diseÑo de mezclas de concreto - ing. rafael cachay huaman 10 10 13

Ing. Rafael Cachay Huamán - Ing. Rafael Cachay Huamán - [email protected]@uni.edu.pe 11

OCTUBRE 2013OCTUBRE 2013

DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETODISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO

EXPOSITOR :EXPOSITOR :

Ing. Rafael Cachay HuamánIng. Rafael Cachay Huamán

Curso de Actualización ProfesionalCurso de Actualización Profesional


1.- Elementos que conforman el 1.- Elementos que conforman el ConcretoConcreto

CONCRETOCONCRETO

* ¿ Opcional ?* ¿ Opcional ?

Cemento+

Agua+

Piedra+

Arena+

Aditivos*+

Aire

Elementos Activos

“Elemento Pasivo”

Capitulo ICapitulo I


1.1.- Proporciones en Volumen de los 1.1.- Proporciones en Volumen de los Componentes del ConcretoComponentes del Concreto

Proporciones típicas en Volumen absoluto de los Componentes del Concreto

AGREGADOS

60% – 75%

AGUA

15% – 22%

CEMENTO 7% – 15%

AIRE 1% – 3%

ADITIVO 0.1% – 0.2%


1.2. Utilización del Concreto en 1.2. Utilización del Concreto en pequeñas y Grandes Obras de pequeñas y Grandes Obras de

ConstrucciónConstrucción


1.3. PLANOS PARA 1.3. PLANOS PARA CONSTRUIR DONDE SE CONSTRUIR DONDE SE INDICA EL F ’C Y OTRAS INDICA EL F ’C Y OTRAS CARACTERISTICAS DE CARACTERISTICAS DE

LA OBRALA OBRA


2.- 2.- CARACTERISTICAS DEL CARACTERISTICAS DEL CONCRETOCONCRETO

MATERIAL IDEAL PARA LA CONSTRUCCIONMATERIAL IDEAL PARA LA CONSTRUCCION

En Estado FRESCO

PlásticaMoldeableTrabajable

etc.

En EstadoENDURECIDO

AislanteResistente

Durableetc.

CAPITULO IICAPITULO II


2.1.1.- EN ESTADO FRESCO2.1.1.- EN ESTADO FRESCO

La Trabajabilidad esta referida al Transporte – Colocación – Curado y Acabado



Consistencia la medimos mediante el cono de Abram’s



Tiempo de Fragua (penetrometro)

Fragua Inicial: Fragua Inicial: 500 500

Libras/pulg.Libras/pulg.22

Fragua Fragua Final:Final:40004000

Libras/pulg.Libras/pulg.22


2.2.1.- EN ESTADO ENDURECIDO2.2.1.- EN ESTADO ENDURECIDO

Resistencia a la Compresión

Compresión =Fuerza / Área



Tracción Diametral

TRACCION=PL/2D



Flexión = 3PL/2BH2


RESISTENCIA DE DISEÑO RESISTENCIA DE DISEÑO REQUERIDA : f ’ crREQUERIDA : f ’ cr

RESISTENCIA DE DISEÑO : f ’ cRESISTENCIA DE DISEÑO : f ’ c(plano)(plano)

CAPITULO IIICAPITULO III


Conocemos la desviación estandar (Ds) ?Conocemos la desviación estandar (Ds) ?

SISI NONO

3.1. CRITERIOS EN LA ELECCION DE LA RESISTENCIA REQUERIDA. f ‘cr


3.2. EL CONCRETO SE COMPORTA 3.2. EL CONCRETO SE COMPORTA ESTADISTICAMENTE.ESTADISTICAMENTE.


3.3. NO SE CUENTA CON RESULTADOS 3.3. NO SE CUENTA CON RESULTADOS ESTADÍSTICOS DE PRODUCCIÓN.ESTADÍSTICOS DE PRODUCCIÓN.

f ’c Especificado f ’c Especificado (Plano)(Plano)

f ’cr (Kgcm²)f ’cr (Kgcm²)

