diseño mezcla aci fic-uncp-2015
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FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES
DISEO DE MEZCLA METODO ACI
Ing. Luis Clemente Condori
ABRIL 2015
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PROPORCIONAMIENTO DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO
COMBINACION CORRECTA
CEMENTO AGREGADO AGUA ADITIVOS
CONCRETO
ESPECIFICADO
Principios
cientificos
TECNICOS
Principios
empiricos
ARTE
TRABAJABILIDAD del
concreto fresco: Facilidad de
colocacion, compactado y acabado
RESISTENCIA del concreto
endurecido a una edad
especificadaIng. LUIS CLEMENTE 2
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
CONCRETO
VARIABLES
ADITIVO
COSTO
PASTA DE CEMENTO
AGREGADO
AGUA
CEMENTO
ARENA
GRAVA
RESISTENCIA Y
DURABILIDAD
TRABAJABILIDAD
Ing. LUIS CLEMENTE 3
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PROCEDIMIENTOS PARA
DETERMINAR EL
PROPORCIONAMIENTO
METODO DE
PESO
METODO DE
VOLUMEN
ABSOLUTO
Ing. LUIS CLEMENTE 4
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
DATOS QUE SE REQUIEREN PARA EL DISEO
DE LA MEZCLA
1. GRANULOMETRIA del agregado (Modulo de finura o fineza)
5. Requerimientos aproximados de agua para la mezcla. (tabla)
2. PESO UNITARIO varillado seco del agregado grueso
3. DENSIDAD de los materiales
4. CONTENIDO DE HUMEDAD libre en el agregado (Absorcion)
6. Relaciones entre la resistencia y la relacin agua cemento
para las combinaciones de cemento agregado. (tablas)
7. ESPECIFICACIONES de la obra
Ing. LUIS CLEMENTE5
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
EJEMPLO
Calcular la proporcion del material en kilogramos:
de cemento, agua, grava y arena, para elaborar el
concreto de una zapata.
Ing. LUIS CLEMENTE 6
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
ESPECIFICACIONES DE LA OBRA
1. Tipo de construccion: Zapata de concreto
reforzado
2. Exposicin del concreto: Mediana
3. Tamao mximo del agregado: 38 mm (1 1/2)
4. Revenimiento: de 7,5 a 10 cm (3 4)
5. Resistencia a la compresin especificada a los 28
das: 24,5 Mpa (250 kg/cm2)
Ing. LUIS CLEMENTE 7
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES SELECCIONADOS
CARACTERISTICA CEMENTO ARENA GRAVA
Densidad relativa 3.15 2.6 2.7
Peso unitario (kg/m3) 3150 2600 2700
P.U. Varillado seco (kg/m3) 1600
Modulo de finura 2.8
Desviacin de humedad a condicion SSS (%) +2.5 +.05
Ing. LUIS CLEMENTE 8
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 1. SELECCIN DEL REVENIMIENTO
Verificar el revenimiento especificado
o bien seleccionar un valor apropiado
Revenimiento = 7.5 a 10 cm, valor especificado, ver tabla
siguiente.
Por lo que se puede aceptar el valor propuesto:
Revenimiento = 7.5 a 10 cm (3 4), valor especificado.
Ing. LUIS CLEMENTE 9
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 1. SELECCIN DEL REVENIMIENTO
REVENIMIENTO RECOMENDADO PARA VARIOS TIPOS DE CONSTRUCCION
TIPOS DE CONSTRUCCION
REVENIMIENTO
(cm)
Mximo Mnimo
Cimentaciones reforzadas, muros y zapatas 7.5 2.5
Zapatas simples, estribos y muros de sub estructuras 7.5 2.5
Vigas y muros reforzados 10 2.5
Columnas de edificios 10 2.5
Pavimentos y losas 7.5 2.5
Concreto masivo 7.5 21.5
Ing. LUIS CLEMENTE 10
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 2. SELECCIN DEL TAMAO MAXIMO DEL AGREGADO
Generalmente, el tamao mximo del agregado grueso debera ser lo
mayor que este disponible econmicamente y en concordancia con las
dimensiones de la estructura.
En ningn caso deber exceder el tamao mximo a:
- Un quinto de la dimensin mas angosta entre los lados de la
cimbra.
- Un tercio del peralte de las losas.
- Tres cuartos del espacio libre mnimo entre varillas de refuerzo.
Tamao maximo del agregado = 38 mm (1 ), valor dado.
