DIAPOSITIVAS ISCYC ACI 211.1

PrPrááctica Estctica Estáándar para Seleccionarndar para Seleccionar

elel Proporcionamiento de Concreto Proporcionamiento de Concreto dde Peso e Peso

Normal, Pesado y MasivoNormal, Pesado y Masivo ((

ACI 211.1ACI 211.1--91) (Reaprov. 2002)91) (Reaprov. 2002)

INSTITUTO SALVADOREÑO DEL CEMENTO Y DEL CONCRETO

PARA SELECCIONAR EL PROPORCIONAMIENTO DEL CONCRETO

ACI 211.1 P.E. peso normal, pesado

ACI 211.2 P.E. estructural de peso ligero

ACI 211.3 G. sin revenimientoACI 211.4 G. de alta resistencia

DISEDISEÑÑOO

RESERESEÑÑA HISTA HISTÓÓRICARICA

El desarrollo de resistencias más altas ha sido gradual a través de muchos años:

• 1950s: 5000 psi (34 mpa) (350 kg/cm2)

• 1960s: 6000-

7500 psi (41-52 mpa)

• 1970s: 9000 psi (62 mpa) (632 kg/cm2)

• Recientemente 20,000 psi (138 mpa)

• Puente de la paz (corea) 29 000 psi

ENSAYOS PREVIOSENSAYOS PREVIOS

Necesitamos conocer los resultados de

algunos ensayos a los materiales:

Gravedad Específica del Cemento (C 188)

Granulometría de Agregados (C 136)

Grav. Especif. y Abs. Agreg. (C 127-128)

Peso Volumétrico de Agregados (C 29)

Contenido Humedad Agregados (C 566)

OBJETIVOOBJETIVO

Conocer y aprender a manejar los procedimientos del ACI 211.1 para dosificar concreto de peso normal, pesado y masivo.

TRES ASPECTOS BASICOS PARA TRES ASPECTOS BASICOS PARA ELABORAR CONCRETO (ACI 318)ELABORAR CONCRETO (ACI 318)

Debe dosificarse de manera que el concreto producido, alcance una resistencia promedio a la compresión mayor a f´c.

Debe producirse de manera que se minimice la frecuencia de resistencias

inferiores a f´c.

3. f´c no debe ser menor que 2500 psi (17.2 Mpa) (175 kg/cm²)

EN FORMA SEGURA :EN FORMA SEGURA :

La mezcla seleccionada debe producir una resistencia promedio considerablemente más alta que la f ‘c. El grado de sobre diseño de la mezcla, depende de la variabilidad de los resultados de prueba.

PASOS BASICOS PARA SELECCIONAR PASOS BASICOS PARA SELECCIONAR MEZCLASMEZCLAS

Determinar la Desviación Estándar de la muestra, S

Determinar la f ‘cr.f ‘cr = f ‘c + t * S

Seleccionar las proporciones de cada componente que produzcan la f ‘cr .

DESVIACION ESTANDARDESVIACION ESTANDAR

Si en el registro n ≥ 30 :S = [Σ

(xi –

)2/(n-1)]½

Si usan dos registros para obtener n ≥ 30 :S = [(n1

-1)(S1

)2+(n2

-1)(S2

)2/(n1

-2) ]½

ProporcProporc. con base en la experiencia de campo y/o en mezclas de prueba

A) Cuando las instalaciones de producción de concreto llevan registros de pruebas.

A.1) Deben presentar materiales, procedimientos de control de calidad y condiciones similares a las esperadas.

A.2) Deben representar al concreto producido para que cumpla con la f´c, dentro de 70 kg/cm2 de la estipulada para la obra.

A.3) Debe constar de al menos 30 pruebas consecutivas o de dos grupos totalizando al menos 30 pruebas consecutivas.

Proporc. con base en la experiencia de campo y/o en mezclas de prueba

Cuando las instalaciones de producción de concreto no llevan registros de pruebas, pero si llevan un registro basado en 15 a 29 pruebas consecutivas.

Se establecerá

una desviación estándar afectada por un factor de modificación.