< 210< 210 f’ c + 70f’ c + 70

210 – 350210 – 350 f’ c + 84f’ c + 84

> 350> 350 f ’ c + 98 ( * )f ’ c + 98 ( * )

1.10 f’ c + 501.10 f’ c + 50

1. Si nuestro N° de muestras es < 15 ó no se cuenten con registros sobre la desviación estándar del concreto:

a) El comité del ACI ( a nivel mundial) considera que el cálculo del f ´cr será según la siguiente tabla :


3.4. Ejemplo:3.4. Ejemplo:

UTILIZANDO LAS FORMULAS ANTERIORES UTILIZANDO LAS FORMULAS ANTERIORES PARA UN CONCRETO CON f ’c = 210 Kg/cmPARA UN CONCRETO CON f ’c = 210 Kg/cm2.2.

f ’crf ’cr = 210 + 84 = 210 + 84 Kg/cmKg/cm22

= 294= 294f ’crf ’cr = = 300 Kg/cm300 Kg/cm22

f ’cr = 105 + 70f ’cr = 105 + 70 = 175= 175

f ’cr f ’cr = 175= 175 Kg/cmKg/cm22

f ’cr = 420 + 98 = 518 óf ’cr = 420 + 98 = 518 ó = 1.10 * 420 + 50 = 512= 1.10 * 420 + 50 = 512

f ’cr f ’cr = 512= 512 Kg/cm Kg/cm22


Capitulo IVCapitulo IV

DISEÑOS DE MEZCLAS DE DISEÑOS DE MEZCLAS DE CONCRETOCONCRETO


4.1. METODOS PARA EL DISEÑO DE 4.1. METODOS PARA EL DISEÑO DE MEZCLASMEZCLAS

Entre los Métodos para el Diseño de Mezclas de Concreto el mas utilizados son:

1. Método Comité 211 ACI.

El más conocido es el ACI 211, es un método tabulado, “ se utilizan tablas estandarizadas ”.

2. Método de Combinación de Agregados.

3. Otros Métodos de Diseño.


4.2. Proporciones de los Componentes del 4.2. Proporciones de los Componentes del ConcretoConcreto

Proporciones típicas de los Componentes del Concreto

arena

piedra

cemento

aire

agua

La gráfica es una representación del concreto para fines de explicación y de manejo técnico.


EJEMPLO: DISEÑAR UN CONCRETO PARA EJEMPLO: DISEÑAR UN CONCRETO PARA UN CANAL DE RIEGOUN CANAL DE RIEGO

Entre los Métodos para el Diseño de Mezclas de Concreto el mas utilizados son:

CEMENTO PORTLAND TIPO I.

f’c = 210 kg/cm2 – Asentamiento de 3” a 4”.

Cemento Agua Arena Piedra

Peso Especifico 3130 1000 2660 2740

PUS 1756 1600

PUC 1885 1709

CH 1.42 0.45

AB 0.60 0.67

Dnm 1"

MF 3.02 7.37


TABLA 1.- Volumen Unitario de TABLA 1.- Volumen Unitario de agua.agua.(lt(lt//m³)m³)

AsentamientAsentamientoo

Tamaño Máximo del Agregado GruesoTamaño Máximo del Agregado Grueso

33//8”8” 11//2”2” 33//4”4” 1”1” 1 11 1//2”2” 2”2” 3”3” 6”6”

Concreto sin are incorporadoConcreto sin are incorporado

1” a 2”1” a 2” 207207 199199 190190 179179 166166 154154 130130 113113

3” a 4”3” a 4” 228228 216216 205205 193193 181181 169169 145145 124124

6” a 7”6” a 7” 243243 228228 216216 202202 190190 178178 160160 ----

Si el TMN = 1” y Asentamiento 3” a 4” Entonces Agua = 193 Si el TMN = 1” y Asentamiento 3” a 4” Entonces Agua = 193 Kg/mKg/m33

Tabla confeccionada por el comité ACI 211


4.3. Cantidad de agua por metro cúbico 4.3. Cantidad de agua por metro cúbico de concretode concreto

Consistencia.De la tabla anterior:

Mayor asentamiento más agua.Menor asentamiento menos

agua.


