DISEÑO DE MEZCLA POR EL MÉTODO DEL COMITÉ 211 DEL ACI EN HP PRIME

UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ DE JULIACA FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

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El programa fue desarrollado del texto de CONCRETO DISEÑO DE MEZCLA Ing: Enrique Rivva López Los cuadros que vas necesitar a momento de ejecutar el programa son los siguientes extraídos del texto ya mencionado. Tabla 11.3.1 Contenido de Aire Incorporado Tamaño Máximo Nominal

Contenido de aire total, en %

Exposición Suave

Exposición Moderada

Exposición Severa

3/8"

4.50

6.00

7.50

1/2"

4.00

5.50

7.00

3/4"

3.50

5.00

6.00

1"

3.00

4.50

6.00

1 1/2"

2.50

4.50

5.50

2"

2.00

4.00

5.00

3"

1.50

3.50

4.50

6"

1.00

3.00

4.00

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TIPOS DE EXPOSICION 1.- La condición de exposición suave corresponde a aquellos casos en los que el aire incorporado se emplea por razones ajenas a la durabilidad, tales como incremento en la trabajabilidad o cohesividad o cuando se emplea en concretos de bajo factor cemento para incrementar la resistencia por disminución del agua de mezclado. La exposición suave incluye servicios en climas en los que el concreto no ha de estar expuesto a congelación. 2.- La exposición moderada se aptica a climas en los que puede esperarse procesos de congelación, pero en los que el concreto no ha de estar expuesto continuamente a humedad o agua libre antes de la congelación y, además, no estará expuesto a agentes des congelantes u otros elementos agresivos químicos. Pueden considerarse como ejemplos de esta condición las vigas exteriores, columnas, muros, pórticos, o losas, los cuales no están en contacto con suelo húmedo y tienen una ubicación tal que recibirán aplicación directa de sales des congelantes. 3.- EI criterio de exposición severa se aplica a concretos que han de estar expuestos a la acción de agentes químicos agresivos y des congelantes; o en aquellos casos en los que el concreto puede estar altamente saturado por contacto continuo con humedad libre o agua antes de la congelación. En este último caso no deberá reducirse el porcentaje de aire incorporado únicamente por mantener la resistencia final. P á g i n a 4 | 26


TABLA 13.2.5 CONDICIONES ESPECIALES DE EXPOSICION

Condiciones de exposición

Concretos de baja Permeabilidad (a) Expuesto a agua dulce b) Expuesto a agua de mar o aguas solubles (c) Expuesto a la acción de aguas cloacales concretos expuestos a procesos de congelación y deshielo en condición húmeda (a) Sardineles, cunetas, secciones delgadas (b) Otros elementos protección contra la corrosión de concreto expuesto a la acción de agua de mar, aguas salobres, neblina o roció de estas aguas si el recubrimiento mínimo se incrementa en 15mm

relación A/C máxima, en concretos con agregado de peso normal 0.50

Resistencia ala compresión mínima en concretos con agregado liviano 260

0.45 0.45 0.45

300

0.50 0.40

325

0.45

300

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EJEMPLO Nº 1

1.- ESPECIFACIONES Se desea calcular las proporciones de los materiales integrantes de una mezcla de concreto a ser empleada en las vigas y columnas de un edificio de departamentos a ser construido en la ciudad de lima. Las especificaciones de obra indican: a) No existen limitaciones en el diseño por presencia de procesos de congelación; presencia de ion cloruro o ataques de sulfatos. b) La resistencia en compresión de diseño especificada es de 210kg/cm2, este es a los 28 días. La desviación estándar es 20kg/cm2. c) Las condiciones de colocación requieren que la mezcla tenga una consistencia plástica. d) El tamaño máximo nominal del agregado grueso es de 1 ½”.

