diseÑo de mezclas - funcionamiento programa

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DISEÑO DE MEZCLAS Secuencia de diseño: Los siguientes pasos se consideran fundamentales en el proceso de selección de las proporciones de la mezcla para alcanzar las propiedades deseadas en el concreto. Ellos deben efectuarse independientemente del procedimiento de diseño seleccionado. 1. Estudiar cuidadosamente los requisitos indicados en los planos y en las especificaciones de obra. 2. Seleccionar la resistencia promedio requerida para obtener en obra la resistencia de diseño especificada por el proyectista. En esta etapa se deberá tener en cuenta la desviación estándar y el coeficiente de variación de la compañía constructora, así como el grado de control que se debe ejercer en obra. 3. Seleccionar, en función de las características del elemento estructural y del sistema de colocación del concreto, el tamaño máximo nominal del agregado grueso. 4. Elegir la consistencia de la mezcla y expresarla en función del asentamiento de la misma. Se tendrá en consideración, entre otros factores la trabajabilidad deseada, las características de los elementos estructurales y las facilidades de colocación y compactación del concreto.

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Diseño de mezclas

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Page 1: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

DISEÑO DE MEZCLAS

Secuencia de diseño:

Los siguientes pasos se consideran fundamentales en el proceso de selección de las

proporciones de la mezcla para alcanzar las propiedades deseadas en el concreto.

Ellos deben efectuarse independientemente del procedimiento de diseño

seleccionado.

1. Estudiar cuidadosamente los requisitos indicados en los planos y en las

especificaciones de obra.

2. Seleccionar la resistencia promedio requerida para obtener en obra la

resistencia de diseño especificada por el proyectista. En esta etapa se deberá

tener en cuenta la desviación estándar y el coeficiente de variación de la

compañía constructora, así como el grado de control que se debe ejercer en

obra.

3. Seleccionar, en función de las características del elemento estructural y del

sistema de colocación del concreto, el tamaño máximo nominal del agregado

grueso.

4. Elegir la consistencia de la mezcla y expresarla en función del asentamiento de

la misma. Se tendrá en consideración, entre otros factores la trabajabilidad

deseada, las características de los elementos estructurales y las facilidades de

colocación y compactación del concreto.

5. Determinar el volumen de agua de mezclado por unidad de volumen del

concreto, considerando el tamaño máximo nominal del agregado grueso, la

consistencia deseada y a presencia de aire, incorporado o atrapado, en la

mezcla.

6. Determinar el porcentaje de aire atrapado o el de aire total, según se trate de

concretos normales o de concretos en los que exprofesamente, por razones de

durabilidad, se ha incorporado aire, mediante el empleo de un aditivo.

Page 2: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

7. Seleccionar la relación agua – cemento requerida para obtener la resistencia

deseada en el elemento estructural. Se tendrá en consideración la resistencia

promedio seleccionada y la presencia o ausencia de aire incorporado.

8. Determinar el factor cemento por unidad cúbica de concreto, en función del

volumen unitario de agua y de la relación agua – cemento seleccionada.

9. Determinar las proporciones relativas de los agregados fino y grueso. La

selección de la cantidad de cada uno de ellos es la unidad cúbica de concreto.

Está condicionada al procedimiento de diseño seleccionado.

10. Determinar, empleando el método de diseño seleccionado, las proporciones de

la mezcla, considerando que el agregado está en estado seco y que el volumen

unitario de agua no ha sido corregido por humedad del agregado.

11. Corregir dichas proporciones en función del porcentaje de absorción y el

contenido de humedad de los agregados fino y grueso.

12. Ajustar las proporciones seleccionadas de acuerdo a los resultados de los

ensayos de la mezcla realizados en el laboratorio

13. Ajustar las proporciones finales de acuerdo a los resultados de los ensayos

realizados bajo condiciones de obra.

Nota: Sea cual fuere el método de diseño empleado, así como el mayor o menor

grado de refinamiento que se aplique en el mismo, el concreto resultante debe siempre

considerarse como un material de ensayo cuyas proporciones definitivas se

establecen en función de los resultados de las experiencias de laboratorio y las

condiciones de trabajo en obra.

Page 3: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

A continuación se detalla cada paso:

1. Selección de la resistencia promedio

Las mezclas de concreto deben diseñarse para una resistencia promedio cuyo valor es

siempre superior al de la resistencia de diseño especificada por el ingeniero

proyectista.

La diferencia entre ambas resistencias está dada y se determina en función del grado

de control de la uniformidad y de la calidad del concreto realizado por el contratista y la

inspección.

Cálculo de la resistencia promedio

La resistencia a la compresión promedio requerida, la cual ha de emplearse como

base para la selección de las proporciones de la mezcla de concreto, deberá ser el

mayor de los valores obtenidos a partir de la solución de ecuaciones (1) ó (2), en las

que se empleará, según el caso, la desviación estándar calculada (s).

f’cr = f’c + 1.34 s……………....(1)

f’cr = f’c + 2.33 s – 35…………(2)

Cálculo de la desviación estándar (s)

Se debe tener un registro de resultados de ensayos de resistencia en compresión, a

partir del cuál se calculará la desviación estándar.

Para ello se realizará el muestreo de concretos preparados para alcanzar una

resistencia en compresión de diseño especificada del orden de la del trabajo a ser

iniciado; aceptándose un rango de variación de 35 kg/cm2 para resistencias en

compresión hasta de 280 kg/cm2, y de 70 kg/cm2 para resistencias mayores en

relación a la resistencia de diseño especificada para la obra propuesta.

Se debe contar de por lo menos 30 resultados de ensayos consecutivos, o de dos

grupos de ensayos consecutivos que totalicen por lo menos 30 ensayos

Page 4: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Para las condiciones mencionadas anteriormente, la desviación estándar se calculará

a partir de los resultados con que se cuenta, aplicando la siguiente ecuación:

Si se utiliza dos grupos de registros de resultados de muestras de ensayo para

totalizar por lo menos 30, la desviación estándar a ser empleada en el cálculo de la

resistencia promedio, deberá ser el promedio estadísticos de los valores calculados

para cada grupo de ensayos. Para determinarla se utilizará la siguiente ecuación:

Cuando no se cuente con un registro de resultados de ensayos que posibilite el cálculo

de la desviación estándar de acuerdo a lo indicado líneas arriba la resistencia

promedio requerida deberá ser determinada empleando los valores de la Tabla (1).

Tabla (1)

Los métodos anteriores corresponden al American Concrete Institute (ACI).

2. Selección del Tamaño máximo nominal del agregado grueso

Page 5: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

La Norma ITINTEC 400.037 define al “Tamaño Máximo” como a aquel que

“corresponde al menor tamiz por el que pasa toda la muestra de agregado grueso”.

La Norma ITINTEC 400.037 define al “Tamaño Máximo Nominal” como a aquel que

“corresponde al menor tamiz de la serie utilizada que produce el primer retenido”.

Criterios de Selección:

Las normas de diseño estructural recomiendan que el tamaño máximo nominal del

agregado grueso sea el mayor que pueda ser económicamente disponible, siempre

que él sea compatible con las dimensiones y características de la estructura. Se

considera que, en ningún caso, el tamaño máximo nominal del agregado grueso

deberá exceder de los siguientes valores:

- Un quinto de la menor dimensión entre caras de encofrados.

- Un tercio del peralte de la losa.

- Tres cuartos del espacio mínimo entre barras o alambres individuales de

refuerzo

3. Selección del Asentamiento

El asentamiento es aquella característica del concreto no endurecido que define el

grado de humedad de la mezcla. De acuerdo a su consistencia, las mezclas de

concreto se clasifican en:

a) Mezclas secas; aquellas cuyo asentamiento está entre cero y dos pulgadas (0

mm a 50 mm).

b) Mezclas plásticas; aquellas cuyo asentamiento está entre tres y cuatro

pulgadas (75 mm a 100 mm).

c) Mezclas fluidas; aquellas cuyo asentamiento está entre cinco o más pulgadas

(mayor de 125 mm).

Page 6: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

El ensayo del Cono de Abrams, es el que da una mejor idea de la humedad de la

mezcla de concreto.

Para la selección del asentamiento el Comité 211 del ACI presenta la siguiente tabla.

Tabla (2)

Los rangos indicados en esta tabla corresponden a concretos consolidados por

vibración. El asentamiento puede incrementarse en 1” si se emplea un método de

consolidación diferente a la vibración.

4. Selección del Volumen unitario de agua

Se refiere a la determinación de la cantidad de agua que se debe incorporar a la

mezcladora, por unidad cúbica de concreto, para obtener una consistencia

determinada cuando el agregado está al estado seco.

Como generalmente el agregado no es presenta en estado seco, la cantidad de agua

seleccionada deberá posteriormente ser corregida en función del porcentaje de

absorción y contenido de humedad del agregado.

El volumen unitario de agua, a partir del cual y conociendo la relación agua – cemento

efectiva es posible calcular el factor cemento, es función fundamentalmente de las

características físicas del agregado, de la consistencia seleccionada, y del contenido

de aire de la mezcla.

El Comité 211 del ACI presenta la siguiente tabla que permite seleccionar el volumen

unitario de agua, para agregados al estado seco, en concretos preparados con y sin

aire incorporado; teniendo como factores a ser considerados la consistencia que se

desea para la mezcla y el tamaño máximo nominal del agregado grueso seleccionado.

Page 7: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Tabla (3)Volumen unitario de agua

Los valores de esta tabla corresponden a agregado grueso de perfil angular y

granulometría comprendida dentro de los límites de la Norma ASTM C 33.

5. Selección del Contenido de Aire

Las burbujas de aire pueden estar presentes en la pasta como resultado de las

operaciones propias del proceso de puesta en obra, en cuyo caso se le conoce como

aire atrapado o aire natural; o pueden encontrarse en la mezcla debido a que han sido

intencionalmente incorporadas a ella, en cuyo caso se le conoce como aire

incorporado.

La siguiente tabla da el porcentaje aproximado de aire atrapado, en mezclas sin aire

incorporado, para diferentes tamaños máximos nominales de agregado grueso

adecuadamente graduado dentro de los requisitos de la Norma ITINTEC 400.037 ó

ASTM C 33.

Tabla (4)

Page 8: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Si se desea trabajar con aire incorporado, la Tabla (5) da tres niveles de aire total, los

cuales dependen de los propósitos de empleo del aire incorporado y de la severidad

de las condiciones del clima.

Tabla (5)

6. Selección de la Relación Agua-Cemento por resistencia

La relación agua-cemento de diseño, se refiere a la cantidad de agua que interviene

en la mezcla cuando el agregado esta en condición de saturado superficialmente seco,

es decir que no toma ni aporta agua. La relación agua-cemento efectiva se refiere a la

cantidad de agua de la mezcla cuando se tiene en consideración la condición real de

humedad del agregado.

El Comité 211 del ACI presenta la siguiente tabla para determinar la relación agua-

cemento.

