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Este documento proporciona un manual detallado para el diseño de mezclas de concreto utilizando el método del instituto americano del concreto (aci). Cubre los pasos clave del proceso, incluyendo la selección del tamaño máximo del agregado, la estimación del contenido de agua y aire, la selección de la relación agua-cemento, el cálculo del contenido de cemento, la estimación del contenido de agregado grueso y fino, y los ajustes finales a las proporciones de la mezcla. El manual también aborda factores clave que afectan las propiedades del concreto en estado fresco y endurecido, y proporciona tablas de referencia para guiar el diseño. Este recurso es invaluable para ingenieros civiles, técnicos de construcción y estudiantes que buscan dominar el diseño de mezclas de concreto de manera sistemática y efectiva.
Tipo: Monografías, Ensayos
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Cintalapa de Figueroa, Chiapas.
El diseño de mezclas consiste en proporcionar los elementos que forman una mezcla de concreto hidráulico, como son: el agregado grueso y fino, el agua, el cementante y aditivo; que en combinación hacen una mezcla homogénea pastosa denominada mezcla. La dosificación del concreto está determinada por la resistencia y el parámetro que está relacionado con esta característica es la relación agua/cemento, para el uso del concreto en obra hay que tener en cuenta la trabajabilidad y consistencia, los parámetros que controlan esta característica son: cantidad de agua granulometría y tamaño del agregado. La durabilidad se relaciona con el tipo de cemento, el uso de aditivos y el ambiente de su entorno. El método del Instituto Americano del Concreto (ACI), se basa en una serie de pasos como guía, determinando mediante tablas el proporcionamiento de los elementos para la realización de l a s mezclas. Siendo la selección de las proporciones de los materiales integrantes de la unidad cubica de concreto, conocida usualmente como diseño de mezclas, puede ser definida como el proceso que consiste en calcular las proporciones de los elementos que forman el concreto, con el fin de obtener los mejores resultados.
Las especificaciones de los materiales a emplear en una estructura las indica el proyectista en los planos y memorias del proyecto; en particular las propiedades del concreto endurecido son especificadas por el proyectista de la estructura, mientras que las propiedades del concreto en estado fresco están regidas por el tipo de construcción y las condiciones de transportación y colocación. Estos dos tipos de requerimientos permiten determinar la composición de la mezcla, teniendo en cuenta el grado de control de calidad aplicado en el lugar o en la obra. Por lo tanto, se puede decir que el diseño de la mezcla es el proceso de selección de los componentes adecuados del concreto, determinando sus cantidades relativas con el propósito de producir un concreto económico, con ciertas propiedades mínimas, conveniente trabajabilidad, resistencia y durabilidad. Existen numerosos factores que afectan las propiedades del concreto, ya sea en estado fresco o endurecido, en este trabajo se describen brevemente sólo aquellos que se relacionan con el diseño de las mezclas de concreto normal, donde el empleo de grava, arena, cemento y agua es lo convencional y no se considera el uso de aditivos. Los métodos actuales de diseño de mezclas contemplan valores límite respecto de un rango de propiedades que deben cumplirse, éstas son usualmente:
paquetes de varillas o torones de pretensado. Paso 3 : Estimación del contenido de agua y del contenido de aire. El contenido de agua requerido para producir un revenimiento dado depende de varios factores: el tamaño máximo de agregado, su forma, textura y granulometría; el contenido de aire incluido; el uso de aditivos con propiedades fluidificantes o reductoras de agua; y la temperatura del concreto. Se deberán utilizar los valores de la tabla 2 los cuales relacionan el revenimiento de la mezcla con estas propiedades. Los valores de la tabla son típicos para agregados angulares; cuando el agregado grueso sea redondeado, se puede considerar que el requisito de agua por metro cubico de concreto se reduzca alrededor de 18 kg en el Caso de concreto sin aire incluido, y en 15 kg para concreto de aire incluido. Para los casos donde se utilicen aditivos se deberá considerar que la parte liquida constituye una parte del agua de la mezcla. Véase tabla 2. TABLA # 2 REQUISITOS APROXIMADOS DE AGUA DE MEZCLADO Y CONTENIDO DE AIRE PARA DIFERENTES REVENIMIENTOS Y TAMAÑOS MÁXIMOS NOMINALES DE AGREGADOS Agua, kg/m^3 concreto para TMG, mm Revenimiento, cm 9. 5 12. 5
