TesisIng

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES
“OPTIMIZACIÓN DE MEZCLAS DE CONCRETO PARA PROYECTO LINEA 5 DEL
METRO DE CARACAS”
Por:
Diana Karina Herrera Llanos
INFORME DE PASANTÍA
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
Como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero de Materiales
Sartenejas, Marzo de 2012

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES
“OPTIMIZACIÓN DE MEZCLAS DE CONCRETO PARA PROYECTO LINEA 5 DEL
METRO DE CARACAS”
Por:
Diana Karina Herrera Llanos
Realizado con la asesoría de:
Tutor Académico: Prof. Thierry Poirier
Tutor Industrial: Ing. Gerardo Caballero
INFORME DE PASANTÍA
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
Como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero de Materiales
Sartenejas, Marzo de 2012

iv
RESUMEN
En el presente proyecto de pasantía se evaluaron distintos tipos de aditivos, plastificantes de
rango medio, alto y retardadores de fraguado principalmente, para la optimización en la
dosificación de mezclas de un mortero de resistencia 400 Kg/cm2
deasentamiento 8 1/2 – 9”, con
un factor de seguridad de 50 Kg/cm2
, y de un concreto de resistencia 310 Kg/cm2
de asentamiento
8 1/2” utilizadas en las obras de línea 5 del Metro de Caracas. Se realizaron mezclas
experimentales en laboratorio que permitieron el estudio del comportamiento de los aditivos, de
diferentes proveedores, utilizados en las mismas.
Como una primera etapa del proyecto se planteó el remplazo de los actuales aditivos utilizados
en el mortero. Luego de realizadas las mezclas experimentales, se efectuó una prueba semi-
industrial para corroborar en planta los resultados obtenidos a nivel de laboratorio. En esta prueba
no se observó un comportamiento de acuerdo a lo esperado, y se apreció poca robustez de los
resultados obtenidos en los ensayos previos.
Posteriormente, en una segunda etapa del proyecto, se evaluó también la posibilidad de realizar
el remplazo de la microsílice, componente del mortero, por nanosílice. Se obtuvieron mezclas
que pueden resultar posibles candidatas para la prueba industrial, bajo una respectiva validación
del comportamiento de las mismas. El mismo caso ocurrió para la evaluación de concreto, donde
se realizaron mezclas de prueba que permitieron dar una idea de posibles sinergias de remplazo
para los aditivos que se encuentran en uso, en pro de optimizar la composición de mezcla actual.

v
ÍNDICE GENERAL
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………….1
ÍNDICE GENERAL.............................................................................................................. v
Objetivos Generales .................................................................................................................. 3
Objetivos Específicos................................................................................................................ 3
CAPÍTULO 1MARCO TEORICO............................................................................................... 1
1.1 Diseños de mezcla......................................................................................................... 1
1.2 Conceptos básicos y terminología para la dosificación de hormigones........................ 6
1.2.1 Agregados.................................................................................................................. 6
1.2.2 Granulometría............................................................................................................ 7
1.2.3 Modulo de finura ..................................................................................................... 10
1.2.4 Material Ultrafino.................................................................................................... 10
1.2.5 Tamaño máximo...................................................................................................... 11
1.2.6 Combinación de agregados...................................................................................... 11
1.2.7 Peso unitario suelto y compacto de los agregados .................................................. 14
1.2.8 Humedad superficial y absorción de los agregados................................................. 15
1.2.9 Peso especifico ........................................................................................................ 17
1.2.10 Trabajabilidad, plasticidad y fluidez.................................................................... 18
1.2.11 Bombeabilidad..................................................................................................... 20
1.3 Dosificación de concretos según el comité 211 de la ACI.......................................... 22
1.3.1 Planilla de diseño de mezcla de concreto ................................................................ 26
1.4 Hidratación, tiempo de fraguado y endurecimiento del concreto ............................... 32
1.5 Curado y desarrollo de resistencias............................................................................. 35

vi
1.6 Aditivos para el concreto............................................................................................. 37
1.6.1 Adiciones: microsílice y nanosílice......................................................................... 41
1.7 Mortero proyectado..................................................................................................... 43
CAPÍTULO 2 DISENO EXPERIMENTAL............................................................................... 41
2.1 Materiales y equipos.................................................................................................... 41
2.1.1 Materiales ................................................................................................................ 41
2.1.2 Equipos.................................................................................................................... 46
2.2 Procedimiento para la realización de mezclas experimentales de concreto................ 47
2.2.1 Realización de planilla digital para la dosificación de mezclas de concreto según el
método ACI 211..................................................................................................................... 48
2.2.2 Dosificación de mezclas experimentales de concreto en laboratorio...................... 50
2.2.3 Procedimiento de mezclado..................................................................................... 52
2.2.4 Análisis Granulométrico.......................................................................................... 53
2.2.5 Determinación del tiempo de fraguado ................................................................... 53
2.2.6 Toma de cilindros.................................................................................................... 54
CAPÍTULO 3 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS........................................... 57
3.1 Mortero proyectado Rc 450 Kg/cm2
........................................................................... 57
3.1.1 Evaluación de la sinergia de Vf y S-780 ................................................................. 58
3.1.2 Sinergia Gl- Del....................................................................................................... 64
3.1.3 Sinergia Gl- P2237 .................................................................................................. 66
3.1.4 Evaluación del mortero proyectado Rc 450Kg/cm2 evaluado con el aditivo Vf.... 66
3.1.5 Sinergia Vf y S-450................................................................................................. 67
3.1.6 Pruebas industriales de mortero proyectado Rc 450 Kg/cm2.................................. 69
3.1.7 Segunda evaluación Vf- S450 ................................................................................. 74
3.1.8 Sinergia Vf-S450-S100 ........................................................................................... 75

vii
3.2 Evaluación de mezclas experimentales para el concreto 310Kg/cm2......................... 81
3.2.1 Sinergia Vf- S780 en concreto 310Kg/cm2............................................................. 82
3.2.2 Sinergia Vf – S450 .................................................................................................. 86
3.2.3 Sinergia Gl-Del-P2237 ............................................................................................ 88
3.2.4 Sinergia D-12 y W-79 ............................................................................................. 90
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.......................................................................... 92
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................................ 94
ANEXOS……………………………………………………………………………………….96
APÉNDICE ................................................................................................................................ 97

viii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1 Limites en la granulometría para agregado fino [7]
....................................................... 8
Tabla 1.2 Limites de granulometría en porcentajes en peso para agregado grueso de tamaño
máximo 1” [7]
................................................................................................................................... 8
Tabla 1.3 Limites granulométricos para distintos tamaños máximos de agregado grueso.
Porcentajes pasantes [6]
.................................................................................................................. 13
Tabla 1.4 Valores usuales de las relaciones peso/volumen de los agregados [6]
........................ 18
Tabla 1.5 Volúmenes compactados de agregado grueso por unidad de volumen de concreto
(b/bo) según el tamaño máximo del agregado grueso y el modulo de finura de la arena [4]
.......... 24
Tabla 2.1 Propiedades características de los componentes del concreto para mezclas
experimentales............................................................................................................................... 45
Tabla 2.2 Características de los aditivos utilizados en el procedimiento experimental ............ 45
Tabla 2.3 Componentes de los diseños de mezcla originales utilizados en las plantas.............. 51
Tabla 2.4 Requerimientos para los diseños de mezcla evaluados en el proyecto....................... 52
Tabla 3.1 Requerimientos del mortero proyectado Rc 450 Kg/cm2
........................................... 57
Tabla 3.2 Diseño patrón de Mortero proyectado Rc 450 Kg/cm2
.............................................. 58
Tabla 3.3 Resumen de resultados experimentales obtenidos con la sinergia de Vf y S-780 para
mortero proyectado........................................................................................................................ 58
Tabla 3.4 Valores de tiempos de fraguado para mezclas experimentales de obtenidos con la
sinergia de Vf y S-780................................................................................................................... 60
Tabla 3.5 Variabilidad de factores de estudio dependiendo de la cantidad de componentes de la
mezcla, para la sinergia Vf-S780................................................................................................... 64
Tabla 3.6 Resultados de asentamiento inicial y perdida de trabajabilidad para el mortero
proyectado Rc 450 Kg/cm2
evaluados con la sinergia Gl y Del.................................................... 65
Tabla 3.7 Resultados obtenidos para la evaluación de mezclas experimentales empleando el
aditivo superplastificante Vf.......................................................................................................... 66

ix
Tabla 3.8 Resultados para mezclas experimentales de mortero proyectado Rc 450
Kg/cm2
evaluados con la sinergia Vf y S-450................................................................................ 67
Tabla 3.9 Resultados del ensayo de tiempo de fraguado para mezclas experimentales con 0,8%
de Vf y 0,7% de S-450 para mortero Rc 400Kg/cm2
.................................................................... 68
Tabla 3.10 Resultados de resistencias a compresión a 7 y 28 días para la mezcla experimental
MEX-375....................................................................................................................................... 68
Tabla 3.11 Diseños de mezclas experimentales realizadas en la prueba semi- industrial.......... 70
Tabla 3.12 Resultados de pérdida de asentamiento para diseños de mezcla utilizados en las
pruebas industriales. ...................................................................................................................... 71
Tabla 3.13 Resultados de cono de abrams por cada bacheo realizado con el diseño de mezcla 2
en la prueba en planta. ................................................................................................................... 73
Tabla 3.14 Tabla de resultados para sinergia de Vf y S-450 en experimentos posteriores al
ensayo industrial............................................................................................................................ 75
Tabla 3.15 Resultados de asentamiento inicial y pérdida de asentamiento evaluados con la
sinergia Vf/S-450 y S-100 a diferentes valores de α y cantidad de arena. .................................... 76
Tabla 3.16 Relación teórica de los aditivos utilizados en la sinergia con las propiedades de la
mezcla............................................................................................................................................ 78
Tabla 3.17 Resultados de resistencia a compresión de mezclas evaluadas con la sinergia Vf-
S100-S450 ..................................................................................................................................... 79
Tabla 3.18 Diseño original del concreto 310Kg/cm2
.................................................................. 82
Tabla 3.19 Requerimientos del concreto bombeable Rc 310 Kg/cm2
........................................ 82
Tabla 3.20 Resultados de ensayos de cono de abrams para mezclas realizadas con sinergia de
Vf y S-780 para un concreto bombeable de resistencia 310 Kg/cm2
............................................ 82
Tabla 3.21 Resultados de ensayos a compresión a 7 y 28 días para las mezclas experimentales
utilizando la sinergia, Vf y S-780.................................................................................................. 84
Tabla 3.22 Resultados de tiempo de fraguado para la mezcla experimental 402....................... 85
Tabla 3.23 Resultados obtenidos de la evaluación de concreto 310kg/cm2
con la sinergia Vf-
S450............................................................................................................................................... 86
Tabla 3.24 Resultados de ensayo de cono de abrams para mezclas experimentales de concreto
Rc 310kg/cm2
evaluadas con la sinergia Gl-De-P2237................................................................. 88

x
Tabla 3.25 Resultados de resistencia a compresión para mezclas evaluadas con la sinergia Gl-
De-P2237....................................................................................................................................... 89
Tabla 3.26 Resultados obtenidos para la evaluación de mezclas con la sinergia D12-W79...... 90

