Pasos para El Proporcionamiento 1

 

PASOS PARA EL PROPORCIONAMIENTO

Los siguientes pasos se consideran fundamentales en el proceso de selección de las proporciones de las mezclas para alcanzar las propiedades deseadas en el concreto. Ellos deben efectuarse independientemente del procedimiento de diseño seleccionado. Podemos resumir la secuencia del diseño de mezclas de la siguiente manera: 1. 1.   Estudio detallado de los planos y especificaciones técnicas de la obra. 2. 2.   Elección de la resistencia promedio .  3. 3.   Elección del asentamiento (slump). 4. 4.   Selección del tamaño máximo del agregado grueso. 5. 5.   Estimación del agua de mezclado y contenido de aire. 6. 6.   Selección de la relación agua/cemento (a/c). 7. 7.   Cálculo del contenido de cemento. 8. 8.   Estimación del contenido de agregado grueso y fino. 9. 9.   Ajustes por humedad y absorción. 10. Cálculo de proporciones de peso. 11.  Cálculo de proporciones de volumen. 11. 12.  Cálculo de cantidades por tanda. 12.

(, )

1. 1.  

Especificaciones técnicas

Antes de diseñar una mezcla de concreto debemos tener en mente, primero, el revisar los planos y las especificaciones técnicas de obra, donde podremos encontrar todos los requisitos que fijo el ingeniero proyectista para que la obra pueda cumplir ciertos requisitos durante su vida útil. 2. 2.   Elección de la resistencia promedio  promedio  Las mezclas de concreto deben diseñarse para una resistencia promedio cuyo valor es siempre superior al de la resistencia del diseñador especialmente por el ingeniero proyectista. 2.1 Factores en la variación de calidad de concreto El grado de control en la calidad e uniformidad del concreto, el cual ha de definir la resistencia promedio con la cual se han de seleccionar las proporciones de la mezcla, están sujetas a variaciones debido a:

 

a.  a.  Variación en la calidad de los materiales. b.  b.  Variación de puesta en la obra. c. c.   Variación en el control de la calidad. 2.2 Calculo de la desviación estándar Método 1 Si se posee un registro de resultados de ensayos de obras anteriores deberá calcularse la desviación estándar. El registro deberá: a.  a.  Representar materiales, procedimientos de control de calidad y condiciones similares a aquellos que se espera en la obra que se va a iniciar. b.  b.  Representar a concretos preparados para alcanzar una resistencia de diseño   que este dentro del rango de de la especificada para el trabajo a

(, )

+−  70 /

iniciar. Si se posee un registro de tres ensayos consecutivos de la desviación estándar se calculará aplicando la siguiente fórmula.

 = √ ∑(1̅)   == ó ó   á á , ,  / /         ,   /   ̅ =ú  =     ,   /   .  

Donde:

 

 

c.  c.  Consiste de por lo menos 30 ensayos consecutivos o dos grupos de ensayos consecutivos que totalicen por lo menos 30 ensayos. Si se poseen dos grupos de ensayos consecutivos que totalicen por lo menos un registro de 30 ensayos consecutivos, la desviación estándar promedio se calculara con la siguiente fórmula.

  ∑ ( 1)( )  ( 1)( )      = √  (    2)   =,   ó ó  á á       /   =      ó  á á  á            1  2  / ,  =ú     ,.  

Donde:

 

 

Método 2 Si solo se posee un registro de 15 a 29 ensayos consecutivos, se calculara la desviación estándar  correspondiente a dichos ensayos y se multiplicara por el factor de corrección indicado de la tabla 2.1 para obtener el nuevo valor de   El registro de ensayos al que se hace referencia en este método deberá cumplir con los requisitos a), b) del método 1 y representar un registro de ensayos consecutivos

""

"".

que comprenda un periodo de no menos de 45 días calendario. MUESTRAS Menos de 15 15 20 25 30

FACTOR DE CORRECCIÓN Usar tabla 2.2 1.16 1.08 1.03 1.00

Tabla 2.1 factores de corrección

2.3 Calculo de la resistencia promedio requerida

(, )