Número de Pruebas Factor de modificación

< 15 Usar tabla 5.3.2.2

15 1.16

20 1.08

25 1.03

> 30 1.00

Tabla 5.3.1.2 Factor de ModificaciTabla 5.3.1.2 Factor de Modificacióón n para Desviacipara Desviacióón Estn Estáándarndar

Resistencia Promedio Requerida Resistencia Promedio Requerida (f(f´́cr)cr)

La resistencia a la compresión promedio requerida (f´cr), debe ser la mayor de las ecuaciones 5.1, 5.2 o 5.3

Tabla 5.3.2.1 Resistencia Promedio Requerida, Tabla 5.3.2.1 Resistencia Promedio Requerida, cuando existe informacicuando existe informacióón para establecer Sn para establecer S

Resist. especificada a la Compresión, f´c

Resistencia Promedio requerida, f´cr

f´c ≤

350 kg/cm2

f´cr = f´c + 1.34 x S (5.1)

f´cr = f´c + 2.33 x S –

35 (5.2)

f´c >

350 kg/cm2

f´cr = f´c + 1.34 x S (5.1)

f´cr = 0.9 f´c + 2.33 x S (5.3)

Fig. 1 Distribución de Frecuencia y Distribución Normal

f´cf´c-35

Fig. 2 Curvas Normales de Frecuencia para diferentes Coeficientes de Variación

Resistencia Promedio Requerida (fResistencia Promedio Requerida (f´́cr)cr)

Cuando las instalaciones de producción de concreto no lleven registros de prueba de resistencia en el campo, para el cálculo de la desviación estándar. La resistencia promedio requerida fcr debe determinarse según la Tabla 5.3.2.2

Tabla 5.3.2.2 fTabla 5.3.2.2 f’’

cr requerida cuando no hay cr requerida cuando no hay datos disponibles de S datos disponibles de S

Resist. a Compresión especificada, f´c

Resistencia Promedio requerida, f´cr

< 210 kg/cm2 f´c + 70

210 a 350 f´c + 85

> 350 1.10 f´c + 50

DocumentaciDocumentacióón de la Resistencia n de la Resistencia PromedioPromedio

Cuando no se dispone de un registro aceptable de pruebas de campo, las proporciones de la mezcla de concreto se puede establecer con base en mezclas de prueba, empleando al menos 3 relaciones diferentes A/MC y elaborando al menos 3 cilindros de prueba para cada edad y graficar los resultados.

EvaluaciEvaluacióón y Aceptacin y Aceptacióón del Concreton del Concreto

Frecuencia de las pruebasLas muestras para las pruebas de resistencia de cada clase de concreto colado cada día, se deben tomar al menos una vez al día y no menos de 1 vez cada 115 m3

de concreto y

no menos de 1 vez cada 465 m2

de superficies de losas y muros.

El nivel de resistencia de una clase determinada de concreto, será

considerado satisfactorio si cumple con los dos requisitos siguientes:

El promedio aritmético de todos los conjuntos de 3 pruebas de resistencia consecutivas es igual o superior a f´c.

Ningún resultado individual de la prueba de resistencia (promedio de dos cilindros) es menor que f´c

por más de 35 kg/cm2 para

concreto con f´c

350 kg/cm2; o tenga una resistencia menor a 0.9 de f´c

para concretos

con f´c

> 350 kg/cm2.

Elección de revenimiento

Tamaño máximo del agregado

Cantidad de agua y contenido de aire

Relación A/C

Cantidad de cemento

Contenido de grava

Contenido de arena

Ajustes por humedad

Ajustes a la mezcla de prueba

Procedimiento de DiseProcedimiento de Diseñño:o:

Primer paso:Primer paso:

Cuando no se especifica, se procede a la

elección del revenimiento* (TABLA 6.3.1)

Se puede incrementar cuando se usan

aditivos

Instituto Salvadoreño del Cemento y del Concreto

TABLA 6.3.1 Revenimientos recomendados para diversos tipos de construcción

Revenimiento, cmMáximo* Mínimo

Muros de cimentación y zapatas 7.5 2.5

Zapatas, cajones de cimentación y muros de sub estructura sencillos 7.5 2.5

Vigas y muros reforzados 10 2.5

Columnas para edificios 10 2.5

Pavimentos y losas 7.5 2.5

Concreto masivo 7.5 2.5

* El revenimiento se puede incrementar cuando se emplean aditivos químicos. Se debe considerar que el concreto tratado con aditivos tiene una relación agua/materiales cementantes igual o menor sin que

potencialmente se tenga segregación o sangrado excesiv

* Se puede incrementar en 2.5 cm cuando los métodos de compactación no sean mediante vibrado.