Tabla (6)

Page 9: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

7. Cálculo del contenido de Cemento

Conocidos el volumen unitario de agua por unidad de volumen del concreto y la

relación agua-cemento seleccionada, se puede determinar el factor cemento por

unidad cúbica de concreto mediante la división del volumen unitario de agua,

expresado en litros por metro cúbico, entre la relación agua-cemento, obteniéndose el

número de ilos de cemento por unidad cúbica de concreto.

8. Selección del Contenido de Agregado Grueso

La Tabla (7) elaborada por el Comité 211 del ACI es función del tamaño máximo

nominal del agregado grueso y del módulo de fineza del agregado fino. Ella permite

obtener un coeficiente resultante de la división del peso seco del agregado grueso

requerido por la unidad cúbica de concreto entre el peso unitario seco y varillado del

agregado grueso, expresado en kg/m3.

Multiplicando el coeficiente, obtenido en la Tabla (7), por el peso unitario seco varillado

del agregado grueso, se obtiene, de acuerdo al Método del ACI, la cantidad de

agregado grueso seco y compactado que debe emplearse en la mezcla.

Tabla (7)

Page 10: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

9. Selección del Contenido de Agregado Fino

El método del Comité 211 del ACI determina el volumen absoluto de agregado fino por

diferencia entre la unidad y la suma de los volúmenes absolutos de cemento, agua de

diseño, aire y agregado grueso seco.

El volumen absoluto, o volumen desplazado por los diferentes ingredientes de la

unidad cúbica de concreto, conocido también como volumen de sólidos, es igual al

peso con que entra dicho material en la unidad cúbica de concreto dividido entre su

peso sólido, definido este último como el producto del peso específico del material por

el peso unitario del agua.

10. Ajustes por humedad del Agregado

Las cantidades de agregado que deben ser pesadas para preparar el concreto

deberán considerar la humedad de aquel. Generalmente en obra los agregados están

en condición húmeda y su peso deberá incrementarse en el porcentaje de agua que

ellos contienen, tanto la absorbida como la superficial.

El agua de mezclado incorporada ala mezcladora deberá ser algebraicamente

reducida en un volumen igual a la humedad superficial o humedad libre aportada por

los agregados, considerándose como tal al contenido de humedad del agregado

menos su porcentaje de absorción.

1. Método del comité 211 del ACI

Conceptos Generales:

El comité 211 del ACI ha desarrollado un procedimiento de diseño de mezclas

bastante simple el cual, basándose en algunas de las tablas, permite obtener valores

de los diferentes materiales que integran la unidad cúbica del concreto.

El procedimiento para la selección de las proporciones es aplicable a concretos de

peso normal y a las condiciones que para cada una de las Tablas se indican.

Page 11: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Aunque los mismos datos básicos y procedimientos pueden ser empleados en el

diseño de concretos pesados y concretos ciclópeos, al tratar estos se dá la

información complementaria.

Es usual que las características de obra establezcan limitaciones a quien tiene la

responsabilidad de diseñar la mezcla. Entre dichas limitaciones pueden estar:

- Relación agua-cemento máxima.

- Contenido mínimo de cemento.

- Contenido máximo de aire.

- Asentamiento.

- Tamaño máximo nominal del agregado grueso.

- Resistencia en compresión mínima.

- Requisitos especiales relacionados con la resistencia promedio, el empleo de

aditivos, o la utilización d tipos especiales de cemento o agregados.

La estimación de las cantidades d materiales requeridas para preparar una unidad

cúbica de concreto implica una secuencia cuyo cumplimiento perite, en función de las

características de los materiales, preparar la mezcla adecuada para el trabajo que se

va a efectuar.

Procedimiento de diseño:

Independientemente que las características finales del concreto sean indicadas en las

especificaciones o dejadas al criterio del profesional responsable del diseño de la

mezcla, las cantidades de materiales por metro cúbico de concreto pueden ser

determinadas, cuando se emplea el Método del Comité 211 del ACI, siguiendo la

secuencia que a continuación se indica:

- Estudiar cuidadosamente los requisitos indicados en los planos y en las

especificaciones de obra.

- Selección de la resistencia promedio a partir de la resistencia en compresión

especificada y la desviación estándar de la compañía constructora.

- Selección del tamaño máximo nominal del agregado.

- Selección del asentamiento.

Page 12: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

- Selección del volumen unitario del agua de diseño (Tabla 3).

- Selección del contenido de aire (Tabla 4 y Tabla 5)

- Selección de la relación agua – cemento (Tabla 6).

- Determinación del Factor Cemento

- Determinación del contenido de agregado grueso (Tabla 7).

- Determinación de la suma de los volúmenes absolutos de cemento, agua de

diseño, aire y agregado grueso.

- Determinación del volumen absoluto de agregado fino.

- Determinación del peso seco del agregado fino.

- Determinación de los valores de diseño del cemento, agua, aire, agregado fino

y agregado grueso.

- Corrección de los valores de diseño por humedad del agregado

- Determinación de la proporción en peso, de diseño y de obra.

- Determinación de los pesos por tanda de saco.

- Determinación de las proporciones en volumen.

2. Método de Walker

Desarrollado por el Profesor Norteamericano Stanton Walter, quien elabora una tabla

en la que se toma en consideración la fineza del agregado fino, clasificándolo en tres

categorías: fino, mediano y grueso. Igualmente se considera si el agregado grueso es

de perfil redondeado o angular y, para cada uno de los dos casos, se considera cuatro

alternativas de factor de cemento. Todo ello permite encontrar en la Tabla un

porcentaje de agregado fino que se considera con el más conveniente en relación al

volumen absoluto total del agregado.

Calculado el volumen absoluto de agregado fino, se determina el de agregado grueso

por diferencia con el volumen absoluto total del agregado y, conocidos ambos, se

determina el peso seco de cada uno de ellos en la mezcla.