2.- MATERIALES 2.1.- Cemento: - portland ASTM Tipo I - Peso Específico……………………………………………………………………………………….3.15

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2.2.- Agua - Potable 2.3.- AF -

peso específico de masa ……………………………………………………………………………2.64 Absorción...……………………………………………………………………………………………0.7% contenido de humedad …………………………………………………………………………..… 6.0% módulo de finur a……….…………………………………………………………………………..... 2.80

2.4.- AG -

Tamaño máximo nominal……………………………………………………………………………….1 ½” Peso seco compactado…………………………………………………………………………1600 kg/m3 Peso específico de masa ………………………………………………………………………………2.68 Absorción...…………………………………………………………………………………………….…0.5% contenido de humedad ……………………………………………………………………………..…. 2.0%

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3.- DETERMINACION DE LA RESISTENCIA PROMEDIO f ’cr = 210 + 1.34*20 f ‘cr = 210 + 2.33*20 - 35

= 237 kg/cm2 = 222 kg/cm2

De los valores seleccionamos el mayor f ‘cr = 237 kg/cm2

4.- SELECCIÓN DEL TAMAÑO MAXIMO NOMINAL Tmn = 1 ½”

5.- SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO Como nos pide una consistencia plática entonces el asentamiento será 3” a 4”. 6.- VOLUMEN UNITARIO DE AGUA Tabla 10.2.1, se necesita para un asentamiento de 3” a 4” y un tmn de 1 ½” Volumen de Agua será 181 lt/m3

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7.- CONTENIDO DE AIRE La estructura no va estar expuesto a condiciones de intemperismo entonces usamos la tabla 11.2.1 tmn = 1 ½”

aire = 1.0 % 8.- RELACION AGUA CEMENTO Tabla 12.2.2 para una resistencia promedio de 237 kg/cm2 será 0.64 9.- FACTOR CEMENTO - Factor cemento = 181/0.64 = 283 kg/m3 = 6.7 bolsas/m3. 10.- CONTENIDO DE AG Tabla 16.2.2 Mf = 2.80 Tmn = 1 ½”

El valor b/b0=0.71 Peso del AG = 0.71*1600 = 1136 kg/cm2 P á g i n a 9 | 26


11.- CALCULO DE VOLUMENES ABSOLUTOS -

Cemento………….....................…………………..283/(3.15*1000) = 0.090m3 Agua……………………………………………………..…..181/1000 = 0.181m3 Aire………………………………………….………………..…...1.0% = 0.010m3 AG………………………………………………..…1136/(2.68*1000) = 0.424m3 Suma de volúmenes conocidos……………………..………………. = 0.705m3

12.- CONTENIDO DE AF - Volumen absoluto de AF = 1-0.705 = 0.295m3 - Peso del AF seco =0.295*2.64*1000 = 779 kg/m3 13.- VALORES DE DISEÑO -

Cemento……………………………………………………………….……………283 kg/m3 Agua de diseño…………………………………………………………………….181 lt/m3 AF seco……………………………………………………………………………..779 lt/m3 AG seco…………………………………………………………………………...1136 kg/m3

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14.- CORRECCION POR HUMEDAD DEL AGREGADO Peso húmedo - AF………………………………………………………………………….779*1.060 = 826 kg/m3 - AG………………………………………………………………………..1136*1.020 = 1159 kg/m3

Determinamos la humedad superficial del agregado - AF……………………………………………………………………………….6.0 - 0.7 = +5.3% - AG………………………………………………………………………........…2.0 - 0.7 = +1.5%

Aporte de humedad -

AF…………………………………………………………………………779*(+0.053) = +41 lt/m3 AG……………………………………………………………………….1152*(+0.015) = +17 lt/m3 Aporte de humedad de agr egados…………………………………………………… = +58 lt/m3 Agua efectiva………………………………………………………………….181 – 58 = 123 lt/m3 P á g i n a 11 | 26


CANTIDAD DE MATERIALES EMPLEADOS EN EL DISEÑO - Cemento………………………………………………………………………………….283 kg/m3 - Agua efectiva…………………………………………………………………………….123 lt/m3 - AF húmedo……………………………………………………………………………….826 kg/m3 - AG húmedo………………………………………………….………………………….1159 kg/m3 15.- PROPORCION EN PESO -

Cemento………………………………………………………………………………283/283 = 1 AF……………………………………………………………………………………...826/283 = 2.92 AG…………………………………………………………………………………….1173/283 = 4.10 Agua/Cemento…………………………………………………………………………………. = 0.43