xi
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Relación Arena/ Agregado total, β (%) [6]
................................................................. 14
Figura 1.2 Distintas condiciones de humedad de los agregados [6]
............................................ 16
Figura 1.3 Esquema de bombeabilidad del concreto en función del contenido de cemento de la
mezcla y el volumen de vacío. [12]
................................................................................................. 22
Figura 1.4 Planilla de diseño de mezcla requerida según el texto “Método de dosificación de
hormigones” (Juan García Balado, 1960)...................................................................................... 25
Figura 1.5 Grafico de Resistencia la compresión, en función de la relación agua/cemento y la
edad, utilizado para el método de diseño de mezclas ACI 211 [4]
................................................. 27
Figura 1.6 Contenido de agua por m3
de concreto, en función del “b” y el MF de la arena. .... 31
Figura 1.7 Tasa de evolución del calor del cemento portland, con una relación agua/cemento de
0,4. [12]
............................................................................................................................................ 34
Figura 1.8 Valores de resistencia a la compresión en función de edad del ensayo para distintos
métodos de curado. [1]
.................................................................................................................... 36
Figura 1.9 Grafica representativa de una mezcla control frente a dos diseños de mezcla con
diferentes tipos de aditivos reductores de agua de ejemplo (1 y 2), muestra la perdida de
asentamiento en función del tiempo. [1]
......................................................................................... 39
Figura 1.10 La microsílice, adicionada al concreto, llenara los vacíos y huecos entre las
partículas de cemento. [15]
.............................................................................................................. 42
Figura 1.11 Requerimientos en el desempeño del concreto proyectado, de acuerdo al tipo de
obra y estructura. [15]
...................................................................................................................... 44
Figura 2.1 Esquema del procedimiento para la realización de mezclas experimentales............ 47
Figura 2.2 Planilla de cálculo para la dosificación de mezclas experimentales según el método
ACI 211 ......................................................................................................................................... 49
Figura 2.3 Muestras para la realización del ensayo de tiempo de fraguado............................... 53
Figura 2.4 Cilindros para ensayo de resistencia a la compresión. .............................................. 54
Figura 3.1 Mezcladora de la planta de mortero proyectado ....................................................... 70
Figura 3.2 (a) Efecto de rebote de la mezcla patrón en la superficie de proyección. (b) Túnel de
excavación, foso Miranda II Metro de Caracas............................................................................. 72

xii
Figura 3.3 Pérdida de asentamiento para las mezclas con mejor desempeño evaluadas con la
sinergia Vf –S450-S100. ............................................................................................................... 81
Figura 3.4 Pérdida de asentamiento en función del tiempo para las mezclas experimentales de
concreto 310kg/cm2
que presentaron mejor desempeño en la evaluación con la sinergia Vf-S780
....................................................................................................................................................... 85
Figura 3.5 Pérdida de asentamiento en función del tiempo para las mezclas experimentales de
concreto 310kg/cm2
que presentaron valores de revenido inicial menos deficientes, evaluadas con
la sinergia Vf-S450........................................................................................................................ 87

1
INTRODUCCIÓN
La línea 5 del metro de Caracas, tramo Zona Rental - Miranda II, tiene como objetivos
principales, cumplir con las necesidades de transporte de la población del sureste de Caracas y
descongestionar el tráfico de usuarios del tramo Plaza Venezuela- Miranda. De la misma forma el
sistema Metrocable de Caracas, busca facilitar el transporte de los habitantes de zonas
montañosas a la ciudad. Este sistema está actualmente implementado en el tramo San Agustín-
Parque Central y se encuentra en funcionamiento. Se planea que para el año 2014 se instaure el
sistema Metrocable para el tramo Mariche –Palo Verde.
Estas obras de gran envergadura, son planificadas y llevadas a cabo por la constructora
brasilera Norberto Odebrecht C.A. De modo que de la necesidad de un constante despacho, capaz
de cubrir tales dimensiones con un alto control de calidad, nace la empresa Opeconca C.A. Esta
empresa privada se encarga principalmente de los despachos de concreto para las obras de
ampliación del Metro de Caracas, Cabletren, Metrocable y Metro Los Teques, así como también
de una considerable cantidad de obras particulares en el área metropolitana dentro de las cuales se
encuentra el plan gubernamental para la construcción de viviendas de interés social “Misión
Vivienda”.
Opeconca se encuentra en funcionamiento desde el año 2008 y se ha expandido
significativamente desde entonces, actualmente cuenta con cinco plantas activas: La Yaguara,
Parque Miranda, El Morro (Guarenas), Mariche y Los Teques. Todas ubicadas estratégicamente
para el surtimiento a las obras de la empresa Odebrecht.
Debido a negociaciones con Odebrecht, el control de calidad de Opeconca, es responsabilidad
de la constructora brasilera, pero debido al rápido crecimiento de la productora de concreto, se
presentó la necesidad de un sistema de gestión de calidad propio que permita tener una visión
enfocada hacia la producción más que a la inspección. Actualmente los ensayos al concreto,
como ensayos a compresión, granulometrías, determinación de tiempos de fraguado, entre otros
son realizados por Odebrecht, en laboratorios de sus instalaciones. Uno de los inconvenientes de
mayor peso que presenta Opeconca, se encuentra en los aditivos utilizados, principalmente
superplastificantes y retardadores de fraguado en los diseños de mezcla de concreto y mortero.

2
Estos, aparte de ser sumamente costosos, necesitan ser empleados en grandes cantidades para
lograr las propiedades requeridas por los elementos estructurales. Actualmente se han hecho
evaluaciones realizando cambios en los aditivos por otros de menor costo, pero no se han
obtenido resultados satisfactorios. Por lo tanto, el objetivo del presente proyecto de pasantía, es la
optimización de diseños de mezcla con el apoyo de las empresas de aditivos: SK, GR, y BA para
evaluar un posible cambio en la sinergia actual que ofrezca las mismas propiedades (mínima
perdida de asentamiento en determinado tiempo, tiempos de fraguado específicos, resistencias
determinadas, entre otros) que los utilizados actualmente, a un menor costo.
Para las pruebas a realizarse, es necesario tener en cuenta una gran cantidad de factores que
afectan directamente el comportamiento de los diseños de mezcla, por ejemplo las granulometrías
de los agregados utilizados, el tipo de aditivos empleados, el tipo de mezclado, las condiciones
climáticas del momento de ensayo, entre otras. En este sentido, la utilización de resúmenes que
permitan observar de manera global la evolución de los experimentos a medida que se modifican
las variables de ensayo, será de gran utilidad para la evolución del trabajo experimental.
De igual forma, es importante destacar que una vez que se logre a nivel de laboratorio un diseño
aceptable, que cumpla con las condiciones establecidas, y se realice el debido proceso de
validación estadística, este debe ser llevado a prueba industrialmente, puesto que los cambios de
condiciones de laboratorio con las de planta, modificarán el comportamiento del diseño de
mezcla.
El diseño de mezcla, donde se presenta el inconveniente económico con más énfasis, es el
mortero proyectado en las excavaciones realizadas por la TBM (Tunnel Boring Machine),
comúnmente denominada “topa”. Este tipo de material debe tener propiedades específicas por el
tipo de solicitaciones que se producen en el elemento. De igual forma se evaluará el desempeño
del nuevo aditivo, con las opciones que presentan las diferentes casas SK, GR y BA para un
concreto de resistencia específica, que en caso de obtenerse resultados satisfactorios, serviría
como patrón para realizar cambios en los diseños de mezcla restantes del listado que ofrece
Opeconca.

3
OBJETIVOS
Objetivos Generales
- Optimizar los diseños de mezcla de concreto y mortero utilizados por la empresa
Opeconca, mediante la realización de ensayos de laboratorio que permitan un remplazo de
los aditivos actuales, para alcanzar mejoras en el aspecto técnico y económico.
- Realizar un cambio de aditivos, en lo diseños de mezcla de concreto y mortero utilizados,
que permitan desarrollar las mismas propiedades requeridas, a un menor costo del actual.
- Apoyar la gestión de calidad de la empresa, tomando en cuenta las necesidades de la
misma, mediante una visión enfocada a la producción de concreto.
- Implementar una gestión para la evaluación de nuevos diseños de mezclas por parte de la
empresa Opeconca, de manera que en futuros proyectos, se disponga de una herramienta
que permita el estudio de nuevas propuestas en pro de una mejora continua, todo esto
como parte del sistema de gestión de calidad de la empresa
Objetivos Específicos
- Estudiar y Evaluar el comportamiento del mortero proyectado para los túneles de la línea
5 del Metro de Caracas, modificando la marca de aditivos plastificantes de medio y alto
rango y retardadores de fraguado, asi como las dosis de los mismos, con la condición de
mantener las siguientes propiedades del material: Asentamiento inicial de 8 ½”, velocidad
máxima de perdida de asentamiento de 1” por hora, tiempo de fraguado no mayor a 12
horas, porcentaje de aire incluido menor a 4%, resistencias mayores a 450Kg/cm2
,
manteniendo una relación a/c entre 0.36 y 0.38.
- Estudiar y evaluar el comportamiento del diseño de mezcla para un concreto 310 Kg/cm2
,
modificando el tipo y la cantidad de aditivos, manteniendo las siguientes condiciones:
Asentamiento inicial de 8”, velocidad máxima de perdida de asentamiento de 1” por hora,
tiempo de fraguado no mayor a 12 horas, porcentaje de aire incluido menor a 4%,
resistencias mayores a 310Kg/cm2
, manteniendo una relación máxima a/c 0,46.
- Examinar la factibilidad del remplazo de la microsílice del mortero proyectado por
nanosílice.

CAPÍTULO 1
MARCO TEORICO
1.1 Diseños de mezcla
El concreto u hormigón, es un material que está compuesto por una serie de elementos
fundamentales que le confieren propiedades específicas. Básicamente, el concreto es una mezcla
de agregados (arena y piedra por lo general) y una pasta compuesta por cemento Portland y agua,
cuya función principal es unir a los agregados. [1]
Sin embargo, es necesario destacar que cada uno de estos componentes tiene ventajas y
desventajas en cualquiera de los estados del concreto: el estado fresco, donde el concreto tiene
una consistencia plástica que permite su manejo y colocación, y el estado endurecido, que se
alcanza mediante la reacción del cemento con el agua en un proceso de endurecimiento
progresivo denominado fraguado y es el estado donde el material ofrece propiamente sus
características mecánicas mediante el desarrollo de la resistencia requerida.
Para la óptima dosificación de los ingredientes del concreto, se deben tener en cuenta tres
factores primordiales: calidad, trabajabilidad y economía del material. [2]
La trabajabilidad la
proporciona principalmente la pasta de cemento y agua, y puede verse afectada por los
agregados. En el aspecto económico debe tomarse en cuenta que el elemento más costoso de la
composición del concreto es el cemento, y en cuanto a la calidad del material, esta dependerá de
la utilización correcta de todos los componentes en conjunto.
En estos términos, el diseño de mezcla se puede definir como la determinación de la
proporción de los componentes necesarios en la mezcla de concreto, que buscan cumplir con los
requisitos que se le solicitan al material en cualquiera de sus estados.
Generalmente se fijan ciertos parámetros que se toman como base para desarrollar una
dosificación específica:

5
- Resistencia exigida por la estructura,
- La relación o proporción de agua en base a la cantidad de cemento (denominada
comúnmente relación agua/cemento o α)
- El asentamiento, valor que proporciona una medida de trabajabilidad de acuerdo a los
requerimientos de la obra. [3]
Hay varios procedimientos para la selección de la proporción de los componentes del concreto,
es decir el diseño de mezclas, siendo una de las más comunes la recomendada por el comité 211
del American Concrete Institute (ACI 211).
Se debe tener en cuenta como factor primordial, que a largo plazo el concreto debe alcanzar el
máximo de durabilidad y resistencia, dependiendo del tipo de estructura. Y para esto, la
combinación y proporción de cada uno de los elementos representa un factor crucial. Además de
que es necesario tomar en cuenta la naturaleza, el procesamiento, composición química de los
componentes, también debe prestarse atención a los factores ambientales y los requerimientos
específicos del comportamiento del material que solicite la obra.
El control de los procesos de fabricación, es un aspecto clave en la calidad del concreto que se
produzca. En este aspecto, el control de calidad es el responsable de que una vez establecidos los
lineamientos de producción, los mismos se cumplan a cabalidad, previendo y tomando parte en
los cambios que puedan presentarse en el proceso, así como la implementación de mecanismos
de prevención y corrección en cada una de las etapas de la producción.
En base a esto podría inferirse que lograr un nivel de reproducibilidad para las mezclas de
concreto puede llegar a ser un cometido lo suficientemente complicado. Sin embargo, reportes
emitidos por el comité 211 de la ACI afirman que es posible producir concretos de trabajabilidad
comparable, si el material se produce con agregados de tamaño, forma y granulometría similares,
utilizando el mismo volumen de agregado grueso, por unidad de volumen de concreto y
suponiendo que las granulometrías de los agregados se encuentren dentro de los limites
convencionales, [2]
que para el caso de Venezuela corresponden a la norma COVENIN 277,
“Concreto. Agregados. Requisitos”.