Concreto sin aire incluido De 2. 5 a 5. 0 207 199 190 179 166 154 130 113 De 7. 5 a 10 228 216 205 193 181 169 145 124 De 15 a 17. 5 243 228 216 202 190 178 160 -- cantidad aprox. Aire atrapado 3 2.^5 2 1.^5 1 0.^5 0.^3 0 -.^2 Concreto con aire incluido De 2. 5 a 5. 0 18 1
De 7. 5 a 10 20 a 2
De 15 a 17. 5 21 6
Promedio recomendado de aire por incluir por exposición Exposición ligera 4. 5 4. 0 3. 5 3. 0 2. 5 2. 0 1. 5 1. 0 Exposición moderada 6. 0 5. 5 5. 0 4. 5 4. 5 4. 0 3. 5 3. 0
Exposición severa 7. 5 7. 0 6. 0 6. 0 5. 5 5. 0 4. 5 4. 0 Paso 4 : Selección de la relación agua cemento. Existen dos criterios para determinar la relación agua/cemento: resistencia y durabilidad. En lo que corresponde a la resistencia a la compresión, el valor promedio que se busca debe de exceder la resistencia mínima especificada. Y para la durabilidad, la relación agua/cemento bien puede ser especificada por el proyectista de la estructura o por el reglamento de diseño apropiado. Lo vital es ocupar la relación más baja de los dos valores obtenidos de los requisitos de resistencia y durabilidad. Si la relación agua/cemento (A/C) se incrementa, esto conlleva una disminución en la resistencia del concreto. Por eso es importante tener un adecuado balance de dicha relación, de forma que permita que, para una determinada cantidad de cemento fija en la mezcla, se disponga de la suficiente cantidad de agua que permita. Para determinar estos valores puede utilizarse como referencia la tabla 3.
Paso 7 : Estimación del contenido de agregado fino. En este paso se conoce la masa del agregado fino, el volumen absoluto de esta masa se puede obtener sustrayendo la suma de los volúmenes absolutos de agua, cemento, aire incluido y agregado grueso del volumen del concreto, es decir, 1 m3. Para cada uno de los componentes de la mezcla, el volumen absoluto es igual a la masa dividida por la densidad absoluta del material (en kg/m3); la densidad absoluta es el peso específico del material multiplicado por la densidad del agua (1 000 kg/m3). El volumen absoluto de agregado fino se convierte en masa al multiplicar este volumen por el peso específico del agregado fino (2.58) y por la densidad del agua. Alternativamente, la masa del agregado fino se puede obtener directamente mediante la sustracción de la masa total de los otros ingredientes la masa de un volumen unitario de concreto, si este se puede estimar a partir de la experiencia. Esta solución es menos exacta que el método del volumen absoluto.
Tamaño máximo de agregado, mm y pulg Volumen de agregado grueso varillado en seco, por volumen unitario de concreto para distintos modelos de finura de la arena **2. 40 2. 60 2. 80 3. 00
Paso 8: Ajustes a las proporciones de la mezcla. Todo ajuste al diseño de las mezclas puede realizarse tras ensayos en laboratorio. Si el ajuste se va a realizar para la trabajabilidad y la resistencia permanece constante la relación agua/cemento debe de permanecer sin alteración. Se pueden hacer cambios en la relación agua/cemento o, si se cuenta con los agregados convenientes en la granulometría. Por otra parte; los cambios de resistencia pero no de trabajabilidad se hacen mediante la variación de la relación agua/cemento y manteniendo inalterado el contenido de agua de la mezcla. Esto significa que un cambio en la relación agua/cemento debe ser acompañado por un cambio en la relación de agregado/cemento, de modo que la relación de masa 𝑎𝑔𝑢𝑎 ⁄𝑎𝑔𝑢𝑎 (^) + 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 + 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 sea aproximadamente constante.
