UNIVERSIDAD PERUANA UNIN

FIA ESCUELA ACADMICA DE INGENIERA CIVIL

TECNOLOGA DEL CONCRETO

TEMA: DISEO DE MEZCLAS

I. GENERALIDADESDosificar una mezcla de concreto es determinar la combinacin ms prctica y econmica de los agregados disponibles, cemento, agua y en ciertos casos aditivos, con el fin de producir una mezcla con el grado requerido de manejabilidad, que al endurecer a la velocidad apropiada adquiera las caractersticas de resistencia y durabilidad necesarias para el tipo de construccin en que habr de utilizarse.Para encontrar las proporciones ms apropiadas, es necesario preparar varias mezclas de prueba, las cuales se calculan con base en las propiedades de los materiales y la aplicacin de leyes o principios bsicos preestablecidos. Las caractersticas de las mezclas de prueba indicarn los ajustes que deben hacerse en la dosificacin de acuerdo con reglas empricas determinadas.En la etapa del concreto fresco que transcurre desde la mezcla de sus componentes hasta su colocacin, las exigencias principales que deben cumplirse para obtener una dosificacin apropiada son las de manejabilidad y economa de la mezcla; para el concreto endurecido son las de resistencia y durabilidad. Otras propiedades del concreto como: cambios volumtricos, fluencia, elasticidad, masa unitaria, etc., slo son tenidas en cuenta para dosificar mezclas especiales en cierto tipo de obras.

II. CONSIDERACIONES Y/O CRITERIOS PARA EL DISEO DE LAS MEZCLASEn necesario enfocar el concepto del diseo de mezcla para producir un buen concreto tan econmico como sea posible, que cumpla con los requisitos requeridos para el estado fresco (mezclado, transporte, colocacin, compactado y acabado, etc.) y en el estado endurecido (la resistencia a la compresin y durabilidad, etc.). En general, se piensa que todas las propiedades del concreto endurecido estn asociadas a la resistencia y, en muchos casos, es en funcin del valor de ella que se las califica. Sin embargo, debe siempre recordarse al disear una mezcla de concreto que muchos factores ajenos a la resistencia pueden afectar otras propiedades. Es usual suponer que el diseo de mezclas consiste en aplicar ciertas tablas y proporciones ya establecidas que satisfacen prcticamente todas las situaciones normales en las obras, lo cual est muy alejado de la realidad, ya que es en esta etapa del proceso constructivo cuando resulta primordial la labor creativa del responsable de dicho trabajo y en consecuencia el criterio personal. Finalmente debemos advertir que la etapa de diseo de mezclas de concreto representa slo el inicio de la bsqueda de la mezcla ms adecuada para algn caso particular y que esta necesariamente deber ser verificada antes de convertirse en un diseo de obra.Conseguir una mezcla con un mnimo de pasta y volumen de vacos o espacios entre partculas y consecuentemente cumplir con las propiedades requeridas es lo que la tecnologa del concreto busca en un diseo de mezclas.

Antes de dosificar una mezcla se debe tener conocimiento de la siguiente informacin: Los materiales. El elemento a vaciar, tamao y forma de las estructuras. Resistencia a la compresin requerida. Condiciones ambientales durante el vaciado. Condiciones a la que estar expuesta la estructura.

III. PARMETROS BSICOS EN EL COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO1. Trabajabilidad, que como sabemos depende de los siguientes factores: La gradacin, la forma y textura de las partculas Las proporciones del agregado La cantidad del cemento El aire incluido Los aditivos y la consistencia de la mezcla.2. Resistencia, a la compresin (fc) que es la caracterstica mecnica mas importante.3. Durabilidad4. Y otras como la permeabilidad y resistencia al desgaste.

IV. MATERIALES QUE INTERVIENEN EN UNA MEZCLA DE CONCRETO

material% que ocupaPropiedades que presentacomentarios

Cemento7 15Adherencia - cohesinPermite unir fragmentos minerales entre si.

Agua14 - 18Fragua - endurecimientofluidez tal que permita una trabajabilidad adecuada en la etapa del colocado del concreto.

