DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

1. CEMENTO AGREGADO AGUA ADITIVOS COMBINACION CORRECTA Principios empiricos “ARTE” Principios cientificos “TECNICOS” CONCRETO ESPECIFICADO TRABAJABILIDAD del concreto fresco:Facilidad de colocacion, compactado y acabado RESISTENCIA del concreto endurecido a una edad especificada DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO PROPORCIONAMIENTO DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO

2. RESISTENCIA Y DURABILIDAD COSTO PASTA DE CEMENTO AGUA ARENA AGREGADO CEMENTO GRAVA CONCRETO VARIABLES ADITIVO TRABAJABILIDAD DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

3. PROCEDIMIENTOS PARA DETERMINAR EL PROPOCIONAMIENTO METODO DE PESO METODO DE VOLUMEN ABSOLUTO DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

4. DATOS QUE SE REQUIEREN PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA 1. GRANULOMETRIA del agregado (Modulo de finura) 2. PESO UNITARIO varillado seco del agregado grueso 3. DENSIDAD de los materiales 4. CONTENIDO DE HUMEDAD libre en el agregado (Absorcion) 5. Requerimientos aproximados de agua para la mezcla. (tabla) 6. Relaciones entre la resistencia y la relacion agua cemento Para las combinaciones de cemento agregado. (tablas) 7. ESPECIFICACIONES de la obra DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

5. DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO EJEMPLO Calcular la proporcion del material en kilogramos: de cemento, agua, grava y arena, para elaborar el concreto de una zapata.

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

7. CARACTERISTICA CEMENTO ARENA GRAVA CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES SELECCIONADOS 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 DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

8. 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. DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

9. REVENIMIENTO RECOMENDADO PARA VARIOS TIPOS DE CONSTRUCCION PASO 1. SELECCIÓN DEL REVENIMIENTO 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 DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

10. 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. DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

11. 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. De la forma y la garnulometria de los agregados. Asi como la cantidad de aire incluido. Pero el contenido de cemento no afecta seriamente la mezcla. DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

12. AGUA DE MEZCLADO APROXIMADO (kg/cm3) Concreto sin aire incluido PASO 3. CALCULO DE AGUA DE MEZCLADO Y CONTENIDO DE AIRE Revenimiento (cm) Tamaño máximo nominal de los agregados (mm) 10 13 20 25 38 50 75 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. 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 DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

13. 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 . DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

14. PASO 4. SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO -f’cr -f’cr DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

15. PASO 4. SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO -f’c -f’cr -S DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

16. PASO 4. SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO -f’c -f’cr -f’cr = f´c + 1.34 S DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

17. - f’c (kg/cm2) - f’cr (kg/cm2) PASO 4. SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO < 210 - f’c + 70 210 a 350 - f’c + 84 Cuando no se cuenta con datos adecuados para establecer una desviacion estandar, la resistencia promedio requerida puede determinarse en la forma siguiente: > 350 - f’c + 99 DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

18. PASO 4. SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO Calculando la resistencia promedio de las ecuaciones, suponiendo una desviacion estandar de 2.1 Mpa, según experiencias pasadas. • 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. DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

19. RELACION AGUA CEMENTO PASO 4. SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO Resistencia a la compresión A 28 dias (Mpa) Relacion agua / cemento, por peso Concreto sin aire incluido Concreto con aire incluido La relacion agua cemento lo determinamos según la siguiente tabla: 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 Interpolamos, y tenemos que para f’cr = 27.3 Mpa la relacion es 0.58 DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

20. 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 DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

21. 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. DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

22. VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO Por unidad de volumen de concreto PASO 6. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO GRUESO “GRAVA” 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 Entonces, el peso de grava varillado en seco es: GRAVA = Fvg x PUVS = 0.71 x 1600 = 1136 kg. 20 .66 .64 .62 .60 25 .71 .69 .67 .65 38 .75 .73 .71 .69 50 .78 .76 .74 .72 DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

23. 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: DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

24. PRIMERA ESTIMACIÓN DEL PESO DEL CONCRETO FRESCO ( kg/m3 ) PASO 7. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO FINO “ARENA” Tamaño máximo del agregado ( mm ) Peso del concreto, sin aire incluido 10 2280 13 2310 20 2350 Según la tabla estimamos el peso del concreto para una grava de 38 mm y nos da un valor de 2415 kg/m3 25 2380 38 2415 50 2445 DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

25. PASO 7. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO FINO “ARENA” Entonces, el peso de la arena es: ARENA = concreto – ( agua + cemento + grava ) ARENA = 2415 – ( 181 + 312 + 1136 ) = 786 kg DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

26. 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. DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

27. MATERIAL kg/m3 Factor kg/30 litros PASO 8. AJUSTES POR HUMEDAD DEL CONCRETO 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 DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

28. MATERIAL kg/30 litros Correcciones kg PASO 8. AJUSTES POR HUMEDAD DEL CONCRETO 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 DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

29. 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 DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO