E.1. Diseño de mezcla.pdf estado endurecido

diseño de mezcla de concreto hidraulico

1. DISEÑO Y PROPORCIONAMIENTO
DE MEZCLAS DE CONCRETO

2. Anteriormente,losdiseñosdemezclaselimitabana
seleccionarlosagregadosadecuadosydeterminarsus
proporcionesrelativasjuntoconelcontenidode
cemento,afindeobtenerlaresistenciayel
asentamientodeseado…
Laresistenciaalacompresiónyelasentamiento
gobiernaneldiseñoenlamayorpartedelosconcretos
usadosenlaconstrucción
El90%delosmétodosdediseñocomienzanconla
eleccióndelasentamiento,seguidodelaresistencia
alacompresión

3. Enlaactualidad,losdiseñosdemezclasonmás
complejosdadaladisponibilidaddediferentes
materialescementantessuplementarios(MCS),al
igualquelagranvariedaddeaditivosquímicos
MATERIALES CEMENTANTES
SUPLEMENTARIOS (MCS)
ADITIVOS
Hoyendíalasconsideracionessonotras…

Utilizarlosagregadosdisponiblesenlugardebuscarlosagregadosideales

Reconocerquenoexisteunamezcladeconcretoúnicaparatodoslospropósitos,sino
quesedebedefinirloquesenecesitaparaunaobraenparticular

Entenderquehabráunacompetenciabasadaenelprecio
Lagradacióndelagregadoesespecialmenteimportanteparaelconcretodealta
resistencia.Además,laclasificacióndelosfinosenlamezcla,incluyendoelcemento,ha
adquiridogranimportancia.

4. Losdiseñosdemezclaestánpensadosparaobtener
unadeterminadaresistencia.
Sibienlaresistencia,enalgunoscasos,noesel
requerimientomásimportante,elmotivodesu
empleoeslaestrechavinculaciónexistenteconla
relaciónagua/cemento(a/c).
Elconceptoderelacióna/cessimple,aunquela
maneramásfácildedeterminarlaesatravésdel
ensayoderesistencia.
USO DE LA RESISTENCIA COMO BASE DEL DISEÑO

5. ¿QUÉ DEBEMOS LOGRAR DEL CONCRETO
CUANDO SE PLANTEA SU DISEÑO DE MEZCLA?

6. Quepermanezcaenestadofresco,sinindiciodefraguado,durantesutransporte,colocacióny
compactación
Queposealamanejabilidadnecesariaysuficiente ¡sinexceso!paraqueseacolocadoy
compactadodentrodelencofrado,llenandolatotalidaddesusespacios
Quepuedaserbombeadosinsufrirsegregación,niprovocartaponamientoenlas
manguerasyenlastuberías
Quecumplaconelvolumenesperado,unavezcolocadoelconcreto
Queelelementodelaestructuracumplaconlaresistenciadediseño
Queensuetapadeservicio,ydurantesuvidaútil,nosufradegradaciónprematuraquelimite
sudurabilidadQueelconcreto,cumpliendoconestosrequisitos,seaelaboradoal¡menorcosto!

7. Proporcionar cantidades relativas de
materiales para obtener un concreto
adecuado para un uso determinado
RESISTENCIACONSISTENCIA
DURABILIDAD

8. 
Volumen

Consistencia

Resistencia

Tamañomáximodelagregado

9. Considerando:

Uso que se propone dar al concreto

Condiciones de exposición

Tamaño y forma de los elementos

Propiedades físicas del concreto
(resistencia mecánica y durabilidad)
1) Selección del
asentamiento
2) Selección del
Tamaño máximo
del agregado
3) Estimación
del contenido de
agua y aire en la
mezcla
4) Selección de
la resistencia
5) Selección de
la relación a/c
6) Cálculo del
contenido de
cemento
7) Estimación
del contenido de
agregado
grueso
8) Estimación
del contenido de
agregado fino
9) Ajustes por
humedad de los
agregados
10) Ajustes en la
mezcla de
prueba

10. Laspropiedadesdelconcretoenestadofrescoparamanejarlo,colocarloycompactarlosonimportantesyaquedeellas
dependeengranpartelaspropiedadesdelconcretoenestadoendurecido. Siempresedebeproducirelconcretoparaque
tengalamanejabilidad,consistenciayplasticidadadecuadasalascondicionesdelaobra .
Prefabricados de alta
resistencia, revestimiento
de pantallas de
cimentación. Criterios de diseño para la mezcla
de concreto en pavimentos de
concreto hidráulico
(mm)
Consideracionesparaespecificarla
consistenciadelconcretoenestado
fresco:
Tamañodelasecciónquesevaa
construir
Cantidadyespaciamientodelacero
derefuerzo
Condicionesdecolocación
Sistemadecompactación

