Laboratorio No. 4
Diseño de Mezclas de Concreto
Introducción
Diseñar una mezcla de hormigón envuelve una gran cantidad de factores que no permiten
un método empírico infalible. Las proporciones de los materiales envueltos dependen de
sus propiedades particulares y condiciones al momento de mezclar.
Objetivo General
•
Es nuestro objetivo utilizar el método de diseño de mezcla del A. C. I. descrito aquí
para determinar las proporciones óptimas de agregados, cemento y agua que
satisfaga una resistencia especificada y un grado de consistencia adecuada.
Objetivo Específico
•
Aprender el mezclado de hormigón en el laboratorio y observar las características
propias del hormigón fresco.
Base Teórica
1. TABLA DE SELECCIÓN DE ASENTAMIENTO TIPO DE
CONSTRUCCIÓN
Asentamiento máximo mínimo Zapatas y Muros de cimentación Armados 3'' 1'' Cimentaciones simples, cajones y muros 3'' 1''
Vigas y muros armados 4'' 1''
Columnas de edificios 4'' 1''
Losas y pavimentos 3'' 1''
Concreto ciclópeo 2'' 1''
El asentamiento puede incrementarse en 1'' si se emplea un método de consolidación diferente a la vibración
2. TABLA DE VOLÚMEN UNITARIO DE AGUA
Asentamiento Agua en Lts/m
3
, para los tamaños máximos nominales de agregado y consistencia indicados 3/8 '' 1/2 '' 3/4 '' 1 '' 1 1/2 '' 2 '' 3 '' 6 ''
Concretos sin aire incorporado
1'' a 2'' 207 199 190 179 166 154 130 113
3'' a 4'' 228 216 205 193 181 169 145 124
6'' a 7'' 243 228 216 202 190 178 160 ---
Concretos con aire incorporado
1'' a 2'' 181 175 168 160 150 142 122 107
3'' a 4'' 202 193 184 175 165 157 133 119
6'' a 7'' 216 205 197 184 174 166 154 ---
3.a. TABLA DE CONTENIDO DE AIRE ATRAPADO
Tamaño Máximo Nominal
Aire Atrapado
3/8 '' 3,0%
1/2 '' 2,5%
3/4 '' 2,0%
1 '' 1,5%
1 1/2 '' 1,0%
2 '' 0,5%
3 '' 0,3%
6 '' 0,2%
3.b. TABLA DE CONTENIDO DE AIRE INCORPORADO Tamaño
Máximo Nominal
Contenido de aire Total en %
Exposición Suave Exposición Moderada Exposición Severa
3/8 '' 4,5 6,0 7,5
1/2 '' 4,0 5,5 7,0
3/4 '' 3,5 5,0 6,0
1 '' 3,0 4,5 6,0
1 1/2 '' 2,5 4,5 5,5
2 '' 2,0 4,0 5,0
3 '' 1,5 3,5 4,5
6 '' 1,0 3,0 4,0
4.a. TABLA DE RELACIÓN AGUA-CEMENTO POR RESISTENCIA
f 'cr (28 días)
Relación agua-cemento de diseño en peso Concretos sin
aire incorporado
Concretos con aire incorporado
150 0,80 0,71
200 0,70 0,61
250 0,62 0,53
300 0,55 0,46
350 0,48 0,40
400 0,43 ---
450 0,38 ---
4.b. TABLA DE RELACIÓN AGUA-CEMENTO POR DURABILIDAD. CONCRETO EXPUESTO A SULFATOS
Exposición a sulfatos
Sulfato soluble en agua, presente en el suelo con
SO4 % en Peso
Sulfato en Agua, como SO4 ppm
Tipo de Cemento
Relación W/C Máxima, en peso.
En concretos con agregado de peso normal
Despreciable 0.00 - 0.10 0 -150 - -
Moderada 0.10 - 0.20 150 - 1500 11 - 1P -1PM 0,5
Severa 0.20 - 2.00 1500 - 10000 V 0,45
5. MÓDULO DE FINEZA DE LA COMBINACIÓN DE AGREGADOS Tamaño
máximo nominal del agregado grueso
Módulo de fineza de la combinación de agregados que da las mejores condiciones de trabajabilidad para los contenidos de cemento en sacos/m3 indicados
6 7 8 9
3/8 '' 3,96 4,04 4,11 4,19
1/2 '' 4,46 4,54 4,61 4,69
3/4 '' 4,96 5,04 5,11 5,19
1 '' 5,26 5,34 5,41 5,49
1 1/2 '' 5,56 5,64 5,71 5,79
2 '' 5,86 5,94 6,01 6,09
3 '' 6,16 6,24 6,31 6,39
Los valores de la tabla están referidos a agregado grueso de perfil angular y adecuadamente graduado, con un contenido de vacíos del orden del 35 %. Los valores indicados deben incrementarse o disminuirse en 0.1 por cada 5 % de disminución o incremento en el porcentaje de vacíos Los valores de la tabla pueden dar mezclas ligeramente sobrearenosas para pavimentos o estructuras ciclópeas. Pueden ser incrementados en 0.2, para condiciones de colocación favorables .
6. VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO POR UNIDADES DE VOLÚMEN DE CONCRETO Tamaño máximo
nominal del agregado grueso
Volúmen de agregado grueso, seco y compactado por unidad de volúmen de concreto, para diferentes módulos de fineza de agregado fino
MODULO DE FINEZA DEL AGREGADO FINO
2,4 2,6 2,8 3
3/8 '' 0,5 0,48 0,46 0,44
1/2 '' 0,59 0,57 0,55 0,53
3/4 '' 0,66 0,64 0,62 0,6
1 '' 0,71 0,69 0,67 0,65
1 1/2 '' 0,76 0,74 0,72 0,7
2 '' 0,78 0,76 0,74 0,72
3 '' 0,81 0,79 0,77 0,75
6 '' 0,87 0,85 0,84 0,81
* El Agregado Grueso se encuentra en la condición de seco compactado, tal como es definida por la Norma ASTM C 29.
** El cálculo del contenido de agregado grueso a partir del coeficiente b/bo, permite obtener concretos con una trabajabilidad adecuada para concreto armado usual.
7. PORCENTAJE DE AGREGADO FINO (MÉTODO WALKER) Tamaño Máximo
Nominal del Agregado Grueso
Agregado Redondeado Agregado Angular
Factor cemento expresado en sacos por metro cúbico Factor cemento expresado en sacos por metro cúbico
5 6 7 8 5 6 7 8
Agregado Fino - Módulo de Fineza de 2.3 a 2.4
3/8'' 60 57 54 51 69 65 61 58
1/2'' 49 46 43 40 57 54 51 48
3/4'' 41 38 35 33 48 45 43 41
1'' 50 37 34 32 47 44 42 40
1 1/2'' 37 34 32 30 44 41 39 37
2'' 36 33 31 29 43 40 38 36
Agregado Fino - Módulo de Fineza de 2.6 a 2.7
3/8'' 66 62 59 56 75 71 67 64
1/2'' 53 50 47 44 61 58 55 53
3/4'' 44 41 38 36 51 48 46 44
1'' 42 39 37 35 49 46 44 42
1 1/2'' 40 37 35 33 47 44 42 40
2'' 37 35 33 32 45 42 40 38
Agregado Fino - Módulo de Fineza de 3.0 a 3.1
3/8'' 74 70 66 62 84 80 76 73
1/2'' 59 56 53 50 70 66 62 59
3/4'' 49 46 43 40 57 54 51 48
1'' 47 44 41 38 55 52 49 46
1 1/2'' 44 41 38 36 52 49 46 44
2'' 42 38 36 34 49 46 44 42
* Los valores de la tabla corresponden a porcentajes del agregado fino en relación al volúmen absoluto total del agregado. **Los valores corresponden a agregado grueso angular en concretos de peso normal sin aire incorporado
Tablas de Datos
AGREGADO GRUESO AGREGADO FINO
Malla mm
Peso Retenido Acumulado % Retenido Acumulado % Que Pasa
Malla mm
Peso Retenido Acumulado % Retenido Acumulado % Que Pasa
3 '' 76,200 Nº 4 4,760
2 1/2 '' 63,500 Nº 8 2,360
2 '' 50,800 Nº 10 2,000
1 1/2 '' 38,100 Nº 16 1,180
1 '' 25,400 Nº 20 0,850
3/4 '' 19,050 Nº 30 0,600
1/2 '' 12,700 Nº 40 0,420
3/8 '' 9,525 Nº 50 0,300
Nº 4 4,750 Nº 80 0,300
Nº 8 2,360 Nº 100 0,150
Nº 200 0,080
Recipiente Recipiente
Materiales y Sustancias.
•
3 bandejas para agregados y cemento
•
pala
•
palaustre
•
balanza
Procedimiento Experimental
Este procedimiento es para calcular las cantidades aproximadas de agregado grueso,
agregado fino, cemento y agua necesario cara hacer una yarda cúbica de hormigón
corriente de una resistencia a compresión especificada. Estos cómputos se harán antes
del comienzo del período del laboratorio. Los resultados del diseño serán presentados al
instructor para su aprobación.
1. La siguiente información será provista a cada grupo por el instructor del
laboratorio o por los ensayos de laboratorio de los materiales:
a. Resistencia a compresión requerida a los 28 días.
b. Propiedades de los agregados finos y gruesos incluyendo tamaño máximo del
agregado y su forma, módulo de finura del agregado fino, gravedad específica seca,
peso unitario compactado en seco del agregado grueso y absorción de los
agregados.
c. Asentamiento de la mezcla.
