Diseño de Mezclas de Concreto
Diseño de Mezclas de Concreto
Diseño de Mezclas de Concreto
CONCRETO
TRABAJO:
PRACTICA
CURSO:
1. INTRODUCCIÓN
Como se sabe el Diseño de Mezclas de Concreto ha estado enfocado muy a menudo de acuerdo
a las “Normas” que debiera cumplir cada elemento del diseño, pero estas Normas están
enfocadas a un cierto número de condiciones específicas que muchas veces, van en contra de
las nuevas circunstancias que se generan en el desarrollo de la Tecnología del Concreto a nivel
mundial.
El Método Tradicional como sabemos especifica que al mezclar el cemento, el agua, el aire
atrapado, el agregado (arena y piedra y/o agregado grueso y agregado fino) y en algunos casos
aditivos, obtendremos finalmente un sólo material El CONCRETO. Pero observamos que los
agregados son parte del concreto y por lo tanto no tenemos por qué separarlos en su estudio,
pero podemos ver sus propiedades independientemente para un mejor control de ellos.
2. OBJETIVOS GENERALES
El concreto es un material heterogéneo, el cual está compuesto por material aglutinante como
el cemento rumi Pórtland, material de relleno (agregados naturales), agua, aire naturalmente
LAB. CONCRETO
ASENTAMINT
TIPO DE CONSTRUCION O
máximo mínimo
Es necesario enfocar el concepto del diseño de mezcla para producir un buen concreto tan
económico como sea posible, que cumpla con los requisitos requeridos para el estado fresco
LAB. CONCRETO
En general, se piensa que todas las propiedades del concreto endurecido están asociadas a la
resistencia y, en muchos casos, es en función del valor de ella que se las califica. Sin embargo,
debe siempre recordarse al diseñar una mezcla de concreto que muchos factores ajenos a la
resistencia pueden afectar otras propiedades.
Es usual suponer que el diseño de mezclas consiste en aplicar ciertas tablas y proporciones ya
establecidas que satisfacen prácticamente todas las situaciones normales en las obras, lo cual
está muy alejado de la realidad, ya que es en esta etapa del proceso constructivo cuando resulta
primordial la labor creativa del responsable de dicho trabajo y en consecuencia el criterio
personal.
Finalmente debemos advertir que la etapa de diseño de mezclas de concreto representa sólo el
inicio de la búsqueda de la mezcla más adecuada para algún caso particular y que esta
necesariamente deberá ser verificada antes reconvertirse en un diseño de obra.
Conseguir una mezcla con un mínimo de pasta y volumen de vacíos o espacios entre partículas
y consecuentemente cumplir con las propiedades requeridas es lo que la tecnología del concreto
busca en un diseño de mezclas.
Los materiales.
El elemento a vaciar, tamaño y forma de las estructuras.
Resistencia a la compresión requerida.
Condiciones ambientales durante el vaciado.
Condiciones a la que estará expuesta la estructura
7.1. La trabajabilidad
Es una propiedad del concreto fresco que se refiere a la facilidad con que este puede ser
mezclado, manejado, transportado, colocado y terminado sin que pierda su homogeneidad
(exude o se segregue). El grado de trabajabilidad apropiado para cada estructura, depende del
tamaño y forma del elemento que se vaya a construir, de la disposición y tamaño del refuerzo y
de los métodos de colocación y compactación. Los factores más importantes que influyen en la
trabajabilidad de una mezcla son los siguientes:
desventaja puede compensarse con las mejoras que se producen en otras características, como
la adherencia con la pasta de cemento).
7.2. La resistencia
7.3. Durabilidad
El concreto debe poder soportar aquellas exposiciones que pueden privarlo de su capacidad de
servicio tales como congelación y deshielo, ciclos repetidos de mojado y secado, calentamiento
y enfriamiento, sustancias químicas, ambiente marino y otras, las resistencias a algunas de ellas
pueden fomentarse mediante el uso de ingredientes especiales como:
La utilización de bajas relaciones a/c prologara la vida útil del concreto reduciendo la
penetración de líquidos agresivo.
8.1. El cemento
Es el principal componente del concreto, el cual ocupa entre el 7% y el 15% del volumen de la
mezcla, presentando propiedades de adherencia y cohesión, las cuales permiten unir
fragmentos minerales entre sí, formando un sólido compacto con una muy buena resistencia a
la compresión, así como durabilidad.
Tiene la propiedad de fraguar y endurecer sólo con la presencia de agua, experimentando con
ella una reacción química, proceso llamado hidratación.