Agregados60 - 75las caractersticas del concreto, tanto en estado plstico como endurecido, dependen de las caractersticas y propiedades de los agregados

Aire1 3

3 - 7La presencia de aire en las mezclas tiende a reducir la resistencia del concreto por incremento en la porosidad del mismo- Atrapado o naturaldepende del proceso de construccin aplicado durante su colocacin y compactacin-inyectado intencionalmente

AditivosDepende del diseo, no tiene un porcentaje fijo dentro del diseo de mezclasSu empleo puede radicar por razones de economa o por mejorar puntualmente alguna propiedad del concreto tanto en estado fresco o endurecido como por ejemplo: reducir el calor de hidratacin, aumentar la resistencia inicial o finalEl ACI 212 la define como: un material distinto del agua, agregados y cemento hidrulico, que se usa como ingrediente de concretos y morteros el cual se aade a la mezcla inmediatamente antes o durante su mezclado

V. PASOS BSICOS PARA DISEAR UNA MEZCLA DE CONCRETO

1. Recaudar el siguiente conjunto de informacin: Los materiales. Del elemento a vaciar; tamao y forma de las estructuras. Resistencia a la compresin requerida. Condiciones ambientales durante el vaciado. Condiciones a la que estar expuesta la estructura.

2. Determinar la resistencia requeridaEsta resistencia va estar en funcin a la experiencia del diseador o la disponibilidad de informacin que tenga el mismo, pero siempre vamos a tener que disear para algo ms de resistencia de tal manera que solo un pequeo porcentaje de las muestras (normalmente el 1%, segn el ACI) puedan tener resistencias inferiores a la especificada.

Caso 1: Si se contarn con datos estadsticos de produccin en obra as como resultados de la rotura de probetasEn este caso, se utilizarn las siguientes frmulas para calcular el fcr:

fcr = fc 1.34Ds .(1) fcr fc 2.33Ds 35 .(2)

Donde: fc : Resistencia a la compresin especificada (Kg/cm) fcr : Resistencia a la compresin requerida (Kg/cm) Ds : Desviacin estndar en obra (Kg/cm)

De ambos resultados se escoger el mayor valor de las frmulas, siendo este el fcr requerido con el cual vamos a disear.

Caso 2: No contamos con suficientes datos estadsticos (entre 15 y 30 resultados)En este caso se utilizarn las frmulas anteriores, donde al valor de Ds se amplificar por un factor de acuerdo a la siguiente tabla:

Nro de EnsayosFactor de Incremento

Menos de 15Usar tabla caso 3

151.16

201.08

251.03

30 o mas1.00

Entonces para calcular el fcr tenemos:

fcr = fc 1.34(Ds) ..(1) fcr fc 2.33(Ds) 35 .(2)

Donde: : factor de incremento

Caso 3: Contamos con escasos (menos de 15 ensayos) o ningn dato estadstico.Para este caso el Comit del ACI nos indica aplicar la siguiente tabla para determinar el fcr.fc especificadofcr (kg/cm2)

< 210fc 70

210 a 350fc 84

>350fc 98

3. Seleccionar el tamao mximo nominal del agregado grueso (TNM).El TNM del agregado grueso no deber ser mayor de uno de estos puntos: 1/5 de la menor dimensin entre las caras de encofrados. 3/4 del espacio libre mnimo entre barras o alambres individuales de refuerzo, paquetes de barras, torones o ductos de presfuerzo. 1/3 del peralte de las losas

4. Seleccin del asentamiento Si el asentamiento no se encuentra especificado entonces se puede partir con los valores indicados en la tabla 01 (Tipo de Estructura)

Tabla 01: asentamiento recomendados para diversos tipos de estructurasTipo de estructuraSlump maxSlump mn

Zapatas y muros de cimentacin reforzados31

Cimentaciones simples y calzaduras31

Vigas y muros armados41

Columnas42

Muros y pavimentos31

Concreto ciclopeo21

5. Determinacin del contenido de aire El ACI 211 establece una tabla que proporciona aproximadamente el porcentaje de contenido de aire atrapado en una mezcla de concreto en funcin del tamao mximo nominal del agregado grueso. La tabla 02 indica la cantidad aproximada de contenido de aire atrapado que se espera encontrar en concretos sin aire incluido.

Tabla 02: contenido de aire atrapadoTNM de agregado gruesoAire atrapado %

3/8 3.0

2.5

2.0

11.5

1 1.0

20.5

30.3

40.2

En el caso del contenido de aire incorporado tambin presenta una tabla valores aproximados en funcin adems de las condiciones de exposicin, suave, moderada y severa. Estos valores sealados en la tabla 06 no siempre pueden coincidir con las indicadas en algunas especificaciones tcnicas. Pero muestra los niveles recomendables del contenido promedio de aire para el concreto, cuando el aire se incluye a propsito por razones de durabilidad.

