Diseño de mezclas de concreto hidráulico

Grupo de trabajo en concreto hidráulico.Instituto Tecnológico de Tepic

Introducción. Concreto hidráulico

Material resultante de la mezcla de cemento (u otro conglomerante) con agregados (grava, gravilla y arena) y agua.

El cemento, mezclado con agua se convierte en una pasta moldeable con propiedades adherentes, que en pocas horas fragua y se endurece tornándose en un material de consistencia pétrea.

Las características del concreto terminado y sus materiales dependen del elemento a construir.

Principales características del concreto fresco y endurecido

Resistencia a la compresión que crece con la edad.

Revenimiento.

Peso volumétrico.

Costo de producción.

Es importante considerar los métodos de muestreo para obtener los datos necesarios para el diseño teórico de la mezcla.

Son objeto de análisis el agua, el cemento y los agregados.

El cemento de fabricación industrial con procesos de control de calidad.

El agua de la mezcla debe ser lo mas limpia posible.

Los agregados deben analizarse para definir la mezcla los agregados son el principal objeto de análisis.

Los materiales pétreos consisten en:

Agregado fino(arena):

Abarca nominalmente particulars entre 4.75 y 0.075 mm (material

que pasa la malla No. 4 y se retiene en la malla No. 200).

Agregado grueso (grava):

Comprende los tamaños

nominales desde 4.75 mm (malla No. 4) hasta la dimensión de

los fragmentos más grandes que contiene una muestra

(generalmente hasta 3”)

Características de los materiales para realizar el diseño teórico de la mezcla de concreto:

Composición granulométrica.

Gravedad especifica (densidad).

Absorción.

Partículas muy finas (limos y arcillas).

Pesos volumétricos (suelto y compacto).

Humedad natural

Métodos de muestreo para agregados pétreos

En primera instancia extrae la muestra del banco de material o de la obra en proceso, se busca que la muestra sea representativa de todo el material a utilizar para la elaboración del concreto.

Secado, cuarteo y disgregado

La muestra de arena y grava se dejan sobre una superficie plana extendidos sobre el suelo para que pierdan la humedad, de ser necesario usar horno.

Una vez seca se revuelve la mezcla para homogeneizarla.

Se separan porciones equitativas del material en cuartas partes, se busca que un cuarteo sea una representación compacta de las características de toda la muestra.

Composición granulométrica y modulo de finura

Se pasa el material por las mallas correspondientes, se registran los datos de los retenidos en cada malla y se procede a determinar el modulo de finura del material. Esta prueba permite determinar la composición

por tamaños de las partículas

que integran los materiales.

MODULO DE FINURA

Es un factor obtenido de sumar el total de

porcentajes de material que se retiene, en una

muestra, en las mallas de 3”, 1 1/2”, 3/4”, 3/8”,

No. 4, No. 8, No. 16, No. 30, No. 50 y No. 100,

dividida entre cien.DISTRIBUCION GRANULOMETRICA

MALLA PESO RET. PESO RET. PESO RET.

N° (g) INDIV. (%) ACUM. (%)

3/8" 0 0.00 0.00

N° 4 10 1.76 1.76

N° 8 123 21.65 23.42

N° 16 78 13.73 37.15

N°30 74 13.03 50.18

N° 50 130 22.89 73.06

N° 100 111 19.54 92.61

No. 200 34 5.99 98.59

Charola 8 1.41 100.00

Suma: 568 100.00

M. F.: 2.78

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

N° MALLA

% R

ET. A

CU

M

Límite Sup. Límite Inf. Límite Real

Densidad y absorciónEstas pruebas permiten determinar las

relaciones masa-volumen de losmateriales respecto a la relación masa-volumen del agua, así como la absorciónde los materiales y se utilizan paracalcular los volúmenes ocupados por elmaterial o mezcla de materiales en susdiferentes condiciones de contenidos deagua y el cambio de masa del materialdebido a la entrada de agua en poros.

Procedimiento en la norma M-MMP-1-05/03

Normativa SCT

Pesos volumétricos

Estas pruebas permiten determinar las masas volumétricas de los materiales, es decir las relaciones masa-volumen en diferentes estados o condiciones de acomodo, ya sean naturales o artificiales, así como coeficientes de variación volumétrica. Procedimiento en normativa SCT M.MMP.1.08/03.

Humedad natural

Esta prueba permite determinar el contenido de agua en los materiales, con el fin de obtener una idea cualitativa de su consistencia o de su probable comportamiento. La prueba consiste en secar una muestra del material en el horno y determinar el porcentaje de la masa del agua, con relación a la masa de los sólidos.

DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO HIDRÁULICO

COMITÉ ACI 211

Paso 1 elección del revenimiento

Paso 2 elección del tamaño máximo del agregado

No exceder de:

1/5 de la menor dimensión entre costados de la cimbra

1/3 del espesor de la losa

¾ del menor espacio libre entre varillas, paquetes de varillas o torones de pretensado

… según se aplique el caso.