6
1.2 Conceptos básicos y terminología para la dosificación de hormigones
Para la aplicación del método de dosificación de hormigones a estudiar (ACI 211), es necesaria
la definición de la terminología conveniente adoptada.
1.2.1 Agregados
Se definen como agregados, al material inerte, de forma granular, natural o artificial que
aglomerados por la pasta de cemento, forman un todo compacto.
La arena, o agregado fino, es la porción del agregado que pasa por el tamiz # 4 (4,8mm de
abertura) y el agregado grueso se define como la porción retenida en este mismo tamiz. Según su
forma, sin adoptar una clasificación muy estricta, los agregados pueden ser angulares (piedra
picada) o redondeados (grava, canto rodado). [4]
En cuanto a las propiedades químicas de los agregados, la mayoría de estos son inertes, lo cual
quiere decir que no reaccionan químicamente con los demás componentes del concreto, sin
embargo pueden ocurrir reacciones, generalmente con la pasta de cemento que resultan dañinas
para el material en estado endurecido. La reacción agregado- álcali: este tipo de reacción genera
expansiones dentro de la masa endurecida de concreto que a su vez inducen esfuerzos de tensión,
generando así riesgos de falla en la estructura afectada. [5]
De igual forma, existe un factor importante, que depende de la limpieza de los agregados. En
ocasiones, puede existir la presencia de material orgánico en el agregado que posteriormente
incide de manera negativa en las características del concreto.
Existen procedimientos que permiten calcular cualitativamente la cantidad de material orgánico
en el agregado y en Venezuela están descritos en la norma Covenin 256, “Método de ensayo para
la determinación cualitativa de impurezas orgánicas en arenas para concreto. Ensayo
colorimétrico”. Este ensayo se basa principalmente en la reacción química que se produce entre la
materia orgánica y los álcalis, permitiendo coloraciones de intensidades varias según la
proporción de impurezas en el agregado. La importancia de este ensayo radica en que las
consecuencias de la presencia de impurezas en el agregado influyen directamente en el

7
comportamiento del concreto en cualquiera de sus estados, algunos de los efectos de la presencia
de orgánicos son: [6]
- Alteraciones de fraguado
- Alteración del endurecimiento del concreto
- Reacción con los aditivos químicos
1.2.2 Granulometría
Se define como la distribución de los tamaños de las partículas que constituyen una masa de
agregados. Esta característica es primordial en la calidad del agregado para su utilización como
componente del concreto. [5,6]
.
El análisis granulométrico es el método de separación de una masa de agregado en fracciones,
y consiste en hacer pasar la misma a través de una serie de tamices que tienen aberturas
estandarizadas y cuyas propiedades deben ajustarse a la norma COVENIN 254 (“Cedazos de
Ensayos”). Los tamices deben ser colocados en un arreglo vertical (cascada), con el tamiz de
mayor abertura arriba hasta progresivamente colocar el de menor abertura abajo. Al realizarse
agitación, ya sea mecánica o manual, los granos de material se distribuirán según sus tamaños, a
través de los respectivos tamices. Este procedimiento se encuentra documentado en la norma
COVENIN 255, “Agregados, determinación de la composición granulométrica”. [6]
La granulometría de los agregados puede ser expresada según los retenidos por cedazo,
retenidos acumulados o pasantes, en peso o porcentaje. Generalmente se expresa el pasante total
por cada cedazo en porcentaje en peso.
Los límites granulométricos para agregado tanto fino (Tabla 1.1) como grueso (Tabla 1.2)
están fijados en las normas y especificaciones. En el caso de Venezuela en la norma COVENIN
277, “Concreto. Agregados. Requisitos”

8
Tabla 1.1 Limites en la granulometría para agregado fino [7]
Cedazos
COVENIN
Porcentaje
pasante
9.51 mm (3/8") 100
4.76 mm ( # 4) 85- 100
2.38 mm ( # 8) 60 -95
1.19 mm ( #16) 40-80
595 μm (# 30) 20-60
297 μm (# 50) 8 – 30
149 μm (# 100) 2 – 10
75 μm (#200) 0 – 5
Tabla 1.2Limites de granulometría en porcentajes en peso para agregado grueso de tamaño
máximo 1” [7]
Cedazos COVENIN, mm (pulgadas)
50.8
mm
(2")
38.1
mm
(1 1/2")
25.4
mm
(1")
19.0
mm
(3/4")
12.7
mm
(1/2")
9.51
mm
(3/8")
6.35
mm
(1/4")
4.76
mm
( # 4)
2.38
mm
(# 8)
1.19
mm
(#16)
595
μm
(#30)
- 100 100 a 90 90 a 50
45 a
15
20 a 0 7 a 0 - - - -
El análisis granulométrico, permite el estudio de varios factores que resultan importantes en el
comportamiento de la mezcla tanto en estado fresco como endurecido, por ejemplo, la
granulometría de los agregados finos determina en gran parte la cantidad de agua que requerirá la
mezcla, y por lo tanto los valores de las resistencias que alcanzará el concreto. Mientras el
agregado sea mas fino, la mezcla requerirá más agua y por lo tanto se presentará una disminución
en las resistencias.

9
Para esto, es importante la introducción de un factor denominado beta “β” que representa la
cantidad de agregado fino con respecto al total del agregado en la mezcla. Matemáticamente se
expresa como el cociente entre el peso de la arena y el peso del agregado total, que es la suma del
fino y grueso (Ecuación 3.1). Puede expresarse también como porcentaje.
Ecuación 3.1
Donde A y G son los pesos de la arena y del agregado grueso respectivamente. [6]
Retomando el concepto de la importancia de la cantidad de arena (o el β) en el comportamiento
de los diversos estados del concreto, es necesario acotar que el valor del factor β debe mantenerse
a un nivel prudencial que permita una trabajabilidad aceptable y al mismo tiempo cumpla con los
requisitos de resistencia solicitados. [3]
Con respecto al agregado grueso, tanto su dureza, resistencia y hasta contaminación (con
arcilla por ejemplo) determinan en gran parte las resistencias del concreto. Si hay un exceso de
agregado grueso (β muy bajos) se producirán mezclas con tendencia a la segregación, lo cual no
es más que la separación de granos con tamaños notablemente diferentes, este efecto generará
una baja calidad en el concreto.
En cuanto a la relación del agregado con el factor α, al contrario del agregado fino, a mayor
cantidad de agregado grueso, menor será la necesidad de agua en la mezcla, y con respecto a la
forma y rugosidad del agregado grueso, las partículas angulosas requieren más agua que las
redondeadas, pero permitirán obtener resistencias mas altas, esto se debe a que los agregados de
superficie lisa son favorables al mecanismo de lubricación, pero desfavorables en cuanto a
resistencia puesto que tienden a fracturar. [3,6]

10
1.2.3 Modulo de finura
El modulo de finura (MF) es un factor que se deriva del análisis granulométrico y permite
estimar una medida de finura del material, se define como la suma de los porcentajes retenidos
acumulados en cada uno de los cedazos de una serie especifica, dividida entre 100. Los cedazos
utilizados son los mismos que los mencionados en el ensayo granulométrico, pero a partir del #4
van en proporción 2 a 1, es decir: #100, #50, #30, #16, #8, #4 y 3/8”, ¾”, 1”, 1½” etc. En la
medida que el modulo de finura disminuye indica un agregado fino, y en la medida que aumenta
su valor indica que el agregado es mas grueso. [5,8]
Los módulos de finura de arena oscilan entre
2.2 (arena fina) y 3.5 (arena gruesa). [3]
El modulo de finura puede utilizarse para detectar los cambios que presente una determinada
arena debido a su procesamiento y/o manejo y también se utiliza para definir cuando las
variaciones de la granulometría en un agregado fino sean propensas a inducir cambios en el
comportamiento de la mezcla (fluidez). Sin embargo hay que tener cuidado con este concepto
cuando se utiliza para comparar arenas pues puede conducir a errores puesto que dos muestras de
arena pueden tener el mismo modulo de finura pero granulometrías diferentes. [6]
1.2.4 Material Ultrafino
Son las partículas de agregado menor al cedazo #200 (74 micras). Para este tamaño de material
no se suele utilizar el tamizado directo del material seco ya que aumenta la probabilidad de
obtener valores erróneos. En lugar de esto se utiliza el tamizado con agua (NORMA COVENIN
258, “Método de ensayo para la determinación por lavado del contenido de materiales mas finos
que el cedazo COVENIN 74 micras en agregados minerales finos”). Para los ultrafinos, además
del tamaño es importante tener en cuenta su composición mineralógica, lo que se puede hacer
relacionando el tamaño de la partícula a ciertos tipos de compuesto que se presentan por lo
general como limo, arcilla y coloides. [6]

11
En cuanto a la acción de los ultrafinos en la mezcla de concreto, estos tienen la desventaja de
que actúan como el cemento en cuanto al requerimiento de agua pero, a su vez, también pueden
colaborar con el mecanismo de lubricación mejorando las características del concreto en estado
fresco.
Sin embargo, para concretos de alta resistencia es necesario limitar los ultrafinos incluso por
debajo de los señalados en las normas (COVENIN 258) que, para concretos de altas resistencias
establece un límite de hasta 0,5% de material menor al tamiz #200. El exceso de ultrafinos en la
mezcla favorece la retracción, que es la contracción del concreto por secamiento y principal causa
de formación de grietas en el material. [3,6]
1.2.5 Tamaño máximo
Es otro factor derivado del análisis granulométrico y se define como la abertura del tamiz de
menor numero de la serie que permite 95 -100% de paso del material. Básicamente el tamaño
máximo del agregado grueso es el tamaño de la partícula mas grande que se encuentra en una
masa de agregados, y este factor se fija de acuerdo a las secciones de la estructura y el material
disponible. Por razones económicas es conveniente elegirlo del mayor tamaño posible, con el
objetivo de usar la menor cantidad de cemento, hecho que también influye en la calidad del
material puesto que se requerirá menos contenido de agua, reduciendo la contracción y
aumentando las resistencias. [4,5]
1.2.6 Combinación de agregados
En el texto de Porrero, J. et al “Manual del concreto Estructural” 3ra edición, 2009. Se utiliza
un procedimiento para la combinación de agregados basado en la granulometría apropiada (que
cumpla los requerimientos de las normas) tanto del agregado fino como del agregado grueso,
combinación que es la que en realidad actuara en la mezcla de concreto. El objetivo del estudio
de granulometrías combinadas adecuadas es obtener mezclas trabajables y de optima compacidad
(pocos espacios entre los granos) principalmente para el requerimiento de poca pasta. Sin
embargo, la presencia de un término implica la ausencia del otro puesto que si una mezcla