2. Basados en el tamaño máximo de los agregados, su forma y asentamiento,
encontremos la cantidad de agua en litros necesarios para un metro cúbico de hormigón.
(Refiérase a tabla 2). También encuentre la cantidad de aire aproximada que se espera
sea atrapado en la mezcla. Si la condición de exposición del hormigón es moderada o
severa, el porciento de aire se debe corregir de –1 a +2 por ciento del estipulado en la
tabla.(+1 recomendado)
3. Basándose en la resistencia requerida en compresión a los 28 días y utilizando la
tabla 4.a encuentre la cantidad de cemento necesario para un metro cúbico de hormigón
dividiendo la cantidad de agua por la razón de agua a cemento de la tabla.
en seco necesario para la mezcla. Si multiplicamos este último resultado por el peso
unitario compactado en seco del agregado grueso tendremos su peso para un metro
cúbico de hormigón.
5. Para determinar la cantidad de arena a ser usada calcularemos primero todo el
volumen ocupado por los demás materiales y la diferencia hasta el 1 metro cúbico será el
volumen de la arena. Este volumen lo multiplicaremos por la gravedad específica de la
arena y la densidad del agua para determinar el peso de la arena. La arena a ser utilizada
será la combinación de arena de río y/o de playa determinada en el laboratorio de
granulometría y sus propiedades serán obtenidas de la interpolación entre las
propiedades de cada una.
6. Resuma todos los pesos de los materiales a ser usados para un metro cúbico de
hormigón y luego multiplíquelo por 0.09 para obtener la cantidad de material a ser
mezclado en el laboratorio, tres pies cúbicos.
7. Compare sus resultados con los obtenidos mediante uso de programa de computadora
suministrado en clase.
Cuestionario Previo.
1. ¿Qué tipo de estructura vamos a construir?
2. Llene la siguiente tabla de Propiedades de los Agregados.
Descripción A. Grueso A. Fino
P. Unitario suelto seco Kg/m3 Kg/m3
P. Unitario Compactado seco Kg/m3 Kg/m3
P. Específico Masa seca gr/cm3 gr/cm3
Contenido de Humedad % %
% de Absorción % %
Modulo de fineza -
Tamaño Máximo nominal '' -
3. Calcula la mezcla teórica necesaria para confeccionar la curva granulométrica de la
mezcla.
4. Grafica los datos obtenidos para confeccionar la curva granulométrica de la
mezcla.
Tablas de Resultados
MEZCLA DE AGREGADOS
Malla mm
% % 100% % de
Agregado Grueso
% de Agregado
Fino
% de Mezcla
3 '' 76,200 2 1/2 '' 63,500 2 '' 50,800 1 1/2 '' 38,100 1 '' 25,400 3/4 '' 19,050 1/2 '' 12,700 3/8 '' 9,525
Cuestionario Final.
1. ¿Qué relación agua/cemento necesitamos?
2. ¿Qué método es más eficiente para alcanzar la resistencia de diseño y cual es más eficiente para dosificar en campo?
3. Especifique la Resistencia Promedio de la Mezcla de Concreto.
Rm = Resistencia Promedio
F'c F'cr
< 210 F'c + 70
210 a 350 F'c + 84
> 350 F'c + 98
4. Llene la siguiente tabla de Propiedades de la Mezcla de Concreto.
Propiedades de la Mezcla de Concreto
Contenido Total de aire : % (Tabla 3.a de contenido de aire atrapado)
Volumen unitario de agua de mezclado: Lts/m3 (Tabla 2. de Volúmen unitario de agua ACI)
Peso Específico del cemento : gr/cm3 (Propiedad física del cemento)
Rm = Kg/cm2 (Resistencia promedio requerida)
Relación agua cemento (Tabla 4.a y 4.b por resistencia y durabilidad)
Factor Cemento Kg/m3 = bolsas/m3
Cantidad de Agregado Grueso m3 (Tabla Nº 6 Volumen de agregado grueso)
5. Encuentre las proporciones por peso y por volumen de la Mezcla de Concreto.
Para un m
3
de Concreto Para un Saco de Cemento Para un kg de Cemento
DESCRIPCION
Volumen de Agua Absorbido por los
Materiales
Proporción por Peso Seco
Proporción por Peso Corregida por Humedad
Proporción por
Volumen Proporción en Peso
Proporción en
Volumen Proporción en Peso
Cemento m3 kg kg bolsas kg bolsa kg
A. Fino m3 kg kg pie3 kg pie3 kg
A. Grueso m3 kg kg pie3 kg pie3 kg
Agua m3 lts lts lts lts lts lts
Aire m3
