UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE ARQUITECTURA HUGO MAYNOR LOPEZ
[email protected] CARNÉ: 8417610
DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETOS POR EL METODO ACI (American Concrete Institute) * ACI 211.1 , 1985. 1985. Práctica Recomendada para Seleccionar el Proporcionamiento de Concreto Normal, Pesado y Masivo, ACI. 211.1-81, revisada en 1985, Reporte del Comité ACI 211 del Instituto Americano del Concreto. ** MANU MANUAL AL DE APOY POYO DO DOCE CENT NTE E PARA PARA DESA DESARR RRO OLLAR LLAR ENSA ENSAYO YOS S DE LABORATORIO, RELACIONADOS CON EL CURSO MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. Normas ASTM C-33 Normas COGUANOR COGUANOR Serie 41 Normas FHA 801.1-8 801.1-8 Recientemente he estado buscando información para comparar mi trabajo con los resultados obtenidos por otros investigadores y catedráticos que exhiben los resultados de sus trabajos por la Web. No obstante que los resultados son buenos, buenos, quedan lagunas sobre sobre la metodología y en especial, sobre cómo obtuvieron esos resultados.
DISEÑO DE MEZCLA Son mezcla de materiales inertes de distintos tamaños unidos entre sí con una pasta de cemento y agua. Como materiales inertes, empleamos arena, o sea, árido fino la piedra que puede ser de diferente tamaños, o sea el árido grueso. La mezcla acabado acabado de hacer es plástico, plástico, o sea, moldeable. moldeable. En estas condicione condicioness se coloca en moldes apropiados, llamados formaletas (madera, metal o fibra de vidrio) o encofrados, donde despué despuéss de coloca colocado do con cierta ciertass técnic técnicas, as, comien comienza za su fragua fraguado do inicia iniciall (endu (endureci recimie miento nto incipiente) entre los 45 y 60 minutos. Pasadas las 10 horas adquiere un endurecimiento total, pero su resistencia (en los cálculos estructurales) la alcanza a los 28 días. Esto, desde luego, es considerando que el cemento sea del tipo I Portland Puzolánico de 5,000 PSI (CPP-5,000psi), ya que como sabemos existen otros tipos de cemento cemento que tienen fraguados fraguados más rápidos rápidos o más lentos que el cemento cemento que tienen fraguados más rápidos o más lentos que el cemento Portland tipo I. Entre los factores que intervienen en la calidad del Concreto podemos citar: a.
Calidad de los elementos constituyentes. La arena debe estar libre de arcillas y materiales pulverulentas tales como carbón, así como de materias orgánicas. La piedra debe estar libre de impurezas impurezas tales como carbón, escorias, escorias, yesos, yesos, restos orgánicos, orgánicos, etc. El agua debe ser limpia. El cemento debe ser de calidad conveniente, de acuerdo acuerdo con el tipo de obra.
b. Dosificación. Deben estar perfectamente controladas las proporciones de los distintos c.
d.
e. f.
g.
ingredientes, así como el tamaño de los agregados, para producir un Concreto resistente, compacto y trabajable. Método de mezcla. El Concreto puede prepararse a mano, en mezcladoras, camiones mezcladores y en grandes plantas. Cuando se emplean concreteras en obra, se procede primero a echar en la concretera una parte de agua, luego, simultáneamente el cemento y la arena, luego el piedrín y finalmente el resto del agua. Cuando se hace a mano, en obra se procede a mezclar la arena y la piedra primero, después el cemento y finalmente el agua. Tiempo de mezcla. Depende del método de mezcla. Cuando se hace a mano, la operación es continua después de empezar a verter el agua y se amasa con palas hasta obtener cierta uniformidad. Cuando se emplean concreteras en obra, el tiempo de amasado debe ser entre 1 ½ y 3 minutos, dependiendo del tamaño de la concretera. Cuando se emplean camiones concreteros se permite hasta una hora de amasado, dependiendo de la calidad del concreto y empleándose ciertos retardadores de acuerdo con la distancia de la planta a la obra. Colocación en obra. El encofrado o molde debe ser lo más estancado posible para evitar que el agua pueda irse y arrastrar el cemento. Los encofrados también deben estar lo suficientemente húmedos para evitar que la madera absorba parte del agua del concreto. Curado. Después de colocado y para evitar grietas o rajaduras debido a la retracción de cemento, debe procederse a mantener un ambiente húmedo durante varios días, lo que se logra humedeciéndolo constantemente, cubriéndolo con arena húmeda, sacos y lonas mojadas y otros procedimientos. Control de calidad. Toda mezcla debe ser sometida a un control de calidad estricto, para obtener los mejores resultados de resistencia, haciendo muestreo en el momento de la fundición, para obtener el asentamiento o trabajabilidad y el llenado de cilindros (probetas o testigos) para ensayar a compresión a las diferentes edades.