TABLA 2 .- Contenido de aire atrapado.TABLA 2 .- Contenido de aire atrapado.(%)(%)


TMN Agregado TMN Agregado GruesoGrueso

Aire AtrapadoAire Atrapado

33//8”8” 3.0 %3.0 %

½”½” 2.5 %2.5 %

¾”¾” 2.0 %2.0 %

1”1” 1.5 %1.5 %

1 ½”1 ½” 1.0 %1.0 %

2”2” 0.5 %0.5 %

3”3” 0.3 %0.3 %

4”4” 0.2 %0.2 %

MAS MAS PEQUEÑO PEQUEÑO

EL EL AGREGADAGREGAD

O MÁS O MÁS AIRE AIRE

ATRAPAATRAPA


TABLA 3.- Relación aTABLA 3.- Relación a//c por c por Resistencia.Resistencia.


F ’crF ’cr

(Kg(Kg//cm²)cm²)Relación agua Relación agua // cemento en peso cemento en peso

Concreto sin Concreto sin aire incorporadoaire incorporado

Concreto con Concreto con aire incorporadoaire incorporado

150150 0.800.80 0.710.71

200200 0.700.70 0.610.61

250250 0.620.62 0.530.53

300300 0.550.55 0.460.46

350350 0.480.48 0.400.40

400400 0.430.43

450450 0.380.38 LEY DE ABRAM’SLEY DE ABRAM’S


TABLA 4.- Peso del Agregado Grueso por unidad de TABLA 4.- Peso del Agregado Grueso por unidad de volumen del Concreto (bvolumen del Concreto (b//bo).bo).


TMNTMN

A.G.A.G.Módulo de finura del Agregado FinoMódulo de finura del Agregado Fino

2.402.40 2.602.60 2.802.80 3.003.00

33//8”8” 0.500.50 0.480.48 0.460.46 0.440.44

11//2”2” 0.590.59 0.570.57 0.550.55 0.530.53

33//4”4” 0.660.66 0.640.64 0.620.62 0.600.60

1”1” 0.710.71 0.690.69 0.670.67 0.650.651 ½”1 ½” 0.760.76 0.740.74 0.720.72 0.700.70

2”2” 0.780.78 0.760.76 0.740.74 0.720.72

3”3” 0.810.81 0.790.79 0.770.77 0.750.75

6”6” 0.870.87 0.850.85 0.830.83 0.810.81


4.4. VALORES HALLADOS4.4. VALORES HALLADOS

AGUAAGUA 193193

AIRE ATRAPADOAIRE ATRAPADO 1.5 %1.5 %

RELACION A/C =RELACION A/C = 0.550.55

CEMENTO =CEMENTO = AGUA / (a/c)AGUA / (a/c)CEMENTO =CEMENTO = 193 / 0.55193 / 0.55

CEMENTO =CEMENTO = 351351PIEDRA =PIEDRA = b/b0 * PUC Pd.b/b0 * PUC Pd.

PIEDRA =PIEDRA = 0.65 * 16000.65 * 1600

PIEDRA =PIEDRA = 10401040

/42.5 = 8.3 /42.5 = 8.3 bol.bol.


TABLA 5.- Primera estimación del Peso del TABLA 5.- Primera estimación del Peso del Concreto FrescoConcreto Fresco


TNM de la TNM de la PiedraPiedra

Sin Aire Sin Aire incluidoincluido

33//8”8” 22802280

11//2”2” 23102310

33//4”4” 23452345

1”1” 23802380

1 ½”1 ½” 24102410

2”2” 24452445

3”3” 24902490

6”6” 25302530

LA ARENA LA HALLAMOS POR LA ARENA LA HALLAMOS POR DIFERENCIA DEL PESO TOTAL DIFERENCIA DEL PESO TOTAL DEL CONCRETO MENOS LOS DEL CONCRETO MENOS LOS MATERIALES YA HALLADOS.MATERIALES YA HALLADOS.

