Diseño de mezclas

Actualmente, el concreto es el elemento más usado en el ámbito mundial para la construcción, lo que
conlleva a la evolución de las exigencias para cada uso del mencionado elemento.
La demanda del concreto ha sido la base para la elaboración de los diferentes Diseños de Mezcla, ya que estos
métodos permiten a los usuarios conocer no sólo las dosis precisas de los componentes del concreto, sino
también la forma mas apropiada para elaborar la mezcla.. Los Métodos de Diseño de mezcla están dirigidos a
mejorar calificativamente la resistencia, la calidad y la durabilidad de todos los usos que pueda tener el
concreto.
Diseño de Mezcla
Es un proceso que consiste en calcular las proporciones de los elementos que forman el concreto, con el fin de
obtener los mejores resultados.
Existen diferentes métodos de Diseños de Mezcla; algunos pueden ser muy complejos como consecuencia a la
existencia de múltiples variables de las que dependen los resultados de dichos métodos, aún así, se desconoce
el método que ofrezca resultados perfectos, sin embargo, existe la posibilidad de seleccionar alguno según sea
la ocasión.
En oportunidades no es necesario tener exactitud en cuanto a las proporciones de los componentes del
concreto, en estas situaciones se frecuenta el uso de reglas generales, lo que permite establecer las dosis
correctas a través de recetas que permiten contar con un diseño de mezcla apropiado para estos casos.
Recetas Elementales
Diseño Unico
Una parte en volumen de agregado grueso, por una parte de arena y media parte de cemento, agua necesaria
para mantener la trabajabilidad. El agregado grueso varía entre piedra picada, grava, canto rodado picado o
canto rodado natural, mientras que la arena puede ser natural o de trituración.
La dosis de cemento puede ser medida a través de sacos enteros y medio saco si se cuenta con la experiencia
necesaria.
Receta Única
− Piedra o grava de 80 a 95 kgs.
− Arena de 65 a 80 kgs.
− Cemento un saco de 42.5 Kg, equivalente a 7.5 sacos de cementos
por metro cúbico.
− Agua la necesaria de 25 a 30 litros.
Se obtiene 130 litros de concreto, la resistencia esperada es de 18 Mpa (184 Kg/cm). Esta resistencia fue la
determinada a los 28 días en probetas cilíndricas de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura.
Si se emplean áridos de buena calidad, y se toman todas las medidas necesarias, se puede obtener una
1
resistencia mayor a los 18 Mpa, o puede suceder lo contrario.
Receta Ampliada.
Se deben tomar en consideración las características más importantes de los agregados, la granulometría y el
tamaño máximo. Con respecto a la granulometría solo se deben usar piedras o arenas balanceadas en sus
diferentes tamaños de granos, sin exceso o ausencia. Existen tres alternativas correspondientes al tamaño
máximo que se vaya a usar.
El agua debe aplicarse con una cantidad tal que se mantenga la trabajabilidad, y la colocación de moldes y
encofrados. Esta dosis debe ser lo más precisa posible ya que un exceso de agua disminuye la resistencia, por
ello los encargados de esta tarea deben tener experiencia mínima exigida.
Es necesario disponer de un procedimiento detallado, preciso y complejo para obtener resultados obtimos en
cuanto a cantidades y proporciones de los componentes del concreto se refiere, así existe la posibilidad de
tomar en cuenta los posibles cambios que afectan las características de los componentes, incrementando así
mayores índice de calidad.
Algunos métodos son probados en laboratorio y en plantas de preparación comercial, el que se mencionará a
continuación dio excelentes resultados y es muy usado en el caso del el empleo de agregados pocos
controlados.
Se basa en cuatro aspectos fundamentales; dosis de cemento, trabajabilidad, relación agua/cemento y
resistencia, todos estos fundamentos se relacionan a través de dos leyes: Relación Triangular y la Ley de
Abrams.
También toma en cuenta dos variables importantes: Tamaño Máximo y Tipos de Agregados, además de
explicar la calidad del cemento y el efecto reductor del agua de los aditivos químicos en su parte final; la
incorporación de aire, la presencia elevada de ultrafinos o el empleo de dos o más agregados.
El método explica deforma independiente la proporción entre agregado fino y grueso, también la
granulometría del agregado combinado lo que permite cambiar dicha proporción sin alterar la dosis de los
demás componentes.
Este método es usado para mezcla con resistencias entre los 18 y 42 Mpa, a los 28 días en probetas cilíndricas
de 15 x 30 cm, también es usado para concretos con asentamiento en Cono de Abrams entre 2.5 y 13 cm, este
método no es el más apropiado para las mezclas ultraresistentes.
Calculo de la Proporción entre Agregados Finos y Gruesos
Un determinado tipo de agregado fino se combina con algún agregado grueso, para dar origen a la mezcla, la
granulometría de ambos agregados son conocidos previamente. En la parte interna de la mezcla actúa una
combinación de agregados, que va desde la partícula más gruesa del agregado hasta la más fina de la arena. La
granulometría debe estar dentro de los límites correspondientes, solo así se puede esperar un buen resultado de
la mezcla, tanto en el aspecto de calidad como en el aspecto económico.
En el siguiente gráfico se mostrarán los límites granulométricos de las zonas aconsejables para agregados
combinados de los tamaños máximos más usados.
Datos para el Diseño de Mezcla.
Se refiere a las variables tomadas en cuenta dentro del diseño, probablemente una de las variables sea común
2
dentro de todos los métodos debido a que son de suma importancia, las restantes establecen la diferencia entre
cada método.
La información básica del método está constituida por los datos de entrada, gracia a ellas se puede llegar a la
dosificación esperada.
Los Datos de entrada son:
• Lugar de la obra, o condiciones ambientales.