Una vez que la desviación estándar ha sido calculada, la resistencia a la compresión promedio requerida  se obtiene con el valor mayor de les ecuaciones (1) y (2). a)  a)  Si la desviación estándar se ha calculado c alculado de acuerdo a lo indicado en el método 1 o el método 2, la resistencia promedio requerida será el mayor de los valores determinado por las fórmulas siguientes usando la desviación estándar  calculada

""

  ,=, =,  2., 1.3 335…………(2) 34…………(1)  

 

Donde:

 

 = óó áá,,/ /

b)  b)  Si se desconoce el valor de la desviación estándar, se utilizará la tabla 2.2 para la determinación de la resistencia promedio requerida.

 , 

((resitencia resitencia minima a la compresió del concreto)  Menos de 210 210 a 350 Sobre 350

 ,     ,,  7084  ,  98

((Resistencia Resistencia promedio)     

Tabla 2.2 resistencia a la l a compresión promedio promedio

 

 

3. 3.  

  Elección del asentamiento La consistencia es aquella propiedad del concreto no endurecido que define el grado de humedad de la mezcla. De acuerdo a su consistencia, las mezclas de concreto se clasifican en Consistencia Seca Plástica Fluida

Asentamiento

(0mm) aa 2"4" (50) 3"0"(75mm) (100) ≥ 5" ((121255))  

 

 

Tabal 3.1 consistencia y asentamiento

Existen diversos métodos de laboratorio para determinar la consistencia de la mezcla de concreto. De todos ellos ell os se considera que el ensayo de determinación del asentamiento, medido con el cono de Abrams, Abrams, es aquel que da una mejor idea de las características de la mezcla de concreto bajo condiciones de obra. Entre los principales factores que pueden modificar la consistencia de la mezcla de concreto se encuentran los siguientes:   El contenido, fineza y composición química del cemento.   El perfil, textura superficial, revestimiento superficial, porosidad, absorción y granulometría de los agregados grueso y fino.   La presencia de aditivos incorporados de aire, aditivos acelerantes, y aditivos reductores de agua.   Las proporciones de la mezcla.   La temperatura y humedad relativa del ambiente.   El tiempo transcurrido entre la preparación del concreto   La determinación del asentamiento de las mezclas de concreto, empleando el método de cono de Abrams, Abrams, se efectuará siguiendo las recomendaciones de 













la norma ASTM C143. Si las especificaciones de obra no indica la consistencia, ni asentamiento requerido para la mezcla a ser diseñada, utilizando la tabla 3.2 podemos seleccionar un valor adecuado para un determinado trabajo que se va a realizar. Se deberán usar las mezclas de la l a consistencia más densa que pueda ser colocada eficientemente

 

  TIPOS DE CONSTRUCCIÓN            

REVENIMIENTO (cm) MÁXIMO MINÍMO

Zapatas y muros de cimentación reforzados. Zapatas simples, cajones y muros de subestructura. Vigas y muros reforzados. Columnas. Pavimentos y lozas. Concreto ciclópeo y masivo

8

2

8

2

10 10 8 5

2 2 2 2

Tabla 3.2 asentamientos recomendados para varios tipos de construcción por el comité 211 del ACI

4.  4.  Selección del tamaño máximo del agregado Las normas de diseño estructural recomiendan que el tamaño máximo nominal del agregado gruesocon sealaseldimensiones mayor que pueda ser económicamente disponible, siempreque, queen él sea compatible y características de la estructura. Se considera ningún caso, el tamaño máximo nominal del agregado grueso no deberá exceder los siguientes valores.   1/5 de la menor dimensión de las caras encofradas.   1/3 del peralte de la loza.   3/4 del espacio mínimo entre las barras individuales de refuerzo, paquetes de barras, tendones o ductos de presfuerzo.

  

Se considera que, cuando se incrementa el tamaño máximo del agregado, se reduce los requerimientos de agua de mezcla, incrementándose la resistencia del concreto. En general este principio solo es válido para agregados de aplicable a concretos con bajo contenido de cemento.

