diseño de mezclas - método aci

05/05/2015

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DISEO DE MEZCLAS DE CONCRETO

MTODO ACI 211

Profesor: Ing. Luciano Lpez Vinatea

DISEO DE MEZCLAS DE CONCRETO

Cualidades de una buena mezcla:

Consistencia inicial (medida con el slump) de acuerdo a laestructura a vaciar

Manejabilidad adecuada en el estado fresco. Durabilidad, resistencia y apariencia uniforme en el estado

endurecido. Economa.

Mtodos para disear una mezcla:

Varan desde el mtodo de Volumen Arbitrario, hasta el mtodo del peso y volumen absolutos del PCA, mtodo del ACI.

(ACI: American Concrete Institute).

Preparado por el Comit 211 (ltimaaprobacin en 2002).

Reporte ACI 211.1-91 Standard Practicefor Selecting Proportions for Normal,Heavyweight, and Mass Concrete.

El mtodo se estableci en 1944 y havariado poco desde esa fecha.

DISEO DE MEZCLAS DE CONCRETO MTODO DEL ACI

Para concretos con:

Agregados de peso especfico normal (2.65)o pesados (>2.8).

Trabajabilidad adecuada para vaciados enobra.

Con o sin aditivos qumicos u otrosmateriales cementicios (excepto humo deslice).

Vlido para mezclas normales: cuyo pesounitario est entre 2,300 a 2,450 kg/m3 y suresistencia a la compresin entre 175 y 450kg/cm2.

Alcance del Mtodo

Considera que los agregados cumplen conlos requisitos granulomtricos de la NormaASTM C33. (No se tiene en cuenta lagranulometra del agregado globalresultante, ni se distingue entre piedrachancada o redondeada).

Por lo tanto, no da resultados satisfactoriospara agregados no normalizados.

Alcance del Mtodo Est concebido para producir concretos

ms secos (con menos agua) de manerade alcanzar la resistencia deseada conmenor cantidad de cemento, con elconsecuente ahorro en el costo. (relacinw/c baja)

Por lo tanto, no funciona en el caso deconcretos sumamente plsticos,necesarios para su colocacin por bombeoo por condiciones arquitectnicas.

El criterio del mtodo se basa en elbalance del volumen absoluto (o neto) dela mezcla (1.000 m3).

Alcance del Mtodo

Materiales de Construccin 2015 -1Profesor: Ing. Luciano Lpez Vinatea

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De los materiales componentes:Granulometra de los agregados (TM y MF)Peso especfico y humedades actual y de

absorcin de los agregados.Peso unitario del agregado grueso (seco y

varillado, eventualmente cuando est suelto).Peso especfico del cemento Prtland.De las caractersticas del concreto:Resistencia a la compresin especificada (fc).Resistencia a la compresin requerida (fcr)

Informacin requeridaCorrelacin entre la resistencia a la

compresin y la relacin agua/cemento(w/c)Comportamiento del concreto fresco

segn la dosificacin de agua y el tipode agregado a usar. (Fluidez:revenimiento o slump)NOTA: La informacin experimental

puede ser reemplazada, tentativamente,por valores empricos tabulados (sirvenpara una primera aproximacin).

Informacin requerida (Experimental)

El mtodo propuesto proporcionaTablas experimentales parasistematizar el diseo y los clculos.Combinacin ptima del agregado

grueso para lograr la mximacompacidad del concreto.Requerimiento de mezclas de prueba

para verificar el agua de mezclado(Slump) peso unitario y el contenido deaire. .

Informacin requerida (Propuesta en tablas)

Resistencia a la compresin: fc fcrExpectativa que existan valores menores de

fc. (Ej. 1:5; 1:10; 1:20, etc)Tamao mximo nominal del agregado

grueso (TM) y Asentamiento o slumpRelacin w/c mxima (*)Contenido mnimo de cemento (*)Contenido de aire (*)(*) Solo en caso de ser necesario

Especificaciones para el diseo de mezclas

TABLAS PARA DOSIFICACIN DE CONCRETOS (COMIT ACI 211)

TABLA # 1: Revenimientos recomendados para diversos tipos de construccin

( * ) Pueden incrementarse en 2.5 cm. Cuando la compactacin no sea mediante vibrado( ** ) El rango del slump estar dentro del mximo rango envolvente (overall)

Mximo ( * ) Mnimo

8 2Zapatas de concreto simple, cajones y muros de sub-

8 210 28 25 2

Muros y zapatas de cimentacin de concreto reforzado

estructuras sencillos

Vigas, columnas, y muros reforzados para edificios

Revenimientos (cm.)Tipos de construccin

Pavimentos y losasConcreto masivo

TABLA # 2: Requerimientos aproximados de agua de mezclado y contenido de aire para diferentes revenimientos y tamaos

mximos del agregado

( * ) Los valores del revenimiento se basan en las pruebas de revenimiento despus de la remocin de las partculas mayores de 40 mm., mediante tamizado hmedo.

( * * ) Las pruebas de contenido de aire se realizan despus de la remocin de las partculas mayores de 40 mm. mediante tamizado hmedo.

Revenimiento( cm. ) 10 12.5 20 25 40 50 * 75 *

3 a 5 205 200 185 180 160 155 1456 a 10 225 215 200 195 175 170 160

15 a 18 240 230 210 205 185 180 170

3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.3

3 a 5 180 175 165 160 145 140 1356 a 10 200 190 180 175 160 155 150

15 a 18 215 205 190 185 170 165 160

Exposicin:

Ligera 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 **moderada 6.0 5.5 5.0 4.5 4.5 4.0 3.5 **

Severa 7.5 7.0 6.0 6.0 5.5 5.0 4.5 **

Promedio recomendado de contenido total de aire ( % )

Concreto sin aire incluido

Concreto con aire incluido

Agua en kg/m3 de concreto para los tamaos mximos nominales en mm.

Cantidad aproximadade aire atrapado en concreto sin aire ocluido (%)

(Normal)

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TABLA # 3a: Correspondencia entre la relacin agua/cemento, en peso (w/c) y la resistencia a la compresin simple del

concreto.

Notas ( * ) Los valores son resistencias promedio, estimadas para concretos que no contienen mas aire del porcentaje que se indica en la Tabla # 2.

Para una relacin w/c constante. Se reduce la resistencia del concreto conforme se incrementa el contenido de aire.

La resistencia se toma en cilindros de 15 x 30 cm. Curados a los 28 das, a 23 1.7 C.Cuando se use (comento + puzolana) se tomar en cuenta la relacin: w / (c+p).

Resistencia a compresin Relacin agua / cemento, por peso (w/c)

a los 28 das (kg/cm2) ( * )concreto sin aire

incluidoconcreto con aire

incluido

450 0.38 -

400 0.43 -

350 0.48 0.40

300 0.54 0.45

250 0.61 0.52

200 0.70 0.61

150 0.80 0.71

0.380.43

0.480.54

0.61

0.7

0.8

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

curvaw/a

fc =320

w/c =0.52

Interpolacin lineal

Para fcr = 320 kg/cm2 w/c = 0.52

w/c = 0.48 + (0.54-0.48) x 30/50

w/c = 0.54 - (0.54-0.48) x 20/50

TABLA # 3b: Relaciones agua / cemento mximas permisibles para concretos sujetos a condiciones severas, en atencin a su

durabilidad en el tiempo de servicio.

Notas : ( * ) El concreto tambin debe tener aire incluido( ** ) Si se emplea cemento tipo II o tipo V (de la Norma ASTM C150) la relacin w/c

permisible, debe incrementarse en 0.05

Estructura continua o frecuentemente expuesta a:

Tipo de estructura Humedad (mojada) y Agua de mara congelacin y deshielo ( * ) o a sulfatos

Secciones esbeltas (barandas, bordillos, durmientes, obras ornamentales)

y secciones con menos de 3 cm. de recubrimiento al acero

de refuerzo.

0.45 0.40 **

Dems estructuras 0.50 0.45 **

TABLA # 4: Volumen de agregado grueso por volumen unitario de concreto (volumen = 1.00)

Notas : ( * ) Los volmenes pueden incrementarse en 10 % para concretos menostrabajables (pavimentos) o disminuirse para concretos bombeables y concretos densamente armados. Se debe garantizar el revenimiento, la relacin w/c y la resistencia.

(mm.) ( Pulg.) 2.4 2.6 2.8 3.010 3/8" 0.50 0.48 0.46 0.44

12.5 1/2" 0.59 0.57 0.55 0.5320 3/4" 0.66 0.64 0.62 0.6025 1" 0.71 0.69 0.67 0.6540 1 1/2" 0.77 0.73 0.71 0.6950 2" 0.78 0.76 0.74 0.7275 3" 0.81 0.80 0.78 0.76

de Fineza de la arena

Volumen de agregado grueso ( * ) varillado en seco, poragregado grueso

Tamao Mximo delvolumen unitario de concreto, para diferentes Mdulos

Se requiere elaborar concreto para el vaciado de columnas, de 280 kg/cm2 de resistencia media requerida (fcr).

Con los siguientes insumos:- Cemento UNACEM (Sol tipo I; P.E. = 3.15) - Agregados que cumplen con la norma ASTM C33 o la NTP 400.037, con las caractersticas fsicas que se presentan en el siguiente cuadro:

EJEMPLO NUMERICO DE DISEO DE MEZCLA DE CONCRETO

METODO DEL A.C.I.

EJEMPLO NUMERICO DE DISEO DE MEZCLA DE CONCRETOMETODO DEL A.C.I.

Caracteristicas fisicas de los agregados

PUc PUs PEm wa wo(gr/cm3) (gr/cm3) (gr/cm3) (%) (%)

Piedra 1" --- 1.683 1.593 2.715 0.65 1.05

Arena --- 2.83 1.584 1.510 2.660 1.02 0.80

Agregado T.M. M.F.

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Dosificacin usando las tablas del ACI:

Tabla N1: Slump recomendable = 8 a 10 cm. Por tratarse de un elemento de concreto armado.

Tabla N2: Para T.M. de la piedra 1 (25 mm) y Slump 8 a 10 cm. Se indica tomar: 195 litros de agua y 1.5%de aire ocluido por m3 de concreto.

Tabla N3(a):Para una Resistencia media de 280 kg/cm2 se requiere una relacin w/c = 0.61-(0.61-0.54)x30/50 = 0.568

Tabla N3(b): En este caso, como el concreto no estar sometido a condiciones severas, no se considera las recomendaciones de esta tabla y se confirma la relacin agua cemento calculada w/c = 0.568.


Dosificacin usando las tablas del ACI:

Tabla N4: Para T.M. de la piedra 1 (25 mm) y M.F. 2.83; se tomar el siguiente volumen de agregado grueso varillado (compactado) en seco por m3 de concreto: Vol. De piedra = 0.67(0.67-.65) x 0.03/0.20 = 0.667.



Dosificacion en peso para 1.000 m3 de mezcla con agregados secos

Peso Volumen(kg) (m3)

Agua 195 195/1000 0.195

Cemento 195/0.568 343 343/3150 0.109

Aire - 1.5/100 0.015 van.

Piedra 0.667 x 1683 1123 1123/2715 0.414 Suma= 0.733

Arena 710 0.267 x 2660 0.267

Peso Total = 2371 Volumen Total = 1.000 0.267

Material Operaciones Operaciones

Correcciones por humedad de los agregados

Tomando en cuenta que:

Los pesos de los agregados indicados en la dosificacin, sonpesos secos,

En la realidad los agregados se encuentran con algunahumedad natural (wo),

En la mezcla de concreto, cuando los agregados entren encontacto con el agua, absorbern agua hasta llegar al estadosaturado superficialmente seco (SSS), es decir alcanzaran lahumedad de absorcin (wa)

Se explica la necesidad de corregir los pesos de los agregados y del agua que se usarn en la preparacin de una mezcla de concreto.


Correcciones de la cantidad de agua de mezclado

Dependiendo de la humedad natural de los agregados, stos absorbern agua si wo es menor que wa o cedern agua a la mezcla si wo es mayor que wa

Para mantener la cantidad de agua determinada en la dosificacin terica se debe calcular el peso de agua que ser absorbida o cedida y aumentar o disminuir esa cantidad a la determinada en la dosificacin (Pagua = Pw)

Correccin del agua = {Pp*[(wap-wop)/100] + Pa*[(waa-woa)/100]}

Peso del agua corregida = Pw + Correccin del agua


Peso hmedo de los agregados

El peso de agregado que se usa en la mezcla es, en todos los casos, el peso hmedo que permitir tener el peso seco de agregado determinado en la dosificacin.

Peso hmedo de la piedra = Pp + Pp*[(wop)/100]

Peso hmedo de la arena = Pa + Pa*[(woa)/100]


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1. Correccion en el agua de mezclado

wa wo (wa-wo) correccion(%) (%) (%) P x (wa-wo)/100

Piedra 1123 0.65 1.05 -0.4 -4.5 cede agua

Arena 710 1.02 0.80 0.22 1.6 capta agua

-2.9

Agregado Peso = P (kg)

2. Peso humedo de los agregados

wo correccion Peso humedo(%) (P x wo/100) P + correccion

Piedra 1123 1.05 11.8 1134.8

Arena 710 0.80 5.7 715.7

Agregado Peso = P (kg)


Dosificacion corregida por humedad y absorcion de los agregados para 1.000 m3 de mezcla

Mezcla de prueba

Peso corregido(kg)

Agua 195 - 4.5 + 1.6 192

Cemento 343 + 0 343

Aire -

Piedra 1123 + 11.8 1135

Arena 710 + 5.7 716

Peso Total = 2386

MaterialPeso con

correcciones indicadas


Comparacin de resultados

Resultados de las mediciones hechas en la mezcla de prueba

Slump o revenimiento = 9 cm Peso Unitario compactado = 2,365 kg/m3

Qu hacemos?, Por qu difiere?, Esta errneo el mtodo de dosificacin?......

Si el slump, % de aire y peso unitario difieren de los valores asumidos se deber hacer correcciones a la dosificacin para su uso posterior


Dosificacin para un fraccion del volumen unitario

Generalmente, la capacidad de las mezcladoras es deacuerdo a lo solicitado por el mercado y propuesto por elfabricante. El volumen no tiene que coincidir necesariamentecon el volumen que tenemos que preparar y vaciar.

Existen pocas mezcladoras manuales con capacidad de 1.0m3, entonces tenemos que dosificar mezclas de tal maneraque nos adecuemos a la capacidad de la mezcladora y anuestra necesidad.

Como ejemplo se dosificar la mezcla (corregida) del ejemploanterior para una mezcladora de 11 p^3 = 11/35.3 = 0.311 m3

NOTA: 1 pie = 12 pulgadas = 0,3048 metros1 m3 = 35.31466 pie 31 pie3 = 0.02831 m3


Calculo de la eficiencia y capacidad de mezcladora

Cantidad de cemento Peso de cemento para 0.311 m3 = 0.311 x 343 = 107 kilos Cemento en bolsa = 107/42.5 = 2.52 Numero entero de bolsas = 2 Peso de 2 bolsas de cemento (kg) = 85

Volumen de concreto que se puede preparar por tanda Volumen = 85/343 = 0.248 m3(8.75 p3)

Esto significa que la maquina mezcladora estar a un capacidad de 80% (8.75x100/11)


Expresin de resultados:Cemento: arena : piedra (+ agua en litros) = c : a : p (+agua)

Proporcionamiento en volumen suelto por bolsa de cemento:1 : 2.1 : 3.1 ( + 23.8 litros)

Dosificacion corregida en peso y volumen suelto

Peso/tanda Volumen/bolsa(kg) (litros) (pie3) (pie3)

Agua 192 x 0.248 47.616 47.616/1000 47.62 - -

Cemento 343 x 0.248 85.064 85.064/42.5 2 bolsas 2.0 1.0

Piedra 1135 x 0.248 281.480 281.48/1.593 176.70 6.2 3.1

Arena 716 x 0.248 177.568 177.568/1.510 117.59 4.1 2.1

Material Operaciones OperacionesVolumen/tanda

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EJERCICIO 2

Supongamos que un maestro "experimentado" de "vaciados de techo" nos dijo que siempre usa la siguiente dosificacin:

1:2:2, C (cemento):A(arena):G(grava). (1booguie = 1p3) La cantidad de agua que emplea en su vaciado es: "la que se

necesite".

Usando los valores de PU suelto de la grava y la arena del ejemplo anterior;

a) Calcular la dosificacin al peso de esta "dosificacin experimental al volumen"

b) Cul es su opinin de la dosificacin propuesta?, analice los resultados y explique

c) Cules seran las caractersticas del concreto en estado fresco y endurecido?.

d) Proponga una solucin a la dosificacin del "experimentado"

Solucin.EJERCICIO 2

Peso/tanda Volumen/bolsa(kg) (litros) (pie3) (pie3)

Agua 192 47.616/0.248 47.616 47.616/1000 47.62 - -

Cemento 342.7 85/0.248 85.000 2*42.5 2 bolsas 2.0 1.0

Piedra 728.2 180.598/0.248 180.598 113.37*1.593 113.37 4.0 2.0

Arena 690.3 171.189/0.248 171.189 113.37*1.510 113.37 4.0 2.0

Material Operaciones OperacionesVolumen/tandaPeso/m3

(Humedo)

Verificar P.U. del concreto!!

Verificar Volumen absoluto!!

Solucin.EJERCICIO 2

P.U. CONCRETO de pesos = 1,953.2

2300.0 1953.2 2450.0falta!!!!!

346.8

Mas Agua? 538.8 !!!!!

w/c = 1.572 !!!!!

agua: la que necesite

w/c0.560 1.572

fc (0.56)

fc (1.57) < fc (056)!

diseño de mezclas - método aci

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