El procedimiento anterior garantiza una mejor relación fino-grueso en la mezcla de

concreto. La tabla de Walter corresponde a concretos sin aire incorporado.

Page 13: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Procedimiento de diseño:

Las cantidades de materiales por metro cúbico de concreto pueden ser determinadas,

cuando se emplea el Método de Walter, siguiendo la secuencia que a continuación se

indica:

- Selección de la resistencia promedio a partir de la resistencia en compresión

especificada y la desviación estándar de la compañía constructora.

- Selección del tamaño máximo nominal del agregado.

- Selección del asentamiento.

- Selección del volumen unitario del agua de diseño (Tabla 7.1).

Tabla (7.1)

- Selección del contenido de aire (Tabla 4 y Tabla 5)

- Selección de la relación agua – cemento (Tabla 6).

- Determinación del Factor Cemento

- Determinación del contenido de agregado grueso (Tabla 7).

- Determinación de la suma de los volúmenes absolutos de cemento, agua de

diseño, aire y agregado grueso.

- Determinación del volumen absoluto de agregado fino.

- Determinación del peso seco del agregado fino.

- Determinación de los valores de diseño del cemento, agua, aire, agregado fino

y agregado grueso.

- Corrección de los valores de diseño por humedad del agregado

- Determinación de la proporción en peso, de diseño y de obra.

- Determinación de los pesos por tanda de saco.

- Determinación de las proporciones en volumen.

Page 14: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

3. Método de diseño de mezclas de CAPECO

Los pasos a seguir con éste método son los siguientes:

1. Selección del asentamiento:

Si el asentamiento no está especificado, se puede utilizar como referencia la siguiente

tabla (Tabla A).

Tabla A

Los valores máximos pueden ser incrementados en 1” para métodos de consolidación

diferentes de vibración.

2. Selección del Tamaño máximo del agregado.

Generalmente el tamaño máximo del agregado deberá ser el mayor que sea

económicamente compatible y consistente con las dimensiones de la estructura.

3. Estimación del agua de mezclado.

La cantidad de agua por unidad de volumen de concreto requerido para obtener un

asentamiento dado, depende del tamaño máximo, forma de partículas y graduación de

los agregados y la cantidad de aire incorporado. No es apreciablemente afectado por

la cantidad de cemento.

Page 15: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

La siguiente tabla (Tabla B) proporciona una estimación del agua de mezclado

requerida para diferentes tamaños de agregado.

Tabla B

4. Selección de la relación Agua – Cemento

La relación agua-cemento es denominada no solamente por requerimientos de

resistencia sino también por otros factores cono durabilidad y propiedades del

acabado. Sin embargo la resistencia f’c de los planos debe incrementarse a un f’cr

necesarios que depende de la calidad de la construcción que a su vez depende de la

Mano de Obra, Equipo, Materiales y Control de Mezcla.

A continuación se presenta la tabla C que conservadoramente establece los factores K

de incremento:

f’cr = K.f’c

Tabla C

Con materiales típicos, las relaciones agua-cemento de la tabla D producirán las

resistencias mostradas, basadas en probetas ensayadas a los 28 días.

Se calculará la relación agua/cemento para el f’cr

Tabla D

Page 16: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

5. Cálculo del contenido de cemento

El cemento requerido es igual al agua de mezclado (paso3) dividido entre la relación

agua – cemento (paso 4).

Se debe precisar que si el proyecto indica un contenido mínimo de cemento,

separadamente además de requerimientos de resistencia y durabilidad, la mezcla

estará basada en aquel criterio que de la mayor cantidad de cemento.

6. Estimación del contenido de agregado grueso

Los agregados de esencialmente el mismo tamaño máximo y graduación, producirán

concreto de trabajabilidad satisfactoria cuando un volumen dado de agregado grueso

seco y compactado, es empleado por unidad de volumen de concreto. Valores

aproximados para este volumen de concreto se dan en la tabla E siguiente:

Tabla E

El peso unitario seco y compactado del agregado grueso es de 1600 kg/m3 de donde:

Page 17: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

7. Estimación del contenido de agregado fino

Considerando un concreto de riqueza media (330 Kg de cemento por m3),

asentamiento de 3” a 4” y peso específico de agregado de 2.70 se obtiene una

estimación del peso del concreto fresco que se muestra en la tabla F.

En base al peso de concreto se obtiene:

8. Ajuste por contenido de humedad de los agregados

Generalmente los agregados utilizados en la preparación de un cemento, están

húmedos por lo cual sus pesos secos se incrementan en el porcentaje de agua que

contengan, tanto agua absorbida como superficial. Así el agua de mezclado deber ser

reducida en una cantidad igual a la humedad que aportan los agregados.

Por lo tanto si se tiene:

Agregado Grueso: Humedad total: a%

% absorción: b%

Agregado Fino: Humedad total: c%

% absorción: d%

Page 18: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

4. Método de Diseño de mezcla con Cemento Pórtland Puzolánico IP

propuesto por YURA

Este procedimiento, se aplica para concreto de peso normal, pudiendo extenderse al

caso de concretos de mayor peso unitario, en cuyo caso se utilizaría agregado de alto

peso unitario.

En las especificaciones del proyecto pueden encontrarse algunas o todas las

características que el proyectista requiere para su diseño de mezcla. Estas

características usualmente son:

Resistencia a la compresión.

Relación agua/cemento máxima.

Revenimiento (slump).

Tamaño máximo del agregado.

Necesidad de aire incorporado.

Uso de aditivos o uso de tipos especiales de cemento.