Ing. LUIS CLEMENTE 11
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 3. CALCULO DE AGUA DE MEZCLADO
Y CONTENIDO DE AIRE
La cantidad de agua por unidad de volumen de concreto
requerida para producir un revenimiento dado, depende:
Del tamao maximo de las particulas.
Pero el contenido de cemento no afecta seriamente la mezcla.
De la forma y la granulometria de los agregados.
Asi como la cantidad de aire incluido.
Ing. LUIS CLEMENTE 12
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 3. CALCULO DE AGUA DE MEZCLADO
Y CONTENIDO DE AIRE
Entonces para determinar la cantidad de agua, vemos la siguiente tabla
y para un revenimiento de 7.5 a 10 cm y un agregado mximo de 38 mm,
la cantidad de agua es de 181 kg; con 1% de aire atrapado.
AGUA DE MEZCLADO APROXIMADO (kg/cm3)
Concreto sin aire incluido
Revenimiento
(cm)
Tamao mximo nominal de los agregados (mm)
10 13 20 25 38 50 75
2.5 a 5 208 199 190 179 166 154 130
7.5 a 10 228 216 205 193 181 169 145
15 a 17.5 243 228 216 202 190 178 160
Aire atrapado (%) 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0.3
Ing. LUIS CLEMENTE 13
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 4. SELECCIN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO
La fc es la resistencia especificada del concreto.
La fcr es la resistencia promedio a la compresin del concreto.
La fcr que ha de utilizarse como base para calcular las proporciones de la mezcla, deber ser la que resulte mayor de las
siguientes ecuaciones.
1. fcr = fc + 1.34 S; donde hay 1% de probabilidad de que el promedio de tres pruebas este debajo de fc .
2. fcr = fc + 2.33 S - 35; donde hay 1% de probabilidad de que una prueba (solo una) este 35 kg o mas por debajo de fc .
Ing. LUIS CLEMENTE 14
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 4. SELECCIN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO
- fcr
- fcr
Ing. LUIS CLEMENTE15
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 4. SELECCIN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO
- fcr - fc
- S
Ing. LUIS CLEMENTE 16
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 4. SELECCIN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO
- fcr - fc
- fcr = fc + 1.34 S
Ing. LUIS CLEMENTE 17
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 4. SELECCIN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO
Cuando no se cuenta con datos adecuados para establecer una
desviacion estandar, la resistencia promedio requerida puede
determinarse en la forma siguiente:
fc(kg/cm2)
fcr (kg/cm2)
< 210 - fc + 70
210 a 350 - fc + 84
> 350 - fc + 99
Ing. LUIS CLEMENTE 18
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 4. SELECCIN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO
Calculando la resistencia promedio de las ecuaciones, suponiendo una desviacin estndar de 2.1 Mpa (21 kg/cm), segn experiencias pasadas.
1. fcr = fc + 1.34 S; donde: fcr = 245 + 1.34 x 21 = 27.3 Mpa.
2. fcr = fc + 2.33 S - 35; donde: fcr = 245 + 2.33 x 21 35 = 25.9 Mpa.
Por lo que tomamos el mayor valor que resulte que es: fcr = 27.3 Mpa.
Ing. LUIS CLEMENTE 191 Mpa = 10.1972 kg/cm
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 4. SELECCIN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO
La relacion agua cemento lo determinamos segn la siguiente tabla:
Interpolamos, y tenemos que para fcr = 27.3 Mpa la relacion es 0.58
RELACION AGUA CEMENTO
Resistencia a la
compresin
A 28 dias (Mpa)
Relacion agua / cemento, por peso
Concreto sin aire
incluido
Concreto con aire
incluido
40 0.42 *
35 0.47 0.39
30 0.54 0.45
25 0.61 0.52
20 0.69 0.60
15 0.79 0.70
Ing. LUIS CLEMENTE 20
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 5. CALCULO DEL CONTENIDO DE CEMENTO
Formula para determinar la cantidad de cemento:
agua
Cemento =
relacin agua cemento (A/C)
Entonces tenemos:
Cemento = 181 kg / 0.58 = 312 kg
Por lo que necesitamos 312 kg de cemento
Ing. LUIS CLEMENTE 21
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 6. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO
GRUESO GRAVA
Para un grado adecuado de TRABAJABILIDAD, el volumen de agregado
grueso por unidad de volumen del concreto depende solamente de su
TAMAO MAXIMO y del MODULO DE FINURA del agregado fino.
Cuanto mas fina es la arena y mayor el tamao de las partculas del
agregado grueso, mayor es el volumen de agregado grueso que puede
utilizarse para producir una mezcla de concreto de trabajabilidad
satisfactoria.
Si tenemos un tamao maximo de grava de 38 mm (1 ) y 2.8 para un modulo de finura de la arena, recurrimos a la tabla para determinar el
factor que nos servir para determinar el volumen de la grava.
Ing. LUIS CLEMENTE 22
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 6. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO
GRUESO GRAVA
Entonces, el peso de grava
varillado en seco es:
GRAVA = Fvg x PUVS =
0.71 x 1600 = 1136 kg.
VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO
Por unidad de volumen de concretoTamao
mximo
del agregado.
( mm )
Volumen de agregado grueso varillado en seco por
unidad de volumen de concreto para diferentes
Mdulos de Finura
2.4 2.6 2.8 3.0
10 .50 .48 .46 .44
13 .59 .57 .55 .53
20 .66 .64 .62 .60
25 .71 .69 .67 .65
38 .75 .73 .71 .69
50 .78 .76 .74 .72
Ing. LUIS CLEMENTE 23
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 7. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO FINO
ARENA
METODO DE PESO: Si el peso unitario del concreto fresco se conoce
por una previa experiencia entonces el peso requerido del agregado
fino es simplemente la diferencia entre el peso por unidad del concreto
y los pesos totales del agua, cemento y agregado grueso.
METODO DE VOLUMEN ABSOLUTO: El volumen total desplazado por
los ingredientes conocidos (agua, aire, cemento, grava) se resta al
volumen unitario del concreto ( 1 m3 ) para obtener el volumen
requerido del agregado fino. Este a su vez es convertido en unidades
de peso multiplicandolo por la densidad del material.
Si no se tiene el peso del concreto, hay que estimarlo conforme a la
siguiente tabla:
Ing. LUIS CLEMENTE 24
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 7. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO FINO
ARENA
PRIMERA ESTIMACIN DEL PESO DEL CONCRETO FRESCO ( kg/m3 )
Tamao mximo del agregado ( mm ) Peso del concreto, sin aire incluido
10 2280
13 2310
20 2350
25 2380
38 2415
50 2445
Segn la tabla estimamos el
peso del concreto para una
grava de 38 mm y nos da un
valor de 2415 kg/m3
Ing. LUIS CLEMENTE25
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 7. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO FINO
ARENA
Entonces, el peso de la arena es:
ARENA = concreto ( agua + cemento + grava )
ARENA = 2415 ( 181 + 312 + 1136 ) = 786 kg
Ing. LUIS CLEMENTE 26
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 8. AJUSTES POR HUMEDAD DEL CONCRETO
Generalmente los agregados en el almacen estan humedos, mas que
los considerados en el calculo, con base a los agregados
superficialmente secos.
Para la mezcla por tanteo, dependiendo de la cantidad de humedad
libre de los agregados, el agua de mezclado se reduce y la cantidad de
los agregados se incrementa correspondientemente.
Ajuste por humedad para la mezcla de prueba de laboratorio.
Reducimos los valores para 30 litros.
Ing. LUIS CLEMENTE 27
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 8. AJUSTES POR HUMEDAD DEL CONCRETO
MATERIAL kg/m3 Factor kg/30 litros
Cemento 312 0.3 9.36
Arena 751 0.3 22.53
Grava 1136 0.3 34.08
Agua 181 0.3 5.43
TOTAL 2380 0.3 71.4
Ing. LUIS CLEMENTE28
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 8. AJUSTES POR HUMEDAD DEL CONCRETO
MATERIAL kg/30 litros Correcciones kg
Cemento 9.36 * 9.360
Arena 22.53 22.53x0.025=0.56
22.53 + 0.56 = 23.09
Grava 34.08 34.08x0.005=0.17
34.08 + 0.17 = 34.25
Agua 5.43 5.4-(0.56+0.17) = 4.700
TOTAL 71.40 71.4
Ing. LUIS CLEMENTE29
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DISEO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
PASO 9. AJUSTES DE LA MEZCLA POR TANTEO
Debido a las muchas suposiciones, los calculos teoricos deberan ser
verificados en pequeos volumenes de concreto ( 30 litros ), la
verificacion debera ser en:
Revenimiento
Trabajabilidad ( sin segregacion )
Peso unitario
Contenido de aire
Resistencia a la edad especificada
Ing. LUIS CLEMENTE 30
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