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EJEMPLO Nº 2

1.- ESPECIFACIONES Se desea calcular las proporciones de los materiales integrantes de una mezcla de concreto a ser empleada en la construcción de un pilar de un puente, elemento estructural que va estar expuesto a la acción del agua de la zona de la sierra peruana en la que las temperaturas pueden descender hasta -18ºC. Las especificaciones de obra indican:

a) En el diseño deberá considerarse la posibilidad de congelación por presencia de humedad y bajas temperaturas, debiendo incorporarse aire a la mezcla. b) La resistencia en compresión de diseño especificada es de 245 kg/cm2, este es a los 28 días. La desviación estándar es 23kg/cm2. c) Las condiciones de colocación requieren que la mezcla tenga una consistencia seca. 2.- MATERIALES 2.1.- Cemento: - portland ASTM Tipo I - Peso Específico……………………………………………………………………………………….3.12

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2.2.- Agua - De rio 2.3.- AF -

peso específico de masa ……………………………………………………………………………2.72 Absorción...……………………………………………………………………………………………1.2 % contenido de humedad …………………………………………………………………………..… 5 .0% módulo de finura……….……………………………………………………………………………...2.7

2.4.- AG -

Tamaño máximo nominal……………………………………………………………………………….1” Peso seco compactado…………………………………………………………………………1520 kg/m3 Peso específico de masa ………………………………………………………………………………2.65 Absorción...…………………………………………………………………………………………….…0.7 % contenido de humedad ……………………………………………………………………………….. 0.32 %

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= 276 kg/cm2 = 264 kg/cm2

De los valores seleccionamos el mayor f ‘cr = 276 kg/cm2 4.- SELECCIÓN DEL TAMAÑO MAXIMO NOMINAL Tmn = 1” 5.- SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO Como nos pide una consistencia seca entonces el asentamiento será 1” a 2”. 6.- VOLUMEN UNITARIO DE AGUA Tabla 10.2.1, se necesita para un asentamiento de 1” a 2” y un tmn de 1” Volumen de Agua será 160 lt/m3

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7.- CONTENIDO DE AIRE Usamos la tabla 11.3.1 tmn = 1” aire = 6 % 8.- RELACION AGUA CEMENTO POR RESISTENCIA Tabla 12.2.2 para una resistencia promedio de 276 kg/cm2 con aire incorporado será 0.49 9.- RELACION AGUA CEMENTO POR DURABILIDAD Tabla 13.2.5 en la línea correspondiente a concretos expuestos a procesos de congelación y deshielo en condición húmeda encontramos que corresponde, para otros elementos, una relación de agua cemento de 0.50. 10.- ELECCION DE RELACION AGUA CEMENTO Elegimos el menor nos quedamos con 0.49. 11.- FACTOR CEMENTO - Factor cemento = 160/0.49 = 327 kg/m3 = 7.7 bolsas/m3. P á g i n a 16 | 26


12.- CONTENIDO DE AG Tabla 16.2.2 Mf = 2.70 Tmn = 1” El valor b/b0=0.68 Peso del AG = 0.68*1520 = 1034 kg/cm2 11.- CALCULO DE VOLUMENES ABSOLUTOS -

Cemento………….....................…………………..327/(3.12*1000) = 0.105m3 Agua……………………………………………………..…..160/1000 = 0.160 m3 Aire………………………………………….………………..……..6% = 0.06 0m3 AG………………………………………………..…1034/(2.65*1000) = 0.390 m3 Suma de volúmenes conocidos……………………..………………. = 0.71 5m3

12.- CONTENIDO DE AF - Volumen absoluto de AF = 1-0.715 = 0.285m3 - Peso del AF seco =0.285*2.72*1000 = 775 kg/m3

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13.- VALORES DE DISEÑO -


14.- CORRECCION POR HUMEDAD DEL AGREGADO Peso húmedo - AF………………………………………………………………………….775*1.050 = 814 kg/m3 - AG………………………………………………………………………..1034*1.0 03 = 1037 kg/m3 Determinamos la humedad superficial del agregdo - AF……………………………………………………………………………….5.0 – 1.2 = +3.8% - AG………………………………………………………………………........…0.3 - 0.7 = -0.4% Aporte de humedad -

AF…………………………………………………………………………775*(+0.038) = +29 lt/m3 AG………………………………………………………………………..1152*( -0.004) = -04 lt/m3 Aporte de humedad de agr egados…………………………………………………… = +25 lt/m3 Agua efectiva………………………………………………………………….160 – 25 = 135 lt/m3

