Diseños de Mezclas del Concreto

TEMA 5 DISEÑO DE MEZCLAS

5.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES

El diseño de una mezcla de concreto tiene como finalidad primordial que el concreto pueda ser colocado con la cantidad mínima necesaria posible de cemento y agua para mezclar, colocar, compactar y terminar el concreto, de tal forma que se obtenga una influencia favorable en la resistencia y en la durabilidad de los elementos fabricados con ésta.

Dentro del objetivo de obtener concreto con ciertas características deseables de comportamiento el primer paso es la Selección de los materiales componentes, el siguiente paso es un proceso llamado proporcionamiento de mezcla por medio del cual se llega a la combinación correcta de los componentes Aunque existen principios técnicos confiables que rigen las proporciones de la mezcla, por razones de gran validez el procedimiento no se encuentra enteramente dentro del ámbito de la ciencia. Sin embargo, puesto que las proporciones de la mezcla tienen una gran influencia en el costo y en las propiedades del concreto, es importante que los ingenieros quienes son llamados a menudo para desarrollar o  aprobar las proporciones de una mezcla, estén familiarizados con  los principios fundamentales y con los procedimientos comúnmente utilizados.

El proporcionamiento de las mezclas de concreto, también llamado proporcionamiento de mezclas o diseño de mezclas, es un proceso por medio del cual se llega a la combinación correcta de cemento, agregados, agua y aditivos, para elaborar un concreto de acuerdo con ciertas especificaciones. Por las razones descritas más adelante este proceso es considerado un arte más que una ciencia. Uno de los propósitos del proporcionamiento de una mezcla es el de obtener un producto que actúe de acuerdo con ciertos requerimientos predeterminados siendo los requisitos esenciales la trabajabilidad el concreto fresco y la resistencia del concreto endurecido, a una edad específica.

La trabajabilidad, es la propiedad que determina la facilidad con la que una mezcla de concreto puede ser colocada, compactada y acabada La durabilidad es otra propiedad importante, pero se supone generalmente que en condiciones normales de exposición, la durabilidad será  satisfactoria si la mezclad el concreto desarrolla la resistencia necesaria. Desde luego que, bajo severas condiciones atmosféricas como son los ciclos de congelamiento-descongelamiento o la exposición al agua sulfatada, el proporcionamiento de una mezcla de concreto requerirá una atención especial.

Otro propósito del proporcionamiento de una mezcla es el de obtener una mezcla de concreto que satisfaga los requisitos de funcionamiento al menor costo posible; esto incluye decisiones en cuanto a la selección de los ingredientes que no sean sólo los adecuados, sino que estén disponibles a precios razonables.

El objetivo total del proporcionamiento de mezclas de concreto, puede por lo tanto resumirse en seleccionar los ingredientes adecuados entre los materiales disponibles y determinar la combinación más económica para producir un concreto con ciertas características mínimas de comportamiento.

Las herramientas disponibles para que el ingeniero logre este objetivo son limitadas. Una restricción obvia en el proporcionamiento de una mezcla de concreto es que dentro de un volumen definido no se puede alterar un componente independientemente de los otros; por ejemplo en un metro cúbico de concreto, si se incrementa el componente agregado, el componente pasta de cemento disminuirá.

Las variables generalmente bajo el control de un diseñador de mezclas, son las siguientes: la relación pasta de cemento/agregado en la mezcla, la relación agua/cemento en la pasta de cemento, la relación arena/agregado grueso en los agregados y el uso de aditivos.

1. Principios específicos

Trabajabilidad

Como ya se indicó, la trabajabilidad comprende ciertas características en el concreto fresco tales como la consistencia y  la cohesividad. La consistencia, hablando en forma general es una medida de la humedad de la mezcla de concreto que se evalúa comúnmente en términos de revenimiento (es decir cuanto más húmeda sea la mezcla, mayor será el revenimiento) Puesto que el contenido de agua es un factor clave que afecta los costos, deberá notarse que hay una relación casi directa entre el revenimiento y el contenido de agua para un grupo dado de materiales Para un revenimiento dado, el requerimiento de agua en la mezcla generalmente disminuye en cuanto:

• Se incremente al tamaño máximo d e un agregado bien graduado;
• se reduce el contenido de partículas angulares y de textura áspera en el agregado
• se incrementa la cantidad de aire incluido en la mezcla de concreto.

La cohesividad es una medida de la capacidad del concreto para ser compactado y acabado, que se evalúa generalmente por el uso de una llana (llanabilidad) y apreciación visual de la resistencia la segregación. En mezclas de prueba, cuando la cohesividad es juzgada como pobre, generalmente se puede mejorar con una o más de las medidas siguientes incrementar la relación arena/agregado gruesos, sustituir parcialmente la arena gruesa por arena más fina, o incrementar la relación pasta de cemento/agregados (respecto a una relación agua/cemento establecida).

Puesto que el revenimiento afecta la facilidad con la cual la mezcla de concreto podrá fluir durante su colocación y la prueba de revenimiento es simple y cuantitativa la mayoría de los procedimientos para el diseño de la mezcla se basan en el revenimiento como un índice burdo de trabajabilidad; se supone que las mezclas que contienen una cantidad adecuada de cemento (con o sin aditivos minerales) y agregados bien graduados tendrán un grado satisfactorio de cohesividad. Hay que hacer notar que, en el laboratorio, son necesarias varias mezclas de prueba antes de llegar a un valor cualitativo de la trabajabilidad considerado satisfactorio.

Debido a diferencias en el equipo mezclador se pueden necesitar ajustes posteriores en las proporciones de la mezcla después de experimentar con cantidades a escala natural en el campo. Esta es la razón por la que las experiencias del pasado sean reconocidas en los procedimientos de proporcionamiento de las mezclas.

Resistencia

Desde el punto de vista de la seguridad estructural, la resistencia del concreto especificada por el proyectista es considerada como la resistencia mínima requerida. Por lo tanto, para tomar en cuenta  las variaciones de los materiales los métodos de mezclado, el transporte y la colocación del concreto, así como la elaboración, curado y probado de los especímenes de concreto, el Reglamento de Construcción 318 del ACI requiere un cierto grado de resistencia por encima de la diseñada con base en consideraciones estadísticas. En otras palabras dependiendo de la variabilidad de los resultados de las pruebas las proporciones de las mezclas seleccionadas deben producir una resistencia media o promedio más alta que la resistencia mínima especificada.    

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