6. Determinacin del volumen de agua La cantidad de agua (por volumen unitario de concreto) que se requiere para producir un asentamiento dado, depende del tamao mximo de agregado, de la forma de las partculas y gradacin de los agregados y de la cantidad de aire incluido. La tabla 03 proporciona estimaciones de la cantidad de agua requerida en la mezcla de concreto en funcin del tamao mximo de agregado y del asentamiento con aire incluido y sin l. Segn la textura y forma del agregado, los requisitos de agua en la mezcla pueden ser mayores o menores que los valores tabulados, pero estos ofrecen suficiente aproximacin paro una primera mezcla de prueba. Estas diferencias de demanda de agua no se reflejan necesariamente en la resistencia, puesto que pueden estar involucrados otros factores compensatorios. Por ejemplo, con un agregado grueso angular y uno redondeado, ambos de buena calidad y de gradacin semejante, puede esperarse que se produzcan concretos que tengan resistencias semejantes, utilizando la misma cantidad de cemento, a pesar de que resulten diferencias en la relacin a/c debidas a distintos requisitos de agua de la mezcla. La forma de la partcula, por si misma, no es un indicador de que un agregado estar por encima o por debajo del promedio de su resistencia potencial.

7. Seleccionar la relacin agua/cemento La relacin a/c requerida se determina no solo por los requisitos de resistencia, sino tambin por los factores como la durabilidad y propiedades para el acabado. Puesto que distintos agregados y cementos producen generalmente resistencias diferentes con la misma relacin a/c, es muy conveniente conocer o desarrollar la relacin entre la resistencia y la relacin a/c de los materiales que se usaran realmente.Para condiciones severas de exposicin, la relacin a/c deber mantenerse baja, aun cuando los requisitos de resistencia puedan cumplirse con un valor mas alto. Las tablas 04 y 07 muestran estos valores limites.

8. Clculo del contenido de cemento Se obtiene dividiendo los valores hallados en los pasos 6 y 79. Clculo de los pesos de los agregados. Est en funcin del mtodo de diseo especfico a emplear o basado puntualmente en alguna teora de combinacin de agregados10. Presentar el diseo de mezcla en condiciones secas.

11. Correccin por humedad del diseo de mezcla en estado seco Hay que tener en cuenta la humedad de los agregados para pesarlos correctamente. Generalmente los agregados estn hmedos y a su peso seco debe sumarse el peso del agua que contienen, tanto absorbida como superficial. Peso agregado hmedo = Peso agregado seco (1 + Cont. humedad del agregado (%))12. Clculo del agua efectiva El agua a utilizarse en la mezcla de prueba debe incrementarse o reducirse en una cantidad igual a la humedad libre que contiene el agregado, esto es, humedad total menos absorcin. Para esto se utilizar la siguiente formula Aporte de humedad de los agregados = Peso agregado seco (% Cont. de humedad - % absorcin)Entonces: Agua efectiva = Agua de diseo Aporte de humedad de los agregados