8.2. El agua
Componente del concreto en virtud del cual, el cemento experimenta reacciones químicas para
producir una pasta eficientemente hidratada, que le otorgan la propiedad de fraguar y
endurecer con el tiempo.
Además, este componente proporciona a la mezcla una fluidez tal que permita una
trabajabilidad adecuada en la etapa del colocado del concreto. Este componente que ocupa
entre el 14% y el 18% del volumen de la mezcla.
LAB. CONCRETO
En una porción de pasta hidrata, el agua se encuentra en dos formas diferentes, como agua de
hidratación y agua evaporable.
Este componente que ocupa entre 60% a 75% del volumen de la mezcla, son esencialmente
materiales inertes, de forma granular, naturales o artificiales, las cuales han sido separadas en
fracciones finas (arena) y gruesas (piedra), en general provienen de las rocas naturales.
Gran parte de las características del concreto, tanto en estado plástico como endurecido,
dependen de las características y propiedades de los agregados, las cuales deben ser estudiadas
para obtener concretos de calidad y económicos.
Los agregados bien graduados con mayor tamaño máximo tienen menos vacío que los de menor
tamaño máximo; por consiguiente, si el tamaño máximo de los agregados en una mezcla de
concreto se aumenta, para un asentamiento dado, los contenidos de cemento y agua
disminuirán. En general, el tamaño máximo del agregado deberá ser el mayor económicamente
disponible y compatible con las dimensiones de la estructura.
Las partículas de agregado alargadas y chatas tienen efecto negativo sobre la trabajabilidad y
obligan a diseñar mezclas más ricas en agregado fino y por consiguiente a emplear mayores
cantidades de cemento y agua. Se considera que dentro de este caso están los agregados de
perfil angular, los cuales tienen un alto contenido de vacíos y por lo tanto requieren un
porcentaje de mortero mayor que el agregado redondeado.
El perfil de las partículas, por sí mismo, no es un indicador de que un agregado está sobre o bajo
el promedio en su capacidad de producir resistencia.
8.4. El Aire
Aire atrapado o natural, usualmente entre 1% a 3% del volumen de la mezcla, están en función
a las características de los materiales que intervienen en la mezcla, especialmente de los
agregados en donde el tamaño máximo y la granulometría son fuentes de su variabilidad,
también depende del proceso de construcción aplicado durante su colocación y compactación.
El ACI 212 la define como: “un material distinto del agua, agregados y cemento hidráulico, que
se usa como ingrediente de concretos y morteros el cual se añade a la mezcla inmediatamente
antes o durante su mezclado”.
Su empleo puede radicar por razones de economía o por mejorar puntualmente alguna
propiedad del concreto tanto en estado fresco o endurecido como, por ejemplo: reducir el calor
de hidratación, aumentar la resistencia inicial o final, etc.
Siempre que sea posible, la dosificación del concreto deberá basarse en datos obtenidos de
experiencias en laboratorio en las cuales han sido utilizados los materiales a ser empleados en
LAB. CONCRETO
obra, si esta información es limitada, o en el peor de los casos no se dispone de esta información
dadas en estas recomendaciones pueden ser empleadas.
Las especificaciones con que el diseñador cuenta, pueden ser algunas o todas las
siguientes.
Método 1
∑(𝑋𝑖 − 𝑋̅)2
𝑆=√
(𝑛 − 1)
Donde:
Si se posee dos grupos de ensayos consecutivos que totalicen por lo menos un registro
de 30 ensayos consecutivos, la desviación estándar promedio se calculará con la
siguiente fórmula:
Donde:
LAB. CONCRETO
Método 2
El registro de ensayos a que se hace referencia en este Método deberá cumplir con los requisitos
a), b) del método 1 y representar un registro de ensayos consecutivos que comprenda un
periodo de no menos de 45 días calendario.
f'cr = fC+1.34s………………..(1)
Donde:
f 'c f ' cr
LAB. CONCRETO
Las Normas de Diseño Estructural recomiendan que el tamaño máximo nominal del agregado
grueso sea el mayor que sea económicamente disponible, siempre que sea compatible con las
dimensiones y características de la estructura.
La Norma Técnica de Edificación E. 060 prescribe que el agregado grueso no deberá ser mayor
de:
El tamaño máximo nominal determinado aquí, será usado también como tamaño máximo
simplemente.
Se considera que, cuando se incrementa el tamaño máximo del agregado, se reducen los
requerimientos del agua de mezcla, incrementándose la resistencia del concreto. En general
este principio es válido con agregados hasta 40mm (1 ½’’). En tamaños mayores, sólo es
aplicable a concretos con bajo contenido de cemento.