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EJEMPLO Nº 3

1.- ESPECIFACIONES Se desea calcular las proporciones de los materiales integrantes de una mezcla de concreto a ser empleada en la construcción de las zapatas de cimentación de un edificio de departamentos a ser construida en la ciudad de Chiclayo, en una zona en la que el terreno tiene una concentración de sulfatos de 3000ppm. Las especificaciones de obra indican:

a) En el diseño debe contemplar la posibilidad de ataque por sulfatos a los elementos estructurales de la cimentación. b) La resistencia en compresión de diseño especificada es de 210 kg/cm2, este es a los 28 días. La desviación estándar es 24kg/cm2. c) Las condiciones de colocación requieren que la mezcla tenga una consistencia plástica. 2.- MATERIALES 2.1.- Cemento: - portland ASTM Tipo V - Peso Específico……………………………………………………………………………………….3.15

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2.2.- Agua - Potable 2.3.- AF -

peso específico de masa ……………………………………………………………………………2.62 Absorción...……………………………………………………………………………………………1.2 % contenido de humedad …………………………………………………………………………..… 0.5 % módulo de finura……….……………………………………………………………………………..2.75

2.4.- AG -

Tamaño máximo nominal……………………………………………………………………………….3/4” Peso seco compactado…………………………………………………………………………1720 kg/m3 Peso específico de masa ………………………………………………………………………………2.68 Absorción...…………………………………………………………………………………………….…0.8 % contenido de humedad ………………………………………………………………………………... 0.6 %

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= 242 kg/cm2 = 231 kg/cm2

De los valores seleccionamos el mayor f ‘cr = 242 kg/cm2 4.- SELECCIÓN DEL TAMAÑO MAXIMO NOMINAL Tmn = 3/4” 5.- SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO Como nos pide una consistencia plastica entonces el asentamiento será 3” a 4”. 6.- VOLUMEN UNITARIO DE AGUA Tabla 10.2.1, se necesita para un asentamiento de 3” a 4” y un tmn de 3/4” Volumen de Agua será 205 lt/m3

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7.- CONTENIDO DE AIRE usamos la tabla 11.2.1 tmn = 3/4” aire = 2 % 8.- RELACION AGUA CEMENTO POR RESISTENCIA Tabla 12.2.2 para una resistencia promedio de 242 kg/cm2 con aire incorporado será 0.63 9.- RELACION AGUA CEMENTO POR DURABILIDAD Tabla 13.3.2 la mezcla va estar expuesto a sulfatos en una concentración de 3000ppm entonces agua/cemento será 0.45 10.- ELECCION DE RELACION AGUA CEMENTO Elegimos el menor nos quedamos con 0.45. 11.- FACTOR CEMENTO - Factor cemento = 205/0.45 = 456 kg/m3 = 10.7 bolsas/m3. P á g i n a 23 | 26


12.- CONTENIDO DE AG Tabla 16.2.2 Mf = 2.75 Tmn = 3/4” El valor b/b0=0.625 Peso del AG = 0.625*1720 = 1075 kg/cm2 11.- CALCULO DE VOLUMENES ABSOLUTOS -

Cemento………….....................…………………..456/(3.15*1000) = 0.145 m3 Agua……………………………………………………..…..205/1000 = 0.205 m3 Aire………………………………………….………………..……..2 % = 0.020m3 AG………………………………………………..…1075/(2.68*1000) = 0.401 m3 Suma de volúmenes conocidos……………………..………………. = 0.771 m3

12.- CONTENIDO DE AF - Volumen absoluto de AF = 1-0.771 = 0.229m3 - Peso del AF seco =0.229*2.62*1000 = 600 kg/m3

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13.- VALORES DE DISEÑO -


14.- CORRECCION POR HUMEDAD DEL AGREGADO Peso húmedo - AF………………………………………………………………………….600*1.0 05 = 603 kg/m3 - AG………………………………………………………………………..1075 *1.006 = 1081 kg/m3 Determinamos la humedad superficial del agregdo - AF……………………………………………………………………………….0.5 - 1.2 = -0.7% - AG………………………………………………………………………........…0.6 - 0.8 = -0.2% Aporte de humedad -

AF…………………………………………………………………………600*( -0.007) = -4 lt/m3 AG………………………………………………………………………..1075*( -0.002) = -2 lt/m3 Aporte de humedad de agr egados…………………………………………………… = -6 lt/m3 Agua efectiva………………………………………………………………….205 + 6 = 211 lt/m3

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