6. diseno de_mezcla

DISEÑO DE MEZCLA DE
CONCRETO HIDRÁULICO
Por:
LADY PEÑA
http://goo.gl/33DxT - 15/05/2012

DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO
CEMENTO
AIRE
COMBINACIÓN CORRECTA
CONCRETO ESPECIFICADO
RESISTENCIA TRABAJABILIDAD
Endurecido a una edad
especificada.
Facilidad de colocación,
compactado y acabado.
AGREGADOS
AGUA ADITIVOS
Principios
empíricos
“ARTE”
Principios
científicos
“TECNICOS”

COSTOS RESISTENCIA DURABILIDAD
VARIABLES
PASTA DE CEMENTO
AGREGADO
CEMENTO
ADITIVO
ARENA
GRAVA
AGUA
TRABAJABILIDAD

METODO DE PESO
PROCEDIMIENTOS PARA DETERMINAR
EL PROPORCIONAMIENTO
METODO DE VOLUMEN
ABSOLUTO

COMPONENTES DE LA MEZCLA DE CONCRETO
HIDRÁULICO
COMPONENTES MÍNIMOS DE LA MEZCLA DE
7%
59%
14%
1%
CONCRETO
Cemento Portland
Agregados (Finos y Gruesos)
Agua
Aire y Aditivos

COMPONENTES MÁXIMOS DE LA MEZCLA DE
15%
76%
18%
3%
CONCRETO
Cemento Portland
Agregados
Agua
Aire y Aditivos

PROPORCIONES DE MATERIAL PARA 1 m3 DE MATERIAL
MEZCLA (Relación) CEMENTO (Kg) ARENA (m3) GRAVA (m3)
RESISTENCIA A LOS 28 DÍAS
(Kg/cm2)
1:2:2 420 ~ 8,1/2 0,670 0,670 220 ~ 260
1:2:21/2 380 ~ 7,1/2 0,600 0,760 210 ~ 260
1:2:3 350 ~ 7 0,550 0,835 200 ~ 240
1:2:31/2 320 ~ 6,1/2 0,515 0,900 190 ~ 240
1:2:4 300 ~ 6 0,475 0,950 180 ~ 240
1:21/2:4 280 ~ 5,1/4 0,555 0,890 170 ~ 230
1:3:3 300 ~ 6 0,715 0,715 150 ~ 190
1:3:4 260 ~ 5,1/4 0,625 0,835 140 ~ 180
1:3:5 230 ~ 4,1/2 0,555 0,920 110 ~ 140
1:3:6 210 ~ 4 0,500 1,000 100 ~ 130
1:4:7 175 ~ 3,1/2 0,555 0,975 80 ~ 110
1:4:8 160 ~ 3,1/4 0,515 1,025 70 ~ 100

DATOS NECESARIOS PARA REALIZAR EL DISEÑO DE
MEZCLA
1. GRANULOMETRIA del agregado (Modulo de finura).
2. PESO UNITARIO varillado seco del agregado grueso.
3. DENSIDAD de los materiales.
4. CONTENIDO DE HUMEDAD libre en el agregado (Absorción).
5. Requerimientos aproximados de agua para la mezcla (Tabla).
6. Relaciones entre la resistencia y la relación agua-cemento para las
combinaciones de cemento agregado (Tabla).
7. ESPECIFICACIONES de la obra.

EJEMPLO
Calcular la proporción del material en
kilogramos: de cemento, agua, grava y arena,
para elaborar el concreto de una zapata.
http://goo.gl/fnK7p - 15/05/2012

ESPECIFICACIONES DE LA OBRA
1. Tipo de construcción: Zapata de concreto reforzado.
2. Exposición del concreto: Mediana.
3. Tamaño máximo del agregado: 38 mm.
4. Asentamiento: de 7,5 a 10 cm.
5. Resistencia a la compresión especificada a los 28
días: 24,5 MPa (250 kg/cm2).

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES SELECCIONADOS
CARACTERISTICA CEMENTO ARENA GRAVA
Densidad relativa. 3,15 2,6 2,7
Peso unitario (kg/m3). 3150 2600 2700
P.U. Agitado seco (kg/m3). 1600
Modulo de finura 2,8
Desviación de humedad a condición
SSS (%).
+ 2,5 + 0,05

1. SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO
Verificar el asentamiento especificado o bien seleccionar un valor
apropiado en este caso 7,5 a 10 cm (ver tabla).
ASENTAMIENTO RECOMENDADO PARA VARIOS TIPOS DE CONSTRUCCIÓN
TIPOS DE CONSTRUCCIÓN
Asentamiento (cm)
Máximo Mínimo
Cimentaciones reforzadas, muros y zapatas. 7,5 2,5
Zapatas simples, estribos y muros de subestructuras. 7,5 2,5
Vigas y muros reforzados. 10 2,5
Columnas de edificios. 10 2,5
Pavimentos y losas. 7,5 2,5
Concreto masivo. 7,5 21,5
Por lo que se puede aceptar el valor propuesto:
Asentamiento = 7,5 a 10 cm.

2. SELECCIÓN TAMAÑO MÁXIMO DEL AGREGADO
Generalmente, el tamaño máximo del agregado grueso deberá ser lo
mayor que este disponible económicamente y en concordancia con las
dimensiones de la estructura.
En ningún caso deberá exceder el tamaño máximo a:
• Un quinto de la dimensión mas angosta entre los lados de la cimbra.
• Un tercio del peralte de las losas.
• Tres cuartos del espacio libre mínimo entre varillas de refuerzo.
Tamaño máximo del agregado = 38 mm.

3. CALCULO DE AGUA DE MEZCLADO Y CONTENIDO DE
AIRE
La cantidad de agua por unidad de volumen de concreto requerida para
producir un asentamiento dado, depende:
• Del tamaño máximo de las partículas.
• De la forma y la granulometría de los agregados.
• Así como la cantidad de aire incluido.
Pero el contenido de cemento no afecta seriamente la mezcla.
Entonces para determinar la cantidad de agua, vemos la siguiente tabla
para un asentamiento de 7,5 a 10 cm y un agregado máximo de 38 mm.

3. CALCULO DE AGUA DE MEZCLADO Y CONTENIDO DE
AIRE
AGUA DE MEZCLADO APROXIMADO (kg/cm3)
Concreto sin aire incluido
Asentamiento (cm)
Tamaño máximo nominal de los agregados (mm)
10 13 20 38 50 75
2,5 a 5 208 199 190 166 154 130
7,5 a 10 228 216 205 181 169 145
15 a 17,5 243 228 216 190 178 160
Aire atrapado (%) 3 2,5 2 1 0,5 0,3
Cantidad de agua es de 181 kg; con 1% de
aire atrapado.

4. SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO
• La f‘c es la resistencia especificada del concreto.
• La f‘cr es la resistencia promedio a la compresión del concreto.
La f‘cr que ha de utilizarse como base para calcular las proporciones de la
mezcla, deberá ser la que resulte mayor de las siguientes ecuaciones.
1. f‘cr = f‘c + 1.34 S; donde hay 1% de probabilidad de que el promedio
de tres pruebas este debajo de f‘c.
2. f‘cr = f‘c + 2.33 S - 35; donde hay 1% de probabilidad de que una
prueba (solo una) este 35 kg o mas por debajo de f‘c.

f’cr
f’cr

f’cr
f’c
S

f’c
f’cr
f’cr = f´c + 1.34 S

Cuando no se cuenta con datos adecuados para establecer una
desviación estándar, la resistencia promedio requerida puede
determinarse en la forma siguiente:
f’c (kg/cm2) f’cr (kg/cm2)
< 210 f’c + 70
210 a 350 f’c + 84
> 350 f’c + 99
Calculando la resistencia promedio de las ecuaciones, suponiendo una
desviación estándar de 2,1 MPa, según experiencias pasadas.
• f‘cr = f‘c + 1,34 S; donde: f’cr = 245 + 1,34 x 21 = 27,3 MPa.
• f‘cr = f‘c + 2,33 S - 35; donde: f’cr = 245 + 2,33 x 21- 35 = 25,9 MPa.
Por lo que tomamos el mayor valor que resulte.
f‘cr = 27,3 MPa.

La relación agua cemento lo determinamos según la siguiente tabla:
Relación Agua-Cemento
Resistencia a la
compresión a 28 días
(MPa)
Relación Agua-Cemento (por peso)
Concreto sin aire incluido Concreto con aire incluido
40 0,42 -
35 0,47 0,39
30 0,54 0,45
25 0,61 0,52
20 0,69 0,60
15 0,79 0,70
Interpolamos, y tenemos que para f’cr = 27.3 MPa.
Relación Agua-Cemento = 0,58.

5. CALCULO DEL CONTENIDO DE CEMENTO
Formula para determinar la cantidad de cemento:
퐶푒푚푒푛푡표 =
퐴푔푢푎
푅푒푙푎푐푖ó푛 퐴푔푢푎 − 퐶푒푚푒푛푡표
Entonces tenemos:
퐶푒푚푒푛푡표 =
181 퐾푔
0,58
Cemento = 312 kg.

6. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO
GRUESO
Para un grado adecuado de TRABAJABILIDAD, el volumen de agregado
grueso por unidad de volumen del concreto depende solamente de su
TAMAÑO MAXIMO y del MODULO DE FINURA del agregado fino.
Cuanto mas fina es la arena y mayor el tamaño de las partículas del
agregado grueso, mayor es el volumen de agregado grueso que puede
utilizarse para producir una mezcla de concreto de trabajabilidad
satisfactoria.
Si tenemos un tamaño máximo de grava de 38 mm y 2,8 para un modulo
de finura de la arena, recurrimos a una tabla para determinar el factor
que nos servirá para determinar el volumen de la grava.

VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO POR UNIDAD DE VOLUMEN DE CONCRETO
Tamaño máximo del
agregado (mm)
Volumen de agregado grueso varillado en seco por unidad de volumen de
concreto para diferentes módulos de finura
2,4 2,6 2,8 3
10 0,5 0,48 0,46 0,44
13 0,59 0,57 0,55 0,53
20 0,66 0,64 0,62 0,6
25 0,71 0,69 0,67 0,65
38 0,75 0,73 0,71 0,69
59 0,78 0,76 0,74 0,72
Entonces, el peso de grava varillado en seco es:
• Grava = Fvg x PUVS
• Grava = 0.71 x 1600
Grava = 1136 Kg.

7. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO FINO
• METODO DE PESO: Si el peso unitario del concreto fresco se conoce por
una previa experiencia entonces el peso requerido del agregado fino
es simplemente la diferencia entre el peso por unidad del concreto y los
pesos totales del agua, cemento y agregado grueso.
• METODO DE VOLUMEN ABSOLUTO: El volumen total desplazado por los
ingredientes conocidos (agua, aire, cemento, grava) se resta al
volumen unitario del concreto (1 m3) para obtener el volumen
requerido del agregado fino. Este a su vez es convertido en unidades
de peso multiplicándolo por la densidad del material.

Si no se tiene el peso del concreto, hay que estimarlo conforme a la
siguiente tabla:
Primera estimación del peso de concreto fresco ( kg/m3 )
Tamaño máximo del agregado (mm) Peso del concreto, sin aire incluido
10 2280
13 2310
20 2350
25 2380
38 2415
50 2445
Según la tabla estimamos el peso del concreto para una grava de 38 mm
y nos da un valor de 2415 kg/m3.
Entonces, el peso de la arena es:
• Arena = Concreto - ( agua + cemento + grava )
• Arena = 2415 - ( 181 + 312 + 1136 )
Arena = 786 Kg.

8. AJUSTES POR HUMEDAD DEL CONCRETO
Generalmente los agregados en el almacén están húmedos, mas que los
considerados en el calculo, con base a los agregados superficialmente
secos.
Para la mezcla por tanteo, dependiendo de la cantidad de humedad
libre de los agregados, el agua de mezclado se reduce y la cantidad de
los agregados se incrementa correspondientemente.
Ajuste por humedad para la mezcla de prueba de laboratorio.
Reducimos los valores para 30 litros.

Material kg/m3 Factor
kg/30
litros
Correcciones Kg
Cemento 312 0,3 9,36 * 9,360
Arena 751 0,3 22,53
22,53 * 0,025 = 0,56
22,53 + 0,56
23,09
Grava 1136 0,3 34,08
34,08 * 0,005 = 0,17
34,08 + 0,17
34,25
Agua 181 0,3 5,43 5,4 - (0,56 + 0,17) 4,700
Total 2380 0,3 7,1 71,4

8. AJUSTES DE LA MEZCLA POR TANTEO
Debido a las muchas suposiciones, los cálculos teóricos deberán ser
verificados en pequeños volúmenes de concreto ( 30 litros ), la verificación
deberá ser en:
• Asentamiento.
• Trabajabilidad (Sin segregación).
• Peso unitario.
• Contenido de aire.
• Resistencia a la edad especificada.

• NORMA TECNICA COLOMBIANA (NTC) - documento
electrónico - fecha de consulta: 20 de Mayo de 2012.
• SANCHEZ DE GUZMAN, Diego - Tecnología del concreto y del
mortero - Capitulo 11 (Diseño de Mezcla) - 5ª Edición - Bhandar
Editores - Bogotá D.C. - 2000 - consultado el 18 Mayo de 2012.
http://goo.gl/dhWQ5 - 21/03/2012

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