13. Presentar el diseo de mezcla en condiciones hmedas14. Realizar tos ajustes a las mezclas de pruebas Para obtener las proporciones de la mezcla de concreto que cumpla con las caractersticas deseadas, con los materiales disponibles se prepara una primera mezcla de prueba con unas proporciones iniciales que se determinan siguiendo los pasos que a continuacin se indican.A esta mezcla de prueba se le mide su consistencia y se compra con la deseada: si difieren, se ajustan las proporciones. Se prepara, luego, una segunda mezcla de prueba con las proporciones ajustadas, que ya garantiza la consistencia deseada; se toman muestras de cilindro de ella v se determina su resistencia a la compresin; se compara con la resistencia deseada y si difieren, se reajustan las proporciones. Se prepara una tercera mezcla de prueba con las proporciones reajustadas que debe cumplir con la consistencia y la resistencia deseada; en el caso de que no cumpla alguna de las condiciones por algn error cometido o debido a la aleatoriedad misma de los ensayos, se pueden ser ajustes semejantes a los indicados hasta obtener los resultados esperados.VI. SECUENCIAS DE LOS PRINCIPALES MTODOS DE DISEOS DE MEZCLAS:6.1. Mtodo ACI 211Este procedimiento propuesto por el comit ACI 211, est basado en el empleo de tablas confeccionadas por el Comit ACI 211; la secuencia de diseo es la siguiente:a. Seleccin de la resistencia requerida (fcr) b. Seleccin del TMN del agregado grueso. c. Seleccin del asentamiento TABLA 01. d. Seleccionar el contenido de aire atrapado TABLA 02. e. Seleccionar el contenido de agua TABLA 03. f. Seleccin de la relacin agua/cemento sea por resistencia a compresin o por durabilidad. TABLAS 04 y 07.g. Clculo del contenido de cemento (e)/(f) h. Seleccionar el peso del agregado grueso (TABLA 05) proporciona el valor de b/bo, donde bo y b son los pesos unitarios secos con y sin compactar respectivamente del agregado grueso). i. Calcular la suma de los volmenes absolutos de todos los materiales sin considerar el agregado fino. j. Clculo del volumen del agregado fino. k. Clculo del peso en estado seco del agregado fino. l. Presentacin del diseo en estado seco. m. Correccin del diseo por el aporte de humedad de los agregados. n. Presentacin del diseo en estado hmedo.

6.2. Mtodo del modulo de fineza de la Combinacin de AgregadosEste mtodo utiliza como base algunas tablas dadas por el ACI, la principal diferencia radica en la forma en que se calcula los pesos de los agregados, por lo dems todo es similar al mtodo anterior; la secuencia de diseo es la siguiente:a. Seleccin de la resistencia requerida (fcr) b. Seleccin del TMN del agregado grueso. c. Seleccin del asentamiento TABLA 01. d. Seleccionar el contenido de aire atrapado TABLA 02. e. Seleccionar el contenido de agua TABLA 03. f. Seleccin de la relacin a/c sea por resistencia a compresin o por durabilidad TABLAS 04 y 07. g. Clculo del contenido de cemento (e)/(f) h. Clculo del volumen absoluto de los agregados. i. Clculo del mdulo de fineza de la combinacin de los agregados. TABLA 06 j. Clculo del porcentaje de agregado fino % agregado fino mg m mg mfk. Clculo de los pesos secos de los agregados. l. Presentacin el diseo en estado seco. m. Correccin del diseo por el aporte de humedad. n. Presentacin del diseo en estado hmedo.

VII. Ejemplo: Diseo de MezclasSe presentan los parmetros para el diseo de una mezcla y se pide calcular el diseo con dos mtodos diferentes indicando los pasos a seguir para cada parmetro.Caractersticas de los materiales: Cementomarca y tiposol

procedenciaCementos lima

Densidad relativa3.11

AguaAgua potableRed pblica de sjm

Peso especifico1000 kg/m3

AgregadosfinoGrueso

CanterajicamarcaJicamarca

Perfil

Peso unitario suelto kg/m315601587

Peso unitario compactado kg/m317651660

Peso especfico seco26902780

Modulo de fineza2.806.50

TMN--

% de absorcin0.700.60

Contenido de humedad7.53.0

Caractersticas del concretoResistencia a la compresin especificada210 kg/cm2

Desviacin estndar promedio en obra20 kg/cm2

Tipo de asentamientoConcreto super plastificado 6a 8

Condiciones ambientales y de exposicinLugar obraLima

Temperatura medio ambiente20 C

Humedad relativa80%

Tipo de asentamientonormales

Solucin:a) Resistencia requeridaDe las especificaciones tcnicas tenemos:Dato: fc 210 kg/cm2 Ds 20 kg/cm2Reemplazando en formulas 1 y 2fcr 210 1.34 (20) 236.80 kg/cm2fcr 210 2.33 (20) 35 221.60 kg/cm2de donde, como indica la norma escogeremos a fcr 236.80 kg/cm2, por ser el mayor de los dos valores obtenidos.b) Tamao nominal mximo (TMN)De acuerdo a las especificaciones (datos) indicadas para la obra TMN

c) AsentamientoSegn las especificaciones, el concreto es superplastificado, por lo tanto presentar un asentamiento: 6 a 8 d) Contenido de aire totalDadas las especificaciones indicadas, no se requiere de incorporacin de aire, por lo tanto:Mtodo ACI 211 Tabla 02M. Mdulo de fineza Combinacin agregados Tabla 02

