2.4    PROCESO DE DISEÑO DE MEZCLAS

Existen una gran cantidad de métodos empíricos de diseño de mezclas para obtener hormigones con características específicas, sin embargo todos estos métodos deben ser tomados solamente como referenciales pues siempre requieren de pruebas de laboratorio para su afinamiento.A continuación se presenta el método propuesto por el ACI, en la norma 211.1-70, el mismo que se ilustra con un ejemplo. 

EJEMPLO 2.1:

Se desea dosificar un metro cúbico de hormigón de resistencia característica f'c = 300 Kg/cm2 para una obra donde existe un buen control de calidad de producción, con asentamiento de 50 mm en el cono de Abrams (hormigón magro). Se empleará cemento Portland ordinario (tipo I). El tamaño máximo del agregado grueso es 40 mm y su peso volumétrico aparente (incluidos los espacios vacíos) es 1600 kg/m3; su densidad es 2.64 gr/cm3. El agregado fino tiene un módulo de finura de 2.60 (suma de porcentajes totales retenidos en cada tamiz desde 0.141 mm hasta el diámetro máximo del agregado fino, dividido para cien) y una densidad de 2.58 gr/cm3.

 

a.     Se determina la variabilidad de la resistencia del hormigón, en base al nivel de control de calidad del proceso de mezclado en obra, para lo que se puede utilizar la siguiente tabla:

TIPO DE CONTROL

DESVIACION ESTANDAR (s )

Muy bueno

0.07 fm

Bueno

0.14 fm

Regular

0.21 fm

Deficiente

0.28 fm

Un control de calidad muy bueno se obtiene solamente en laboratorios especializados que dosifican sus mezclas al peso, tienen control de la humedad antes del mezclado, utilizan agregados seleccionados y controlan la trabajabilidad del hormigón fresco.

Un control de calidad bueno se consigue en obras que emplean hormigón premezclado en fábricas especializadas y controlan el asentamiento del cono de Abrams; o en obras que mecanizan la producción de mezclas al peso, realizan corrección de dosificaciones por la humedad, emplean agregados de calidad y verifican la trabajabilidad de la mezcla.

Un control de calidad regular se obtiene con dosificaciones volumétricas y control frecuente de la cantidad de agua mediante el asentamiento del cono de Abrams.

Un nivel de control inferior al regular se cataloga como control de calidad deficiente.

En el presente caso tendríamos la siguiente información:f’c = 300 Kg/cm2 dato del ejemplos = 0.14 fm         se toma de la tabla para un control de calidad de fabricación buenof’c = fm - 1.65 s para un 5 % de muestras que no alcancen la resistencia especificadaReemplazando el valor de s en la última expresión:f’c = fm -1.65 x ( 0.14 fm )f’c = fm - 0.231 fmf’c = 0.769 fmSe calcula la resistencia media del hormigón fm, que siempre será superior a su resistencia característica.

fm = 390 Kg/cm2

 

b.    Se determina la cantidad de agua que se requiere por m3 de hormigón, y el porcentaje de volumen de aire atrapado, en función del tamaño máximo del agregado (40 mm) y del asentamiento en el cono de Abrams (50 mm), mediante la siguiente tabla:

Cantidad aproximada de agua de mezclado para diferentes asentamientos

y tamaños máximos de los agregados

Asentamiento

Cantidad de agua

(Kg/m3 de concreto para agregados de tamaño máximo)

(mm)

10 mm

12.5 mm

20 mm

25 mm

40 mm

50 mm

70 mm

150 mm

30 a 50

205

200

185

180

160

155

145

125

80 a 100

225

215

200

195

175

170

160

140

150 a 180

240

230

210

205

185

180

170

¾

Contenido de aire atrapado (porcentaje)

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.3

0.2

Cantidad de agua por metro cúbico de hormigón = 160 Kg (se toma de la tabla anterior)

Porcentaje de volumen de aire atrapado = 1% (se toma de la tabla anterior)

 

c.    La relación agua / cemento de la mezcla (medida al peso) se puede estimar de la siguiente figura tomada del libro Propiedades del Concreto de A. M. Neville, que se detalla a continuación, para una resistencia media de 390 Kg/cm2, medida a los 28 días.

peso de agua / peso de cemento = 0.44

 

d.    El contenido de cemento será:

peso de cemento = peso de agua / 0.44 = 160 Kg / 0.44 = 364 Kg

 

e.    Se calcula el volumen aparente de agregado grueso mediante la siguiente tabla, en función del módulo de finura del agregado fino (2.60) y el tamaño máximo del agregado grueso (40 mm).

Tamaño máximo del agregado

Volumen de agregado grueso compactado con varilla , por volumen de concreto para módulo de finura de la arena de:

(mm)

2.40

2.60

2.80

3.00

10

0.50

0.48

0.46

0.44

12.5

0.59

0.57

0.55

0.53

20

0.66

0.64

0.62

0.60

25

0.71

0.69

0.67

0.65

40

0.75

0.73

0.71

0.69

50

0.78

0.76

0.74

0.72

70

0.82

0.80

0.78

0.76

150

0.87

0.85

0.83

0.81

volumen aparente del agregado grueso = 0.73 m3 (se toma de la tabla anterior)

 

f.    El peso del agregado grueso se obtiene multiplicando su volumen aparente por su peso específico aparente.

Peso agregado grueso = 0.73 m3 x 1600 Kg/m3 = 1168 Kg.

 

g.    Se calculan los volúmenes efectivos de cemento, agua, agregado grueso y aire atrapado:

Volumen de aire atrapado = 0.01 x 1 m3 = 0.01 m3

 

i.    Se calcula el volumen de agregado fino.

Volumen agregado fino = 1.000 m3 - 0.116 m3 - 0.160 m3 - 0.442 m3 - 0.010 m3

Volumen agregado fino = 0.272 m3

 

j.    Se calcula el peso de agregado fino.

Peso agregado fino = (0.272 m3) . (2.58 x 1000 Kg/ m3) = 702 Kg

MATERIAL

VOLUMEN NETO

PESO

Cemento

0.116 m3

364 Kg

Agregado fino

0.272 m3

702 Kg

Agregado grueso

0.442 m3

1168 Kg

Agua

0.160 m3

160 Kg

Aire atrapado

0.010 m3

0 Kg

Este diseño sirve de base para iniciar pruebas de comprobación en laboratorio que permitirán su ajuste. Algunos criterios básicos para corrección del diseño, en laboratorio, pueden ser los siguientes:

Si la mezcla resulta demasiado seca, debería incorporarse un aditivo plastificante.Si la mezcla presenta oquedades internas (hormigueros), debería incrementarse proporcionalmente la cantidad de arena, cemento y agua.

Si la mezcla presenta segregación, debería disminuirse proporcionalmente la cantidad de arena, cemento y agua.

 Para poder definir una dosificación al volumen, que a pesar de no ser técnicamente apropiada es la más empleada en nuestro medio, sería necesario determinar adicionalmente, en laboratorio, la densidad aparente del agregado grueso y del cemento.

 

2.5 CONTROL EN OBRA

El control en obra del proceso de fabricación de los hormigones constituye un aspecto fundamental. Debe prestarse especial atención a los siguientes puntos:

 

2.6 REFERENCIAS

2.1 A. Neville, Properties of Concrete, Pitman Publishing Limited.2.2 D. Andrade, I. Dávila, W.Villacís, M. Romo y R. Aguiar, Memorias del II Curso de Actualización de Conocimientos Básicos de Estructuras, Editorial de la Escuela Politécnica del Ejército.

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