. En tamaños mayores, solo es   40  (1 ")

Tamaño Máximo nominal 2”  1 1/2" 1”  3/4" 1/2" 3/8” 

Porcentajes que pasan por las siguientes mallas 2” 

1 1/2” 

1” 

3/4"

1/2"

3/8” 

N°4

N°8

95-100 100 …  …  …  … 

… 

35-70 …  95-100 100 …  … 

… 

10-30 …  25-60 …  90-100 100

… 

0.5 0.5 0.10 0.10 0.15 10-30

…  … 

95-100 100 …  …  … 

35-70 …  90-100 100 … 

10-30 …  20-55 40-70 65-100

0.3 0.3 0.3 0.10

 

Tabla 4.1 para determinar el tamaño máximo nominal del agregado grueso 5. 5.   Estimación del agua de mezclado y contenido de aire 5.1 Selección del volumen unitario de agua La elección del volumen unitario de agua se refiere a la determinación de la cantidad de agua que se debe incorporar a la mezcla, por unidad cubica de concreto, para obtener una consistencia determinada cuando el agregado está al estado seco. Posteriormente será corregida en función del porcentaje de absorción y humedad.

ASENTAMIENTO O SLUMP (mm)

/

Agua en  de concreto para los tamaños máximo de agregados gruesos y consistencia indicada

10mm 12.5mm 20mm 25mm 40mm 50mm 70mm 150mm (3/8”) (1/2”) (3/4”) (1”) (1 1/2”) (2”) (3”) (6”)  CONCRETOS SIN AIRE INCORPORADO 205 200 185 180 160 155 145 125 30 a 20 (1” a 2”)  80 a 100 (3” a 4”)  150 a 180 (6” a 7”) 

225 240 3

215 230 2.5

Cantidad aproximada de aire atrapado CONCRETO CON AIRE INCORPORADO 180 175 30 a 20 (1” a 2”)  200 190 80 a 100 (3” a 4”)  215 205 150 a 180 (6” a 7”)  contenido Exposición total, de suave 4.5 4.0 aire incorporado Exposición (%)en moderada 6.0 5.5 función del Exposición grado de severa 7.5 7.0 exposición

200 210 2

195 205 1 1.5 .5

175 185 1

170 180 0.5

160 170 0.3

140 ----0.2

165 180 190

160 175 185

145 160 170

140 155 165

135 150 160

120 135 -----

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

5.0

4.5

4.5

4.0

3.5

3.0

6.0

6.0

5.5

5.0

4.5

4.0

Tabla 5.1 del comité 211 del ACI que se ajusta a la norma ASTM C 33

 

  La siguiente tabla muestra la cantidad de agua para diversas formas de agregados Tamaño máximo nominal

Volumen unitario de agua, expresado en perfiles de agregado grueso indicado

1/2" 3/4" 1”  1 1/2" 2”  3” 

, para los asentamientos y

(25mm a 50mm) 1” a 2”  (75mm a 100mm) 3”a 4  (150mm a 175mm) 6” a 7” 

del agregado Agregado Agregado grueso Redondeado angular

3/8” 

/

212 201 189 182 170 163 151

183 182 170 163 155 148 136

Agregado redondead o 201 197 185 178 170 163 151

Agregado Agregado Agregado angular redondeado angular

227 216 204 197 183 178 167

230 219 208 197 185 178 163

250 238 227 216 204 197 182

Tabla 5.2 corresponden a concretos sin aire incorporado

5.2 Selección del contenido de aire Las burbujas de aire pueden estar presentes en la pasta como resultado de las operaciones propias del proceso de puesta en obra, en cuyo caso se les conoce como aire atrapado o aire natural o pueden encontrarse en la mezcla debido a que han sido intencionalmente incorporadas, en cuyo se les conoce como aire incorporado. 5.2.1 Selección del contenido de aire atrapado La tabla 5.3 da el porcentaje aproximado de aire atrapado, en la mezcla sin aire incorporado para diferentes tamaños máximos nominales de agregado grueso adecuadamente graduado dentro de los requisitos de la norma ASTM C 33.