Tipos de construcción

Segundo paso:Segundo paso:

Elección del tamaño máximo de agregado (ACI 318)

El tamaño máximo del agregado no debe exceder:

1/5 del espacio más angosto entre las formas laterales

1/3 del espesor de losas

¾ del espacio libre entre las varillas o alambres individuales de refuerzo, paquetes de varilla, o paquetes y ductos de presfuerzo.

TAMATAMAÑÑO MAXIMO DE AGREGADOO MAXIMO DE AGREGADO(Reglamento de Construcci(Reglamento de Construccióón ACI 318).n ACI 318).

Tercer pasoTercer paso

Cálculo del agua de mezclado* (tabla 6.3.3) y el contenido de aire:

*La cantidad requerida de agua depende del Tamaño Máximo del Agregado, de la forma de partícula, granulometría de los agregados, la temperatura del concreto (en función del ambiente o acondiciona-miento artificial) así

como del empleo de aditivos.

Tabla 6.3.3 Requisitos aproximados de agua de mezclado y contenido de aire para diferentes revenimientos y tamaños máximos nominales de agregado

Agua, kg/m³ para el concreto de agregado de tamaño nominal máximo (mm) indicado

9.5* 12.5* 19* 25* 38* 50* 75+** 150+**

2.5 a 5.0 207 199 190 179 166 154 130 113

7.5 a 10 228 216 205 193 181 169 145 124

15 a 17.5 243 228 216 202 190 178 160 -

Cantidad aproximada de aire en concreto sin aire

incluido, %

3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.3 0.2

* Estas cantidades de agua de mezclado para emplearse en el cálculo del contenido de cemento para mezclas de prueba a una temperatura de 20 a 25°C.

* Son cantidades máximas para agregados gruesos angulosos, razonablemente bien formados y con granulometría dentro de los límites aceptados por la ASTM C 33.

* El empleo de aditivos reductores de agua que cumplen con ASTM C 494 puede reducir el contenido de agua en un 5% o más. El volumen de los aditivos debe considerarse como parte del volumen del agua de mezclado.

* Para obtener revenimientos mayores de 18 cm - y TMA < 25 mm, es necesario el empleo de aditivos reductores de agua.

+ Los valores de revenimiento para concreto con agregado mayor de 40 mm están basados en pruebas de revenimiento después de quitar las partículas mayores de 40 mm mediante cribado húmedo.

Revenimiento, cm

Instituto Salvadoreño del Cemento y del Concreto

Cuarto paso:Cuarto paso:Selección de la relación a/c* ó

a/cementante

Se determina no sólo por los requisitos de resistencia sino también por otros como durabilidad.Para condiciones de exposición severa, la relación a/c debe mantenerse baja aunque la resistencia resulte excedida notablemente. Tabla 6.3.4 (b).

A falta de especificación, se recurre a la tabla 6.3.4 (a); relaciones estimadas para concreto con cemento Pórtland Tipo I.

CURVA DE RELACION AGUA/CEMENTO

0.30.350.4

0.450.5

0.550.6

0.650.7

0.750.8

0.850.9

100 150 200 250 300 350 400 450

Resistencia a la compresión, kg/cm²

Tabla 6.3.4 (b) Relaciones agua /cemento o agua/cementante máximas permisibles para concreto sujeto a exposiciones severas*

Tipo de estructura

Estructura contínuamente húmeda o frecuentemente expuesta a congelamiento

y deshielo+

Estructura expuesta al agua de mar o sulfatos

Secciones delgadas (bardas, bordillos, cornisasa y trabajos ornamentales) y secciones con menos de 5 mm de recubrimiento sobre el refuerzo

0.45 0.40++

Todas las estructuras 0.5 0.45++

* Basado en el informe del comité ACI 201, los materiales deben satisfacer a ASTM C 618 (fly ash) y ASTM C 989 (escoria granulada de alto horno)

+ El concreto deberá tener aire incluido

++ Si se emplea cemento resistente a los sulfatos (tipo II ó tipo V de la norma ASTM C 150), la relación agua/cemento ó agua/materiales cementantes permisible se puede incrementar en 0.05.

Quinto paso:Quinto paso:

Cálculo del contenido de cemento

Despejando de la fórmula A/C = x (valor obtenido del gráfico ó

Tabla; C = A/x, en kg/m3

Sexto paso:Sexto paso:

Estimación del contenido de grava* (tabla 6.3.6)

Para colados con bomba o áreas congestionadas, se recomienda reducir el volumen de agregado recomendado en esta Tabla, hasta en un 10%.Para concreto menos trabajables

como los

requeridos para la construcción de pavimentos de concreto, se pueden incrementar un 10% aproximadamente.