El ingeniero responsable de la obra debe ser capaz cuando las circunstancias lo

demanden, de asumir o definir las especificaciones y/o requerimientos de obra que no

estén estipulados en el proyecto y proponer al proyectista o propietario los cambios

que considere convenientes. El diseño de una mezcla se hace entonces más

específico. El proceso se efectúa de manera lógica y directa mediante pasos que se

acomoden a las características de los materiales con que se cuenta para componentes

del concreto, teniendo como referencia y primera meta la resistencia a la compresión

requerida. La resistencia a la compresión por si sola, no asegura que el concreto

Page 19: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

producido, sea el adecuado a las demás condiciones indicadas en el punto 2 ni que se

adapte con eficiencia a las condiciones ambientales de la obra.

Es importante destacar los siguientes puntos relacionados con el diseño de mezclas.

El valor de la resistencia a la compresión f’c para el que se diseña,

corresponde a la rotura por compresión a los 28 días, de un cilindro Standard

de 6” de diámetro por 12” de altura, elaborado y curado en condiciones

óptimas, cargado durante la prueba a un determinado ritmo.

En los planos, en las especificaciones del proyecto o en el requerimiento para

el que se diseña, se establece el valor de la resistencia del concreto f’c. Este

valor se define como un valor probabilístico en el que no más de una de cada

diez pruebas, tenga un valor más bajo que el especificado.

Cuando se evalúa estadísticamente el concreto, en un conjunto de por lo

menos 30 pruebas, el valor obtenido de f’c mide el potencial del concreto que

se utiliza en la obra, este potencial se logra si este se constituye de acuerdo al

Standard requerido de construcción.

Así, el valor real de f’c en la estructura, primero tendrá variabilidad con relación

al de la evaluación y luego, guardará una relación razonable con el f’c de la

evaluación, siempre y cuando su producción sea uniforme y controlada, y su

transporte, colocación y curado, se efectúen adecuadamente. Cuando todo

este proceso es óptimo, se logrará obtener en la estructura construida, el

potencial total del concreto.

Para definir el valor promedio de f’c que servirá para diseñar una mezcla para

una obra determinada, este debe ser aumentado con relación al valor de f’c del

diseño indicado en plano; de lo contrario, por simple ley reprobabilidades, los

resultados de las pruebas estarán por igual encima o debajo de este valor; es

decir que probablemente el 50% de las pruebas daría por debajo, lo que

estaría en contradicción con la definición de f’c.

El incremento necesario sobre el valor de especificaciones de f’c, dependerá

de la competencia del ingeniero de la obra y de la calidad de la construcción,

por lo cual entra en juego, la mano de obra, el equipo, los materiales y el

control que se hará de la mezcla.

Los factores de incremento de f’c se pueden establecer conservadoramente

utilizando como guía la tabla que sigue.

TABLA Nº 1

FACTORES “K” DE INCREMENTO DEL VALOR f’c, PARA DISEÑO DE MEZCLAS

Page 20: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Secuencia de diseño de mezcla

Paso 1. Definir coeficiente de magnificación “K”

Este paso consiste en evaluar con que se contará en obra, el grado de control que se

llevará sobre la misma, comenzando por los materiales y terminando en la capacidad

del responsable de obra de controlar todo el proceso tecnológico de producir el

concreto. La tabla anterior nos da una guía sobre la forma de evaluar este factor.

Paso 2. Definir la consistencia de la mezcla, fijando un Slump

Si el Slump no está indicado en las especificaciones, se definirá los valores de slump

para cada clase de concreto en base al equipamiento de compactación con que

cuenta la obra y al tipo de llenado por efectuarse. Para tomar esta decisión, si no se

cuenta con información adecuada, se puede diseñar con la información que se ha

preparado el siguiente cuadro.

TABLA Nº 2

VALORES RECOMENDADOS DE SLUMP PARA VARIOS TIPOS DE CONSTRUCCIÓN

Page 21: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Paso 3. Escoger el tamaño máximo del agregado grueso.

Mientras mayor es el tamaño máximo del agregado grueso, siempre que éste sea bien

graduado en su granulometría, el concreto tendrá menos vacíos y como consecuencia

será más denso y resistente, así pues, concretos con mayor tamaño máximo de

agregado, requieren menos pasta de cemento por volumen unitario de concreto. Por

otro lado, el agregado grande utilizado en secciones con recubrimiento pequeño, o

secciones congestionadas de armadura, trae complicaciones para el buen flujo del

concreto en el encofrado, tendiéndose a formar cangrejeras. Es necesario entonces

elegir el tamaño del agregado teniendo en cuenta las características de la sección y

todos los factores que intervienen, incluyendo el equipo de consolidación con el que se

cuenta. El límite establecido para el tamaño máximo de agregados en concretos de

baja y mediana resistencia parece estar en los 50 mm para concretos con resistencias

hasta 245 Kg/cm2 y 38 mm para resistencias hasta 350 Kg/cm2. En general, el tamaño

máximo de agregado debería ser el mayor posible, que sea consistente con la

economía, el material que se encuentra en la zona, y con las dimensiones de la

estructura.

El tamaño máximo del agregado no debe ser mayor de 1/5 de la menor dimensión del

elemento estructural, 1/3 del espesor de losas o ¾ del espaciamiento libre entre las

barras de refuerzo. Estas limitaciones pueden ser desestimadas si se cuenta con

métodos especiales de consolidación o se define trabajabilidades especiales, que

permitan el llenado sin presencia de cangrejeras.

Page 22: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Paso 4. Habiendo elegido el slump y el tamaño máximo de agregado, determinar

el contenido de agua libre que requiere la mezcla.

La cantidad de agua requerida por metro cúbico de mezcla para una misma

consistencia (medida por el slump), depende del tamaño máximo, forma de partículas,

y el perfil granulométrico del agregado; también de la cantidad de aditivo incorporador

de aire (si lo hay). La cantidad de cemento no afecta mayormente el requerimiento de

agua.

La tabla Nº 3 que sigue, permite determinar los requerimientos de agua para la

mezcla, en función del slump y del tamaño máximo de agregados que ya se han

determinado. La tabla muestra el requerimiento de agua para varios tamaños máximos

de agregado y diferentes revenimientos; sin considerar aire incorporado; cuando se

usa aditivos incorporadotes de aire, la trabajabilidad del concreto mejora ligeramente.

La demanda real de agua puede diferir ligeramente de los valores de la tabla, tanto en

exceso como en defecto, pero estas diferencias no necesariamente se reflejan en

cambios de resistencia, ya que en pequeñas variaciones, otros factores, que son

compensatorios se encuentran presentes; por ejemplo, agregados redondeados y

angulosos, ambos de mineral competente y de similar granulometría, producirán

resistencias muy parecidas para iguales contenidos de cemento y ligeramente

diferentes relaciones a/c, ocasionadas por los diferentes requerimientos de agua.

TABLA Nº 3

DEMANDA DE AGUA LIBRE (Lts/m3)

Las cantidades de este cuadro aplican a los agregados cuyas características son:

agregado anguloso no muy bien graduado, con absorción alta. Los requerimientos de

agua serían ligeramente menores para agregados mejor graduados, de forma menos

áspera y angulosa y con menor absorción.

Page 23: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Paso 5. Selección de la relación agua / cemento.

La selección de la relación agua / cemento no se define solamente por requerimientos

de resistencia sino también por factores como durabilidad; en algunos casos por

consideraciones de calor de hidratación y facilidad para ser acabado. Desde que la

relación agua/cemento aplica formalmente para ser un determinado tipo y marca de

cemento, en conjunción con agregados particulares; es importante por razones de

economía, desarrollar la curva específica de cada caso. Cuando no se tiene esta

información, se tiene que usar valores aproximados, con cierto conservadurismo.

La tabla Nº 4 que se da a continuación, corresponde a información que está aun en

proceso de afinamiento mientras se enriquece la investigación actualmente en curso.

La obtención de esta relación requiere de mucho tiempo de trabajo, recopilación y

procesamiento de la información, para ser totalmente ajustada a la realidad, con

márgenes de seguridad adecuados al grado de información procesada. Así pues, con

la utilización de agregados y otros materiales que cumplan las normas específicas de

ingeniería, los valores tabulados para la relación a/c, deben producir concretos con

resistencias mayores a las indicadas en el cuadro, la comprobación debe basarse en

pruebas Standard, de probetas curadas en laboratorio de acuerdo a norma ASTM C-

39.

Para condiciones muy severas de exposición al medio ambiente, independientemente

de los requerimientos de f’c, la relación agua/cemento debe mantenerse baja de

acuerdo a las recomendaciones que se da en la tabla Nº 5. En estos casos, la

resistencia a la compresión puede resultar mayor que la requerida por la

especificación del proyecto estructural.

TABLA Nº 4

CORRESPONDENCIA ENTRE RELACIÓN AGUA/CEMENTO Y LA RESISTENCIA A LA

COMPRESIÓN DEL CONCRETO f’c

Page 24: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

TABLA Nº 5

MÁXIMA RELACIÓN A/C PERMITIDA, PARA CONCRETOS EXPUESTOS A CONDICIONES

SEVERAS DE MEDIO AMBIENTE

Paso 6. Cálculo del contenido de cemento.

La cantidad de cemento por metro cúbico de concreto queda fijada por lo que se ha

determinado en los pasos 4 y 5 anteriores. El peso de cemento requerido es igual al

cociente entre la cantidad de agua requerida y la relación agua/cemento. Si es el caso

que las especificaciones del proyecto u otras razones indican una cantidad mínima de

cemento por metro cúbico, independientemente de lo requerido por resistencia, la

mezcla se debe diseñar basándose en el criterio que conduzca a la mayor cantidad

cemento por m3.

El uso de aditivos cambiará las propiedades tanto del concreto fresco como las del

concreto endurecido, por esta razón, los aditivos, cuando se utilizan deben tenerse en

cuenta en este paso para la dosificación.

Paso 7. Cálculo del peso de agregados.

El contenido total de agregados grueso y fino se puede calcular con aproximación

suficiente, dado el procedimiento que estamos empleando, restando del peso unitario

del concreto, los pesos calculados para el agua, cemento y aditivo si se está

empleando. Esta simplificación se puede justificar asumiendo que mediante un control

de la granulometría de la arena, establecido en base a parámetros empíricos ya

comprobados, los agregados y la pasta de cemento, ocuparán aproximadamente el

total del volumen de concreto, con la diferencia repartida entre el aire entrampado que

siempre queda y un ajuste que se efectúa en el rendimiento de la tanda. Esta pequeña

diferencia no afecta mayormente el resultado de la resistencia f’c del concreto.

La forma de repartir el peso total de agregados entre piedra y arena, es materia de

muchos procedimientos de diseño de mezclas; los procedimientos más precisos,

utilizados en las plantas de pre mezclados, se basan en información muy confiable de

Page 25: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

sus agregados y en la forma mucho más controlada que disponen para poder afinar el

diseño.

