Diseño de mezclas de concreto

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El diseño de mezclas de concreto es un proceso el cual consiste en la selección de ingredientes disponibles y la determinación de sus cantidades relativas para producirlo. La mezcla debe adquirir la resistencia, durabilidad, peso unitario, estabilidad de volumen y apariencia adecuadas.

Componentes del diseño de mezclas de concreto

Cemento: representa entre el 7% y el 15% del volumen de la mezcla y tiene propiedades de adherencia y cohesión.

Agregados: estos ocupan entre el 59% y el 76% del volumen total de la mezcla.

Agua: ocupa entre el 14% y el 18% del volumen de la mezcla, cuya función es hidratar el cemento a través de complejas reacciones químicas.

Aire: el contenido de aire en la mezcla es usualmente el que queda atrapado (entre 1% y 3%) o ha sido incluido intencionalmente ( entre 1% y 7%).

Aditivos: la mezcla de concreto puede contenerlos para alterar ciertas propiedades.

Consideraciones básicas para el diseño de mezclas de concreto

  • Economía
  • Especificaciones
  • Tecnología existente

Economía

El costo de producción del concreto involucra los materiales, la mano de obra y los equipo que se utilicen en su producción. Para lograr un concreto económico y eficiente, se debe optimizar adecuadamente las proporciones de los materiales empleados.

En las especificaciones para el diseño de mezclas de concreto, generalmente se solicitan alguno de los siguientes aspectos:

  1. Asentamientos máximos y mínimos.
  2. Tamaño máximo del agregado grueso.
  3. Contenidos de aire incluido.
  4. Resistencia mínima a la compresión.
  5. Resistencia de sobrediseño mínima.
  6. Máxima relación agua-cemento.
  7. Máximos contenidos de cemento.
  8. Tipos especiales de cementos o agregados.
  9. Pesos unitarios mínimos.
  10. Utilización de aditivos.

En  muchos países de América, se llevan a cabo las dosificaciones para concreto norma y pesado A.C.I.-211.

En la tecnología existente del diseño se deben considerar los sistemas de dosificación, mezclado, transporte, colocación y curado.

La dosificación del cemento y los agregados es preferible realizarlo por peso, para evitar errores por compactación, abultamiento, humedad, entre otros.

La información requerida de los materiales contempla a las propiedades del concreto, calidad del agua, propiedades de los agregados, características de los aditivos, etc.

Procedimiento para diseño de mezclas de concreto

Selección del asentamiento

La consistencia que debe tener una mezcla de concreto fresco, viene determinada por el tamaño de sección a construir, cantidad de espaciamiento del acero de refuerzo. Además, las condiciones de colocación, debido a que hoy en día existen múltiples sistemas que pueden requerir mayor o menor plasticidad.

Selección del tamaño máximo del agregado

El tamaño máximo del agregado deberá ser el mayor económicamente disponible y compatible con las dimensiones de la estructura. La mayoría de las veces la limitante al tamaño máximo de agregados la determina el refuerzo de las estructuras, también pueden ser por la producción, el transporte y la colocación.

Estimación del contenido de aire

Los niveles de aire incluido en la mezcla de concreto va relacionado al nivel de exposición que va a tener la estructura.

Exposición ligera: para mejorar la cohesión o trabajabilidad o para incrementar la resistencia del concreto con bajo factor de cemento.

La exposición moderada: en aquellos climas en donde es probable la congelación, pero que no se exponga a humedad, agua corriente, agentes descongelantes o químicos agresivos.

Exposición severa: cuando el concreto se va a exponer a agentes agresivos, contacto continuo con humedad o agua corriente antes de la congelación.

Estimación del contenido de agua mezclado

La cantidad de agua de mezclado por volumen unitario que se requiere para producir un asentamiento determinado, dependerá del requerimiento de agua del cemento y del agregado. Así como también está relacionado al contenido de aire presente en la mezcla.

Determinación de la resistencia de diseño

El concreto se diseña acorde a los criterios del Código de Construcciones que rige para cada país. El concreto debe diseñarse y producirse para asegurar una resistencia a la compresión promedio, lo suficientemente alta para minimizar la frecuencia de pruebas de resistencia por debajo del valor de la resistencia a la compresión especificada del concreto.

Selección de la relación agua-cemento

La resistencia del concreto viene dada por la interacción de sus fases constituyentes, es común que sus componentes produzcan distintas resistencias con la misma relación agua-cemento. Es importante conocer la correspondencia entre la resistencia y la relación agua-cemento, para cada grupo de materiales.

Cálculo del contenido de cemento en el diseño de mezclas de concreto

El contenido de cemento por metro cúbico de concreto se establece, al dividir el contenido de agua de mezclado entre la relación agua-cemento.

C = A / (A/C)

Estimación de las proporciones de agregados

Las proporciones de los agregados se basa en su tamaño máximo y gradación, es de considerable importancia en relación con las propiedades del concreto. Los agregados se pueden encontrar en circunstancias variables: agregados controlados, agregados conocidos pero no controlados y los agregados nuevos.

Ajuste por humedad de los agregados

Los agregados almacenados en patio pueden tener un contenido de humedad variable que impide su dosificación por peso seco. Existen diferentes estados de humedad de los agregados que permiten estudiar la influencia de los poros internos del agregado: seco al horno, al aire, saturado, superficialmente seco y húmedo.

Ajustes a las mezclas de prueba

Se deben verificar las proporciones calculadas de la mezcla a través de mezclas de pruebas, las cuales son preparadas y probadas acorde a las normas.

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