Tabla 6.3.6 Volumen de agregado grueso por volumen unitario de concreto

Volumen de agregado grueso* varillado en seco por volumen unitario de concreto para diferentes módulos de finura de la arena

MF= 2.4 2.60 2.80 3.00

9.5 (3/8") 0.50 0.48 0.46 0.44

12.5 (1/2") 0.59 0.57 0.55 0.53

19 (3/4") 0.66 0.64 0.62 0.60

25 (1") 0.71 0.69 0.67 0.65

37.5 (1 1/2") 0.75 0.73 0.71 0.69

50 (2") 0.78 0.76 0.74 0.72

75 (3") 0.82 0.80 0.78 0.76

150 (6") 0.87 0.85 0.83 0.81* Volúmenes seleccionados a partir de relaciones empíricas para producir concretos con un grado de

trabajabilidad adecuado a la construcción reforzada común.

Tamaño nominal del agregado, mm

SSééptimo paso:ptimo paso:

Estimación de la arena

Se puede determinar por diferencia de volúmenes absolutos

Octavo paso:Octavo paso:

Ajustes por humedad del agregado

HUMEDAD EN EL AGREGADOHUMEDAD EN EL AGREGADO

Material seco Material semi

seco(secado al aire)

Material saturadosuperficialmente seco

Material saturado

Humedad absorbida

(absorción)

Humedad libre

Contenido de humedad

Noveno paso:Noveno paso:

Ajuste de la mezcla por rendimiento

(ASTM C 138)

La variación se produce por cambio de la densidad de los materiales (principalmente los agregados) fallas del equipo de pesaje, no efectuar la corrección de humedad en los agregados, etc.

El ajuste por rendimiento se puede explicar

de una manera simple como la corrección de

una mezcla para dosificar los ingredientes de

tal manera que 1 m3 de concreto

corresponda a 1000 litros, es decir que no

existan ni faltantes ni sobrantes).

PROBLEMAPROBLEMA

Se requiere diseñar una mezcla de concreto para la construcción de un pavimento de concreto. Las consideraciones estructurales estipulan una resistencia a la flexión a los 28 días de 39 Kg/cm²

y la grava de que se dispone

es de 38 mm.

DATOS DE LOS MATERIALES:DATOS DE LOS MATERIALES:Cemento ASTM C 1157, sin aire incluido y densidad aparente de 2.95.

Agregados de buena calidad física que cumplen con las granulometrías requeridas por la especificación ASTM C 33.

Densidad aparente del agregado grueso de 2.64, absorción de 2.35 %, humedad de 1.62% y PVSC de 1528 Kg/m3.

Densidad de la arena de 2.17, absorción de 5.6%, humedad de 11.5 % y módulo de finura de 2.9.

EstimaciEstimacióón de fn de f´́crcr

Como MR = 39 Kg/cm2

Con la fórmula MR = K x f´c½

(K = 2.1 a 2.4), determinar

f`c = (39 / 2.3)2

= 287.5 Kg/cm2

EstimaciEstimacióón del fn del f´́crcr

Cálculo de f´cr, según ecuaciones 5.1 y 5.2, en condiciones de campo S = 33 Kg/cm2

f´cr = 287.5 + 1.34 x 33 = 331.7 Kg/cm2

f´cr = 287.5 + 2.33 x 33 -

35 = 329.4 Kg/cm2

Si no se cuenta con información para determinar S, de tabla 5.3.2.2, f´cr = f´c + 84 = 354.4 Kg/cm2

EstimaciEstimacióón de fn de f´́crcr

Considerando que se cuenta con datos para determinar S, la selección del f´cr será

a partir

de las ecuaciones 5.1 y 5.2, resultando mayor 331.7 Kg/cm2, valor para el cual ser hará

diseño.

Primer Paso:Primer Paso:

Determinación del revenimiento:

(de la Tabla 6.3.1) 5 cm

Segundo paso:Segundo paso:

Tamaño máximo del agregado:

38 mm (asentado en especificaciones de obra,

según datos del ejercicio). De no ser así

recurre a recomendaciones de ACI 318.

