DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO: CONCEPTOS BÁSICOS

Experto
JESÚS DAVID OSORIO

Ingeniero Civil

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RESUMEN: 

Es importante saber que se han realizado una gran cantidad de trabajos relacionados con los aspectos teóricos del diseño de mezclas de concreto, en buena parte se entiende que el diseño de mezcla es un procedimiento empírico, y aunque hay muchas propiedades importantes del concreto, la mayor parte de procedimientos de diseño están basados principalmente en lograr una resistencia a compresión para una edad determinada así como la manejabilidad apropiada para un tiempo determinado, además se debe diseñar para unas propiedades que el concreto debe cumplir cuando una estructura se coloca en servicio

MANEJABILIDAD

Es importante que el concreto se diseñe con la manejabilidad adecuada para la colocación, esta depende principalmente de las propiedades y características de los agregados y la calidad del cemento. Cuando se necesita mejorar las propiedades de manejabilidad, se puede pensar en incrementar la cantidad de mortero.

Es fundamental la comunicación entre el diseñador, el constructor y el productor de concreto con el propósito de asegurar una buena mezcla de concreto. Una adición de agua en la obra es la peor solución para mejorar la manejabilidad del concreto, es totalmente contraproducente para la calidad del producto.

Diseño de mezcla para pavimento rígido en concreto. Foto: Argos.

RESISTENCIA Y DURABILIDAD DEL CONCRETO

El concreto es diseñado para una resistencia mínima a compresión. Esta especificación de la resistencia puede tener algunas limitaciones cuando se especifica con una máxima relación agua cemento y se condiciona la cantidad de material cementante. Es importante asegurar que los requisitos no sean mutuamente incompatibles. O en algunos casos la relación agua/material cementante se convierte en la características mas importante por tema de durabilidad.

En algunas especificaciones puede requerirse que el concreto cumpla con ciertos requisitos de durabilidad relacionados con congelamiento y deshielo, ataques químicos, o ataques por cloruros, casos en los que la relación agua cementoel contenido mínimo de cemento y el uso de aditivos se convierten en pieza fundamental para el diseño de una mezcla de concreto.

Esto nos lleva a tener presente que una mezcla perfecta o diseñada bajos los criterios de durabilidad no producirá ningún efecto si no se llevan a cabo procedimientos apropiados de colocación, compactación acabado, protección y curado.

LA ECONOMÍA DE EN LAS MEZCLAS DE CONCRETO

El costo de la elaboración de una mezcla de concreto está constituido básicamente por el costo de los materiales, equipo y mano de obra.

La variación en el costo de los materiales se debe a que el precio del cemento por kilo es mayor que el de los agregados y de allí, que la proporción de estos últimos minimice la cantidad de cemento sin sacrificar la resistencia y demás propiedades del concreto. La diferencia en costo entre los agregados generalmente es secundaria; sin embargo, en algunas localidades o con algún tipo de agregadoespecial pueden ser suficientes para que influya en la selección y dosificación. El costo del agua usualmente no tiene ninguna influencia, mientras que el de los aditivos puede ser importante por su efecto potencial en la dosificación del cemento y los agregados.

El costo de la mano de obra depende de la trabajabilidad de la mezcla y de los métodos de colocación y compactación. Una mezcla poco trabajable con un equipo de compactación deficiente aumenta los costos de mano de obra

También la economía de un diseño de mezcla se debe contemplar el grado de control de calidad que se espera en la obra. El concretotiene una variabilidad tanto la calidad de los materiales, la producción y las acciones que se ejecutan en la obra. En obras pequeñas “sobre diseñar” el concreto puede resultar económico entre comillas pero en una obra muy grande de altos volúmenes de concreto se debe implementar un extenso control de calidad con el propósito de mejoran los costó y la eficiencia.

DOSIFICACIÓN DE UNA MEZCLA DE CONCRETO

Las proporciones de la mezcla de concreto que cumpla con dichas características con los materiales disponibles, se logra mediante el sistema de prueba y error o el sistema de ajuste y reajuste.

Dicho sistema consiste en preparar una mezcla de concreto con unas proporciones iniciales y calculadas por diferentes métodos. A la mezcla de prueba se le realizan los diferentes ensayos de control de calidad como asentamiento, pérdida de manejabilidad, masaunitaria, tiempos de fraguado y resistencia a la compresión.

Estos datos se comparan con la especificación y si llegan a ser diferentes o no cumplen con la expectativa de calidad se reajustan las cantidades, se elabora nuevamente la mezcla que debe cumplir todos los ensayos de control de calidad, si nuevamente no cumple los requisitos exigidos es necesario revisar los materiales, el método del diseño y nuevamente otra mezcla de concreto hasta ajustar los requisitos exigidos por la especificación.

Especímenes cilíndricos de concreto. Foto: Argos

DATOS DE LOS MATERIALES

De las propiedades de los materiales que se van a utilizar se debe conocer:

  • Granulometría
  • Módulo de finura de la arena
  • Tamaño máximo de la grava
  • Densidad aparente de la grava y de la arena
  • Absorción del agrava y de la arena
  • Masa unitaria compacta de la grava
  • Humedad de los agregados inmediatamente antes de hacer las mezclas
  • Densidad del cemento

PROCESO PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO

  • Estudio de las especificaciones de la obra
  • Definición de la resistencia Compresión/flexión
  • Elección del asentamiento
  • Determinar TM – TMN
  • Estimación cantidad de aire
  • Estimación contenido de agua
  • Definir relación agua/material cementante
  • Contenido de material cementante
  • Verificar las granulometrías de los agregados
  • Estimación de agregado grueso
  • Estimación de agregado fino
  • Ajuste por humedad
  • Ajuste del diseño de mezcla

Los métodos de diseño de mezclas de concreto van desde los analíticos experimentales y empíricos, hasta volumétricos, todos estos métodos han evolucionado y ha llevado a procedimientos acordes con las necesidades de los proyectos y se han desarrollado algunas guías ya normalizadas para darle cumplimiento a la calidad del concreto en la obras.