Consistencia Asentamiento
Seca 0” (0mm) a 2” (50mm)
Plástica 3” (75mm) a 4” (100mm)
Fluida ≥ 5’’ (125mm)
Las recomendaciones del Comité 211 del ACI, nos proporciona una primera estimación del
agua de mezclado para concretos hechos con diferentes tamaños máximos de agregado con o
sin aire incorporado.
AGUA UNIDAD
200 LT/m3
Como se observa, la tabla 4.1 no toma en cuenta para la estimación del agua de mezclado las
incidencias del perfil, textura y granulometría de los agregados. Debemos hacer presente que
estos valores tabulados son lo suficientemente aproximados para una primera estimación y que
dependiendo del perfil, textura y granulometría de los agregados, los valores requeridos de agua
de mezclado pueden estar algo por encima o por debajo de dichos valores.
Al mismo tiempo, podemos usar la tabla 4.2 para calcular la cantidad de agua de mezcla
tomando en consideración, además de la consistencia y tamaño máximo del agregado, el perfil
del mismo. Los valores de la tabla 4.2 corresponden a mezclas sin aire incorporado.
LAB. CONCRETO
Obtenidos los valores de cantidad de agua y de aire atrapado para un metro cúbico de concreto
procedemos a calcular el volumen que ocupan dentro de la unidad de volumen de concreto:
Existen dos criterios (por resistencia, y por durabilidad) para la selección de la relación a/c, de
los cuales se elegirá el menor de los valores, con lo cual se garantiza el cumplimiento de los
LAB. CONCRETO
requisitos de las especificaciones. Es importante que la relación a/c seleccionada con base en la
resistencia satisfaga también los requerimientos de durabilidad.
Para concretos preparados con cemento Pórtland tipo 1 o cementos comunes, puede tomarse
la relación a/c de la tabla 6.1.
Tabla 6.2. Máxima relación agua/cemento permisible para concretos sometidos a condiciones
especiales de exposición.
RELACIÓN
CONDICIONES DE EXPOSICION AGUA/CEMENTO
MÁXIMA.
Una vez que la cantidad de agua y la relación a/c han sido estimadas, la cantidad de cemento
por unidad de volumen del concreto es determinada dividiendo la cantidad de agua por la
relación a/c. Sin embargo es posible que las especificaciones del proyecto establezcan una
cantidad de cemento mínima. Tales requerimientos podrían ser especificados para asegurar un
acabado satisfactorio, determinada calidad de la superficie vertical de los elementos o
trabajabilidad.
Se determina el contenido de agregado grueso mediante la tabla 8.1, elaborada por el Comité
211 del ACI, en función del tamaño máximo nominal del agregado grueso y del módulo de
fineza del agregado fino. La tabla 8.1 permite obtener un coeficiente b/b0 resultante de la
división del peso seco del agregado grueso entre el peso unitario seco y compactado del
agregado grueso expresado en kg/m3
Estos volúmenes han sido seleccionados a partir de relaciones empíricas para producir concretos
con un grado adecuado de trabajabilidad para construcciones armadas usuales.
Para concretos más trabajables, tales como los que pueden requerirse cuando la colocación es
hecha por bombeo, los valores pueden reducirse hasta en un 10%.
Obtenido b/b0 procedemos a calcular la cantidad de agregado grueso necesario para un metro
cúbico de concreto, de la siguiente manera:
𝑏
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐴. 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜(𝑘𝑔/𝑚3 ) = 𝑥(𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐴. 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜)
𝑏0
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐴. 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 (𝑘𝑔) = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝑑𝑒𝑙 𝐴. 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 𝑥(𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐴. 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜)
𝑏
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐴. 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 (𝑘𝑔) = 𝑥(𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐴. 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜)
𝑏0
Paso 9: Calculo de los volúmenes absolutos.
LAB. CONCRETO
Se calculara el volumen absoluto del Agua, Aire atrapado, cemento y del agregado
grueso.