• Tipo de obra, o parte de la estructura.
• Tipo de agregados y tipo de cemento.
• Resistencia de diseño o algún dato relacionado.
El asentamiento es considerado en algunos métodos como dato de entrada, mientras que en otro se selecciona
de alguna tabla, con relación al tipo de elemento estructural al que se destine la mezcla próxima a diseñar.
Valores usuales de asentamiento
Ley de Abrams
Esta ley establece la relación entre la resistencia del concreto y la relación agua/cemento.
= a/c
donde a es la cantidad de agua en litro o en Kg, y c la dosis de cemento en Kg.
Una forma de representar la Ley de Abrams es:
R=M/N
Donde R es la resistencia media, M y N son constantes que dependen de las características de los materiales,
edad del ensayo y la forma de llevarlo a cabo.
Relación Triangular
Es la unión que relaciona la trabajabilidad, medida con el Cono de Abrams, la relación agua/cemento y dosis
de cemento.
Esta ley no se utiliza en otros métodos de diseño de mezcla conocido.
En el siguiente gráfico se presenta en forma esquematizada un resumen de los pasos necesarios para elaborar
un diseño de mezcla
Aire Atrapado
A pesar de que el concreto tenga una compactación de primera por efecto de vibración, siempre queda una
pequeña cantidad de aire, representado por la letra V.
V = C/P en litros/m,
C es la dosis de cemento y P el tamaño máximo.
3
Volumen Absoluto de los granos de Cemento
Se optiene al dividir la dosis de cemento entre su peso específico.
Se representa con la letra a.
a = C. en Kg./m
Volumen Absoluto de los Agregados.
Resulta al dividir la dosis de cada uno entre su peso específico en su estado de agregado saturado con
superficie seca.
Se simboliza como agregado grueso y para el fino.
Ecuación de volumen y calculo de la dosis de agregados.
G + A + 0.3C + a + V = 1000
g+a
= Se refiere a los agregados finos y grueso con granulometría definida, para calcular los pesos de cada uno de
los agregados, se despeja G + A y se combina con la expresión de la relación.
A
G+A
Por medio de esta formula es posible calcular los pesos de cada agregado, con este calculo culmina el diseño.
Diseños Inversos
Son los diseños que se desarrollan en forma contraria a los comunes, el más usual es el de averiguar que
resistencia se podrá obtener con materiales determinados con cierto asentamiento y una dosis de cemento
donde solo es necesario usar la parte superior del esquema.
Las variables que intervienen en los diseños de mezcla no tienen gran precisión ni teórica ni práctica, por ello
solo deben tomarce en cuenta tres o cuatro cifras significativas.
Existen otras variables que influyen en el diseño de mezcla, calidad del cemento y aditivos reductores del
agua.
Corrección por humedad
El método de diseño expuesto ha considerado la humedad de los agregados como condición ideal de saturados
con superficie seca, en la que el material ni sede ni toma agua de la mezcla.
Los agregados pueden estar en cualquier condición de humedad lo que afecta la cantidad de agua que se debe
usar, con el fin de mantener las proporciones reales del diseño.
A pesar de que el diseño de mezcla haya sido bien hecho las variables pueden desviar el resultado esperado,
por lo que siempre se recurre a la mezcla de prueba, ya sea en laboratorio o en la obra.
4
EJEMPLOS DE DISEÑO DE MEZCLA
Diseño 1
Se requiere un concreto de alta resistencia para la pared de un depósito, de sección pequeña, bastante armada
y, por todo ello, con dificultades de vibración.
Solución
• Este caso es típico para el empleo de aditivos superplastificantes de alto poder.
• Se utiliza una elevada dosis de cemento, tal como 12 sacos de cemento por metro cúbico, con un
aditivo que tenga una capacidad de reducción de agua del 35%, y yendo al máximo al asentamiento
que es de 20 cm, y sin tomar en cuenta los factores de corrección, se tendría:
C = 12 (42.5) = 510 Kg./m.
= 0.466.
f = 1.538.
= 0.303.
R28 = 46.0 Mpa.
• Un concreto totalmente autonivelante exigiría una fluidez mayor que la propuesta con 20 cm de
asentamiento, y por tanto tendría resistencias menores. Su consideración cae fuera del propósito de
este método de diseño de mezcla.
Diseño 2.
Se pretende definir un concreto para prefabricados, en mezcla seca que se compactará con alta energía de
vibración. Dosis de cemento de 12 sacos por metro cúbico. Se dispone de piedra picada con tamaño máximo
de ¾ pulgada, y una arena natural sin ultrafinos. Calcular la resistencia que se pudiera lograr.
Solución
− Para calcular , por la formula o por el gráfico, vamos a necesitar el dato del cemento, por lo cual
empezaremos por calcularlo.
C = 12 (42.5)/1.05 = 486 Kg./m.
• El valor mínimo de asentamiento para el cual siguen siendo válidas las constantes de la relación
triangular (y eso con reservas), es cuando T = 1 cm.
• Entonces, el valor de
= (117,2(1) ) = 0.335
486
− Esta habrá que descorregirla para poder entrar a la Ley de Abrams.
= 0.335/1.05 = 0.319
5
R = 44.4 Mpa (453 Kg./cm ).
• Con asentamientos nulos es evidente que se podría obtener resistencias más altas, pero su estudio
queda fuera de propósito de este método de diseño de mezcla.
• Mediante de aditivos superplastificantes de alto rango también sería posible obtener resistencias más
altas, pero dado que trabajan con alto nivel de asentamiento y grado de fluidez, no sería factible
obtener suficientes rigideces a muy corto plazo, capaces de permitir un rápido de desencofrado para el
reuso intensivo de los moldes.
6