Tamaño máximo nominal

Aire atrapado

3/8” 

3.0% 2.3% 2.0%

1/2" 3/4"

 

1” 

1.5% 1 1/2" 1.0% 2”  0.5% 3”  0.3% 0.2% 6”  Tabla 5.3. Contenido de aire atrapado

5.2.2 Selección del contenido de aire incorporado Si es necesario, o se desea trabajar con aire incorporado, i ncorporado, la tabla 5.4 da tres niveles de aire total, las cuales dependen de los propósitos de empleo del aire incorporado y de la severidad de las condiciones del clima. La siguiente tabla admite una tolerancia de 1.5% la determinación del contenido total podrá efectuarse de acuerdo a la norma ASTM C 231.

Tamaño Máximo nominal 3/8” 

1/2" 3/4" 1”  1 1/2" 2”  3”  6” 

Exposición suave

Contenido de aire total, en % Exposición moderada

Exposición severa

4.5 4.0 3.3 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0

6.0 5.5 5.0 4.5 4.5 4.0 3.5 3.0

7.5 7.0 6.0 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0

Tabla 5.4 contenido de aire incorporado i ncorporado 6. 6.   Elección de la relación agua-cemento Existen dos criterios (por resistencia, y por durabilidad) para la selección de la relación a/c, de los cuales se elegirá el menor de los valores, con lo cual se garantiza el cumplimiento de los requisitos de las especificaciones. Es importante que la relación a/c seleccionada con base en la resistencia satisfaga también los requerimientos de durabilidad. 6.1 Por resistencia

 

En aquellos casos en el que la durabilidad del concreto no es un factor determinante y no se dispone de la información indicada los valores de la relación agua cemento pueden ser seleccionado de la siguiente tabla 6.1 Esta tabla de valores aproximados y relativamente conservadora para concretos con cemento Portland normal tipo I, Para materiales que cumplen con la norma ASTM C 33. Las relaciones agua cemento de esta tabla 6.1 deberían permitir obtener las resistencias indicadas, las cuales corresponden a las probetas ensayadas a los 28 días de vaciadas después de ser curadas bajo condiciones estándar de laboratorio.

RESITENCIA A LA COMPRESIÓN A LOS 28 DÍAS  

(, ) / 450 400

RELACIÓN AGUA/CEMENTO DE DISEÑO DE PESO CONCRETO SIN AIRE INCORPORADO

CONCRETO CON AIRE INCORPORADO

0.38 0.43

--------

0.40 0.48 350 0.46 0.55 300 0.53 0.62 250 0.61 0.70 200 0.71 0.8 150 * Los valores corresponden a resistencias promedio estimadas para concretos que no contengan más del porcentaje de aire mostrado en la tabla 6.1. Para una relación agua/cemento constante, la resistencia del concreto se reduce conforme aumenta el contenido de aire. 6.2 Por durabilidad El diseñador debe considerar además de la resistencia en compresión, los requisitos de durabilidad antes de proceder a seleccionar las proporciones finales de la mezcla de concreto y el espesor del recubrimiento del acero de refuerzo. Se debe tener en cuenta que la mezcla se va encontrar expuesta a procesos de congelación y deshielo; a la acción de suelos o aguas sulfatadas; o para prevenir procesos de corrosión en el acero de refuerzo, puede ser necesario recomendar relaciones agua-cemento de diseño con valores máximo en peso de 0.4, 0.45 o 0.5, las cuales generalmente son equivalentes a resistencias resistencias de compresión de diseño de 333, 315, o 280 6.2.1 Exposición a congelación y deshielo

()

 .