12
estuviera perfectamente ordenada (alta compacidad) la retracción seria mínima, pero la
trabajabilidad también.
Existen diversos métodos para determinar la proporción entre agregados finos y gruesos,
donde se toma la combinación de los mismos como un “todo” que actuara directamente en el
material, por lo que, para el diseño de mezcla, es conveniente tomar una granulometría de cierta
forma combinada entre la arena y la piedra. Existen ciertos límites determinados por la práctica
que permiten establecer parámetros base para la elección de un factor β adecuado. (Tabla 3.3)
En el texto “Manual del Concreto Estructural” se presenta un método grafico que resulta de
gran utilidad en la práctica para el cálculo de un β apropiado según las granulometrías del
agregado a disposición.
Básicamente se trata de elaborar un grafico, como ejemplo, la Fig. 3.1, que permita relacionar
la granulometría del agregado fino con la del agregado grueso mediante la proyección de rectas
que interconectan los porcentajes pasantes de un mismo tamiz para los dos tipos de agregados. Se
deben tomar en cuenta los límites definidos para cada tamiz de acuerdo al tamaño máximo del
agregado, que se encuentran en la Tabla 1.3. De manera que los cedazos con límites más críticos
son los que condicionaran la selección del correspondiente factor β. Es importante destacar, que
este es un método empírico recomendado por el autor que dependerá directamente de la
gradación de los agregados, no se establece mediante reglas o formulas exactas pero proporciona
una medida aceptable para la elaboración de concretos que cumplan los requisitos de calidad
estándar. [6]
Las ventajas del estudio de una granulometría combinada para el diseño de mezcla, son el
control de la trabajabilidad, bombeabilidad y retracción del concreto con el objetivo de alcanzar
un mejoramiento de la calidad del material. Si se mantiene constante el contenido de cemento y
la consistencia del concreto fresco, existe una combinación de agregados que producirá la
relación agua/cemento y la resistencia más eficiente posible. [1]

13
Tabla 1.3 Limites granulométricos para distintos tamaños máximos de agregado grueso.
Porcentajes pasantes [6]
Cedazo Tamaños máximos (pulgadas)
Abertura 1 ½ 1 ¾
1 ½ 100 – 90 - -
1 84 -70 100 -90 -
¾ 77 – 61 90 - 70
100 –
90
½ 70 – 49 75 - 55
85 –
65
3/8 65 – 43 68 - 45
75 –
55
¼ 60 – 35 60 - 35
65 –
45
# 4 55 -30 55 - 30
60 –
38
# 8 45 – 20 45 - 20
45 –
20
# 16 35 – 15 35 - 15 35 -15
# 30 25 – 10 25 - 10 25 -10
# 50 16 – 7 16 - 5 16 – 5
# 100 8 – 2 8 - 1 8 – 1
En la Figura 1.1, las líneas representan los porcentajes posibles de la mezcla de agregados que
pasaran uno de los cedazos, los límites están demarcados en los ejes derecho e izquierdo y todos
los valores intermedios son posibles. Los valores 62.5% y 41.5% corresponden a los valores
extremos para la relación β, que se encuentran enmarcados con líneas mas gruesas, esta
representación grafica corresponde a la granulometría especifica del ejemplo expuesto.

14
Figura 1.1Relación Arena/ Agregado total, β (%) [6]
1.2.7 Peso unitario suelto y compacto de los agregados
El peso unitario se define como la relación entre el peso de una muestra de agregado,
conformada por varias partículas, y el volumen que ocupan estas partículas en un recipiente de
volumen determinado. El peso unitario del agregado es un indicador de la calidad del mismo
puesto que provee una idea de su utilización en el concreto. Existen dos tipos de pesos unitarios,
el suelto, que se determina llenando un recipiente de volumen conocido y dejando caer
libremente el agregado desde cierta altura, para después establecer la relación peso/ volumen,
según la norma COVENIN 263 “Método de ensayo para determinar el peso unitario del
agregado”. La importancia de este dato radica en que permite realizar la conversión peso-
volumen para los agregados. La regularidad del peso unitario, también indica posibles cambios
en la granulometría o forma del agregado.

15
De la misma forma, existe el peso unitario compacto para los agregados, y este se define como
el peso unitario cuando las partículas han sido sometidas a algún grado de acomodamiento, este
valor será mayor que el del peso unitario suelto. Se realiza mediante la misma norma y con un
procedimiento similar, solo que el agregado será compactado dentro del molde. Con este factor,
se determinan los volúmenes absolutos de los agregados en el diseño de mezcla ya que las
partículas de los mismos quedaran confinadas en la masa de concreto. Este valor de peso unitario
es el utilizado para el método de diseño de mezcla del comité 211 de la ACI. [5,6]
1.2.8 Humedad superficial y absorción de los agregados
Los agregados, están conformados por partículas que tienen una estructura interna constituida
por materia sólida y huecos que pueden o no contener agua. Generalmente retienen cantidades de
agua en forma de humedad y este término se considera como la diferencia en peso entre el
material húmedo, y el mismo secado al horno y se expresa como porcentaje en referencia al
material seco. [1,6]
La humedad puede presentarse de distintas maneras en el agregado (Fig. 3.2),
puede estar de manera externa adherida a la superficie del grano (en un película de grosor
variable) o de manera interna, en los poros y microporos de las partículas. El estado “ideal” de
una partícula de agregado se conoce como “saturado con superficie seca (SSS)” y es una
condición que rara vez logra ser natural y se refiere al estado de un agregado donde todos los
poros se sus partículas están completamente llenos de agua pero con sus superficies libres de
humedad (Figura 1.2). Las relaciones agua/cemento en los diseños de mezcla, se refieren a
concretos cuyos agregados estén en esta condición de equilibrio. [4,6]
Cuando los granos tienen
agua interna en sus poros, esta no pasa al concreto como agua de mezclado, en cambio, el agua
externa, adherida a la superficie del grano si pasa a formar parte de la mezcla, alterando sus
proporciones. También se presenta el caso en el que los granos de agregados se encuentran muy
secos tienden a absorber parte del agua de mezclado, igualmente modificando las proporciones. [6]
En obra, generalmente todos los agregados contienen humedad en mayor o menor grado, y la
misma conformara una masa de agua que forma parte de la mezcla, de manera que debe ser
determinada para realizar las correcciones propicias evitando modificar las propiedades del
material tanto en estado fresco como endurecido.

16
Se define como absorción de las partículas de agregado, a la capacidad de las mismas de retener
agua en su interior, término que está estrechamente relacionado con la porosidad de los granos.
La capacidad de absorción de los agregados generalmente se determina entre el peso saturado con
superficie seca y el peso seco, expresado como un porcentaje con respecto al peso seco (Ecuación
3.2). [5]
Ecuación 1.2
Donde Psss es el peso de la muestra saturada y superficialmente seca y Ps es el peso seco de la
muestra. [5,9]
Figura 1.2 Distintas condiciones de humedad de los agregados [6]
Para la determinación de la humedad (Ecuación 3.3) y de la absorción (Ecuación 3.2) para los
agregados finos y gruesos, se utilizan las normas COVENIN 268, “Agregado fino.
Determinación de la densidad y la absorción”, COVENIN 269, “Agregado grueso.
Determinación de la densidad y la absorción” y COVENIN 272, “Método de ensayo para
determinar la humedad superficial en el agregado fino”. [6]
Con la aplicación de estos métodos se
obtiene la absorción del agregado, para determinar por diferencia la humedad superficial o libre

17
que formará parte del agua de mezcla. Las correcciones en las mezclas por humedad, solo deben
hacerse en el agua libre o superficial, y en el caso de utilizar agregados secos, deberá tomarse en
cuenta el valor de la absorción, valor que deberá agregarse a la cantidad de agua teórica
necesaria. [4]
Ecuación 1.3
Donde, Phumedo se refiere al peso de la muestra húmeda y Pseco al peso de la muestra luego
de ser colocado en la estufa por un tiempo prudencial, hasta que se le haya removido toda la
humedad aparente.
En obra, la mayor parte de los agregados están humedecidos, y este porcentaje de humedad se
calcula mediante la Ecuación 1.3. Este valor, generalmente es mayor que el de absorción, en el
caso del agregado fino, por lo tanto la cantidad libre o superficial se obtiene restando la absorción
al valor total de humedad. Para el caso del agregado grueso, generalmente la humedad se toma
como nula, ya que debido a las condiciones climáticas de la mayoría de las zonas en Venezuela,
la piedra no suele estar húmeda a menos que haya estado a la intemperie bajo precipitaciones. Por
lo tanto, para el agregado grueso, en la mayoría de los casos, para las correcciones del agua del
diseño de mezcla, solo se tomará en cuenta el valor de la absorción.
1.2.9 Peso específico
Los materiales granulados tienen dos pesos específicos: el aparente, que se define como el peso
de un conjunto de granos dividido entre su volumen, y el absoluto que es el peso de un grano
dividido entre su volumen. [3]
En la dosificación de hormigones, el peso especifico de un agregado se define como la relación
entre el peso de material, en el aire, con el peso del volumen de agua desplazado por el mismo,
incluyendo sus vacíos impermeables. El peso en el aire puede utilizarse como los granos en la
condición se saturado con superficie seca, o seca (en estufa, a peso constante), pero se debe
especificar bajo cual de esas condiciones fue calculado. [4]

18
Generalmente para el método de dosificación de concretos de la ACI se aplica el peso
específico con los agregados en condición saturada con superficie seca, proceso especificado en
la norma COVENIN 268.
En resumen, existe un rango de valores comunes para las relaciones peso/volumen según el
tipo de agregado (Tabla 1.4) que proporciona una idea general para el calculo de ciertas
propiedades útiles en el diseño de mezcla de concreto.
Tabla 1.4 Valores usuales de las relaciones peso/volumen de los agregados [6]
Propiedad Gruesos Finos
Peso unitario suelto (kg/litro) 1,4 a 1,5 1,5 a 1,6
Peso unitario compacto
(kg/litro)
1,5 a 1,7 1,6 a 1,9
Peso especifico (g/ml) 2,5 a 2,5 2,5 a 2,7
1.2.10 Trabajabilidad, plasticidad y fluidez
La trabajabilidad es una de las características más críticas del concreto, se define como la
propiedad mediante la cual se determina la capacidad del material para ser colocado y
consolidado de manera apropiada, sin segregación alguna. La medida de trabajabilidad,
generalmente es asociada con el término de asentamiento, pero, esta propiedad incluye otros
aspectos como movilidad, fluidez, bombeabilidad, compactibilidad y de manera negativa,
segregación y sangrado. [5,10].
Este ultimo término, sangrado del concreto, se refiere a la
formación de una lamina de agua en la superficie del concreto recién colocado. Es causado por el
proceso de sedimentación entre las partículas sólidas, y simultáneamente la migración del agua a
la superficie. En caso de que el sangrado sea excesivo, se producirá un aumento de la relación
agua/cemento en la superficie, dando lugar a una capa superficial frágil y de baja durabilidad. [1]
El valor de asentamiento, es medido con el Cono de Abrams, según la norma COVENIN 339
“Concreto. Método para la medición de asentamiento con el Cono de Abrams”, este ensayo