En éste método se utilizará el procedimiento descrito a continuación, que se basa en

una calificación del tipo de arena que se dispone, para determinar la proporción de

agregado fino que se empleará en la mezcla. Para eso se utiliza una clasificación de

arenas, basada en la Norma Británica, y la relación que hay entre los diferentes tipos

de arena y el tipo de agregado grueso, definidos por el tamaño máximo. Esta relación

determina en que proporción deben mezclarse los agregados grueso y fino, para

ocupar eficientemente su lugar en el concreto. La clasificación de las arenas, y la

proporción en que deben mezclarse, se indican en las tablas siguientes:

TABLA Nº 6

CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS

TABLA Nº 7

PROPORCIÓN DE AGREGADO FINO (EN %)

Page 26: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

5. Método del Módulo de Fineza de la combinación de Agregados

En éste método, los contenidos de agregado fino y grueso varían para las diferentes

resistencias, siendo esta variación función, principalmente, de la relación agua –

cemento y del contenido total del agua, expresados a través del contenido de cemento

de la mezcla.

Éste método tiene como premisa que el módulo de fineza del agregado, fino o grueso,

es un índice de su superficie específica y que en la medida que esta aumenta se

incrementa la demanda de pasta, así como si se mantiene constante la pasta y se

incrementa la fineza del agregado disminuye la resistencia por adherencia.

Como consecuencia de las investigaciones realizadas se ha podido establecer una

ecuación que relacione el módulo de fineza de los agregados fino y grueso, así como

su participación porcentual en el volumen absoluto total de agregado. Aplicando dicha

ecuación es posible determinar el valor del módulo de fineza de la combinación de

agregados más conveniente para condiciones dadas de la mezcla.

Dicha ecuación es:

En la cual:

m = módulo de fineza de la combinación de agregados.

mf = módulo de fineza del agregado fino.

mg = módulo de fineza del agregado grueso.

rf = Porcentaje de agregado fino en relación al volumen absoluto total de agregado.

rg = Porcentaje de agregado grueso en relación al volumen absoluto total de

agregado.

Con la ecuación anterior es posible obtener los diversos valores del módulo de fineza

de la combinación de agregados que dan las mejores condiciones de trabajabilidad

para diversos contenidos de cemento por metro cúbico de concreto, dichos valores se

indican en la Tabla 2.1

m = rf.mf + rg.mg

Page 27: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

La proporción de agregado fino, de módulo de fineza conocido, en relación al volumen

absoluto total de agregado necesario, puede ser calculada con la siguiente ecuación:

El valor obtenido de esta ecuación, multiplicado por el volumen absoluto de agregado,

nos permite conocer el volumen absoluto de agregado fino. Por diferencia se puede

determinar el volumen absoluto de agregado grueso.

Ambos volúmenes absolutos, multiplicados por sus respectivos pesos secos sólidos

permiten calcular los pesos secos por unidad de volumen del concreto, de los

agregados fino y grueso.

El procedimiento de diseño es similar al del Método del ACI.

6. Diseño de Mezclas para Concreto Ciclópeo

El diseño se realiza a partir de las proporciones obtenidas en un diseño de concreto

simple mediante los métodos mencionados anteriormente.

Con estas proporciones, se obtiene el volumen de la mezcla para 01 bolsa de cemento

(V1), luego este volumen divide al volumen obtenido de la siguiente manera:

V2 = 1 m3 - %Piedra - %Aire atrapado

Para obtener el factor cemento (FC):

Page 28: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Con el cual se obtiene las cantidades de cemento y materiales necesarias para 1 m3.

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO

Debido a la forma irregularmente geométrica de las partículas de agregados, es obvio

que no es simple establecer un criterio numérico individual para definir el tamaño de

cada partícula midiendo sus dimensiones.

Como sería sumamente difícil medir el volumen de los diferentes tamaños de

partículas, se usa una manera indirecta, que es tamizarlas por una serie de mallas de

aberturas conocidas y pesar los materiales retenidos refiriéndolos en porcentaje con

respecto al peso total.

A esto se le denomina análisis granulométrico o granulometría, que es la

representación numérica de la distribución volumétrica de las partículas por tamaños.

Los valores hallados se representan gráficamente en un sistema coordenado semi-

logarítmico que permite apreciar la distribución acumulada.

La serie de tamices estándar ASTM para concreto tiene la particularidad de que

empieza por el tamiz de abertura cuadrada 3” y el siguiente tiene una abertura igual a

la mitad de la anterior. A partir de la malla 3/8” se mantiene la misma secuencia, pero

el nombre de las mallas se establece en función del número de aberturas por pulgada

cuadrada.

Otro concepto importante es el del Tamaño Máximo, que en términos generales

significa el menor tamiz por el que pasa todo el agregado tamizado. Se define

operativamente como Tamaño máximo nominal el correspondiente al menor tamiz que

produce el primer retenido.

El significado práctico del análisis granulométrico de los agregados estriba en que la

granulometría influye directamente en muchas propiedades del concreto fresco así

como en algunas del concreto endurecido, por lo que interviene como elemento

indispensable en todos los métodos de diseño de mezclas.

Page 29: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

El Módulo de Fineza:

En la búsqueda de características numéricas que representaran la distribución

volumétrica de las partículas de agregados, se definió hace muchos años el Módulo de

Fineza.

Es un concepto sumamente importante establecido por Duff Abrams, y se define como

la suma de los porcentajes retenidos acumulativos de la serie Standard hasta el tamiz

Nº 100 y esta cantidad se divide entre 100. el sustento matemático del Módulo de

Fineza reside en que es proporcional al promedio logarítmico del tamño de partículas

de una cierta distribución granulométrica.