ARENA = 2380 – (AGUA + ARENA = 2380 – (AGUA + CEMENTO + PIEDRA)CEMENTO + PIEDRA)

ARENA = 2380 – (193 + 351 + ARENA = 2380 – (193 + 351 + 1040)1040)

ARENA = 796 KILOSARENA = 796 KILOS


4.5. PODEMOS DISEÑAR 4.5. PODEMOS DISEÑAR CON OTROS CON OTROS

PROCEDIMIENTOS DE PROCEDIMIENTOS DE ACUERDO A LAS ACUERDO A LAS

DIFERENTES DIFERENTES EXPERIENCIASEXPERIENCIAS

YY MEJORAR LAS PROPIEDADES MEJORAR LAS PROPIEDADES

DEL CONCRETO.DEL CONCRETO.


Tabla 6: Módulo de Finura de la Tabla 6: Módulo de Finura de la Combinación de los Agregados = mCombinación de los Agregados = m

TMNTMN

A. G.A. G.Bolsas de Cemento por m³Bolsas de Cemento por m³

66 77 88 99

33//8”8” 3.963.96 4.044.04 4.114.11 4.194.19

½”½” 4.464.46 4.544.54 4.614.61 4.694.69

¾”¾” 4.964.96 5.045.04 5.115.11 5.195.19

1”1” 5.265.26 5.345.34 5.415.41 5.495.49

1 ½”1 ½” 5.565.56 5.645.64 5.715.71 5.795.79

2”2” 5.865.86 5.945.94 6.016.01 6.096.09

3”3” 6.166.16 6.246.24 6.316.31 6.396.39Para 8.3 bol. De cemento tenemos m = 5.43Para 8.3 bol. De cemento tenemos m = 5.43


4.6. METODO DE LA FINURA DE LA 4.6. METODO DE LA FINURA DE LA COMBINACION DE AGREGADOS.COMBINACION DE AGREGADOS.

1000.30.743.50.7

xrf

Este método considera el Módulo de Finura “ m “ de la mejor combinación. Para esto establece la ecuación.

100xmm

mmr

fg

gf

Donde:

m = Módulo de Finura de la combinación.mf = Módulo de Finura del Agregado Fino.mg = Módulo de Finura del Agregado Grueso.

%39fr


4.7. METODO DEL AGREGADO 4.7. METODO DEL AGREGADO GLOBAL.GLOBAL.

Este método considera el porcentaje incidencia de cada agregado en el diseño de mezcla, los porcentajes se controlan de tal forma que la combinación estédentro de algunosde estos Husos.NTP.400.037

TamizTamiz(Pulg(Pulg

))

Huso 1 ½”Huso 1 ½” Huso ¾”Huso ¾” Huso 3/8”Huso 3/8”

L.I.L.I. L.S.L.S. L.I.L.I. L.S.L.S. L.I.L.I. L.S.L.S.

2"2" 100100 100100

1 1/2"1 1/2" 9595 100100 100100 100100

1"1" 6060 9090 9898 100100

3/4"3/4" 4545 8080 9595 100100

1/2"1/2" 3535 6868 7070 8080 100100 100100

3/8"3/8" 3030 5858 5050 6565 9595 100100

N°4N°4 2525 5050 3535 5555 3030 6565

N°8N°8 2020 4545 2525 4848 2020 5050

N°16N°16 1414 3838 1818 4242 1515 4040

N°30N°30 88 3030 1010 3535 1010 3030

N°50N°50 33 2020 55 2020 55 1515

N°10N°1000

00 88 00 88 00 88

Tenemos Tenemos otros otros

Husos:Husos:DIN 1045DIN 1045


4.8. METODO DE DISEÑO DEL 4.8. METODO DE DISEÑO DEL AGREGADO GLOBAL.AGREGADO GLOBAL.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.1 1 10 100Tamices ( mm )

% P

asa

AGREGADO GLOBAL

HUSO NTP 1 1/2"

Piedra: 52% Arena: 48%

Cálculo de los pesos de los Agregados Fino y Grueso:

Peso A.F. = % A.F. x Peso Agregados Peso A.G.= % A.G. x Peso Agregados


4.9. METODO DE DISEÑO DEL PESO 4.9. METODO DE DISEÑO DEL PESO UNITARIO DEL AGREGADO GLOBAL.UNITARIO DEL AGREGADO GLOBAL.

Se determina el Peso Unitario Compactado de diferentes combinaciones de los Agregados Fino y Grueso.