Maquinaria y equipo • • • • • •
Palas Cono de Abrams Varilla de 5/8” de punta redonda y lisa. Cucharas de albañilería. Secciones de PVC (que cumplan esbeltez) Máquina de Compresión
Procedimiento • • •
Diseño de Mezcla Muestreo Ensayos a Compresión
Para iniciar el diseño de mezcla para concreto, es importante conocer 3 aspectos fundamentales: 1. La resistencia nominal del concreto (f ’c) (COGUANOR NGO 41-017 h1) 2. El elemento estructural donde se colocará el concreto. (COGUANOR NGO 41-017 h4, ANSI/ASTM 143-78) 3. El tamaño del agregado grueso. (COGUANOR NGO 41-007, FHA 801.2 y ASTM C-33)
Con esta información y las tablas siguientes, se obtiene la proporción de la mezcla.
ACI. 211.1-81 COGUANOR NGO 41-017 h4, ANSI/ASTM 143-78
ACI. 211.1-81 ASTM C-33 , COGUANOR NGO 41-007 y FHA 801.2
ACI. 211.1-81 COGUANOR NGO 41-078 h1 7.1.4
ACI. 211.1-81 COGUANOR NGO 41-007, FHA 801.2 y ASTM C-33 EJEMPLO DE APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA ACI Datos: Resistencia Nominal o Fatiga del Concreto a 28 días: f’c = 352 Kg/m³ Elemento estructural = viga de 0.15 * 0.15 * 3 mts. Agregado grueso: 3/8” Para obtener los resultados expresados utilice el programa: Diseño de Mezcla de Concretos MACI.xls 1. Asentamiento recomendado: Para Vigas, la tabla No. 1, indica el asentamiento recomendado. Asentamiento = 10 Cms. 2. Cantidad de Agua: Conociendo el asentamiento y el tamaño del agregado grueso, en la tabla No. 2 se encuentra la cantidad de agua. Cantidad de agua = 225 litros equivalente a 225 Kgs. Sabiendo que 1 ml pesa 1 g. 3. Relación Agua/Cemento: De la tabla No. 3 se obtiene la relación agua/cemento, conociendo el tamaño de agregado grueso. Rel. A/C = 0.48 4. Cantidad de cemento = agua/(a/c) = 225/.48 = 470.71 kg/m³ 5. Peso Unitario (P.U.): Asumir el peso unitario (P:U) del concreto, el cual se encuentra entre 2,200 kg/m³ y 2,500 kg/m³ P.U. = 2,300 kg/m³ (por criterio) 6. Peso del agregado
= P.U. – (cantidad de cemento + cantidad de agua) =2,300 Kg/m³ - (470.71 kg/m³ + 225 kg/m³) = 1,604.29 kg/m³
7. Porcentaje de los Agregados: De la tabla No. 4 se obtiene el porcentaje de arena
% de arena = 48% = 0.48 * (1,604.29 kg/m³) = 770.06 kg/m³ % de piedrín = 52% (por sustracción) = 0.52 * (1,604.29 kg/m³) = 834.23 kg/m³
8. Proporción de la mezcla: C/C : A/C : P/C : A/C C/C = 470.71 kg/m³ / 470.71 kg/m³ = 1 A/C = 770.06 kg/m³ / 470.71 kg/m³ = 1.6359 P/C = 834.23 kg/m³ / 470.71 kg/m³ = 1.7723 A/C = 0.48
9. Proporción Volumétrica: 1 : 1.6359 : 1.7723 : 0.48 10. Cantidad de Materiales por M³ Cantidad de Cemento = P. U. / e de Proporción = 2,300 kg/m³ = 521.76 kg/m³ 1+1.6359+1.7723 CEMENTO:
1 * 521.76 = 521.76 kg.
ARENA:
1.6359 * 521.76 = 853.56 kg.
PIEDRIN:
1.7723 * 521.76 = 924.69 kg.
AGUA:
0.48 * 521.76 = 249.40 kgs. (litros)
11. Volumen del Elemento: 0.15 m * 0.10 m * 3.00 m = 0.045 m²
12. Cantidad de Materiales para Fundición CEMENTO: 521.76 kg/m³ * 0.045 m³
= 23.48 kg. = 0.519 * Sacos de Cemento
ARENA:
= 38.41 kg. = 0.017 m³ ** de arena
853.56 kg/m³ * 0.045 m³
PIEDRIN: 924.69 kg/m³ * 0.045 m³
= 41.61 kg. = 0.018 m³ ** de piedrín
AGUA:
= 11.22 kg. = 11.223 lts. ***
249.40 kg/m³ * 0.045 m³
* Asumimos que el saco de cemento pesa 45.2 kgs. ** Asumimos que la densidad del concreto es de 2,300 kg/m³ *** Asumimos que 1 kg. = 1 lt.