19
representa un practico índice de la medida de trabajabilidad del concreto, pero no mide todas las
propiedades plásticas de la mezcla ni toma el grado de influencia que las mismas tienen sobre el
concreto. El ensayo de asentamiento no es capaz de distinguir entre mezclas con características
distintas, por ejemplo una mezcla gruesa y áspera, comparada con otra que tenga grandes
proporciones de arena, puede que tengan el mismo valor de asentamiento, pero no se puede
considerar que la consistencia o fluidez, es la misma. De manera que cuando los agregados y el
contenido de cemento permanecen constantes, el ensayo de asentamiento resulta una medida
apropiada para evaluar cambios en la fluidez de la mezcla, que en este caso pueden ser causados
por diferencias en la granulometría de los agregados o por alguna alteración en el contenido de
agua o aire. [2,6]
La plasticidad, es un término que se define como una consistencia a la que el concreto pueda
ser fácilmente moldeado, a su vez, permitiéndole al material fluir lentamente. Ni las mezclas muy
secas, ni las muy fluidas, pueden considerarse como plásticas. Dos mezclas con la misma
consistencia no son igualmente manejables, para que esto sea así, deben tener el mismo grado de
plasticidad. El termino fluidez, también se utiliza para la caracterización del nivel de plasticidad
de una mezcla, también se conoce como consistencia y es una característica que da una medida
de que tan seca o fluida es la mezcla de concreto cuando se encuentra en estado plástico. Puede
también definirse como el grado de humedad de la mezcla. [2,5]
Son diversos los factores que influyen en la trabajabilidad de una mezcla de concreto en
estado plástico, el principal es el contenido de agua de la mezcla, o la relación α. El agua de
mezclado tiene dos funciones: una porción se encarga de hidratar el cemento (agua de
hidratación) y otra porción lubricara los agregados por medio de la pasta (agua libre), esta última
confiere fluidez a la mezcla otorgándole la movilidad en estado plástico. La ausencia o exceso de
agua influirá directamente en el comportamiento de la mezcla, es decir una pasta con poca agua y
mucho cemento, no tendrá suficiente agua libre para lubricar los agregados, de manera que será
incapaz de conferirle manejabilidad a la mezcla. Por el contrario, una pasta con mucha agua y
poco cemento tendrá un exceso de fluidez debido a la presencia del agua libre, lo que induce a la
segregación de los agregados. [5]

20
Otro factor a tomar en cuenta, que influye en la trabajabilidad del concreto, es el contenido de
aire presente en el mismo. Puede considerarse que las burbujas de aire forman parte de la pasta en
el mismo sentido que lo hacen las partículas más finas de agregado, de manera que pueden influir
en su plasticidad, produciendo un efecto que mejora la trabajabilidad de la mezcla ya que las
pequeñas burbujas llegan a producir un efecto similar al de unas “ruedas” entre los agregados,
permitiendo una mejor movilidad. En la practica, durante los procesos de dosificación y
mezclado del concreto, una cantidad variable de aire es introducida, termino generalmente
denominado como “aire atrapado” el cual posteriormente es liberado mediante los procesos de
compactación para evitar el aligeramiento de la pasta endurecida, y por lo tanto los descensos en
los valores de las resistencias, de este hecho deriva que generalmente el limite máximo de aire
atrapado en una mezcla de concreto sea 4%. La cantidad de aire en una mezcla de concreto se
mide según la norma venezolana COVENIN 496 “Cemento Portland. Determinación del
contenido de aire en morteros”. [2,5]
La trabajabilidad de una mezcla también tiene una estrecha relación con la gradación de los
agregados, puesto que un exceso de vacíos debido a una mala gradación, requerirá más cantidad
de pasta para proporcionarle a la mezcla una mejor trabajabilidad y menor porosidad. De la
misma forma, se debe evitar la utilización de arenas muy finas ya que aumentan el requerimiento
de agua aumentando el riesgo de segregación, y las arenas muy gruesas producirán mezclas
ásperas y poco cohesivas. Además de la granulometría, la forma y textura de los agregados, juega
un papel primordial en la trabajabilidad de la mezcla: los agregados gruesos con granos
aplanados y alargados de textura rugosa, exigen una mayor cantidad de pasta y arena para
mantener valores de trabajabilidad aceptables, de modo que desde este punto de vista, son mas
recomendables los agregados naturales de superficie lisa y redondeada, como canto rodado y
arena de rio.
1.2.11 Bombeabilidad
La consistencia del concreto, algunas veces, permite que el mismo pueda ser fluidificado con
aire y ser bombeado por tuberías de la misma manera que lo logra un fluido. Cuando el concreto
requiere necesidades especiales, como el método de transporte por bombeo por ejemplo, la

21
trabajabilidad del material representa un factor crucial para el uso del material. Las características
de este tipo de mezclas deben tener un mayor nivel de plasticidad, independientemente del uso de
aditivos, es decir debe tener la capacidad de deformarse sin causar segregación.
Para lograr esto, por ejemplo, puede incrementarse la cantidad de material fino con el
aumento del valor del factor β y tener en cuenta que mientras menor sea el modulo de finura de la
arena, menores serán las características de bombeo de la mezcla. Los concretos bombeables,
además de tener contenidos de arena ligeramente mayores, tienen relaciones agua/cemento entre
0,5 y 0,6 y generalmente se utilizan aditivos de alto rango que permitan reducir en una
proporción considerable la cantidad de agua de la mezcla sin reducir su resistencia, este tipo de
aditivos se denominan plastificantes o superplastificantes, y posteriormente en este trabajo se
tratará el tema con mas detalle. [6,11]
Según el siguiente esquema (Figura 1.3), la bombeabilidad correcta se alcanza cuando el
porcentaje de contenido de cemento por volumen se asemeja al volumen de vacíos en la mezcla.
[12]

22
Figura 1.3 Esquema de bombeabilidad del concreto en función del contenido de cemento de la
mezcla y el volumen de vacío. [12]
1.3 Dosificación de concretos según el comité 211 de la ACI
Este método de dosificación se basa principalmente en la relación α de la mezcla, además se
toman como base cuatro suposiciones: la primera declara que la trabajabilidad y la consistencia
de la mezcla permanecerá constante, según los contenidos de cemento portland y con un
agregado dado, si el agua y el agregado grueso por unidad de volumen de concreto, se mantienen
también constantes. Es decir que para un juego especifico de agregados, que se suponen con la
gradación adecuada para una trabajabilidad requerida, las cantidades de agua y agregado grueso
son constantes, independientemente de la relación agua/cemento.
La segunda suposición trata de que si se tienen varias mezclas con diferentes tipos de agregado
grueso del mismo tamaño máximo, y a su vez también tienen el mismo volumen compactado de

23
agregado grueso, tendrán el mismo grado de plasticidad y trabajabilidad. Es decir,
independientemente del α, para una determinada arena, definida por su modulo de finura, se
obtendrá la misma trabajabilidad sea cual sea el agregado grueso, siempre que mantenga el
mismo tamaño máximo, y manteniéndose constante el volumen compactado de agregado grueso.
En tercer lugar, se supone que el volumen o rendimiento de cualquier concreto, es igual a la
suma de los volúmenes absolutos de todos los componentes del mismo: cemento, agua y
agregados. Por ultimo, se hace la suposición para las mezclas con diferentes clases de agregado
grueso y una consistencia constante, los contenidos de agua son función del volumen absoluto del
agregado grueso por unidad de volumen de concreto. [4]
Este ACI 211 se fundamenta básicamente en la expresión “b/bo” que indica el volumen
compactado de agregado grueso por unidad de volumen de concreto, en esta relación los términos
involucrados poseen el siguiente significado:
b = volumen absoluto de agregado grueso por unidad de volumen de concreto.
bo= volumen absoluto de agregado grueso por unidad de volumen compactada del mismo.
b/bo= volumen compactado de agregado grueso por unidad de volumen de concreto.
La expresión de volumen compactado de agregado grueso por unidad de volumen se
considera una medida de trabajabilidad del concreto, y que por no depender de la clase de
agregado grueso, simplifica considerablemente la situación, puesto que determinando un valor
para un tipo de agregado grueso, será valido para todos los demás. El valor de b/bo es función del
tamaño máximo del agregado y del modulo de finura de la arena y no depende del α ni de la
consistencia de la mezcla. [4,5]
Según información empírica obtenida sobre la trabajabilidad y análisis de ensayos, se
determinaron ciertos valores de “b/bo” que permiten obtener una óptima trabajabilidad
maximizando la economía para cualquier tipo de obra en general. La Tabla 1.5 presenta los
valores de b/bo según el tamaño máximo de agregado y el modulo de finura de la arena.

24
Tabla 1.5 Volúmenes compactados de agregado grueso por unidad de volumen de concreto
(b/bo) según el tamaño máximo del agregado grueso y el modulo de finura de la arena [4]
En base a este concepto, se puede introducir el procedimiento de dosificación de mezclas
según el comité 211 de la ACI. Para esto es necesario definir ciertos ítems, que mediante un
proceso sistemático permiten calcular los valores requeridos para la dosificación. El texto
“Método para la dosificación de hormigones” (Juan García Balado, 1960) recomienda la
utilización de una planilla, esquema que se define detalladamente a continuación, (Figura 1.4)
que permite diseñar una mezcla en base a varios parámetros, y que es la utilizada por la empresa
Odebrecht de Venezuela para los diseños de mezcla base del presente trabajo experimental.
2,00 2,20 2,40 2,60 2,75 2,90 3,10 3,30
3/8" 0.54 0.52 0.50 0.47 0.45 0.42 0.39 0.35
1/2" 0.61 0.59 0.57 0.55 0.53 0.51 0.48 0.45
3/4" 0.68 0.67 0.65 0.63 0.62 0.60 0.58 0.55
1" 0.72 0.70 0.69 0.67 0.66 0.65 0.63 0.60
1 1/2" 0.76 0.75 0.73 0.72 0.71 0.70 0.68 0.66
2" 0.79 0.78 0.76 0.75 0.74 0.73 0.71 0.70
3" 0.82 0.81 0.80 0.79 0.78 0.77 0.76 0.75
6" 0.87 0.87 0.86 0.85 0.84 0.83 0.82 0.81
Modulo de finura de la arena
Valores de b/bo
Tamano maximo
del agregado
grueso

25
Figura 1.4 Planilla de diseño de mezcla requerida según el texto “Método de dosificación de
hormigones” (Juan García Balado, 1960)

26
1.3.1 Planilla de diseño de mezcla de concreto
A continuación, se detallan cada uno de los ítems de la planilla de diseño de mezcla, mostrada
en la Figura 1.4.
En primer lugar es necesario llenar las casillas de la fecha de realización del diseño de mezcla
junto con el número del mismo, con la idea de mantener el orden en la serie de resultados cuando
se disponga a realizar varios diseños de mezcla y posteriormente a ser comparados.
El primer ítem (1) indica la resistencia proyectada del concreto a los 28 días de fraguado
(termino posteriormente definido en la sección 3.2), este factor depende de la estructura y es
calculado por el ingeniero proyectista. La resistencia a la compresión que alcance el diseño de
mezcla a los 28 días, debe ser mayor a la requerida por la obra, actuando en este caso, un factor
de seguridad. La diferencia entre el valor de diseño y el valor que debe alcanzar la mezcla de
concreto dependerá del error de las medidas promedio (desviación) que se obtenga según los
ensayos realizados. [6]
La resistencia a la compresión es un factor que debe discutirse
detalladamente, ya que involucra numerosos aspectos relevantes en el estudio del concreto, en el
presente trabajo será detallado mas adelante.
En el segundo ítem (2) se calculará la relación agua cemento (α) necesaria para lograr los
valores de resistencia proyectados. Este valor puede obtenerse mediante curvas, como la
mostrada en la imagen (Figura 1.5) pero en el caso de obras de gran magnitud, conviene realizar
la selección agua/cemento mediante el método de ensayo y error. Para seleccionar un valor
adecuado de asentamiento, es recomendable el uso del menor valor que satisfaga las necesidades
del concreto en obra. Y de la misma forma el valor del tamaño máximo de agregado debe
seleccionarse de acuerdo a la estructura.

27
Figura 1.5 Grafico de Resistencia la compresión, en función de la relación agua/cemento y la
edad, utilizado para el método de diseño de mezclas ACI 211 [4]
Los ítems tres (3), cuatro (4) y cinco (5) se refieren a la identificación del cemento y los
agregados a utilizarse en el diseño de mezcla, esto permitirá un efectivo control de calidad, ya
que la dependencia de la naturaleza de estos factores en el concreto influye directamente en el
comportamiento del mismo. En el caso de presentarse inconvenientes en cuanto a la calidad de la
mezcla, una ubicación de los componentes de la misma que facilite la localización de resultados

28
de ensayos de calidad, resulta una herramienta sumamente útil. El sexto ítem (6) corresponde al
valor del modulo de finura, discutido en el enunciado1.2.3 del presente informe.
En los ítems siete (7), ocho (8) y nueve (9) se específica el valor del peso especifico del
agregado fino, del agregado grueso y del cemento, punto tratado en el enunciado1.2.1, con ciertos
rangos comunes para los agregados mostrados en la Tabla 1.4. Tomando en cuenta, que el peso
específico es el peso de un cuerpo dividido entre su volumen y que los materiales granulados
tienen dos pesos específicos: el aparente y el absoluto, y que el valor generalmente utilizado para
el método de dosificación de la ACI 211 es el del peso especifico absoluto, el cemento Portland
tipo 1 (de uso común) por lo general tiene un valor de peso especifico absoluto de 3,15 g/ml. [3]
Este valor será utilizado para todos los cálculos necesarios que lo involucren en el presente
método de dosificación.
En el punto diez (10) debe especificarse el valor del peso seco y compactado de la piedra.
Este valor corresponde al peso unitario compacto discutido en el enunciado1.2.8y debe estar
expresado en unidades de kilogramos por metro cúbico [Kg/m3
]. En el punto once (11) debe
reportarse el valor de la absorción del agregado grueso (ver enunciado1.2.9) en porcentaje (%).
En el ítem numero doce (12) de la planilla de diseño de mezcla según la ACI 211, se calcula
el valor del volumen absoluto de agregado grueso por metro cúbico del mismo (bo) en la unidad
de volumen, metro cúbico (m3
). Para dicho cálculo se utilizan varios valores calculados
previamente en la planilla (Ec 3.4)
[ ]
Ecuación 3.4
Donde bo es el volumen absoluto de agregado grueso por m3
del mismo, P.Uc es el peso
unitario compacto del agregado grueso, Abs es la absorción del agregado grueso y Pe es el peso
específico del agregado grueso.

29
Es importante tomar en cuenta que el resultado obtenido para el valor de bo, será en unidades de
litros (Lts), ya que los valores requeridos y calculados en etapas anteriores de la planilla están
dados en determinadas unidades que conducen a este resultado, por lo tanto es necesario realizar
el cambio a metros cúbicos como se indica en la planilla.
En el decimotercer ítem (13) se calcula el valor de el volumen compactado de agregado
grueso por metro cúbico de concreto (b/bo) según la Tabla 1.5, para esto hay que tomar en cuenta
el valor del tamaño máximo del agregado y el modulo de finura de la arena, valores previamente
calculados anteriormente según la planilla de diseño de mezcla. En el caso de que el modulo de
finura no este tabulado, será necesario realizar una extrapolación para el calculo del valor de b/bo.
De manera que con los últimos dos valores calculados en los ítems (12) y (13), se puede obtener
un valor de “b” que se define como el volumen absoluto de agregado grueso por metro cúbico de
concreto, este valor, indica el volumen final de la piedra como componente integrado en la masa
de concreto, es decir, con el agregado fino y demás componentes. En el ítem catorce (14) se
realiza este cálculo (Ecuación 3.5), que debe expresarse en metros cúbicos:
Ecuación 3.5
Donde bo es el volumen absoluto de agregado grueso compactado por metro cúbico del
mismo, calculado anteriormente en el ítem (12).
Posteriormente, en el ítem quince (15) en base al grafico de contenido de agua por metro
cúbico de concreto (Figura 1.6) se calculan los litros por metro cúbico que requerirá la mezcla
diseñada para alcanzar los requerimientos planteados. Para calcular la cantidad de cemento en
kilogramos por metro cúbico de concreto [Kg/m3
], en el ítem dieciséis [16] utilizara la relación
agua/cemento de la mezcla y la cantidad de agua requerida (Ecuación 3.6), ambos datos
calculados anteriormente en la planilla.
Ecuación 3.6

30
Con esta cantidad, y el peso específico del cemento, en el ítem (17) se calcula el volumen que
ocupara dicha cantidad de cemento en la mezcla total de concreto, este cálculo debe ser reportado
en metros cúbicos (m3
).
Ecuación 3.7
Donde c, es la cantidad de cemento requerida, en kilogramos, calculada en el ítem anterior, y
Pec, es el peso especifico del cemento.
Posteriormente en el ítem dieciocho (18) se realiza la conversión de la cantidad de agua
necesaria en litros, calculada en el ítem (15) a metros cúbicos para calcular el volumen que
ocupara el agua en la mezcla de concreto. En el ítem diecinueve (19), con la suma del volumen
del cemento mas el volumen de agua, se calcula el volumen de pasta de la mezcla total. Al restar
dicho volumen de pasta a la cantidad 1m3
(o 1000lts) se obtiene el volumen de agregados en la
mezcla de concreto, este calculo se realiza en el ítem veinte (20).

31
Figura 1.6 Contenido de agua por m3
de concreto, en función del “b” y el MF de la arena.

32
Con estos valores, los cuales deben ser reportados en metros cúbicos, es posible calcular los
volúmenes que ocuparán todos los componentes del concreto en un metro cúbico de mezcla. El
volumen restante por calcular, es del de arena, procedimiento realizado en el ítem veintiuno (21)
restando el volumen absoluto de los agregados, menos el volumen del agregado grueso en la
mezcla (b), calculado en el paso (14) de la planilla. De igual forma se puede calcular el
porcentaje total de arena en la mezcla, dividiendo el volumen de la arena, entre el volumen
absoluto de los agregados, este cálculo se realiza en el ítem veintidós y permite calcular el valor β
de la mezcla de concreto.
Los últimos tres ítems de la planilla de diseño de mezcla, resumen en kilogramos (litros para el
caso del agua) la cantidad de los componentes del concreto a diseñar para un metro cúbico de
mezcla, procedimiento realizado en el paso veintitrés (23). Para obtener el peso total por metro
cúbico de los componentes del diseño de mezcla realizado, deben sumarse los valores obtenidos
en el ítem anterior (tomando en cuenta que en el caso del agua, puede realizarse la conversión
directa de litros a kilogramos, puesto que la densidad de la misma es 1000kg/m3
), este valor es
reportado en el ítem veinticuatro (24).
Finalmente, en el ítem veinticinco (25), se calculan los componentes de la mezcla de concreto,
en el caso de realizar un terceo, que es la división del volumen total, en este caso 1m3
. Es decir, si
se desea realizar el diseño de mezcla para una cantidad de 50 litros, hay que dividir esta cantidad
entre 1000 litros y multiplicar este factor por cada uno de los componentes del concreto para un
metro cúbico calculados en el punto (23). Este procedimiento es de suma importancia para la
realización de mezclas experimentales, puesto que la mayoría de las veces se realizan en trompos
mezcladores con capacidades menores a un metro cúbico.
1.4 Hidratación, tiempo de fraguado y endurecimiento del concreto
Al proceso de hidratación, mediante el cual un aglomerante hidráulico adquiere una mayor
consistencia, o cambia de estado plástico a solido, se le denomina fraguado. Este proceso de
hidratación del cemento depende de varios factores: la composición de las fases del cemento, la
finura del mismo, el α, la temperatura de hidratación, la presencia de aditivos o adiciones
químicas. [3,12]

33
La calidad de adhesión de la pasta de cemento se debe a las reacciones químicas entre el
cemento y el agua. El cemento portland es un material de composición compleja integrado por
varios compuestos. Las cuatro fases principales del cemento portland, que totalizan mas de 90%
del peso del mismo se denominan:
- Silicato dicálcico (C2S)
- Silicato tricálcico (C3S)
- Aluminato tricálcico (C3A)
- Ferroaluminato tetracálcico (C4AF)
Además de estas fases principales, se encuentran presentes otros compuestos que influyen en
el proceso de hidratación. Cada tipo de cemento portland posee las mismas cuatro fases, pero
estas difieren en sus proporciones. Los silicatos de calcio constituyen el 75% del peso del
cemento portland, y estas fases reaccionan con el agua para formar hidróxido de calcio e hidrato
de silicato de calcio, este último componente es crucial en el comportamiento del concreto, ya
que las propiedades ingenieriles del mismo (fraguado, endurecimiento, resistencia, estabilidad
volumétrica) dependen del hidrato de silicato de calcio. [1]
El proceso de hidratación del cemento es una reacción exotérmica, de manera que es posible
obtener mediciones de las etapas del proceso si se toma en cuenta el desprendimiento de calor de
las mismas. Existe una etapa clave en el desarrollo de la hidratación (Figura 1.7), se trata de una
disminución del calor de reacción debido a un periodo “durmiente” donde el concreto reduce su
tasa de calor expedido, por ende de endurecimiento, y esta etapa es utilizada para el transporte y
la colocación del material en obra. Es un periodo clave en la utilización del material. [12]

34
Figura 1.7 Tasa de evolución del calor del cemento portland, con una relación agua/cemento de
0,4. [12]
En la Figura 1.7 se observan tres etapas principales, en las primeras etapas ocurre la
formación de fases hidratadas del cemento (geles), luego se observa una caída en el calor de
reacción perteneciente al “periodo durmiente” para luego iniciarse el fraguado inicial (se observa
el incremento de la tasa de evolución de calor de hidratación). En la segunda etapa se da el inicio
del fraguado final para posteriormente en la tercera etapa efectuarse el término del proceso de
hidratación. [12]
En el proceso de endurecimiento del concreto, el volumen del material permanece
prácticamente inalterado, pero al endurecerse se encuentran presentes contenidos de poros llenos
de agua y aire, los cuales no contribuyen a la resistencia del material, puesto que ésta
característica se encuentra en las partes sólidas de la pasta. Por tanto, mientras menos poroso sea
el material, mayor resistencia presentará, de aquí radica la importancia de no utilizar más agua en
la mezcla de la necesaria. Sin embargo, la hidratación completa del concreto es difícilmente
alcanzada en obra, debido a la falta de humedad que generalmente se presenta y a que una
hidratación total requiere décadas de desarrollo. [1]
EvolucióndelcalorJ/s.Kg

35
1.5 Curado y desarrollo de resistencias
El aumento de la resistencia con la edad, es un proceso continuo y puede depender de varios
factores: que partículas de cemento no hidratadas aun estén presentes, de que el concreto
permanezca en estado húmedo, de que la humedad relativa del aire sea mayor a 80%, que el
concreto permanezca a una temperatura favorable y que haya suficiente espacio para la formación
de los geles producto de hidratación. [1]
Generalmente las propiedades mecánicas del concreto endurecido, parecen no depender solo
de la composición química del cemento hidratado sino, de la estructura física de los productos de
hidratación. Una vez que la pasta de cemento ha fraguado su volumen aparente permanece
aproximadamente constante, la pasta endurecida está compuesta por geles producto de la
hidratación del cemento, y otros componentes en menor proporción, como cemento no hidratado
y residuos de los espacios llenos de agua en la pasta fresca. Estos residuos se denominan poros
capilares, no obstante dentro del gel también existen huecos intersticiales denominados poros de
gel. Por lo tanto, en una pasta deshidratada hay dos clases distintas de poros. [13]
La mayoría de los geles de hidratación son coloides, es decir sistemas compuestos por una
fase continua (generalmente líquida) y una fase dispersa (generalmente sólida), durante la
hidratación, la fase superficial de la fase sólida aumenta a gran escala gracias al agua libre que es
absorbida por esta superficie. Por lo tanto, debe permitirse el movimiento de agua desde y hacia
la pasta de cemento, de lo contrario las reacciones de hidratación consumirán la misma hasta que
esta no será suficiente para saturar la superficie sólida, lo que disminuye la humedad relativa
dentro de la pasta. Este proceso se conoce como “autodesecación”. Debido a que los geles de
hidratación, que le confieren la dureza al concreto, solo se pueden formar en espacios llenos de
agua, la autodesecación causa una hidratación menor, de aquí radica la importancia de proveer
suficiente cantidad de agua para el endurecimiento del material, este proceso se denomina curado.
[12,13]
En la Figura 1.8, se aprecia la diferencia, en cuanto a resistencia, entre concretos ensayados a
diferentes días mediante distintos métodos de curado húmedo. Se observa que las muestras que
no fueron curadas (en ambiente de laboratorio todo el tiempo) alcanzaron valores de resistencia

36
considerablemente menores que las muestras que fueron sometidas a curado húmedo todo el
tiempo.
Figura 1.8 Valores de resistencia a la compresión en función de edad del ensayo para distintos
métodos de curado. [1]
En obra, una vez colocado y compactado el concreto, debe ser curado, especialmente en
edades tempranas. Con esta operación se protege el desarrollo de las reacciones de hidratación
del cemento evitando la perdida parcial de agua de reacción a causa de la evaporación de la
misma. [6]
Según sea el caso, se tenen cilindros para ensayos a compresión, estos deben someterse
al proceso de curado en piscinas o envases destinados para tal propósito, de ser posible hasta el
día del ensayo. Si se trata de concreto vaciado en estructuras se realiza el proceso de curado por
métodos de riego superficial.

37
1.6 Aditivos para el concreto
Los aditivos son materiales distintos del agua, el cemento y los agregados que se adicionan a
la mezcla antes o durante el mezclado, con el objetivo de modificar las características de la
misma en cualquiera de sus estados. [1,5]
Según la norma venezolana, Covenin 356, “Aditivos químicos utilizados en el concreto.
Especificaciones”, los aditivos químicos están clasificados en los siguientes tipos [14]
:
- Tipo A: reductores de agua
- Tipo B: retardadores
- Tipo C: aceleradores
- Tipo D: reductores de agua y retardadores
- Tipo E: reductores de agua y aceleradores
- Tipo F: reductores de agua de alto rango
- Tipo G: reductores de agua de alto rango y retardadores
- Tipo H: reductores de agua de alto rango y aceleradores
En esta norma, los aditivos son clasificados según los efectos que tienen sobre la mezcla de
concreto. Esta clasificación representa una limitación con respecto a los aditivos que efectúan
varios efectos simultáneos sobre la mezcla por ejemplo, los mejoradores de la tixotropía
(superplastificantes) los impermeabilizantes, los incorporadores de aire, los modificadores del
tiempo de fraguado, entre otros. [6]
Para efectos del presente informe, solo se definirán algunos tipos de aditivos necesarios en
los diseños de mezcla utilizados en el procedimiento experimental posteriormente expuesto.

38
Los aditivos reductores de agua son aquellos que se utilizan tanto para disminuir la cantidad de
agua de mezcla necesaria para la producción de un concreto con un asentamiento específico,
como para reducir la relación agua/cemento, disminuir el contenido de cemento y aumentar el
asentamiento. Según la norma venezolana Covenin 356 este tipo de aditivos pertenece a la
clasificación A y F. En cuanto a composición química, generalmente, los aditivos reductores de
agua tipo A están compuestos por lignosulfonatos, ácidos e hidróxidos carboxílicos y
carbohidratos.[1,6]
Por otra parte, los aditivos superplastificantes o reductores de agua de alto
rango (Tipo F) son químicamente diferentes a los reductores de agua normales, y están
generalmente constituidos por polímeros orgánicos, ya sea de melanina sulfonatada, condensados
de formaldehido de naftalina sulfonatada o lignosulfonatos modificados, los cuales, además, no
contienen cloruros adicionales que implican un factor de riesgo para el acero en el concreto
armado.[5]
Los aditivos tipo A, son aquellos que reducen al menos un 5% de la cantidad de agua de
mezclado requerida para producir un concreto de la misma consistencia de una mezcla patrón,
incrementando su resistencia. Y los aditivos tipo F, también son llamados superplastificantes y
son aquellos que cumplen la misma función que los aditivos tipo A, pero reducen al menos un
15% de la cantidad de agua. [14]
En base a la función de los aditivos reductores de agua, se puede afirmar que los mismos
ejercen sobre la mezcla de concreto, ciertas acciones que modifican su comportamiento, por
ejemplo, la acción plastificante de este tipo de aditivos se manifiesta cuando al añadir una dosis
del mismo a la mezcla, se obtiene un incremento, de magnitud variable, en el asentamiento. Este
efecto, se logra sin haber modificado la dosis de cemento o el α de la mezcla y se denomina
efecto plastificante. Sin embargo, en este sentido es importante tomar en cuenta el factor “perdida
de asentamiento” puesto que el incremento de la tasa del mismo, resulta en reducción de
trabajabilidad y en menos tiempo para la colocación del concreto. Los aditivos reductores de
agua pueden ejercer un efecto perjudicial para la mezcla de concreto ya que influyen en el
incremento de la velocidad de perdida de asentamiento. [1,6]
En el esquema de la Figura 1.9, se observa el efecto de dos tipos convencionales de aditivos (de
ejemplo) reductores de agua en la tasa de perdida de asentamiento. El aditivo reductor de agua

39
tipo “1” permite alcanzar mayores valores de asentamiento inicial pero tiene perdidas de
asentamiento mas pronunciadas que el aditivo reductor de agua tipo “2”. A su vez este ultimo
tiene menores (aunque no significativamente) valores de asentamiento inicial, pero su velocidad
de perdida es menor que la de la mezcla con el aditivo tipo “1”. Esto se traduce en que la mezcla
de concreto donde se emplea el aditivo tipo “2” será más trabajable que la mezcla con aditivo
reductor de agua tipo “1”. Por otra parte, puede decirse que una caída de asentamiento como la
que presenta el aditivo tipo 1 implica que debe realizarse un proceso de mezclado en obra en
lugar de realizarse en la planta proveedora de concreto.
Figura 1.9 Grafica representativa de una mezcla control frente a dos diseños de mezcla con
diferentes tipos de aditivos reductores de agua de ejemplo (1 y 2), muestra la perdida de
asentamiento en función del tiempo. [1]
Cuando el objetivo requerido, es el ahorro de cemento, los aditivos reductores de agua se
encargan de reducir las dosis de cemento y agua sin reducir la relación agua/cemento original, y
sin perder la fluidez de la mezcla. De igual forma, los aditivos reductores de agua, permiten,
manteniendo constante la dosis de cemento y la fluidez, disminuir la relación α, con lo que
consecuentemente se obtiene un aumento de la resistencia y una disminución de la porosidad, lo
que implica mayor durabilidad en el concreto endurecido.[1,6]

40
Los aditivos retardadores, según la norma Covenin se encuentran en la clasificación Tipo B, y
se encargan de la modificación del tiempo de fraguado de la mezcla de concreto, en este caso,
retardando el mismo. Se emplean generalmente cuando el tiempo requerido para el transporte y
colocación del concreto es mayor que el tiempo estimado para el fraguado inicial de la mezcla,
por lo que resulta necesario retardar dicha reacción. La formulación química de este tipo de
aditivos generalmente consiste en azucares o productos de composición similar, como
hidrocarboxilicos. Es importante destacar que las altas temperaturas, disminuyen el efecto de los
aditivos retardadores de fraguado. [6]
Los aditivos retardadores, además de utilizarse para extender el tiempo de fraguado del
concreto, se usan para disminuir la perdida de asentamiento y extender la trabajabilidad. [1]
Los aditivos tipo C, se denominan aceleradores, estos se usan para precipitar la tasa de
hidratación y el desarrollo de resistencias del concreto a edades tempranas. El cloruro de calcio
(CaCl2) es el compuesto generalmente utilizado para la fabricación de este tipo de aditivos. Se
pueden dividir en dos grupos: los de alta y moderada velocidad de reacción. En el primer caso el
fraguado se produce a pocos segundos de su aplicación (aditivo utilizado junto con el mortero
proyectado para las excavaciones de los túneles de sistemas de transporte subterráneos para evitar
el desprendimiento del material de la superficie). Químicamente suele basarse en una alcalinidad
alta con lo que logran la aceleración de resistencias tempranas, pero deterioran las de mayor edad.
[1,6]
Existen aditivos, que ejercen varias funciones que desempeñan varias funciones
simultáneamente, para el interés del presente informe, se mencionaran solo los aditivos tipo D y
G. Los aditivos tipo D, según la norma venezolana, se denominan reductores de agua y
aceleradores, son aquellos que reducen al menos un 5% de la cantidad de agua de mezclado
requerida, a su vez retardando el fraguado y aumentando la resistencia del concreto. Los aditivos
tipo G, se denominan reductores de agua de alto rango y retardadores y desempeñan una función
similar a la de los aditivos tipo D, pero reducen al menos un 15% del agua necesaria para el
mezclado.

41
1.6.1 Adiciones: microsílice y nanosílice
Existen otros tipos de productos que se añaden al cemento, mortero o concreto con la
finalidad de obtener ventajas mecánicas en el material, generalmente suelen ser finos polvos
inorgánicos que se denominan adiciones. Las puzolanas según la Norma ASTM C129 se definen
como “materiales silíceos o aluminosos que en si mismos poseen poco o ningún valor
cementante, pero que, en forma finamente dividida y en presencia de humedad, reaccionan
químicamente con el hidróxido de calcio, bajo temperaturas ordinarias, para formar diversos
compuestos que poseen propiedades cementantes. [5,6]
Las reacciones de hidratación del cemento que tienen como productos los geles que le confieren
la resistencia mecánica al mismo, generalmente ocurren de la siguiente manera:
Donde el C3S es una de las fases del cemento, que al hidratarse formará un gel denominado
tobermorita, C3S2H3 e hidróxido de calcio, CH. Cuando la sílice reacciona con el hidróxido de
calcio, se forma CSH o tobermorita secundaria, compuesto que le confiere resistencia adicional al
material. Es necesario destacar que al aumentar la finura de la sílice, mayor será el efecto de
aumento de la resistencia mecánica.
En este orden, la microsílice o humo de sílice (silica fume) es un subproducto, resultado de la
reducción del cuarzo de alta pureza, con carbón en hornos eléctricos durante la producción de
silicio, utilizado como puzolana. La microsílice es mas de 85% dióxido de silicio de estructura
amorfa. Es un material muy fino con partículas de menos de 1mm de diámetro y con diámetro
promedio de 0,1μm, aproximadamente 100 veces menor que el diámetro de las partículas de
cemento. Las esferas ultrafinas de microsílice, llenan los espacios entre los granos de cemento,
disminuyendo los vacíos en el concreto fresco y por lo tanto por lo tanto haciéndolo mas
cohesivo. Un esquema del mecanismo mediante el cual actúa la microsílice en las propiedades de
concreto, se puede observar en la Figura 1.10. [1,15]

42
Figura 1.10La microsílice, adicionada al concreto, llenará los vacíos y huecos entre las
partículas de cemento. [15]
En cuanto al comportamiento de la mezcla, esta presentaría variaciones debido a la presencia
de adiciones en su composición, dependiendo de cuales sean las mismas, pero generalmente, con
respecto a la microsílice, cuanto mayor es la cantidad de este material, mayor es la cohesión del
mismo y por lo tanto mayor es la demanda de agua de la mezcla, de manera que es necesaria la
utilización de aditivos plastificantes o superplastificantes para mantener la trabajabilidad. En las
mezclas donde se emplea menos de 5% de microsílice generalmente no ocurre un aumento de la
demanda de agua.
La microsílice es una adición muy efectiva en la reducción del sangrado y la segregación del
concreto, y como resultado pueden utilizarse concretos con mayores valores de asentamiento. [1]
Generalmente, el uso de materiales cementantes suplementarios ayuda a la bombeabilidad del
concreto, especialmente la microsílice, sin embargo grandes cantidades de esta adición pueden
producir concretos de muy alta cohesión, baja segregación y bajo sangrado. De manera que como
no hay agua de sangrado presente para la evaporación en la superficie del concreto, se puede
desarrollar la figuración. En cuanto a las resistencias del material, la microsílice contribuye al
desarrollo de las mismas, debido a que las finas partículas de microsílice reaccionen con el
hidróxido de calcio débil Ca (OH)2 presente en el cemento hidratado para formar compuestos más
estables que contribuyen a la resistencia como silicatos de calcio hidratados. Sin embargo los
materiales cementantes suplementarios generalmente producen un desarrollo lento de las
resistencias tempranas. Básicamente, las adiciones se emplean para la producción de concretos de
alta resistencia (hasta 1000kg/cm2
). [1,15]

43
La nanosílice, es un nano aditivo en estado líquido basado en sílice coloidal. Se trata de nano
partículas esféricas que se ubican en los intersticios del cemento produciendo una mejor
dispersión y trabajabilidad del concreto. Generalmente, se utiliza para controlar la estabilidad, la
segregación y la pérdida de agua en el concreto, haciendo el mismo más cohesivo. Algunas de
sus ventajas son, el incremento de resistencia a edades tempranas, mejores resistencias finales,
disminución del rebote en concretos proyectados, entre otras. Además, en comparación con la
microsílice, la nanosílice representa una alternativa más amigable con el medio ambiente y con
los trabajadores. [16,17]
1.7 Mortero proyectado
El mortero puede definirse como la mezcla de un material cementante, un material de relleno
(agregado fino o arena) agua, y eventualmente aditivos, que al endurecerse presenta propiedades
físicas, químicas y mecánicas similares a las del concreto. [5]
Existen mezclas secas, en este caso morteros, que pueden ser “proyectados” a una estructura
determinada por algún medio, a través de una manguera, a alta velocidad, contra una superficie.
Este tipo de mezclas son empleadas comúnmente en recubrimientos de túneles, taludes y la
reparación de ciertas estructuras, ya que difieren del concreto convencional en que su colocación
y compactación se efectúan simultáneamente, esto debido a que la fuerza del chorro que hace
impacto en la superficie, compacta el material de modo que se puede autosoportar, sin resbalar o
caerse aun en una cara vertical o un techo. [3,5]
Generalmente el diseño de mezclas del mortero proyectado se rige por los mismos principios
del diseño de mezclas del concreto. Los factores principales que controlan resistencias y calidad
del material, son la relación agua/cemento, la gradación de los agregados y el grado de
consolidación alcanzado. Sin embargo, existen varias consideraciones en que el diseño de
mortero proyectado, difiere del concreto convencional. Las mayores diferencias se encuentran en
la gradación de los agregados, y el contenido de cemento del mortero proyectado. [15]

44
Los requerimientos en el desempeño del mortero proyectado, varían de acuerdo al proyecto, en
la Figura 1.11 se observa el listado de algunos requerimientos de este tipo de mezclas en función
de la estructura.
Figura 1.11 Requerimientos en el desempeño del concreto proyectado, de acuerdo al tipo de
obra y estructura. [15]

CAPÍTULO 2
DISEÑO EXPERIMENTAL
2.1 Materiales y equipos
2.1.1 Materiales
 Cilindros graduados de capacidades, 50,250 y 500 ml.
 Equipo cono de Abrams: cono, plancha metálica, barra compactadora.
 Cuchara de albañilería
 Contenedores plásticos
 Cinta métrica
 Conchas cilíndricas metálicas para cilindros (15 x 30cm)
 Piscinas para curado de cilindros
 Cuñetes plásticos
 Recipientes metálicos
 Guantes de carnaza
 Espátula
 Materiales para concreto: agregado grueso, fino, cemento, agua. Cuyas propiedades
relevantes para la realización del presente procedimiento experimental se encuentran
reseñadas en la Tabla 2.1
Aditivos químicos para el concreto de diferentes tipos, resumidos en la
 Tabla 2.2.

45
Tabla 2.1 Propiedades características de los componentes del concreto para mezclas
experimentales.
Material Procedencia
Peso especifico
[g/cm3]
Arena Gruesa Puente Áreas 2.59
Piedra 1" Puente Áreas 2.69
Cemento INVECEM 3.15
Microsílice FERROVEN 2.22
Tabla 2.2 Características de los aditivos utilizados en el procedimiento experimental
Aditivo Casa Función
Dosificación
(%PC)
Precauciones
Vf SK
Superplastificante
y mejorador de
trabajabilidad
0.4 - 1.6
De acuerdo a
regulaciones el
producto puede
variar de acuerdo al
país
S-780 SK Superplastificante 0.3 - 0.8
Exceso en la
dosificación puede
generar retardo de
fraguado
S-450 SK
Superplastificante
y retardador
0.3 - 0.8
Exceso en la
dosificación puede
generar retardo de
fraguado
Gl BA Superplastificante 0.26 - 0.78
No puede
utilizarse en
conjunto con
aditivos con
naftaleno
Del BA Retardador 0,26
La dosificación
puede variar de
acuerdo a las
condiciones de obra

46
P-2237 BA
Reductor de agua
de rango medio y
retardador de
fraguado
0,29
No se recomienda
el uso de
dosificaciones
diferentes a las
especificadas
D-12 GR
Plastificante y
retardador de
fraguado
0.2 - 0.5
A mayores
temperaturas del
cemento mayor
cantidad de aditivo
deberá utilizarse
W-79 GR Plastificante 0.27 - 0.45
En combinación
con otros aditivos,
estos deben
agregarse por
separado
Nanosílice (S-
100)
SK
Controla
estabilidad,
segregación y
perdida de agua del
concreto haciéndolo
mas resistente al
ataque por sulfatos
0.1 - 1.5
Reduce el
asentamiento inicial
de la mezcla. Se
recomienda utilizar
con aditivos
superplastificantes
*% PC se refiere al porcentaje de acuerdo a la cantidad de cemento.
2.1.2 Equipos
 Prensa hidráulica “Controls” modelo 20063 Cernusco S/N Capacidad 2000KN
 Balanza Sartorius Modelo B16100
 Balanza OHAUS
 Mezcladora de capacidad 40 Lts
 Mezcladora de capacidad 90 Lts
 Equipo aguja de Vicat Marca WICA
 Hornilla eléctrica
 Equipo Speedy para la medición de humedad de la arena
 Tamizadora automática con juego de tamices marca Solotest

47
2.2 Procedimiento para la realización de mezclas experimentales de concreto
A continuación en la Figura 2.1, se muestra una secuencia del procedimiento realizado para la
dosificación de diseños de mezclas experimentales en el laboratorio de Odebrecht.
Posteriormente serán detallados cada uno de los procedimientos.
Figura 2.1 Esquema del procedimiento para la realización de mezclas experimentales

48
2.2.1 Realización de planilla digital para la dosificación de mezclas de concreto
según el método ACI 211
Antes de realizarse el proceso de mezclado de los componentes del concreto, fue necesario
establecer la dosificación de acuerdo a la cantidad y el tipo de aditivos que se procedían a utilizar.
Para esto, se realizaron (de forma manual, mediante planillas, y automática, mediante el llenado
de planillas digitales) los cálculos pertinentes de dosificación. En la Figura 2.2 se reseña la
planilla realizada para la dosificación de concreto mediante el programa Microsoft Excel 2011.
El objetivo de la realización de esta planilla de cálculo, fue obtener de manera automática los
valores requeridos de los componentes del concreto para determinados terceos (fracciones) de
material, dependiendo del trompo a utilizarse (de 40lts o 90lts). Los cálculos de la planilla de
diseño de mezclas fueron realizados en base a los procedimientos indicados según el comité 211
de la ACI para la dosificación de concretos (Ver enunciado 1.3 del marco teórico), de manera que
con introducir varios parámetros fijos para el diseño, la hoja de cálculo automáticamente es capaz
de determinar las cantidades de agua, cemento, agregados y aditivos, dependiendo de la
corrección por humedad de los agregados, para dosificar el diseño de la resistencia requerida.

49
Figura 2.2 Planilla de cálculo para la dosificación de mezclas experimentales según el método
ACI 211
Para cada una de las mezclas experimentales se lleva un correlativo del numero de diseño que
se está realizando, con el objetivo de mejorar el control de los procedimientos experimentales y
sintetizar sencillamente los resultados finales a la hora de establecer comparaciones.

TesisIng

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (18)

Similar a TesisIng

Similar a TesisIng (20)

TesisIng