Diseño de mezclas del concreto tecnologia de concreto

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO
ESCUELA PROFECIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
DR. GUILLERMO J. CABANILLAS QUIROZ

CONCRETO
VARIABLES
ADITIVO
COSTO
PASTA DE CEMENTO
AGREGADO
AGUA
CEMENTO
ARENA
GRAVA
RESISTENCIA Y DURABILIDAD
TRABAJABILIDAD

PROCEDIMIENTOS PARA DETERMINAR EL PROPOCIONAMIENTO
METODO DE PESO
METODO DE VOLUMEN ABSOLUTO

DATOS QUE SE REQUIEREN PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA
1. GRANULOMETRIA del agregado (Modulo de finura)
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 relacion agua cemento
Para las combinaciones de cemento agregado. (tablas)
7. ESPECIFICACIONES de la obra

EJEMPLO
Calcular la proporcion del material en kilogramos: de cemento, agua, grava y arena, para elaborar el concreto de una zapata.

ESPECIFICACIONES DE LA OBRA
1.Tipo de construccion: Zapata de concreto reforzado
2.Exposicion del concreto: Mediana
3.Tamaño maximo del agregado: 38 mm
4.Revenimiento: de 7,5 a 10 cm
5.Resistencia a la compresion especificada a los 28 dias: 24,5 Mpa (250 kg/cm2)

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
Desviación de humedad a condicion SSS (%)
+2.5
+.05

PASO 1. SELECCIÓN DEL REVENIMIENTO
Verificar el revenimiento especificado
O bien seleccionar un valor apropiado
Revenimiento = 7.5 a 10 cm, valor especificado, ver tabla.
Por lo que se puede aceptar el valor propuesto:
Revenimiento = 7.5 a 10 cm, valor especificado.

PASO 1. SELECCIÓN DEL REVENIMIENTO
REVENIMIENTO RECOMENDADO PARA VARIOS TIPOS DE CONSTRUCCION
TIPOS DE CONSTRUCCION
REVENIMIENTO (cm)
Máximo
Mínimo
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

PASO 2. SELECCIÓN DEL TAMAÑO MAXIMO DEL AGREGADO
Generalmente, el tamaño maximo del agregado grueso debera ser lo mayor que este disponible economicamente y en concordancia con las dimensiones de la estructura.
En ningun caso debera exceder el tamaño maximo a:
Un quinto de la dimension mas angosta entre los lados de la cimbra.
Un tercio del peralte de las losas.
Tres cuartos del espacio libre minimo emtre varillas de refuerzo.
Tamaño maximo del agregado = 38 mm, valor dado.

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 tamaño maximo de las particulas.
Pero el contenido de cemento no afecta seriamente la mezcla.
De la forma y la garnulometria de los agregados.
Asi como la cantidad de aire incluido.

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 maximo 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)
Tamaño máximo 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

PASO 4. SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO
La f‘c es la resistencia especificada del concreto.
La f‘cr es la resistencia promedio a la compresion del concreto.
La f‘cr que ha de utilizarse como base para calcular las proporciones de la mezcla, debera ser la que resulte mayor de las siguientes ecuaciones.
1. f‘cr = f‘c + 1.34 S; donde hay 1% de probabilidad de que el promedio de tres pruebas este debajo de f‘c .
2. f‘cr = f‘c + 2.33 S - 35; donde hay 1% de probabilidad de que una prueba (solo una) este 35 kg o mas por debajo de f‘c .

- f’cr
- f’cr

- f’cr
- f’c
- S

- f’cr
- f’c
- f’cr = f´c + 1.34 S

Cuando no se cuenta con datos adecuados para establecer una desviacion estandar, la resistencia promedio requerida puede determinarse en la forma siguiente:
- f’c
(kg/cm2)
- f’cr (kg/cm2)
< 210
- f’c + 70
210 a 350
- f’c + 84
> 350
- f’c + 99

Calculando la resistencia promedio de las ecuaciones, suponiendo una desviacion estandar de 2.1 Mpa, según experiencias pasadas.
1.f‘cr = f‘c + 1.34 S; donde: f’cr = 245 + 1.34 x 21 = 27.3 Mpa.
2. f‘cr = f‘c + 2.33 S - 35; donde: f’cr = 245 + 2.33 x 21 – 35 = 25.9 Mpa.
Por lo que tomamos el mayor valor que resulte que es: f’cr = 27.3 Mpa.

La relacion agua cemento lo determinamos según la siguiente tabla:
Interpolamos, y tenemos que para f’cr = 27.3 Mpa la relacion es 0.58
RELACION AGUA CEMENTO
Resistencia a la compresión
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

PASO 5. CALCULO DEL CONTENIDO DE CEMENTO
Formula para determinar la cantidad de cemento:
agua
Cemento =
relacion agua cemento
Entonces tenemos:
Cemento = 181 kg / 0.58 = 312 kg
Por lo que necesitamos 312 kg de cemento

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 TAMAÑO MAXIMO y del MODULO DE FINURA del agregado fino.
Cuanto mas fina es la arena y mayor el tamaño de las particulas 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 tamaño maximo de grava de 38 mm y 2.8 para un modulo de finura de la arena, recurrimo a una tabla para determinar el factor que nos servira para determinar el volumen de la grava.

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 concreto
Tamaño máximo del agregado. ( mm )
Volumen de agregado grueso varillado en seco por unidad de volumen de concreto para diferentes Módulos 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

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:

PRIMERA ESTIMACIÓN DEL PESO DEL CONCRETO FRESCO ( kg/m3 )
Tamaño máximo del agregado ( mm )
Peso del concreto, sin aire incluido
10
2280
13
2310
20
2350
25
2380
38
2415
50
2445
Según la tabla estimamos el peso del concreto para una grava de 38 mm y nos da un valor de 2415 kg/m3

Entonces, el peso de la arena es: ARENA = concreto – ( agua + cemento + grava ) ARENA = 2415 – ( 181 + 312 + 1136 ) = 786 kg

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.

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

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

PASO 9. AJUSTES DE LA MEZCLA POR TANTEO
Debido a las muchas suposiciones, los calculos teoricos deberan ser verificados en pequeños volumenes de concreto ( 30 litros ), la verificacion debera ser en:
Revenimiento
Trabajabilidad ( sin segregacion )
Peso unitario
Contenido de aire
Resistencia a la edad especificada

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