11. Eltamañomáximodelagregadonodebeexceder :

Laquintaparte(1/5)delaseparaciónmínimaentrelos
ladosdelencofradooformaleta

Laterceraparte(1/3)delespesor(altura)delalosa

Lastrescuartaspartes(3/4)delespaciamientomínimo
libreentrelasbarrasoalambresindividualesderefuerzo,
paquetesdebarras,tendonesindividuales,paquetesde
tendonesoductosdepre-esforzado
Elmayoreconómicamentedisponibleycompatibleconlasdimensionesdelaestructura
PropuestadeFaury:
Agregadosdeformaredondeada:
D<1,2P
Agregadosdeformaangular:
D<1,4P
Radio medio de los espacios entre barras de refuerzo
D: Tamaño máximo del agregado
P: Radio medio de los espacios entre barras de refuerzo

12. Tamaños máximos de agregados según el tipo de construcción

13. Lacantidaddeaguademezcladorequeridaporunidaddevolumen,paraunasentamientodado,
dependede:

Laforma,textura,tamañomáximonominalygradacióndelosagregados

Lacantidaddeaireincluido

Losaditivosreductoresdeagua
Cantidad aproximada de aire esperado en el concreto sin
aire incluido y niveles de aire incluido para diferentes
tamaños máximos nominales de agregado
Losagregadosredondeadosrequierenmenos
aguademezcladoquelosagregadostriturados,
paraconcretosconelmismoasentamiento
Lostamañosmayoresminimizanlosrequisitos
deagua,permitiendodisminuirelcontenidode
cemento

14. Agregadosconpartículasdeforma
redondeadaytexturalisa
Agregadosconpartículasdeforma
angularytexturarugosa
Requerimiento aproximado de agua de mezclado para diferentes asentamientos
y tamaños máximos de agregado, en concretos sin aire incluido

15. Agregadosconpartículasdeforma
redondeadaytexturalisa
Agregadosconpartículasdeforma
angularytexturarugosa
Requerimiento aproximado de agua de mezclado para diferentes asentamientos
y tamaños máximos de agregado, en concretos con aire incluido

16. Resistenciamedia(f´
cr
)–Resistenciacaracterística:Esla
resistenciarequeridaeneldiseñoycorrespondealaresistencia
especificadamásunatolerancia
Existentablasquemuestranlosrequisitosderesistenciamínimaparavariascondicionesdeexposición(NSR-10)
ylarelaciónagua-materialcementantepormasadeconcreto
f´
cr
= f´
c
+ t s
t=
s
=
Resistencia a compresión media requerida
cuando no hay datos disponibles para
establecer la desviación estándar
Elconcretodebediseñarseyproducirseparaasegurarunaresistenciaalacompresiónpromedio f´
cr
lo
suficientementealtaparaminimizarlafrecuenciaderesultadosdepruebasderesistenciapordebajodela
resistenciaalacompresiónespecificadadelconcretof´
c
.
Laresistenciaalacompresiónpromediooresistenciadeldiseñodemezclaescalculadaconlasiguientefórmula:
Laresistenciaalacompresiónespecificadaf´
c
alos28días,almenos,debeser180kg/cm
2
o17,5MPao2500psi
constantedeacuerdoalaprobabilidaddeobtener
valoresinferioresaf´
c
ynúmerodemuestrasutilizados
parahallars
valor pre-estimadode la desviación estándar en kg/cm
2

17. NSR-10 –Capitulo C.4
Requisitos de durabilidad
TABLA C.4.3.1 –Requisitos para el
concreto según la clase de exposición
Categoría de exposición:
F –Congelamiento y deshielo
S –Sulfato
P –Requiere baja permeabilidad
C –Protección del refuerzo para corrosión
Clase de exposición:
0 –No Aplica
1 –Moderada
2 –Severa
3 –Muy severa

18. Correspondenciaentrelaresistenciaalacompresióna
los28díasdeedadylarelaciónagua/cementopara
cementoscolombianos,PortlandTipoI, enconcretos
sinaireincluido
Correspondenciaentrelaresistenciaalacompresióna
los28díasdeedadylarelaciónagua/cementopara
cementoscolombianos,PortlandTipoI,enconcretos
conaireincluido

19. Correspondencia entre la resistencia a la compresión a los 28 días de edad y la relación agua/cemento
para cementos colombianos, Portland Tipo I, en concretos sin aire incluido
Relación agua/cemento
Resistencia (kg/cm
2
)