Debe tenerse muy en claro que es un criterio que se aplica tanto a la piedra como a la

arena, pues es general y sirve para caracterizar cada agregado independientemente o

la mezcla de agregados en conjunto.

La base experimental que apoya al concepto de Módulo de fineza es que

granulometrías que tengan igual M.F. independientemente de la gradación individual,

requieren la misma cantidad de agua para producir mezclas de concreto de similar

plasticidad y resistencia lo que lo convierte en un parámetro ideal para el diseño y

control de mezclas de concreto.

Evaluación de la calidad y la gradación de agregados

La Norma ASTM C-33 establece una serie de requisitos para el agregado grueso y fino

con objeto de considerarlos aptos para su empleo en concreto y que se consigna en

las tablas I y II.

En el caso del las granulometrías, se definen los llamados husos granulométricos que

representan los rangos dentro de los cuales debe encuadrarse determinada gradación

para obtener la distribución de partículas más adecuada para concreto y que en teoría

producen las mezclas más densas y mejor graduadas.

Esto es cierto sólo hasta cierto punto, ya que si bien al evaluarse individualmente la

piedra y la arena con estos husos, se obtienen los denominados agregados bien

graduados, la proporción en que se mezclen es en definitivaza que condiciona el

resultado en la mezcla.

Lo importante pues en cuanto a la granulometría es la gradación total por lo que puede

darse el caso de agregados que no entren en los husos y que sin embargo

Page 30: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

mezclándolos adecuadamente suministren una distribución de partículas eficiente. La

misma norma C-33 admite esto ya que indica que se podrán emplear agregados que

no cumplan los requerimientos, si se demuestra que con ellos se obtienen concretos

que satisfacen las especificaciones técnicas del proyecto que se trate.

Para evaluar las granulometrías totales se hace uso de las curvas teóricas y de husos

totales, probando proporciones de mezcla de agregados que se acerquen lo más

posible a ellas.

a) Material más fino que la malla Nº 200

Tiene trascendencia en la adherencia entre el agregado y la pasta, afectando la

resistencia. Por otro lado, las mezclas requieren una mayor cantidad de agua, por

lo que se acostumbra limitarlos entre el 3% al 5%, aunque valores superiores hasta

del orden del 7% no necesariamente causarán un efecto perniciosos notable que

no pueda contrarrestarse mejorando el diseño de mezclas, bajando la relación

agua/cemento y/o optimizando granulometría.

b) Impurezas Orgánicas.

Influyen primordialmente en modificar los tiempos de endurecimiento y desarrollo

de resistencia, pudiendo provocar además manchas o afectar la durabilidad si se

encuentran en grandes cantidades, lo cual no es usual.

c) Partículas ligeras, Partículas blandas, Lentes de arcilla.

Si están presentes en cantidades apreciables, provocan la localización de zonas

débiles, y pueden interferir con la durabilidad.

Tabla I.- Requisitos granulométricos ASTM C-33 para Agregado grueso en % pasante

acumulado en peso para cada malla Standard

Page 31: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Tabla II.- Requisitos granulométricos para Agregado fino y límites para sustancias

perjudiciales en agregado fino y grueso según ASTM C-33

Page 32: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

FUNCIONAMIENTO DEL PROGRAMA

“DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO” VERSION 1.1

Antes de acceder al programa:

Ingresar a Microsoft Excel y en la Barra de Menús, en el menú Herramientas,

submenú Macro, ingresar a la opción Seguridad y en Nivel de Seguridad

seleccionar Medio.

Al ejecutar el programa, hacer click en la opción Habilitar Macros.

1. Funcionamiento del Programa.

El programa realiza diseños de mezclas de concreto utilizando diversos métodos, para

esto se Hojas de Cálculo (una hoja para cada método), además de Análisis

granulométrico y combinación de agregados.

Ingreso de datos.

El ingreso de datos en forma manual y directa se realiza en la hoja “DATOS” que se

muestra en la figura.

Page 33: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Las celdas habilitadas para el ingreso de datos son las de color amarillo.

Todos los datos serán enlazados con las diferentes Hojas de Cálculo, para realizar los

procesos mencionados anteriormente.

En cada Hoja de Cálculo se deberá escoger algunos datos básicos para el diseño de

mezcla como son:

Asentamiento

Tamaño máximo del agregado

Tipo de cemento

Selección del Asentamiento

Page 34: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Selección del Tamaño Máximo de la Piedra

Selección del Tipo de Cemento

Para el Análisis Granulométrico, se obtiene la curva granulométrica y su comparación

con los Parámetros ASTM C-33.

Otra herramienta adicional del programa es aquella que permite la combinación de

agregados de 2 a 3 canteras diferentes.

Page 35: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Finalmente los resultados del Diseño de Mezclas se muestran en la hoja “RESUMEN”,

en la que se agrupan las proporciones obtenidas en todos los métodos de diseño.

2. Base de Datos de Canteras

El programa cuenta con un sistema de almacenamiento de resultados de los ensayos

de laboratorio realizados en el Plan Meriss Inka. Los cuales pueden ser llamados

desde una base de datos y utilizados para los procesos tratados en el item anterior.

El sistema de ingreso de datos para almacenar se muestra a continuación:

Page 36: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Para el almacenamiento de datos generales

Page 37: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Para el almacenamiento de datos de laboratorio

El programa cuenta con herramientas que permite la eliminación y búsqueda de estos

datos para poder utilizarlos en el diseño de mezclas, como se muestra a continuación.

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Búsqueda por Nombre

Búsqueda por Ubicación

Page 39: DISEÑO DE MEZCLAS - FUNCIONAMIENTO PROGRAMA

Búsqueda Avanzada