DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETOS
POR EL METODO ACI (American Concrete Institute)
* ACI 211.1 , 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.
Normas ASTM C-33
Normas COGUANOR Serie 41
Normas FHA 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, quedan lagunas 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 o agregado fino; la piedra que puede ser de diferente tamaños, es el árido grueso o agregado grueso.
La mezcla acabada de hacer es plástica, o sea, moldeable. En estas condiciones se coloca en moldes apropiados, llamados formaletas (madera, metal o fibra de vidrio) o encofrados, donde después de colocado con ciertas técnicas, comienza su fraguado inicial (endurecimiento incipiente) entre los 45 y 60 minutos.
Pasadas las 10 horas adquiere un endurecimiento total, pero su resistencia (en las pruebas y cálculos estructurales) la alcanza a los 28 días. Los ensayos originales del ASTM sobre los que se calcularon estas tablas y los resultados, se basan en proporcionamientos por pesos y no en proporciones volumétricas según la Portland Cement Association (PCA). Adicionalmente, los ensayos se realizaron con cementos del tipo I, II, III, IV, V y Blanco, Portland Puzolánico de 5,000 PSI (CPP-5,000 psi).
Con ciertos aditivos se puede obtener fraguados más rápidos y mejores prestaciones a la compresión, al clima y otros factores.
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 tales como carbón, escorias, yesos, restos orgánicos, etc. El agua debe ser limpia. El cemento debe ser de calidad conveniente, de acuerdo con el tipo de obra.
b. Dosificación. Deben estar perfectamente controladas las proporciones de los distintos ingredientes, así como el tamaño de los agregados, para producir un Concreto resistente, compacto y trabajable.
c. 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.
d. 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.
e. 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.
f. 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.
g. 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 m.
Agregado grueso: 3/8”
Para obtener
los resultados expresados utilice el programa:
1.
Asentamiento recomendado: Para Vigas, la tabla No. 1, indica el asentamiento recomendado.
Asentamiento = 10 cm.
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 lt equivalente a 225 kg.
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)
=
225/0.48
=
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
C/C = Cemento/Cemento
A/C = Arena/Cemento
P/C = Piedra/Cemento
A/C = Agua/Cemento
9. Proporciones por Pesos Absolutos:
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 kg (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: 853.56 kg/m³
* 0.045 m³ = 38.41 kg = 0.017 m³ ** de arena
PIEDRIN: 924.69 kg/m³
* 0.045 m³ = 41.61 kg = 0.018 m³ ** de piedrín
AGUA: 249.40 kg/m³ *
0.045 m³ = 11.22 kg =
11.223 lt. ***
* Asumimos que el saco de cemento pesa 42.5 kg.
** Asumimos que la densidad del concreto es de
2,300 kg/m³
*** Asumimos que 1 kg. = 1 lt.
Las imágenes que siguen son la interface del programa en Excel: "Diseño de Mezcla de Concretos" por tablas y representan la memoria de cálculo. Solamente hay que cambiar las variables en verde limón: Tamaño del agregado grueso, Estructura donde será colocado el concreto que, automáticamente determina el asentamiento o revenimiento en el cono de Abrams (Slump). 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 libras por pulgada cuadrada (PSI). Por último, los metros cúbicos que se requieren para la fundición también tienen una casilla donde se inscribe el dato como una operación de cubicaje o, si se conoce el dato, sólo se llena la celda. La información complementaria (cuantificación con la metodología aquí expresada) aparece alineada por fila, en el tercer cuadro.
El programa está a la venta por US$130.00 o su equivalente en Quetzales. En un mismo RAR encontrará varios documentos complementarios sobre tamices y granulometría para agregados sobre normas COGUANOR, otro sobre diferentes métodos conocidos en Latinoamérica para diseño de mezcla de concretos, lecturas recomendadas, bibliografía y compilación de recomendaciones para formulación y aplicación de concretos.
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¿Por qué utilizar pesos absolutos en vez de proporciones volumétricas en el Diseño de Mezcla de Concretos?
APÉNDICE 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).
PCA (Portland Cement Association)
Hugo Maynor López