Tercer paso:

Determinación del Agua de mezcla: (de la tabla 6.3.3) 166 litros/m3

Aire atrapado: 1% (de la misma tabla)

Cuarto paso:Cuarto paso:

Relación A/C:Para una resistencia de 331.7 Kg/cm2

gráfico, se obtiene un valor de 0.51

Quinto paso:Quinto paso:

Con base a la información del tercero y cuarto paso, se determina el contenido de cemento (la fórmula A/C)

Sustituyendo:

A/C = 0.51 →

C = A/0.51

Evaluando C, entonces:

C = 166 / 0.51 = 325.5 Kg/m3

(7.6 bolsas)

Sexto paso:Sexto paso:El contenido de grava se obtiene con la información MF de la arena = 2.90 y el TMA = 38 mm, de la Tabla 6.3.6; conforme a ella, se deduce que el volumen de agregados gruesos o grava (base PVSC) que se puede usar en un m3

de concreto es igual a 0.70 m3.. Puesto que

el PVSC es igual a 1,528 Kg/m3 (información de laboratorio), se requiere entonces :

1,528x 0.70 = 1,069.6 Kg de grava por m3

de concreto.

SSééptimo paso:ptimo paso:

El contenido de arena se calcula por diferencia de volúmenes, esto es,Volumen de cemento = 325.5/2.95 = 110.3 L/m3

Volumen de agua = 166/1.00 = 166 L/m3

Volumen de grava = 1,069.6/2.64 = 405.2 L/m3

Vacíos (1%) = 0.01 x 1000 = 10 L/m3

= 691.5 L/m3

Volumen de arena= 1000 –

691.5 = 308.5 L/m3

Peso de arena = 308.5 x 2.17 = 669.4 Kg/m3

Octavo paso Octavo paso (correcci(correccióón por humedad):n por humedad):

La humedad total de la arena resultó

de 11.5%; la de la grava fue de 1.62% . Empleando la proporción calculada, los pesos corregidos de los agregados quedarán:

Grava húmeda = 1,069.6 x 1.016 = 1,086.7 Kg

Arena húmeda = 669.4 x 1.115 = 746.4 Kg

Puesto que el agua de absorción no forma parte del agua de mezcla, ésta debe excluirse del ajuste del agua adicional, por tanto el agua superficial aportada por el agregado será:

Grava = 2.35% (absorción) –

1.62% (humedad) = 0.73% x 1,069.6 = 7.8 L

Arena = 5.6% (absorción) -

11.5% (humedad) = -5.9% x 669.4 =

-39.5 L

De esta manera, el requerimiento estimado de adición de agua será

166 + 7.8 -

39.5 = 134.3 L

Conforme a lo anterior, los pesos estimados de materiales para un metro cúbico de concreto, corregidos por humedad, serán:

Cemento = 325.5 kgAgua

= 134.3 L

= 746.4 kgGrava

= 1,086.7 kg

= 2,292.9 kg

Noveno paso Noveno paso (correcci(correccióón por rendimiento)n por rendimiento)

Para el ensayo en laboratorio, se preparó

un volumen de 50 litros

de mezcla = 0.050 m3.

Para obtener el revenimiento deseado, se sumó

en realidad 1.58 L de agua, y se sumó

0.00 kg de cemento para mantener la relación A/C= 0.51, por lo tanto la mezcla se compone de:

Noveno paso Noveno paso (correcci(correccióón por rendimiento)n por rendimiento)

Por lo tanto la mezcla se compone de:Cemento:

= 16.27 Kg

= 6.72 + 1.58 = 8.3 LArena húmeda:

= 37.32 Kg

Grava húmeda: = 54.34 KgSUMA

= 116.24 Kg

La mezcla tuvo buena trabajabilidad, cohesión, acabado y apariencia satisfactoria; el PU (asumido) del concreto fue de 2,366 Kg/m³

lo que para proporcionar una mezcla de volumen correcto, se efectúa el ajuste por rendimiento (m³

de 1000 litros).

Rendimiento de la prueba = 116.24/2,366

= 0.050 L

Por consiguiente, los pesos para elaborar un metro cúbico de concreto, serán:

Cemento = 16.28/0.05 = 325.6 Kg (1.0)

Agua = 8.3/0.05 = 166 L

Arena húmeda

= 37.32/0.05 = 746 Kg (2.3)

Grava húmeda

= 54.34/0.05 = 1,087 Kg (3.3)

= 2 325 Kg/m3.

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