Adjunto a esta memoria de cálculo, un pequeño programa que he desarrollado en formato XLS donde solamente hay que cambiar las variables: Tamaño del agregado grueso, Estructura donde será colocado el concreto que, automáticamente determina el asentamiento o devenimiento en el cono de Abrams. La 3ª. variable f’c o compresión requerida a 28 días en kg/cm², se indica en la tabla del programa y se complementa con una conversión a Mega Pascales (MPa) y Presión por Pulgada Cuadrada (PSI). Por último, los metros cúbicos que se requieren para la fundición también tienen una casilla donde se inscribe el dato. La información complementaria (cuantificación con la metodología aquí expresada) aparece alineada por fila, en el tercer cuadro. Adjunto en el mismo RAR varios documentos complementarios sobre tamices y granulometría para agregados, otro sobre diferentes métodos conocidos en Latinoamérica para diseño de mezcla de concretos, lecturas recomendadas y bibliografía y compilación de recomendaciones para formulación y aplicación de concretos. Copias del programa está a la venta por US$130.00 Diseño de concretos MAC I.xls "Diseño de Mezcla de Concretos Método ACI" Agregado Grueso:
No. TMA Ø 1 3/8" 2 1/2" 3 3/4" 1" 4 5 1 1/2" 6 2" 7 3" 8 6" TMA Ø: 3/8"
ESTRUCTURA 1 Cimientos 2 Muros reforzados 3 Vigas 4 Paredes Reofrzadas 5 Columnas 6 Para pavimentos y losas 7 Concreto mas ivo As. En Cono de Abrams = 10 Cms. Opción No.: 3
Proporción Volumétrica
Tipo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
No.
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1.33 1.64 1.83 2.04 2.29 2.55 2.68 2.75 2.77 2.79
1.45 1.77 1.98 2.22 2.48 2.76 2.91 2.98 3.00 3.03
Tamaño Máximo del Agregado Grueso (TMA): El tamaño máximo del agregado grueso será de 1 ½ pulgadas, pero nunca será mayor de 2/3 del espacio libre mínimo entre barras de refuerzo, 1/5 de la menor dimensión entre formaletas o 1/3 del espesor de losas. Para fundición de columnas interblock el tamaño máximo será de 3/8”. COGUANOR NGO 41-007, ASTM C-33 y Normas FHA 801.2 Volumen Deseado 0.045
*, ** Proporciones para 1 m³ de Concreto Kgs. Kgs. Kgs. Resistencia Resistencia Resistencia Arena Piedrín Agua Kg /Cm² PSI MPa 608.29 812.02 879.69 249.40 420 5960.56 41.19 521.75 853.56 924.69 249.40 352 4995.52 34.52 478.87 874.14 946.99 249.40 316 4484.61 30.99 437.23 894.13 968.64 249.40 281 3987.90 27.56 398.14 912.89 988.96 249.40 246 3491.19 24.12 364.62 928.98 1006.40 249.40 210 2980.28 20.59 349.10 936.43 1014.47 249.40 176 2497.76 17.26 341.46 940.10 1018.44 249.40 147 2086.20 14.42 339.76 940.92 1019.33 249.40 118 1674.63 11.57 337.25 942.12 1020.63 249.40 75 1064.39 7.35
Kgs. Cemento
CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA: CONCRETOS DE RESISTENCIA MEDIA: CO NCRETO S DE BAJA RES IS TENCI A:
200 140 75
A A A
Resumen para Volum en deseado Arena Piedrín Agua M³ M³ Lts. 0.61 0.016 0.017 11.22 0.52 0.017 0.018 11.22 0.48 0.017 0.019 11.22 0.44 0.017 0.019 11.22 0.40 0.018 0.019 11.22 0.36 0.018 0.020 11.22 0.35 0.018 0.020 11.22 0.34 0.018 0.020 11.22 0.34 0.018 0.020 11.22 0.34 0.018 0.020 11.22
Bolsas Cemento
420 200 140
* Proporcionamiento para Concretos sin incorporador de aire (Norma COGUANOR NGO 41-005) Cemento a utilizar: CPP (Cemento Portland Puzolánico) tipo I, de 5,000 PSI (Norma COGUANOR NGO 41-005-4.1 y Normas ASTM C-150) ** ACI 211.1 , 1985. Prácti ca Recomendada para Seleccionar el Proporcionamiento de Concreto Normal, Pesado y Masi vo, ACI. 211.1-81, revisada en 1985, Reporte del Comité ACI 211 del Instituto A mericano del Concreto. *** Normas de Planificación y Construcc ión para Casos Proyectados FHA Capítulo 8.
APENDICE DE ABREVIATURAS: ACI (American Concrete Institute) ANSI (American Norms and Standard Institute) ASTM (American Standards for Testing and materials) FHA (Fomento de Hipotecas Aseguradas) COGUANOR (Comisión Guatemalteca de Normas) NGO (Norma Guatemalteca Obligatoria).
