Ingeniera de Materiales, ciclo II-2014

Diseo de Mezclas de Concreto

Lesly E. Mendoza M.

Pgina 1 de 9

PROCEDIMIENTO PARA EL DISEO DE MEZCLAS DE CONCRETO (ACI 211)

El concreto es un material procesado compuesto por proporciones prefijadas de agregados finos y gruesos bien

graduados, unidos por una masa cementante. Esta pasta est compuesta de cemento Portland y de agua. Los materiales

anteriores, cuando se proporcionan y mezclan debidamente, forman un concreto plstico que puede ser moldeado para

darle la forma y tamao que se desee.

El proporcionamiento de concreto lleva por finalidad cumplir con los requisitos de trabajabilidad, durabilidad y

resistencia requerida; seleccionando para ello los materiales disponibles para obtener un concreto econmico bajo las

condiciones de trabajo.

Referencias:

A.C.I 211 Diseo de Mezclas de concreto Normal

Objetivo :

- Conocer el procedimiento para el diseo de mezclas de concreto de peso normal.

Procedimiento:

- Primer paso: Para realizar el proporcionamiento de la mezcla es necesario tener los datos siguientes:

1. Tipo de estructura para la cual se har el diseo.

2. Resistencia requerida.

3. Tipo de cemento.

4. Gravedad Especfica de agregados.

5. Pesos Volumtricos de gravas y arenas.

6. Tamao Mximo del agregado.

7. Mdulo de Finura de la arena.

8. Lmites de gravas.

9. Absorcin de grava y arena.

10. Contenido de humedad de agregados.

11. Revenimiento (el que deber proporcionar el solicitante del diseo.)

- Segundo paso. Se encontrar la resistencia de diseo ( fcr) : se obtendr de la tabla 1 la cual depende de resistencia

requerida fc.

Tercer paso. Eleccin del revenimiento: Si no se especifica el revenimiento puede seleccionarse un valor apropiado

dependiendo del tipo de construccin en la tabla 2.

- Cuarto paso. Calculo del agua de mezclado y contenido de aire: para ello se necesita conocer el revenimiento y el tamao

mximo del agregado y conocer si el concreto tendr o no aire incluido ( ver tabla 3).

- Quinto paso. Seleccin de la relacin agua / cemento: esta se determina por los requisitos de resistencia as como las

condiciones a la que estar expuesta la estructura, est se obtendr de la tabla 4.

- Sexto paso: clculo del contenido de cemento: el cemento requerido es igual al contenido estimado de agua de mezclado

dividida entre la relacin agua /cemento.

Ingeniera de Materiales, ciclo II-2014

Diseo de Mezclas de Concreto

Lesly E. Mendoza M.

Pgina 2 de 9

Cagua

a c

Cemento mnimo por metro cbico de concreto.

- Sptimo paso. Se estimar el contenido de agregado grueso, este parmetro lo obtendremos de la tabla 5 y necesitaremos

para ello el tamao mximo del agregado y el mdulo de finura; el valor obtenido multiplicado por el P.V.V. nos permitir

encontrar la cantidad de agregado grueso seco por metro cbico de concreto.

- Octavo paso. Una vez establecidas las cantidades de agua, cemento y agregado grueso, el material restante que completa

un metro cbico de concreto debe consistir en arena y aire que pueda quedar incluido. La arena requerida puede

determinarse ya sea con base en el peso o en volumen absoluto. Basndonos en el peso: en la tabla 6 se estima el peso

de un metro cbico de concreto fresco sin aire incluido, utilizando para ello el tamao mximo del agregado y

considerando adems si el concreto tiene o no aire incluido. Con este valor y restando de este el peso de cada

componente podemos encontrar el peso de la arena.

Con base en el volumen absoluto. Una vez establecidas las cantidades de cemento, agua y agregado grueso, y tomando

de la tabla 3 el contenido aproximado de aire atrapado, el contenido de arena puede calcularse restando de un metro

cbico (1000 litros) el volumen que ocupe cada uno de ellos:

Volumen de aguaWagua de mezclado

densidad delagua

Waguademezclado

1000= m3

100015.3

Wcemento

materialdeldensidad

cementoWcementodesolidoVolumen = m3

Siendo la densidad del material = peso unitario del agua por el peso especifico del material.

VolumensolidodeagregadogruesoWagregado grueso

pesoespecifico

1000= m3

Volumen deaireincluidoporcentaje deaire

100

1= m3

Volumen dearena Vol cemento Vol va Vol agua Vol de aire 1 . .gra . . = m3

- Noveno paso. Ajustar por humedad del agregado: las cantidades de agregado que realmente deben pesarse para el

concreto deben considerar la humedad del agregado, regularmente los agregados estn hmedos, y sus pesos secos

deben incrementarse con el de agua, tanto absorbida como superficial, que estos contienen.

- Dcimo paso. Para la mezcla de prueba de laboratorio, se considera conveniente reducir los pesos para producir nada ms

que los cilindros de prueba y el revenimiento, considerando que cada cilindro y el ensaye de Revenimiento ocupa un

volumen de 7 litros cada uno y que se harn un total de 9 cilindros ms el ensaye de revenimiento.

Ingeniera de Materiales, ciclo II-2014

Diseo de Mezclas de Concreto

Lesly E. Mendoza M.

Pgina 3 de 9

TABLA No 1. RESISTENCIA A LA COMPRESIN PROMEDIO REQUERIDA CUANDO NO SE DISPONE DE DATOS PARA

ESTABLECER UNA DESVIACIN ESTNDAR.

Resistencia a la compresin especificada fc, Kg/cm2 Resistencia a la compresin requerida promedio, fcr, Kg/cm2

Menos que 210 fc + 70

210 a 350 fc + 85

Mayor que 350 1.1fc + 50

TABLA No 2. REVENIMIENTOS RECOMENDADOS PARA DIVERSOS TIPOS DE ESTRUCTURAS

Tipo de construccin Revenimiento Mximo (mm) Revenimiento Mnimo (mm)

Muros de cimentacin y zapatas reforzadas 75 25

Zapatas, campanas y muros de subestructura sencillos 75 25

Vigas y muros reforzados 100 25

Columnas para edificios. 100 25

Pavimentos y losas 75 25

Concreto masivo 75 25

Puede incrementarse en 2.5 cm cuando los mtodos de compactacin no sean mediante vibrado.

TABLA No 3. REQUISITOS APROXIMADOS DE AGUA DE MEZCLADO Y CONTENIDO DE AIRE PARA DIFERENTES REVENIMIENTOS

Y TAMAOS MXIMOS NOMINALES DE AGREGADOS

Agua, Kg/m3 de concreto para los tamaos mximos nominal de agregados indicados.

Revenimiento, cm 9.5 mm

(3/8)

12.5 mm

(1/2)

19.0 mm

(3/4)

25 mm

(1)

37.5 mm

(1 )

50 mm

(2)

75 mm

(3)

150 mm (6)

Concreto sin aire incluido

de 2.5 a 5 207 199 190 179 166 154 130 113

de 7.5 a 10 228 216 205 193 181 169 145 124

de 15 a 17.5 243 228 216 202 190 178 160 -

Cantidad aproximada de aire atrapado en concreto sin

inclusin de aire, expresado como

3 2.5 2 1.5 1 0.5 0.3 0.2

Concreto con aire incluido

de 2.5 a 5 181 175 168 160 150 142 122 107

de 7.5 a 10 202 193 184 175 165 157 134 119

de 15 a 18 216 205 197 184 174 166 154 -

Promedio recomendado del contenido total de aire,

porcentaje de acuerdo con el nivel de exposicin:

Exposicin baja 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0

Exposicin moderada 6.0 5.5 5.0 4.5 4.5 4.0 3.5 3.0

Exposicin severa 7.5 7.0 6.0 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0

Ingeniera de Materiales, ciclo II-2014

Diseo de Mezclas de Concreto

Lesly E. Mendoza M.

Pgina 4 de 9

TABLA No 4. CORRESPONDENCIA ENTRE LA RELACIN AGUA/CEMENTO Y LA RESISTENCIA A LA COMPRESIN DEL

CONCRETO.

Resistencia a la compresin a los

28 das, MPa

Relacin agua/cemento y la resistencia a la compresin requerida.

Concreto sin aire incluido Concreto con aire incluido

40 0.42 -

35 0.47 0.39

30 0.54 0.45

25 0.61 0.52

20 0.69 0.60

15 0.79 0.70

TABLA No 5. VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO POR VOLUMEN UNITARIO DE CONCRETO.

Tamao mximo Nominal

del agregado en mm. (pul)

Volumen de agregado grueso varillado en seco por volumen unitario de concreto para

distintos mdulos de finura de la arena

2.40 2.60 2.80 3.00

9.5 (3/8) 0.5 0.48 0.46 0.44

12.5 (1/2) 0.59 0.57 0.55 0.53

19 (3/4) 0.66 0.64 0.62 0.60

25 ( 1) 0.71 0.69 0.67 0.65

37.5 (1 1/2) 0.75 0.73 0.71 0.69

50 (2) 0.78 0.76 0.74 0.72

75 (3) 0.82 0.80 0.78 0.76

150 (6) 0.87 0.85 0.83 0.81

DISEO TERICO DE LA MEZCLA.

Elaborar el diseo de mezcla de laboratorio para:

Elemento: Viga.

Resistencia:

Basar el diseo en el procedimiento planteado por el ACI 211.1.

Ingeniera de Materiales, ciclo II-2014

Diseo de Mezclas de Concreto

Lesly E. Mendoza M.

Pgina 5 de 9

DATOS GENERALES.

NOTA: El diseo ser elaborado por peso, utilizando la gravedad especfica seca de los agregados. Los datos

sobre los agregados, se obtienen de los respectivos ensayos realizados a los agregados.

Elemento: Viga.

Resistencia:

Cemento: Tipo portland GU tipo I, ASTM C 1157. Gs = 2.9

Agregado grueso:

o Gravedad especfica seca:

o Porcentaje de humedad: 2.0 %

o Porcentaje de absorcin: 1.5 %

o Tamao mximo nominal: 3/4.

o Peso volumtrico varillado seco:

Agregado fino:

o Gravedad especfica seca:

o Porcentaje de humedad: 6.0 %

o Porcentaje de absorcin: 7.8 %

o Mdulo de finura: MF = 2.76

Sin inclusin de aire.

1.1 RESISTENCIA DE DISEO.

NOTA: Utilizando la tabla nmero 1 RESISTENCIA A LA COMPRESIN PROMEDIO REQUERIDA CUANDO

NO SE DISPONE DE DATOS PARA ESTABLECER UNA DESVIACIN ESTNDAR de la gua de laboratorio,

para una resistencia entre 210-350 Kg/cm2.

1.2 REVENIMIENTO.

NOTA: Utilizando la tabla nmero 2 REVENIMIENTOS RECOMENDADOS PARA DIVERSOS TIPOS DE

ESTRUCTURAS de la gua de laboratorio, para vigas y muros reforzados.

Ingeniera de Materiales, ciclo II-2014

Diseo de Mezclas de Concreto

Lesly E. Mendoza M.

Pgina 6 de 9

Se elige como revenimiento 4.

1.3 AGUA DE MEZCLADO Y CONTENIDO DE AIRE.

NOTA: Utilizando la tabla nmero 3 REQUISITOS APROXIMADOS DE AGUA DE MEZCLADO Y CONTENIDO

DE AIRE PARA DIFERENTES REVENIMIENTOS Y TAMAOS MXIMOS NOMINALES DE AGREGADOS de

la gua de laboratorio, para concreto sin aire incluido.

Revenimiento: 4= 10cm

Tamao mximo nominal: 3/4.

Agua de mezclado aproximada: 205 Kg.

Contenido de aire atrapado: 2.0%.

1.4 RELACIN AGUA /CEMENTO.

NOTA: Utilizando la tabla nmero 4 CORRESPONDENCIA ENTRE LA RELACIN AGUA/CEMENTO Y LA

RESISTENCIA A LA COMPRESIN DEL CONCRETO de la gua de laboratorio, para concreto sin aire

incluido.

Para un

. Interpolar para la relacin agua cemento de dos valores:

(

( ))

1.5 CONTENIDO DE CEMENTO.

NOTA: Utilizando el valor obtenido para la relacin agua/cemento = 0.55, y despejando el peso de cemento a

partir del agua de mezclado.

1.6 CANTIDAD DE AGREGADO GRUESO.

NOTA: Utilizando la tabla nmero 5 VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO POR VOLUMEN UNITARIO DE

CONCRETO de la gua de laboratorio.

Ingeniera de Materiales, ciclo II-2014

Diseo de Mezclas de Concreto

Lesly E. Mendoza M.

Pgina 7 de 9

Para un mdulo de finura de 2.76, y un tamao mximo nominal de 3/4:

MF = 2.76, TMN = 3/4; Factor = ???

Para un mdulo de finura de 2.60 el factor es de : 0.64

Para un mdulo de finura de 2.80 el factor es de :0.62

Interpolando se tiene:

( )( )

1.7 CANTIDAD DE AGREGADO FINO.

NOTA: Los pesos obtenidos hasta el momento, se utilizarn para 1 metro cbico de mezcla.

Convirtiendo los pesos obtenidos hasta el momento en volmenes (dividiendo su peso entre la gravedad

especfica, para los agregados se utiliza la gravedad especfica seca), y obteniendo el total de su suma, se

obtiene la diferencia de 1000 litros menos ese total. Esta diferencia constituye el volumen del elemento restante,

es decir, el agregado fino.

CANTIDAD DE MATERIALES PARA 1 METRO CBICO.

MATERIAL PESO (Kg) Gravedad especifica VOLMEN (l)

Agua 205 1 205

Cemento 373 2.94 127

Aire 2.0% - 20

Grava seca 928 2.51 370

Arena seca 583.8584 2.10 278

TOTAL 1000

Los valores de gravedad especfica para los agregados grueso y fino, se encuentran en estado seco.

Ingeniera de Materiales, ciclo II-2014

Diseo de Mezclas de Concreto

Lesly E. Mendoza M.

Pgina 8 de 9

Del volumen total se resta la suma de los volmenes de agua, cemento, aire, grava; esta diferencia constituye el

volumen de arena.

ste valor se multiplica por su gravedad especfica y se obtiene el peso en kilogramos correspondiente al

agregado fino.

( )

1.8 CORRECCIN POR HUMDEDAD Y ABSORCIN.

Los agregados a elaborar se utilizarn en condicin hmeda.

Obtencin de los agregados en estado hmedo.

( )

( )

Determinando si los agregados aaden o extraen agua de mezclado.

Material. Humedad (%) Absorcin (%) w% - absorcin% Conclusin.

Grava 2.0 1.5 +1. 6 Aporta agua

Arena 6.0 7.8 -1.80 Extrae agua

Determinando la cantidad de agua que necesita agregar.

( )

( )

, se le quita

( )

, aporta

Corrigiendo la cantidad de agua de mezclado.

Mezcla para 1 metro cbico corregida.

MATERIAL PESO (Kg)

Agua 201

Cemento 373

Aire 2.0%

Grava hmeda 947

Arena hmeda 619

TOTAL 2140

Ingeniera de Materiales, ciclo II-2014

Diseo de Mezclas de Concreto

Lesly E. Mendoza M.

Pgina 9 de 9

1.9 REDUCCIN A MEZCLA DE LABORATORIO.

Se elaborar una mezcla, que incluir cilindros y viguetas.

Volumen de la mezcla.

o El volumen de los cilindros seria:

o El volumen total seria:

Cantidades de material para la mezcla de cilindros y viguetas

Los pesos de los materiales para el Volumen de laboratorio se obtienen al multiplicar el peso de los materiales

para 1 m3 por el volumen necesario para la mezcla de laboratorio, como se detalla a continuacin:

PARA 1 METRO CBICO. PARA 0.032 METROS CBICOS

MATERIAL PESO (Kg) Factor CANTIDAD: Peso*0.032 (Kg)

Agua 201 0.032 6.43

Cemento 373 0.032 11.94

Aire 2.0% 0.032 2.0%

Grava hmeda 947 0.032 30.30

Arena hmeda 619 0.032 19.81

TOTAL 2140 0.032 68.48