𝑃𝑒𝑠𝑜 (𝐾𝑔)
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 (𝐾𝑔/𝑚3 ) =
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 (𝑚3 )
Por tanto para determinar el volumen absoluto será:
𝑃𝑒𝑠𝑜 (𝐾𝑔)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 (𝑚3 ) =
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 (𝐾𝑔/𝑚3 )
𝑉𝑜𝑙. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑜(𝑚3 ) = 1 − (𝑉𝑜𝑙. 𝑎𝑔𝑢𝑎 + 𝑉𝑜𝑙. 𝑎𝑖𝑟𝑒 + 𝑉𝑜𝑙. 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 + 𝑉𝑜𝑙. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜)
Por consiguiente el peso seco del agregado fino será:
𝑃𝑒𝑠𝑜 (𝐾𝑔)
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 (𝐾𝑔/𝑚3 ) =
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 (𝑚3 )
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐴. 𝑓𝑖𝑛𝑜 (𝑘𝑔) = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝑑𝑒𝑙 𝐴. 𝑓𝑖𝑛𝑜 𝑥(𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐴. 𝑓𝑖𝑛𝑜)
El contenido de agua añadida para formar la pasta será afectada por el contenido de humedad
de los agregados. Si ellos están secos al aire absorberán agua y disminuirán la relación a/c y la
trabajabilidad. Por otro lado si ellos tienen humedad libre en su superficie (agregados mojados)
aportarán algo de esta agua a la pasta aumentando la relación a/c, la trabajabilidad y
disminuyendo la resistencia a compresión. Por lo tanto estos efectos deben ser tomados
estimados y la mezcla debe ser ajustada tomándolos en cuenta.
Por lo tanto:
Si:
𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 = %𝑊𝑔
𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝐺𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 {
% 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 = %𝑎𝑔
𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 = %𝑊𝑓
𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝐹𝑖𝑛𝑜 {
% 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 = %𝑎𝑓
%𝑊𝑓
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴. 𝑓𝑖𝑛𝑜 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜(𝑘𝑔) = (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴. 𝑓𝑖𝑛𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜). (1 + )
100
Agua Efectiva:
%𝑊𝑔 − %𝑎𝑔
𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 = (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴. 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜). ( )=𝑋
100
%𝑊𝑓 − %𝑎𝑓
𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑜 = (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴. 𝑓𝑖𝑛𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜). ( )=𝑌
100
𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝐿𝑡𝑠) = 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 − (𝑋 + 𝑌)
FECHA 05/07/2018
AGREGADO GRUESO
Nro De Ta ra E4 E5 E3
Pes o de Ta ra 29.78 29.91 92.29
AGREGADO FINO
Nro De Tara E1 E2 E3
Peso de Tara 30.91 33.54 31.79
Peso de Tara + M. Húmeda 311.43 329.79 340.65
AGREGADO FINO
PESO UNITARIO SUELTO
NUMERO DE MOLDE 1 2 3
AGREGADO FINO
PESO UNITARI0 COMPACTADO
NUMERO DE MOLDE 1 2 3
AGREGADO GRUESO
PESO UNITARIO SUELTO
NUMERO DE MOLDE 1 11 III
1001 1001 1001
P O DEL MOLDE gr. 0 0 0
1846 1836 1846
PESO MOLDE + MUESTRA gr. 0 5 5
PESO DE LA MUESTRA gr. 8450 8355 8455
VOLUMEN DEL MOLDE cm3 5560 5560 5560
PESO UNITARIO Gr/Cm3 1.52 1.503 1.521
PESO UNITARIO HUMEDO KG/M3 1514
PESO UNITARIO SECO KG M3, 1514
AGREGADO GRUESO
PESO UNITARIO COMPACTADO
MOLDE NRO. 1 11 111
1.. DATOS
S PESO DE LA MUESTRA DE ARENA SUPERFICIALMENTE SECA 500
B PESO DEL PICNOMETRO +PESO DEL AGUA 705.8
C PESO DE LA ARENA SUPERFICIALMENTE SECA+PESO DEL PICNOMETRO+PESO 1010.84
DEL AGUA
A PESO DE LA ARENA SECADA AL HORNO 483.53
LAB. CONCRETO
11.- RESULTADOS %
1 PESO ESPECIFICO APARENTE (A/(B+S-C)) PESO ESPECIFICO APARENTE (SS) 2.48
2 DE ABSORCION: 2.56
3 3.41
1.. DATOS GR
1 PESO DE LA MUESTRA SECADA AL HORNO GR. 2014.54
11.- RESULTADOS
1 PESO ESPECIFICO APARENTE (A/(S-C)) PESO ESPECIFICO APARENTE (SS) 2.45
2 PESO ESPECIFICO APARENTE (SS) 2.5
FECHA 05/07/2018
11. DOSIFICACION
CALCULO DE RF 51.12
DESCRIPCION EN P3 PROPORCION
CEMENTO 9.412 1
AGREGADO FINO 18.102 1.92
AGREGADO GRUESO 17.896 1.9
AGUA 24.492 24.49
LAB. CONCRETO