MODULO DEFINURA GLOBAL

PESO UNITARIO COMPACTADO

(KG/M3)

4.70 2004

4.90 2030

5.00 2031

5.10 2020


4.10. METODO DE DISEÑO DEL PESO 4.10. METODO DE DISEÑO DEL PESO UNITARIO DEL AGREGADO GLOBALUNITARIO DEL AGREGADO GLOBAL

Luego se grafican los valores de Peso Unitario Vs. % de Arena y % de Piedra ( Modulo de Finura Global).

2000

2005

2010

2015

2020

2025

2030

2035

4.65 4.70 4.75 4.80 4.85 4.90 4.95 5.00 5.05 5.10 5.15

MODULO DE FINURA GLOBAL (Combinación Arena y Piedra)

PE

SO

UN

IT C

OM

PA

C G

LO

BA

L

A Mayor cantidad de Agregado

menor cantidad de

Pasta (menos

Cemento)


Capitulo VCapitulo V

MEZCLAS DE PRUEBA EN MEZCLAS DE PRUEBA EN LABORATORIOLABORATORIO

YYOBRAOBRA


5.1. CONSIDERACIONES 5.1. CONSIDERACIONES GENERALESGENERALES

Cantera Natural – Agregado TratadoCantera Natural – Agregado Tratado


5.2. EN EL LABORATORIO5.2. EN EL LABORATORIO

USAR USAR MATERIALES, MATERIALES, HERRAMIENTAS Y HERRAMIENTAS Y EQUIPOS EQUIPOS NECESARIOSNECESARIOS

Mezclado de Mezclado de los materiales los materiales proporcionadoproporcionado

s en peso.s en peso.


5.3. Preparación de probetas de 5.3. Preparación de probetas de Control en el LaboratorioControl en el Laboratorio


5.4. ENSAYOS EN 5.4. ENSAYOS EN OBRAOBRA


5.5. SE CUENTA CON RESULTADOS 5.5. SE CUENTA CON RESULTADOS ESTADÍSTICOS DE PRODUCCIÓN ( se conoce ESTADÍSTICOS DE PRODUCCIÓN ( se conoce

Ds).Ds).

Si nuestro N° de muestras es > 30

El valor del f ’cr de diseño será el MAYORMAYOR valor obtenido de ambas fórmulas.

I.- f ’cr = f ’c + 1.34 DsI.- f ’cr = f ’c + 1.34 Ds

II.- f ’cr = f ’c + 2.33 Ds – 35II.- f ’cr = f ’c + 2.33 Ds – 35

III.- f ’cr = III.- f ’cr = f ’cf ’c + 1.34 Ds ó + 1.34 Ds ó f ’cr = 0.90 f ’c + 2.33 Ds el Mayor.f ’cr = 0.90 f ’c + 2.33 Ds el Mayor.

f ’c <= 350 Kg/cm2f ’c <= 350 Kg/cm2


f ’cf ’c

(Kg(Kg//cm²)cm²)Ds (KgDs (Kg//cm²)cm²)

1010 1515 2020 2525 3030 3535 4040 4545 5050

140140 155155 160160 170170 175175 180180 185185 200200 210210 220220

175175 190190 195195 205205 210210 215215 220220 236236 245245 255255

210210 225225 230230 240240 245245 250250 255255 270270 280280 290290245245 260260 265265 275275 280280 285285 290290 305305 315315 325325

