tamao mximo del agregado. Mdulo de finura de la arena. Densidad aparente de la grava y de la arena. Absorcin de la grava y de la arena. Masa unitaria compacta de la grava. Densidad del cemento. Mximo y/o mnimo asentamiento. Mximo contenido de cemento. A continuacin explicaremos en detalle la informacin requerida de los materiales!!!

1. Propiedades del cemento.

2. Propiedades de los agregados.

3. Propiedades de los aditivos.

Y que pasar con el agua???, no tiene caractersticas que cumplir?? Que pasar si tengo datos de obras anteriores o experiencia previa para el diseo de mezcla??Se puede disminuir el nmero de mezclas prueba!!!

PASOS PARA REALIZAR EL DISEO DE MEZCLA1. Seleccin del asentamiento. 2. Eleccin del tamao mximo nominal. 3. 4. Estimacin del contenido de aire. Estimacin del contenido de agua.

5. Eleccin de la relacin agua / material cementante para determinada resistencia de diseo. 6. Clculo del contenido de cemento. 7. Estimacin de las proporciones de agregados. 8. Correccin por absorcin y humedad. 9. Ajustes a la mezcla de prueba.La anterior es la secuencia de pasos recomendada por el comit ACI-211. Consultar dicha norma!!! Snchez de Guzmn adopta dicha metodologa con variaciones para adoptarlo al medio colombiano. Dichos datos son los presentados en estas diapositivas.

1. SELECCIN DEL ASENTAMIENTO

Valores de asentamiento para diferentes clases de construccin

2. SELECCIN DEL TAMAO MXIMO DEL AGREGADOAgregados bien gradados y de buen tamao funcionan bien por que evitan gran cantidad de vacios y generan concretos menos costosos. Pero las condiciones del acero de refuerzo, transporte y colocacin limitan el tamao mximo. Para tener en cuenta la forma de la partculas Faury plantea las siguientes expresiones para la adecuada colocacin del concreto : Partculas redondeadas D < 1.2 P Partculas angulares D < 1.4 P

D = Tamao mximo de las partculas P = Radio medio de los espacios entre varillas de refuerzo.

El tamao mximo nominal no debe ser superior a: a) 1/5 de la menor separacin entre los lados de la formaleta. b) 1/3 de la altura de la losa. c) 3/4 del espaciamiento mnimo libre entre las barras o alambres individuales de refuerzo, paquetes de barras, tendones individuales, paquetes de tendones o ductos.

Hormiguero

Valores recomendados de TM para diferentes clases de construccin:

3. ESTIMACIN DEL CONTENIDO DEL AIRE

4. ESTIMACIN DEL CONTENIDO DEL AGUAEl agua de mezclado proporciona: Hidratacin, Fluidez.

5. ESTIMACIN DE LA RELACIN AGUA/ MATERIAL CEMENTANTE Factor importante en el diseo de mezcla. Se determina con basa a requisitos de : -Resistencia -Durabilidad -Impermeabilidad.

6. ESTIMACIN DEL CONTENIDO DE CEMENTO

C= Contenido de cemento A = Agua de mezclado A/C = Relacin agua / cemento

[ kg/m3] [ kg/m3] [Peso]

7. ESTIMACIN DE LAS PROPORCIONES DEL AGREGADO Para determinar las proporciones de los agregados de la mezcla, se debe corroborar que los ridos cumplan con lo determinado por la norma ASTM C 33 o la NTC 174, si los agregados no cumplen con dicha norma se puede utilizar el mtodo grfico. Mtodo ACI. Se usa cuando los agregados cumplen con las recomendaciones granulomtricas del NTC 174. Mtodo de la Road Note Laboratory. Se utiliza cuando los agregados no cumplen con las recomendaciones granulomtricas.

Recomendaciones granulomtricas para agregado grueso NTC 174.

Recomendaciones granulomtricas para agregado grueso NTC 174.

Tamiz mm 9.51 4.76 2.38 1.19 0.595 0.297 0.149 pulgadas 3/8 N4 N8 N16 N30 N50 N100

% que pasa Lmite inferior Lmite Superior 100 100 95 100 80 100 50 85 25 60 10 30 2 10

1. MTODO ACI.1.1. Estimacin del contenido de agregado grueso. Richart y Talbot, Consiste en determinar el volumen del agregado grueso por metro cbico de concreto. Se basa en el volumen unitario expresado por la relacin entre: de concreto (m3),

b / bob m3 b0 m3 = de = de Volumen de las partculas de agregado grueso por concreto. Volumen de las partculas del agregado grueso por agregado grueso.

Volumen de grava por unidad de volumen de concreto (b/bo)

El volumen de las partculas del agregado grueso por m3 de agregado grueso. b0 se calcula con la siguiente expresin:

El Volumen de las partculas de agregados grueso por metro cubico se puede calcular con la siguiente formula:

1.2. Estimacin del contenido de agregado fino.El volumen del agregado fino se obtiene restndole al volumen total de m3 todos los volmenes obtenidos de los materiales que integran el concreto (cemento, aire, cemento y agregado grueso). Peso W (kg/m3) k/w 0 Wc Wg Wf Wt Densidad aparente (kg/m3) 1000 0 dc dg df Volumen V ( a3/m3) Vw Va Vv Vg Vf 1 m3

Material Agua Aire Cemento Agregado grueso Agregado fino Total

AJUSTE DE LA CANTIDAD DE AGUA DE MEZCLADO DEBIDO A LA HUMEDAD DE LOS AGREGADOS.

Teniendo en cuenta que la cantidad de agua de mezclado se realiz suponiendo que el agregado est SSS (solo se logra en el laboratorio). Por tanto siempre tendr un exceso o un faltante del agua de mezclado, cantidad que se debe sumar o restar al agua de mezclado.

Snchez de Guzmn plantea la siguiente ecuacin para determinar el exceso o faltante de agua.

A = M ( H Abs)A = Agua en exceso o defecto respecto a la condicin SSS. M = Peso de la muestra seca, [kg]. H = Humedad del agregado, [%]. Abs = Absorcin del agregado, [%].

Humedad (H) = (Mh M)/ MMh = Peso de la muestra hmeda, [g]. M = Peso muestra seca, [g].

Abs = (Msss M)/ MMsss = Peso de la muestra seca en estado sss, [g]. M = Peso muestra seca, [g].

Cuando la humedad es mayor que la absorcin, indica que se tiene agua en exceso y esta aportando agua a la mezcla, de tal forma que hay que restarle agua a la mezcla y por lo tanto se debe usar el signo menos ( - ).

Cuando la absorcin es mayor que la humedad, indica que el agregado necesita mas agua para llegar a la condicin sss, por tanto se debe agregar mayor agua a la mezcla por que hay defecto de esta. Por lo tanto hay que usar signo ( + ).

Correccin de peso seco a hmedo.

Mh = M (1+H)H = Humedad. Mh = Peso de la muestra hmeda, [g]. M = Peso muestra seca, [g].

2. MTODO ROAD NOTE LABORATORY (RNL)Optimizacin de la granulometra. Es normal que la granulometra no cumpla, sin embargo se puede realizar una optimizacin mezclando la arena y la grava que se tiene en una proporcin tal que se puede lograr relaciones agregado grueso agregado fino convenientes.

Gradacin Fuller Thompson:

P = % de materiales que pasa el tamiz de abertura d, de una masa de agregados cuyo tamao mximo es D.

A continuacin se describe el mtodo RNL: 1. Se dibuja un cuadro divisiones en abscisas. de 10 divisiones en ordenadas y 10

2. En las ordenadas se enumeran en orden ascendente porcentajes de 0 a 100.

3. En la abscisa superior se numeran porcentajes de derecha a izquierda de 0 a 100. En esta abscisa se leer el porcentaje de agregado fino referido al agregado total.

4. En las ordenadas del lado izquierdo se marcan los porcentajes que pasan correspondientes al agregado fino, anotando el numero o abertura del tamiz correspondiente.

5. En las ordenadas del lado derecho se repite lo mismo con el agregado grueso.

6. En la abscisa inferior se numeran porcentajes de izquierda a derecha de 0 a 100. En esta abscisa se leer el porcentaje de agregado grueso referido al agregado total.

Vamos a tomar como ejemplo los siguientes datos, para un tamao mximo de 1, se muestran las siguientes granulometras para los agregados grueso y finos. Porcentaje que pasa Agregado Granulmetria Limites fino combinada 100 100 85-90 87.8 68-78 73.5 100 58-71 64 91 40-56 50.7 72 27-44 38.1 51 19-34 26.1 39 13-27 18.3 28 9-21 13.2 15 6-16 7.1

Tamiz mm 25. 4 19 12.7 9.51 4.76 2.38 1.19 0.595 0.297 0.149 Pulgadas 1 3/4 1/2 3/8 N4 N8 N16 N30 N50 N100

Agredado grueso 100 77 50 32 15 8 4

3/8

1

Le colocamos al siguiente cuadro los tamices, en los correspondientes porcentajes que pasan para cada tamiz, esto se realiza para los agregados grueso y finos.

---N4

---N8

3/4 ---

__N1 6 ---N30 ---N50 ---N100

1/2 __

3/8 ---

N4 --N8 -N16 ----

7. Los puntos correspondientes a tamices de igual nmero de abertura en las dos granulometras debern ser unidos, mediante una recta. Estas lneas representan los posibles porcentajes de la mezcla de agregados que pueden pasar por cada uno de los tamices

3/8 ---N4

1

---N8

3/4 ---

__N1 6

1/2 __

---N30 ---N50 ---- N100 3/8 ---

N4 --N8 -N16 ----

8. Sobre las lneas trazadas anteriormente se marcaran los limites porcentuales (mximo y mnimo) establecidos por la tabla de limites de gradacin para granulometras en porcentaje que pasa para distintos tamao mximo de agregado.

3/8 ---N4

1

---N8

3/4 ---

__N1 6

1/2 __

---N30 ---N50 ---- N100 3/8 ---

N4 --N8 -N16 ----

9. Una vez colocados los puntos, se traza un eje vertical que separa los puntos hallados en igual cantidad a la izquierda y a la derecha. A este eje le corresponde un porcentaje de arena y otro porcentaje de grava que representa la mezcla optima.

3/8 ---N4

1

---N8

3/4 ---

__N1 6

1/2 __

---N30 ---N50 ---- N100 3/8 ---

N4 --N8 -N16 ----

La solucin grfica muestra los siguientes porcentajes: Proporcin de grava : 55 % Proporcin de arena : 45 %

Estimacin del contenido de grava y arena. Volumen de agregado = 1 m3 - Volumen de cemento Volumen de agua Volumen de aire.

Densidad promedio de los agregados. Cuando existe una diferencia entre las densidades de los agregados se debe usar la siguiente expresin:

Densidad promedio de los agregados. Cuando no existe una diferencia entre las notorias densidades de los agregados se debe usar la siguiente expresin:

dg: Densidad aparente de la grava. df : Densidad aparente de la arena. %f : Porcentaje de la arena. %g : Porcentaje de la grava.

Wt = dpromedio * VtWt : Masa total de agregados por m3 de concreto. Vt : Volumen total de agregados por m3 de concreto.

Wg = Wt * %gWg : Masa de la grava.

Wf = Wt * %fWg : Masa de la arena.

Material Agua Aire Cemento Agregado grueso Agregado fino Total

Peso W (kg/m3) k/w 0 Wc Wg Wf Wt

Densidad aparente (kg/m3) 1000 0 dc dg df

Volumen V ( a3/m3) Vw Va Vv Vg Vf 1 m3

EJEMPLO DE APLICACIN

Problema. Se requiere fundir muros de pantalla para una edificacin, dichos muros no estarn expuestos a condiciones que puedan producir efectos nocivos en el concreto. Resistencia a compresin de los muros , fc= 21 Mpa Resistencia de diseo a compresin, fcc= 28 Mpa (C-5 NSR-10) Agregado grueso Tamao mximo nominal Tamao mximo Masa unitaria compactada A. Grueso Masa unitaria suelta A. Grueso Densidad aparente A. Grueso Absorcin A. Grueso Humedad natural A. Grueso Textura lisa y redondeada = = = = = = = 1 2 1560 kg/m3 1540 kg/m3 2470 kg/m3 2.5 % 4%

Agregado fino Modulo de finura Masa unitaria compactada A. fino Masa unitaria suelta A. fino Densidad aparente A. Grueso Absorcin A. Grueso Humedad natural A. Grueso Textura lisa y redondeada Cemento Cemento Tipo I Densidad = = = = = = 3.05 1590 kg/m3 1460 kg/m3 2540 kg/m3 1.3 % 8%

= 3.1 g/m3 (3100 kg/m3)

Granulometra agregado fino

mm 9.51 4.76 2.38 1.19 0.595 0.297 0.149

Tamiz Pulgadas 3/8 N4 N8 N16 N30 N50 N100 Fondo

% Retenido 0 2 8 30 30 15 13 2

% Retenido acumulado 0 2 10 40 70 85 98 100

% Pasa 100 98 90 60 30 15 2 0

1. Eleccin del asentamiento.

Asentamiento = 10 cm

2. Eleccin del Tamao nominal.

TNM = 1

3. Eleccin del contenido de aire.

Contenido de aire = 1.0% = 10 L = 0.01 m3

4. Eleccin de la cantidad de agua de mezcla

Cantidad de agua = 175 L = 0.175 m3

5. Eleccin de la relacin agua/cemento.

A/C = 0.48

6. Calculo del contenido de cemento.

C = 175/0.48

C = 372 kg/m3

7 Cantidad de agregados Mtodo ACI. Verificacin de granulometras.Tamiz mm 50.8 38 25. 4 19 12.7 9.51 4.76 9.51 4.76 2.38 1.19 0.595 0.297 0.149 Pulgadas 2 1 1/2 1 3/4 1/2 3/8 N4 3/8 N4 N8 N16 N30 N50 N100 Limite inferior 100 95 35 10 0 100 95 80 50 25 10 2 Porcentaje que pasa Granulometria Lmita superior a comparar GRAVA 100 100 97 100 90 60 70 30 20 30 4 5 ARENA 100 100 98 100 90 100 60 85 30 60 15 30 2 10 Verificacin ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok

Relacin b / bo

b / bo = 0.69

b0 = 1560/2470 = 0.632 El volumen de la grava ser:

Vg = 0.69*0.632 = 0.436 m3/m3

Contenido de arena. Vf = 1 (Aire + Agua + Cemento + A. Grueso) Vf = 1 (0.01 m3 + 0.175 m3 + 0.12 m3 + 0.436 m3 ) Vf = 0.259 m3

Material Agua Aire Cemento Agregado grueso Agregado fino Total

Peso W (kg/m3) 175 0 372 1077 658 2282

Densidad aparente (kg/m3) 1000 0 3100 2470 2540

Volumen V ( a3/m3) 0.175 0.01 0.12 0.436 0.259 1 m3

Problema 2. Se requiere fundir muros de pantalla para una edificacin, dichos muros no estarn expuestos a condiciones que puedan producir efectos nocivos en el concreto. Resistencia a compresin de los muros = 28 MPa

Agregado grueso Tamao mximo Masa unitaria compactada A. Grueso Masa unitaria suelta A. Grueso Densidad aparente A. Grueso Absorcin A. Grueso Humedad natural A. Grueso Textura lisa y redondeada = = = = = = 1 1560 kg/m3 1540 kg/m3 2470 kg/m3 2.5 % 4%

Agregado fino Modulo de finura Masa unitaria compactada A. fino Masa unitaria suelta A. fino Densidad aparente A. Grueso Absoricin A. Grueso Humedad natural A. Grueso Textura lisa y redondeada Cemento Cemento Tipo I Densidad kg/m3) = 3.05 = 1590 kg/m3 = 1460 kg/m3 = 2540 kg/m3 = 1.3 % =8%

=

3.1

g/m3

(3100

Vamos a tomar como ejemplo los siguientes datos, para un tamao mximo de 1, se muestran las siguientes granulometras para los agregados gruesos y finos.

Tamiz mm 25. 4 19 12.7 9.51 4.76 2.38 1.19 0.595 0.297 0.149 Pulgadas 1 3/4 1/2 3/8 N4 N8 N16 N30 N50 N100

Agregado grueso 100 77 50 32 15 8 4

Porcentaje que pasa Agregado Granulometra Limites fino combinada 100 100 85-90 87.8 68-78 73.5 100 58-71 64 91 40-56 50.7 72 27-44 38.1 51 19-34 26.1 39 13-27 18.3 28 9-21 13.2 15 6-16 7.1

3/8 ---N4

1

---N8

3/4 ---

__N1 6

1/2 __

---N30 ---N50 ---- N100 3/8 ---

N4 --N8 -N16 ----

3/8 ---N4

1

---N8

3/4 ---

__N1 6

1/2 __

---N30 ---N50 ---- N100 3/8 ---

N4 --N8 -N16 ----

3/8 ---N4

1

---N8

3/4 ---

__N1 6

1/2 __

---N30 ---N50 ---- N100 3/8 ---

N4 --N8 -N16 ----

3/8 ---N4

1

---N8

3/4 ---

__N1 6

1/2 __

---N30 ---N50 ---- N100 3/8 ---

N4 --N8 -N16 ----

La solucin grafica muestra los siguientes porcentajes: Proporcin de grava : 55 % Proporcin de arena : 45 %

Estimacin del contenido de grava y arena.

1 m3 - Volumen de cemento Volumen de agua Volumen de aire = Volumen de agregado. Aire Agua Cemento V agregados = 1 (0.01 m3 + 0.175 m3 + 0.12 m3 ) = 0.695 m3 Dprom = 0.55 * 2420 + 0.45 * 2590 = 2496.5 kg/m3 Wg = 2496.5 * 0.695 * 0.55 =954.25 kg/m3 Wf = 2496.5 * 0.695 * 0.45 =780.75 kg/m3

Volmenes y pesos de mezclas

Material Agua Aire Cemento Agregado grueso Agregado fino Total

Peso W (kg/m3) 175 0 372 954.25 780.75 2282

Densidad aparente Volumen V (kg/m3) ( a3/m3) 1000 0.175 0 0.01 3100 0.12 2470 2540 0.386 0.307 1 m3

Tarea.Realizar las correcciones por humedad.