Los comentarios y experiencias sobre este tema, son bienvenidos.

Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados. 

Una adición de agua en la obra es la peor solución para mejorar la manejabilidad del concreto, es totalmente contraproducente para la calidad del producto.

CONCLUSIÓN

El concreto tiene una variabilidad tanto la calidad de los materiales, la producción y las acciones que se ejecutan en la obra. El costo de la mano de obra depende de la trabajabilidad de la mezcla y de los métodos de colocación y compactación.

Un comentario

  1. Hola Jesús david: Quiero hacer diferencia entre dosificar una mezcla y diseñarla. Mira lo que tengo:

    Diseños clásicos de mezclas de concreto: Son los procesos que se utilizan para verificar las especificaciones del concreto y establecer sus proporciones normativas (dosificación de mezcla), sobre aceptación y rechazo, de acuerdo con determinados ensayos físicos, químicos, mecánicos, eléctricos y magnéticos de obra y/o laboratorio. La normativa, la trabajabilidad, la textura, el tiempo de fraguado para el bombeo y el desencofrado, las resistencias, el control de calidad, la durabilidad y la economía, son las guías para el futuro de los diseños clásicos de mezclas.

    Dosificar la mezcla de concreto: Es encontrar los materiales, las combinaciones entre ellos y las proporciones con que se va a fabricar la mezcla de concreto dirigida a los vaciados en obra; conseguidas por medio de ensayos de laboratorio. Puede contener observaciones, aclaraciones, recomendaciones, ampliaciones, verificaciones y conformidades. Ver NSR-10 C.5.2 Dosificación del concreto.

    Diseño dinámico de mezcla de concreto: Consiste en encontrar las proporciones apropiadas de materiales que componen una mezcla fresca (sin fraguar), de manera que el concreto ya curado, cumpla para cada clase de concreto especificado y en todo momento que hayan vaciados, con el nivel de resistencia establecido por la norma de construcción sismo resistente. Comprende el seguimiento y el ajuste permanente y continuo de las proporciones de los materiales utilizados durante la construcción, mediante el equilibrio de fuerzas, el equilibrio de masas, el equilibrio de obra y el equilibrio de calidad. Perfecciona los “diseños clásicos” de mezclas de concreto.

    Equilibrio dinámico de mezcla de concreto. Comprende el equilibrio de cuatro componentes fundamentales: Componente de fuerza, componente de masa, componente de obra y componente de calidad; que son las que establecen el diseño equilibrado de mezcla. En este sentido, se establece la diferencia del término “dosificación de mezcla”, que incluye solo las proporciones de materiales que poseen determinadas características.

    Equilibrio de fuerzas: Consiste en verificar las proporciones de materiales y ajustarlas, en caso de ser necesario, cada vez que se realiza un ensayo de resistencia, para que cumpla a cabalidad con la resistencia promedio requerida (f´cr), que exige el diseño estructural. Si la resistencia promedio a compresión a 28 días (Rp28) es igual a la resistencia promedio requerida (f´cr), el diseño de mezcla está equilibrado a nivel de fuerzas. Se logra mediante el porcentaje de cemento (Pc%), que ajusta las proporciones de materiales para que se cumplan las condiciones. Es posible entonces, encontrar la mínima cantidad de cemento que equilibra las fuerzas, de la cual depende en gran medida la economía de la obra.

    Equilibrio de masas: Se logra cuando la densidad del hormigón (Dh, kg/m3) es igual a la suma de los consumos de cada uno de los materiales individuales (∑CM_, kg/m3). También, cuando la densidad es igual al consumo de cemento afectado por el factor de modificación de mezcla (FM). El equilibrio de masas se expresa matemáticamente mediante una ecuación.

    Equilibrio de obra: Se logra cuando la cantidad teórica de materiales que recomienda la dosificación, es igual a la cantidad real utilizada en obra. La dosificación recomendada por el diseño, debe ser corregida de acuerdo con los valores reales reportados en obra. Se puede correlacionar con la resistencia proyectada mediante fórmula.

    Equilibrio de calidad: Se logra cuando el control de calidad en obra arroja una desviación estándar S, menor que 50 [MPa] y un coeficiente de variación Var%, menor que 5,0%. El último valor indica que los picos altos y bajos de resistencias que se apartan demasiado de la media, se deben a deficiencias en calibración de equipos y a errores o equivocaciones de medición, por tal motivo no es un valor con resultados significativos.

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Acerca del autor

  • JESÚS DAVID OSORIO

    Profesión: Ingeniero Civil
    País: Colombia

    Soy Ingeniero Civil , Especialista en Gerencia de Calidad y Gerencia de Proyectos con 16 años de experiencia en el campo de la tecnología del concreto y sus aplicaciones en obras civiles. Como investigador me han interesado las patologías y la petrografía del concreto, el módulo de elasticidad, contracción y permeabilidad del concreto, así como la reactividad álcali de los agregados. Soy docente de cátedra en la Universidad Javeriana de Cali y actualmente trabajo en Argos como Asesor Técnico del Negocio Industrial. En los últimos años he trabajado en el desarrollo de estrategias de investigación enfocadas a la venta y al mercado de la construcción.

    'La ingeniería combina disciplina, conocimiento y métodos de ejecución que se aplican creativamente al diseño, optimización y control, para satisfacer las necesidades del ser humano para mejorar su calidad de vida.'.

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