280280 295295 300300 310310 315315 320320 325325 340340 350350 360360

350350 365365 370370 380380 385385 390390 395395 410410 420420 430430

Tabla 1:Obtención del f ’cr en función de la desviación estándar

Anteriormente f ’cr = 210 + 84 = 294 Kg/cm2Anteriormente f ’cr = 210 + 84 = 294 Kg/cm2

Nuevo f ’cr = 243.5 = 245 Kg/cm2Nuevo f ’cr = 243.5 = 245 Kg/cm2


5.6. Resistencias Promedio 5.6. Resistencias Promedio Iguales con diferente Desviación Iguales con diferente Desviación

EstandarEstandar

MAYOR Dispersión <> MAYOR MAYOR Dispersión <> MAYOR Desviación EstandarDesviación Estandar


5.7. Hallamos el f’cr para lograr la 5.7. Hallamos el f’cr para lograr la resistencia el concreto requeridaresistencia el concreto requerida

99 %1 % 99 %

1.34 De


5.8. VALORES HALLADOS5.8. VALORES HALLADOS

AGUAAGUA 193193

AIRE ATRAPADOAIRE ATRAPADO 1.5 %1.5 %

RELACION A/C =RELACION A/C = 0.550.55

CEMENTO =CEMENTO = AGUA / (a/c)AGUA / (a/c)CEMENTO =CEMENTO = 193 / 0.63193 / 0.63

CEMENTO =CEMENTO = 306306

Aditivo ReductorAditivo Reductor 10%10%

AGUAAGUA 193 - 19.3 = 193 - 19.3 = 174174

Cemento =Cemento = 174174/.63 =276/.63 =276

/42.5 = 7.2 bol./42.5 = 7.2 bol.

/42.5 = 6.5 bol./42.5 = 6.5 bol.


TABLA 3.- Relación aTABLA 3.- Relación a//c por c por Resistencia.Resistencia.

F ’crF ’cr

(Kg(Kg//cm²)cm²)Relación agua Relación agua // cemento en peso cemento en peso

Concreto sin Concreto sin aire incorporadoaire incorporado

Concreto con Concreto con aire incorporadoaire incorporado

150150 0.800.80 0.710.71

200200 0.700.70 0.610.61

f’ cr =245f’ cr =245 ( 0.63)( 0.63)

250250 0.620.62 0.530.53

300300 0.550.55 0.460.46

350350 0.480.48 0.400.40

400400 0.430.43

450450 0.380.38 LEY DE ABRAM’SLEY DE ABRAM’S


5.9. CRITERIOS DE ACEPTACION5.9. CRITERIOS DE ACEPTACIONMétodo de Diseño:Método de Diseño:

RoturaRotura

Promedio Promedio ≥ f ć y≥ f ć y

IndividualmenteIndividualmente >> f ć f ć – 35 – 35 KKgg//cm² cm²


Conclusiones 1.Conclusiones 1.

1. Debemos tener todos los datos técnicos de la Obra que vamos a realizar.

2. Saber las características de los materiales que vamos a utilizar.

3. El Diseño de Mezcla NONO es un Procedimiento automático.

4. Los datos de la tabla y criterios de selección deben ser utilizados como una guía ( 1° estimación).

5. La experiencia del diseñador y el conocimiento profundo de las mezclas, deben normar el Diseño.


Conclusiones 2.Conclusiones 2.Mezclas preparadas en el Laboratorio:6.-Podemos proporcionar los materiales, utilizando la

experiencia y los métodos indicados.7.-Podemos analizar el potencial técnico que tiene el concreto.

Mezclas preparadas en Obra.8.-Nos permite verificar la influencia de los procedimientos que

utilizamos.9.-Podemos sacar una ventaja tecnológica al tener y conocer

varias alternativas de diseño.10.-Podemos sacar una ventaja económica, al mejorar la calidad

del concreto.11.- y se incrementa al utilizar el avance tecnológico de los

Aditivos. (Reducción del agua hasta 30 % - 40 %).


OCTUBRE 2013OCTUBRE 2013

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