20. Relación entre la resistencia a la compresión y
algunos valores de relación a/c
Máxima relación a/c permitida para
concretos con exposición severa
Paracondicionesdeexposiciónsevera,la
relacióna/cdebemantenersebajaapesar
deque,segúnlosrequisitosderesistencia,
podríandarseconunarelacióna/cmásalta

21. Losrequisitosdecontenidomínimodecementotienen
comoobjetivoasegurardurabilidadyacabado
(terminadosuperficial)satisfactorios,mejorarla
resistenciaaldesgastedelosasygarantizaruna
aparienciaadecuadaparalassuperficiesverticales.
Sedebenevitarcantidadesdematerialescementantes
excesivamenteelevadas,paraquesemantengala
economíaenlamezclaynoafecteadversamentela
trabajabilidadyotraspropiedades.
Requisitos mínimos de material cementante para
concreto usado en superficies planas
Unavezqueelcontenidodeaguademezcla(paso3)y
larelaciónagua/cemento(paso5)hansido
determinados,elcontenidodecementopormetro
cúbicodeconcretoseestableceasí:
C=Contenidodecemento,enkg/m
3
A= Requerimiento de agua de mezclado , en kg/m
3
A/C= Relación agua/cemento, por peso

22. Método ACI 211.1 -Volumen de agregado
grueso compactado por unidad de volumen
de concreto (valores b/b
o
)
Elpesosecodelagregadogruesorequeridopormetrocúbico
deconcretoresultademultiplicarelvalortomadodelatabla
porsurespectivopesounitariocompactoenkg/m
3
V=
b=
b
o
=
Volumensecoycompactadodelagregado
gruesoporvolumenunitariodeconcreto
Volumenabsolutoosólidodelagregado
grueso,porunidaddevolumencompactada
deagregadogrueso
Volumenabsolutoosólidodelagregado
grueso,porunidaddevolumendeconcreto
Estemétodosoloesutilizadocuandolosagregadosfinosy
agregadosgruesosestánbiengradados(agregados
controlados)
b
o
=
Masa unitaria compacta
Densidad aparente seca
V = b/b
o

23. Elmétododevolumenabsoluto,enelqueserequieredelconocimientodelosvolúmenesabsolutos
desplazadosporlosingredientes;esdecir,losvolúmenesabsolutosdecemento,agua,contenidodeaire
yagregadogruesosonsustraídosdelvolumentotalyladiferenciahalladaseráelvolumenabsolutodel
agregadofino.
Elvolumenabsolutoocupadoenelconcretoporcadaingredienteesigualasupesosecodivididopor
surespectivopesoespecífico:
Vi = Pi / Gi
Vi=Volumenabsolutodelingrediente,enl/m
3
Pi=Pesosecodelingrediente,enkg/m
3
Gi=Pesoespecíficodelingrediente,eng/cm
3
(paralosagregadosdebeusarseelpesoespecíficoaparenteseco)
Elpesosecodelagregadofinoresultademultiplicarsuvolumenabsolutoporsurespectivopeso
específicoaparente.

24. EnunainvestigaciónadelantadaenlaPontificiaUniversidadJaveriana,seconstruyólagráficaenlacual
fueestablecidalacorrespondenciaentrelaresistenciaalacompresiónpotencialalcanzadaalaedadde
28díasylarelaciónagua/cemento;esto,paraungrupodematerialesenparticular.
Austedlodesignaronparaplanteareldiseñodemezcladeunpavimentodeconcreto,empleandolos
mismosmaterialesconlosquefuedesarrolladadichainvestigación,paralocualcuentaconlasiguiente
información:
Asentamiento:5cm
Tamañomáximodelagregadogrueso:25mm(1pulgada)
Aguademezcladototal:167litros
Resistenciadediseñoa28días(f´c):280kg/cm
2
Relaciónagua/cemento:0,48
%degravarespectoalagregadototal:70%
%dearenarespectoalagregadototal:30%
Densidadaparentedelagrava:2,5g/cm
3
Densidadaparentedelaarena:2,6g/cm
3
Densidaddelcemento:3g/cm
3
Adicionalmente,seconsideraunporcentajedeairenaturalmenteatrapadode2%

25. C=Contenidodecemento,enkg/m
3
A= Requerimiento de agua de mezclado , en kg/m
3
A/C= Relación agua/cemento, por peso
167
0,48
= = 350 kg
1000 litros = V
cemento
+ V
agua
+ V
agregados
+ V
aire
Volumen de agregados (arena + grava):
V
agregados
= 1000 –(V
cemento
+ V
agua
+ V
aire
)

26. =

27. Deotraparte,ysabiendoquelosagregadosnoseencuentrancompletamentesecos
(presentanhumedad)yqueigualmenteestosposeenunporcentajedeabsorción,usted
deberárealizarunajusteporlahumedaddelosagregados: