5 Jul 13

Diseño de mezclas de concreto: Conceptos básicos

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

Una mezcla se debe diseñar tanto para estado fresco como para estado endurecido. Las principales exigencias que se deben cumplir para lograr una dosificación apropiada en estado fresco son las de manejabilidad, resistencia, durabilidad y economía.

Manejabilidad

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

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

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

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

Resistencia y durabilidad del concreto

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

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

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

La economía de en las mezclas de concreto

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

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

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

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

Dosificación de una mezcla de concreto

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

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

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

Especímenes cilíndricos de concreto. Foto: Argos

Datos de los materiales

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

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

Proceso para el diseño de mezclas de concreto

1. Estudio de las especificaciones de la obra
2. Definición de la resistencia Compresión/flexión
3. Elección del asentamiento
4. Determinar TM – TMN
5. Estimación cantidad de aire
6. Estimación contenido de agua
7. Definir relación agua/material cementante
8. Contenido de material cementante
9. Verificar las granulometrías de los agregados
10. Estimación de agregado grueso
11. Estimación de agregado fino
12. Ajuste por humedad
13. Ajuste del diseño de mezcla

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

Los comentarios y experiencias sobre este tema, son bienvenidos.

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


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Sobre el autor

Jesús David Osorio ingeniero_civil Ciudad: Ocaña País: Colombia

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


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51 Responses to Diseño de mezclas de concreto: Conceptos básicos

    Buenas Ing. Cordial saludo desde México..
    Una pregunta donde podría encontrar un libro para el diseño de mezclas de concreto hidráulico para carreteras???

    Responder a este comentario

    Hola Ing. una pregunta se otra utilizar el vidrio reciclado como agregado en un diseño de mezcla. de ser posible a pudiera sustituir al cemento o a la arena… saludos e Perú

    Responder a este comentario
      Jesús David Osorio says:

      Buenos días Reynaldo,

      La idea es ajustar el diseño y evaluar el contenido de arena.

      Cordial saludo,

      Jesús David Osorio

      Responder a este comentario

    Ingeniero, nos podría orientar en el diseño de agregados para baldosas prefabricadas de terrazzo?. Uds venden cemento blanco? De que distribución granulometrica.?
    Estamos desarrollando baldosas y bloques de concreto y apreciariamos orientación; o weblinks a documentos técnicos.

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    JORGE DIAZ B says:

    BUENOS DIAS INGENIERO:
    QUISIERA SABER QUE ENSAYOS EXISTEN PARA LA MEZCLA DE CONCRETO HIDRAULICO Y EZCLA ASFALTICA Y DE ASFALTO, QUE RESULADOS DE REFERENCIA SE PUEDEN DAR?

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    Buenas tardes Ing. Osorio
    Permítame consultarle ¿Como afecta el tamaño de la grava en la resistencia del concreto? ¿Es lo mismo un concreto de 4000 psi con grava #4 o # 5 o gravilla?
    Saludos
    Nora

    Responder a este comentario
      Jesús David Osorio says:

      Buenos días Nora,

      Claro que afecta el tamaño máximo de la grava. los consumos de agua afectan y por ende los contenidos de cemento.

      Saludos,

      Responder a este comentario
    Christian Gómez says:

    Estimado Ing.
    Para los diseño de mezclas como se define el Tamaño máximo nominal y el tamaño máximo. Y que criterios se tiene para definirlos.
    El ACI y la ASTM dan un concepto claro sobre el TM, sin embargo para el TMN dan “casi” el mismo concepto pero como discusión indican que depende de las especificaciones, es decir no esta estandarizado.
    Ciertos autores como Mehta indican que el tamaño máximo del agregado como el tamiz que
    retiene 15% o mas. obs: no dice TMN sino TM.
    El ACI 211 indica para entrar a sus tablas TMN.
    La parábola de Fuller indica D que es el TM o TMN??
    Y Por que usa D??
    Es cierto que en otros paises se usa D por que las aberturas son circulares y no cuadradas como indica la ASTM

    Responder a este comentario
      Jesús David Osorio says:

      Buenas tardes Christian,

      Para los diseños de mezclas es preferible utilizar el concepto de tamaño máximo del agregado para la elaboración de los diseños de mezclas.

      Cordial saludo,

      Responder a este comentario

    hola soy estudiante en técnico medio en construcción civil 5to año es para saber si me pudieras ayudar en uno información de concreto y otras cosas

    Responder a este comentario
    JESUS ALBERTO GOMEZ G says:

    Requiero un diseño de mortero para revoque, es con cemento mampostria de argos de 42,5 kg y area de potreritos.
    Es un poco urgente

    gracias

    Responder a este comentario
      Jesús David Osorio says:

      Buenas tardes,

      Para hacer el mortero les recomiendo hacer un diseño de mortero donde se analice la calidad de la arena y que el mortero cumpla con los requisitos de adherencia y retención de agua. les recomiendo que para mortero utilicen un cemento llamado cemento de mampostería.

      saludos,

      Responder a este comentario
    Andres Bernal says:

    Buenos días Ing. Osorio.

    Necesito realizar un mortero de nivelación para un apto y luego será puesta una cerámica.
    Area: 50 m2, espesor 5 cm.
    Por favor me indica como puedo calcular la cantidad de cemento y arena requeridos.
    Gracias.

    Responder a este comentario
      Jesús David Osorio says:

      Buenos días Andres,

      Para hacer un mortero de nivelación se debe hacer un diseño de mortero que cumpla con las especificaciones de resistencia y manejabilidad, te doy una dosificación típica pero se debe contar con un diseño de mortero.

      Cemento 430kg
      Agua 301 kg
      Arena 1450 kg

      Saludos,

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    ANTHONY TOMAS QUISPE FUENTES says:

    BUENAS UNA CONSULTA …CUALES SON LAS DIFERENCIAS ENTRE EL METODO ACI, WALKER Y MODULO DE FINEZA

    Responder a este comentario
      Jesús David Osorio says:

      Buenos días Antony,

      De acuerdo a la pregunta sobre los diseños. todos esto métodos tiene algo en común que es hacer una dosificación de cada uno de los materiales cumpliendo la calidad y sin olvidar la parte económica. la diferencia se marca en la tablas como se escoge el cemento y la forma como se calcula la cantidad de los agregados.

      Saludos,

      Responder a este comentario
    Maria Valecillos says:

    Buenas noches Ing Osorio me podria orientar acerca de los metodos de ensayos destructivos y no destructivos

    Responder a este comentario
      Jesús David Osorio says:

      Buenos días Maria,

      Es importante que antes de realizar ensayos no destructivos o destructivos se haga una analisis estadisiticos de los concretos. si ya deciden hacer ensayos a la estructura se debe comenzar con ensayos no destrcutuvos.

      Ensayo de esclerometro aplicando la norma NTC 3692 y el ensayo de ultrasonido aplicando la NTC 4325

      si estos ensayos no concluyen, se debe utilizar el ensayo de extracción de núcleos aplicando la norma NTC 3658.

      Cordial saludo,

      Responder a este comentario
    Responder a este comentario
      Jesús David Osorio says:

      Buenos días Yuly,

      Claro que te colaboramos, te recomiendo un libro tecnología del concreto, lo consigues en Asocreto. en el capitulo 11 esta todo lo de un diseño y un ejemplo de aplicación.

      Este libro yo participe y es muy practico.

      saludos,

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    buenas ing. una consulta, para el diseño de mezcla en la determinacion del agua a usar segun la tabla del ACI es por TM o TMN. gracias por su respuesta

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    JONATHAN RICARDO ASCENCIO says:

    Ing. Jesús Osorio buen día, después de aplicar cada uno de los aspectos a tener en cuenta para un diseño de mezcla de concreto, no encuentro que ensayo realizar o un método a utilizar en el cemento, para lograr encontrar los cambios de resistencia entre una marca de cemento a otra o que en el diseño de mezcla se pueda ver reflejado.

    dosificando de igual manera, aplicando el mismo paso a paso para un diseño de mezcla, y realizando las pruebas con los mismos agregados pero diferente cemento (2 marcas de cemento diferentes A y B), los resultados arrojan una resistencia a 7 días del cemento A de un 72% y el cemento B del 52%.

    agradezco su colaboración y atención.

    Responder a este comentario
      Jesús David Osorio says:

      Buenos días Jonathan,

      Los cementos tiene diferentes comportamiento y es normal que den diferentess resistencias.

      saludos,

      Jesús David Osorio

      Responder a este comentario
    Oscar fernando Bustos Moreno says:

    Ingeniero Jesús David buenas noches,lo molesto par que me indique por favor,en donde encuentro los límites granulométricos para un diseño con una mezcla de agregados gruesos y finos y que pasa si abro la muestra de agregado mixta por el tamiz # 4 para separar la parte fina de la gruesa y trabajarlas por separado,hay alguna diferencia?.Me alegra saber que esta muy bien y le agradezco su pronta respuesta

    Responder a este comentario
      Jesús David Osorio says:

      Oscar Bustos buenas noches,

      Que alegría saludarte, los limites los encuentras en el ACI 211 o en el libro de tecnología esta los limites de arena y grava para realizar diseños de mezclas de concreto.
      si quieres revisar si la arena o la grava es adecuada para la elaboración de concreto revisa la norma NTC 174.

      Saludos,

      Jesús David Osorio

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      CESAR CASTILLO says:

      cORDIAL SALUDO iNGENIERO OSCAR; permitame saber si se debe realizar un nuevo diseño de mezcla para concretos de 3000 y/o 4000 , si han pasado mas de 5 meses desde que se prsento el primer diseño , la pregunta es por que me dicen que las caractristicas del matrial presentdo inicialmente pueden haber cambiado, y si es así en la norma esta indicado? gracias

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    William pabon says:

    Buenas noches, estoy manejando un concreto de 4000 PSI para losas de talud de una quebrada con un espesor de 0,30 metros, la cuestion es que la cantidad es elevada y el concreto se dispara (rigidiza) drasticamente rapido con un slump entre 3 y 4 por la pendiente del talud, lo cual no permite generar un terminado agradable, podrian recomendarme alguna tecnica o procedimiento para mejorar este aspecto

    Responder a este comentario
      Jesús David Osorio says:

      Buenas noches William Pabon,

      Yo te sugiero que utilizar concreto lanzado de 3000 psi.

      Para este concreto se utiliza una bomba y un compresor y solucionas el tema de la colocación del concreto.

      Saludos,

      Jesús David Osorio

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    Miguel Ángel Solis says:

    Buen día, soy estudiante de Ingeniería civil, necesito saber sobre el método de WALKER para diseños de mezclas. De sus conocimientos me gustaría aprender un poco y ser más específico en ese tema.
    POR SU RESPUESTA MIL GRACIAS!

    Responder a este comentario
    reinaldo gutierrez ibañez says:

    buenas tardes ing. jesus david, me gustaria saber como calcular la mezcla para realizar una placa en lamina “metaldeck”

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    nicolas cuartas says:

    Cordial saludo.
    Estoy a punto de fundir una columna de 2,40 mt de alrura con una zapata de0,70 y flejes de 10×18 cm, y en barilla de 1/2″”.tengo balastro de rio, cuantas paladas por bulto de cemento debo utilizar para q me queden buenas. Gracias

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      Ana María Pereira says:

      Cordial Saludo Nicolas,

      Gracias por participar de nuestra Comunidad del Conocimiento Argos. Para proceder a definir su dosificación debe plantearse preguntas como el asentamiento qué busca y definir bien las características de humedad de los agregados con los que realizará el diseño de mezcla para utilizar una relación agua cemento óptima y a partir de ahí comenzar a definir las cantidades de cada material de acuerdo al volumen que desea vaciar.

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    Edgar Damian says:

    Cuales serian los factores principales a variar en un ajuste de la cantidad de cemento en diseño de mezcla de concreto..?

    Agradecería el apoyo.

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      Jesús David Osorio says:

      Buenas tardes Edgar,

      Las variables para hacer ajuste en el cemento son la resistencia, la durabilidad, condiciones ambientales, grado de exposición del elemente frente al ambiente, manejabilidad del concreto, calidad del cemento entre otras.

      Te sugiero que leas el ACI 211 o los libros de tecnología del concreto que habla sobre diseño y ajuste de mezclas.

      Responder a este comentario
    Jesús David Osorio says:

    Buenas tardes apreciado Jhon,
    utilizar 250 kg por m3 de concreto es cantidad muy baja no va a garantizar la resistencia de un elemento, ademas esta cantidad de material cementante no es adecuada para terminos de hablar de concreto por durabilidad. el tema que el concreto se vea poroso es por la cantidad de agua que se coloco por m3 es muy probable que se haya utilizado mas agua de lo necesario y esto genero porosidad en el concreto.
    para próximos vaciados de concreto es importante colocar cantidades suficientes de material cementante para garantizar resistencia y durabilidad.
    saludos,

    Jesús David Osorio

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      Luis Adrian Diaz says:

      Saludos Ing. Osorio, he observado que según las tablas del 211 del ACI, la determinación del la cantidad del cemento en el diseño de mezcla esta dada por el peso, en base a la relación agua cemento, este calculo no toma en cuenta la resistencia propia del cemento, por lo cual en una dosificación poco influye la marca de cemento que se utiliza. He estado trabajando con un cemento con mas resistencia ( determinado mediante la C-109) en relación con otras marcas que hay en mi pais, y las dosificaciones utilizando los mismos agregados son muy similares, sin embargo una ves fallados los cilindros las resistencia son superiores a las esperadas hasta en rangos de un 50 o 70% mas que lo requerido, quisiera ver si existe un factor de ajuste por la resistencia propia del cemento, que me permita optimizar los diseños.

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    Jhon Poul Cardona says:

    Gracias por los aportes,
    Quisiera preguntarte que tan grave es que se haya fundido una placa de metaldeck con una mezcla de 5 bultos de cemento por metro cúbico de mixto, además se ve muy poroso después de desencofrar e incluso se alcanzan a observar los flejes.
    Gracias

    Responder a este comentario
    Jesús David Osorio says:

    Buenos días apreciado Giovani,
    De acuerdo a la inquietud te sugiero el libro tecnologia basica de concreto tercera edición este libbro conisgues en Asocreto.
    Saludos,
    Jesús David Osorio

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    Giovani Lancheros C says:

    Jesus buenas tardes!!
    Recomiendame un buen libro para diseños de mezclas..
    Saludos!!

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    José Luis Durango Reyes says:

    Buenos días. Vivo en la ciudad de Montería Y estoy interesado en elaborar cursos en Diseñoa de mezclas de concretos o adquirir las guías correspondientes.

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    Jesús David Osorio says:

    Buenas tardes Jeronimo,

    Curso de diseño los organiza Asocreto en los curso de técnicas de laboratorio, te recomiendo que leas los libros de tecnologia del concreto que vende Asocreto.

    Cordial saludo,

    Jesús David Osorio

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    Mauricio Cadavid Londoño says:

    Vendo Bomba de concreto estacionaria en Medellin, marca Schwing 750 15x modelo 2005 motor deuwtz, con 80 mt de tubería (4 codos, 4 semicodos, 30 abrazaderas, 1 escuadra, 1 Guillotina) importada en 2012, perfecto estado. Si gusta Se entrega trabajando en obra

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    Precio $123.000.000 incluida Tuberia

    Responder a este comentario
    Jesús David Osorio says:

    Buenas tardes Victor,

    Te sugiero que las mezclas de concreto de las diferentes resistencias hagas los diseños de concreto correspondientes a las resistencias. y lo mejor que puedes hacer es que las dosificaciones en obras sean por peso tomando como base el peso del cemento.

    Cordial saludo,

    Jesús Davdi Osorio

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    victor julio ortiz lizarazo says:

    cuales son la docificaciones para concretos de 2000,3000,3500,4000, para mesclarlo en la obra , y como lo medimos ., muchas graciaas

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    Henry Mirabal says:

    Estos son puntos muy importantes e interesantes para todo que estudia ingenieria o trabaja con construcciones en mi caso soy estudiante de ingenieria civil y me paresieron puntos importantes y necesarios de conocer y aprender para imponerlo en un futuro gracias por colocar estas informaciones y contribuir en la educacion de futuros profecionales.

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    JORGE LADINO says:

    Cordial Saludo.

    Me gustaria aportar algunas ideas adicionales que considero son parametros igual de imporatntes a los mencionados en este articulo como son la maxima compacidad tanto de la masa de agregados en funcion a la combinacion granulometrica obtenida, como el peso unitario del concreto, el acabado requerido, la gradacion integral del concreto comparada con los parametros del concreto deseado sea, bombeable, pobre, masivo etc.

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