Paso 3 requisitos aproximados de agua de mezclado y contenido de aire para diferentes revenimientos y tamaños máximos nominales de agregado.

Paso 4 Selección de la relación agua / cemento (con la resistencia a la compresión y durabilidad del concreto)

Paso 5 Determinación de la cantidad de cemento

Se despeja de:

A/C = 0.70 (por ejemplo)

C = A / 0.70

La cantidad de agua A se estimó en el paso 3

La relación A/C se determinó en el paso 4 El valor 0.7 es un ejemplo, ahí debes usar

tu valor real determinado en el paso anterior.

Paso 6. Volumen de agregado grueso por volumen unitario de

concreto

El peso de la grava:

Con el volumen de grava por metro cúbico

Multiplicado por el peso volumétrico seco compacto de la grava

Obtenemos el peso de la grava seca

En Kg de grava seca por metro cúbico de concreto

Paso 7 Estimación del peso del agregado fino

Hay dos formas de determinarlo:

1. Por complemento al peso del concreto fresco o “por peso”

1. peso de la arena = peso estimado del concreto fresco – peso del agua – peso del cemento – peso de la grava

2. Por volúmenes absolutos1. Volumen de la arena = 1 m3 – Volumen agua

– volumen grava – volumen cemento –volumen aire

Ejemplo

Para diseñar una mezcla de concreto es necesarioconocer las características físicas de los materialesa emplear en la elaboración del concreto:

1. Peso específico del cemento =3.152. Módulo de finura de la arena=2.703. Densidad de la arena =2.36

4. Absorción de la arena =5.28 %5. Humedad de la arena=8.00 %6. Densidad de la grava =2.33

7. Tamaño máximo de la grava=19 mm.8. Peso volumétrico seco compacto de la

grava=1450 kg./m39. Absorción de la grava =4.50 %10. Humedad de la grava=2.70 %

Dosificación PASO 1. Apoyándonos en las tablas diseñaremos una mezcla de f'c = 210 kg/cm2a los 28 días de edad, de un revenimiento de 10 cms empleando un cemento tipo

CPO.PASO 2. Un tamaño máximo de la grava es de 20 mm (3/4").PASO 3. Para un concreto sin aire incluido, revenimiento de 10 cms., y tamañomáximo de grava de 20 mm (3/4"), en la tabla 6.3.3 con un valor de 205 kg/m3 (lts.

el aire atrapado estimado aparece con un valor de 2.0 %.PASO 4. En la tabla 6.3.4 (a) aparece con un valor de 0.68 de relaciónagua / cemento necesaria para producir una resistencia de 210 kg/cm2 enconcreto sin aire incluido.PASO 5. En base a la información obtenida en los pasos 3 y 4, se concluye que el

consumo de cemento es de: 205/0.68 = 301.5 (302) kg/m3.PASO 6. De la tabla 6.3.6 estimamos la cantidad de grava; para un módulo definura de 2.7 %, un tamaño máximo de grava de 19 mm (3/4"), puedeemplearse 0.63 metros cúbicos de grava, por lo tanto el peso de la grava

es de 1450 x 0.63 = 914 kg/m3.

PASO 7. Conociendo los consumos de agua,cemento y grava, el material restante quecompleta un metro cúbico de concreto debeconsistir en arena y aire atrapado

En base en el peso; de la tabla 6.3.7.1 se estimael peso de un metro cúbico de concreto sin aireincluido es de 2355 kg. por lo tanto los pesos yaconocidos son: Agua 205 kg Cemento 302 kg Grava 914 kg Total 1421 kg

Por lo tanto, el peso de la arena puede estimarse como se indica a continuación:

2355 - 1421 = 934 kg

C302 G939 A1009 Ag201 kg/m3

PASO 8. El peso que debemos de adicionar deagregado húmedo es:

Grava 914 kg * (1+2.7/100) = 939 kgArena 934 kg * (1+8/100) = 1009 kg

Agua libre en agregados (w – absorción)Grava = (2.7–4.5)/100*914=-16.5

(Absorbe agua de la mezcla)Arena = (8-5.28)/100*934=20.6

(Aporta agua a la mezcla)Suma = 4.1 kgAgua final = 205 – 4 = 201 kg / m3 de concreto

Ajustes por manejabilidad y resistencia obtenida

PASO 9a. Se realiza mezcla de prueba y severifica que se cumpla la manejabilidad –revenimiento. Si no se cumple se modifica lacantidad de agua, se vuelve al paso 3, y serealiza todo hasta que se cumpla.PASO 9b. Se realiza mezcla de prueba y seelaboran cilindros que se prueban a los 28días. Se verifica que cumplan con la resistenciaf’c buscada. Si no se cumple se modifica larelación A/C, se vuelve al paso 4 y se realizatodo hasta que se cumpla.

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Grupo de trabajo en concreto hidráulico.Instituto Tecnológico de Tepic