Los concretos de peso normal y los concretos livianos, expuestos en cualquier época de su vida a procesos de congelación y deshielo o a la acción de sales descongelantes. Deben

 

tener baja permeabilidad al agua y también tienen que tener una relación agua-cemento de diseño máxima y cumplir con otros requisitos indicados en la tabla 6.2. En el caso de concretos livianos, se especificará en la tabla 6.2 una resistencia mínima en compresión en lugar de una relación agua-cemento debido a que la absorción de los agregados livianos, es siempre incierta haciendo prácticamente muy difícil el cálculo de la relación agua-cemento. Para este tipo de concreto se estima que un nivel mínimo de resistencia deberá garantizar el empleo de una pasta de calidad. Se recomienda que el contenido mínimo de cemento en mezclas de concreto expuestas a procesos de congelación y deshielo, o a la acción de sales descongelantes, no sea mayor de , debiendo el cemento cumplir con los requisitos de la norma ASTM C 150 o ASTM C 395.

340 /

Cuando se utiliza cementos que cumplen con los requisitos de las normas ASTM C 618 o ASTM 989, la relación agua cemento la relación agua cemento deberá calcularse empleando el peso del cemento.

Condiciones de Exposición

Concretos de baja permeabilidad a)  a)  Expuestos a agua Dulce. b)  b)  Expuestos a agua de Mar o aguas solubles c)  c)  Expuesto a la acción de Aguas cloacales. Concretos expuestos a procesos de congelación y deshielo en condiciones de humedad   Bardineles, cunetas, Secciones delgadas   Otros elementos Protección contra la corrosión del concreto expuesto a la acción de agua de mar, aguas salobres,

Relación a/c máximo, en concretos con agregados en peso normal

0.5

   /

Resistencia en compresión mínima en concretos con agregados livianos

260

0.45 0.45

300



0.45



0.50 0.40

neblina o rocío de estas aguas Tabla 6.2 condiciones especiales de exposición

323

 

La resistencia no debe ser menor de 243 6.2.2 Exposición al ataque de sulfatos

/

 por razones de durabilidad.

Los sulfatos de sodio, calcio y magnesio, presentes en los suelos, aguas freáticas y aguas de mar son causas de ataques al concretos al reaccionar con el aluminato tricálcico y la cal llibre ibre presentes en los cementos portland. El concreto que va estar expuesto a soluciones o suelos que contienes sulfatos, deberá cumplir con los requisitos indicados en la tabla 6.3, ser preparado con un cemento que proporcione resistencia a los sulfatos; y ser empleados en concretos con una relación aguacemento máxima indicada en la tabla. En la selección del cemento por razones de resistencia a los sulfatos, la primera consideración es su contenido de C3A. Para exposiciones moderadas, el cemento portland ASTM tipo 11 está limitado a un contenido máximo de 8% de CA3. Los cementos combinados que cumplen con la norma ASTM C 954 y han sido preparados con un Clinker de cemento portland con menos de 8% de CA3 son adecuados para empleo en exposiciones moderadas a la acción de los sulfatos. Los tipos que venden en el mercado peruano, adecuados a la norma ASTM ASTM C 95, son el 1PY EL 1PM. Para condiciones de exposición severa al ataque de sulfatos, el cemento tipo V de la clasificación ASTM C 150, con un contenido máximo de 5% de CA3, es el recomendado.

Exposición a sulfatos

Despreciable Moderada Severa Muy severa

Sulfato soluble En agua Sulfato de agua presente en el Como   suelo como SO ppm % en peso



0.0   – 0.10 0.0  0.10 – 0.20 0.20 – 2.00 Sobre 2.00

0 – 150 150 – 1500 1500 – 10000 Sobre 10000

Cemento tipo

-11-1P-1PM V V + PUZOLANA

Relación a/c máxima En peso. En concretos con agregados de peso normal -0.50 0.45 0.45

Tabla 6.3 concreto expuesto a soluciones de sulfato

7. 7.   Cálculo del contenido de cemento Una vez que la cantidad de agua y la relación a/c han sido estimadas, la cantidad de cemento por unidad de volumen del concreto es determinada dividiendo la cantidad de agua por la relación a/c. Sin embargo, es posible que las especificaciones del proyecto establezcan una cantidad de cemento mínima. Tales requerimientos podrían ser especificados para asegurar

 

un acabado satisfactorio, determinada calidad de la superficie vertical de los elementos o trabajabilidad.

            /       ( ) = , )    ó       (       ()     =  í   /