2 %2%

e) Contenido de aguaDe la tabla 03 tenemos que:Mtodo ACI 211 Tabla 03M. Mdulo de fineza Combinacin agregados Tabla 03

216 lt216 lt

f) Relacin a/cDado que no se presenta problemas por durabilidad, el diseo slo tomar en cuenta la resistencia, entonces utilizando la tabla 04 para fcr = 236.8 Kg/cm tenemos interpolando:Mtodo ACI 211 Tabla 04M. Mdulo de fineza Combinacin agregados Tabla 04

0.650.65

g) Contenido de cementoSe calcular dividiendo (e)/(f),as tenemos:Cont cemen 216 / 0.65 332.30 kg

Por el mtodo del AC1 211h) Seleccin del peso del agregado grueso;De la tabla 05 se tiene: b/bo = 0.62 ( se obtiene intersectando el dato de MF 2.80 y TMN ) adems como bo = 1660 Kg/m (PESO UNITARIO COMPACTADO Kg/m3)Entonces el peso del agregado grueso (despejar b y multiplicar 0.62 x 1660)= 1029.2 Kgi) Clculo de la suma de los volmenes absolutos de todos los materiales sin considerar el agregado fino: El volumen se calcula dividiendo directamente el peso seco x el peso especifico

materialPeso secoPeso especficoVolumen

Cemento (kg)332.331100.1068

Agua (lt)21610000.2160

Agregado grueso(kg)102927800.3701

Aire (%)2%0.0200

total0.7129

j) Clculo del volumen del agregado finoVolumen del agregado fino = 1 - ( i ) = 1- 0.7129 = 0.2871 m

k) Clculo del peso en estado seco del agregado finoPeso seco A.F. = ( j ) x Peso especfico seco = 0.2871 x 2690 = 772.3 Kg

l) Presentacin del diseo en estado seco (resumiendo y recopilando los clculos)materialPeso seco/m3

Cemento332.30 kg

Agua216.0 lt

Agregado grueso1029.2 kg

Agregado fino772.3 kg

Aire2%

Por el mtodo del Mdulo de fineza de la combinacin de agregadosh.Clculo de la suma de los volmenes absolutos de todos los materiales sin incluir los agregados:materialPeso secoPeso especificoVolumen

Cemento (kg)332.331100.1068

Agua(lt)21610000.2160

Aire (%)2--0.0200

total0.3428

Por lo tanto: Volumen del agregado global = 1 - ( h ) = 1- 0.3428 = 0.6572 m

i) Clculo del mdulo de fineza de la combinacin de los agregados.Conociendo la cantidad de cemento en bolsas/m3 (entre 7 y 8 bolsas)y el TNM (3/4)del agregado, interpolando valores en la Tabla 06 , se tiene: m = 5.075

J)Clculo del porcentaje de agregado fino:Se sabe de (j) que m = 5.075. Adems, por datos del ejercicio: mg = 6.50 y mf = 2.8, entonces: % agregado fino ((6.50 5.075)/(6.50 2.80)) x 100 38.51%k)Clculo de los Pesos secos de los agregadosPara el agregado fino Volumen del AF: (h) x (j) = 0.6572 x 38.51% = 0.2531 m Peso seco AF volumen de AF x peso especfico seco 0.2531 x 2690 = 680.87 KgPara el agregado grueso Volumen del AG: (h) x (100% - (j)) = 0.6572 x (100% - 38.51%) = 0.404m Peso seco AG: 0.404 x 2780 = 1123.43 Kg

l) Presentacin del diseo en estado secomaterialPeso seco/m3

Cemento332.3 kg

Agua216.0 lt

Agregado grueso1123.43 kg

Agregado fino680.87 kg

aire2%

Tablas para el diseo de Mezclas

Tabla 01: asentamiento recomendados para diversos tipos de estructurasTipo de estructuraSlump maxSlump mn

Zapatas y muros de cimentacin reforzados31

Cimentaciones simples y calzaduras31

Vigas y muros armados41

Columnas42

Muros y pavimentos31

Concreto ciclopeo21

Tabla 02: contenido de aire atrapadoTNM de agregado gruesoAire atrapado %

3/8 3.0

2.5

2.0

11.5

1 1.0

20.5

30.3

40.2

PROF. ING. J. MANUEL YAYA L.Pgina 37