UV-Maestra en Ingeniera Aplicada

Lnea en Ingeniera Civil Tarea nmero 7 Dosificacin de concreto

Ibez Reguera Ral E.

fratello56@gmail.com

Boca del Ro, Ver. a 15 de abril del 2015

Dosificacin del concreto

Introduccin

En la elaboracin del concreto usado en la construccin, se debe tener un adecuado control

de la calidad de los elementos que conforman el concreto, tales como los agregados ptreos

y el cemento, para lo cual existen normativas que nos ayudan a obtener dicho control.

Existen diferentes formas de dosificar una mezcla de concreto, por ejemplo mtodos

empricos, proporciones arbitrarias, mtodos basados en observacin y cierta experiencia.

La dosificacin, surge por la necesidad de emplear concreto con diferentes resistencias a

utilizar en los diferentes elementos de una construccin, ya que cada elemento est

sometido a cargas muy diferentes.

Resumen

Primeramente se debe establecer la normativa necesaria que sirve de gua para mantener

un control de los materiales utilizados en la elaboracin de un concreto de calidad y de

resistencia esperada, para que una vez teniendo los materiales ptimos se proceda a la

dosificacin del concreto utilizando el mtodo de la ACI para proporcionamiento de

concretos.

Este mtodo del American Concrete Institute (ACI) se basa en tablas empricas mediante las

cuales se determinan las condiciones de partida y la dosificacin.

Control de calidad para materiales ptreos

La norma N-CMT-2-02-002/02 y la NMX-C-111-ONNCCE-2004 nos dice la calidad de los

agregados ptreos para concreto hidrulico. En la Tabla 1 se muestra la granulometra

necesaria para el caso de agregado fino (arena); la Tabla 2 contiene la granulometra

necesaria para agregado grueso (gravas).

Tabla 1.- Lmites granulomtricos para agregado fino

Tabla 2.- Lmites granulomtricos para agregado grueso

La norma N-CMT-2-01-004/02 nos da la calidad de los agregados finos (arenas) para

mortero, el cual su granulometra est representada en la Tabla 3.

Tabla 3.- Lmites granulomtricos para arena para mortero.

Adems la norma ASTM C 33 nos indica las especificaciones para los agregados del

concreto

Caractersticas tcnicas de los cementos

Tipos de cemento

Componentes adicionales que acompaan al clinker

Composicin qumica promedio

Composicin de los compuestos (%)

Cemento C3S C2S C3A C4AF CaSO4 CaO libre MgO Prdida en el

encendido

Tipo I 59 15 12 8 2.9 0.8 2.4 1.2

Tipo II 46 29 6 12 2.8 0.6 3 1

Tipo III 60 12 12 8 3.9 1.3 2.6 1.9

Tipo IV 30 46 5 13 2.9 0.3 2.7 1

Tipo V 43 36 4 12 2.7 0.4 1.6 1

Tipos de cemento Denominaciones Designaciones

I Cemento Portland CEM I

II Cemento Portland con adiciones CEM II

III Cemento Portland con escorias de horno alto CEM III

IV Cemento puzolnico CEM IV

V Cemento compuesto CEM V

Denominaciones Designaciones

Escoria de horno alto S

Humo de silice D

Puzolana natural P

Puzolana natural calcinada Q

Ceniza volante silcea V

Ceniza volante calcrea W

Esquisto calcinado T

Caliza L L

Caliza LL LL

Adiciones

Caractersticas fsicas

Cemento Portland Tipo I

Cemento Portland Tipo II

Cemento Portland Tipo V

Promedio Mximo Mnimo

374 410 321

Finura-Blaine m2/kg Mximo Mnimo

Inicial 120 170 93

Final 245 311 158

Fraguado Vicat min

Promedio

Promedio Mximo Mnimo

380 396 354

Finura-Blaine m2/kg Mximo Mnimo

Inicial 115 150 90

Final 189 235 145

Fraguado Vicat min

Promedio

Promedio Mximo Mnimo

378 402 352

Finura-Blaine m2/kg

Promedio Mximo Mnimo

167 200 141

Fraguado Vicat min

Resistencia a la compresin MPa

Das Promedio Mximo Mnimo

1 17 21 11

3 26 1 22

7 32 38 27

28 39 46 31

Cemento Portland Tipo I

Das Promedio Mximo Mnimo

1 17 21 15

3 27 30 22

7 33 37 28

28 38 42 35

Cemento Portland Tipo II

Das Promedio Mximo Mnimo

1 12 17 8

3 21 30 13

7 28 36 20

28 41 46 33

Cemento Portland Tipo V

Proporcionamiento del concreto por el mtodo ACI

El mtodo del American Concrete Institute se basa en tablas empricas mediante las cuales

se determinan las condiciones de partida y la dosificacin.

Determinacin de la relacin Agua/Cemento

Las Tablas 4 y 5 definen la razn Agua/Cemento en funcin de la resistencia media y

especificada para el concreto, respectivamente, en probetas cilndricas. La Tabla 6

determina la razn Agua/Cemento mxima en funcin de las condiciones ambientales a que

estar expuesto el hormign durante su vida til (en condiciones de exposicin severa).

Por condicin de Resistencia

Tabla 4.- Relacin entre la razn Agua libre/Cemento y la resistencia promedio a

compresin del concreto (ACI 211.1- Rev. 85)

Resistencia promedio a compresin a 28 das *

Razn Agua libre/Cemento (en masa)

MPa psi Sin aire

incorporado Con aire

incorporado

45 - 0.38 -

42 6000 0.41 -

40 - 0.43 -

35 5000 0.48 0.4

30 - 0.55 0.46

28 4000 0.57 0.48

25 - 0.62 0.53

21 3000 0.68 0.59

20 - 0.7 0.61

15 - 0.8 0.71

14 2000 0.82 0.74

(*) Medida en cilindros estndar. Valores son para un tamao mximo del rido de 20 a 25 mm.,

para concreto conteniendo no ms del porcentaje de aire especificado (2 6%) y para cemento

Portland corriente (Tipo I).

Tabla 5.- Relacin entre la razn Agua/Cemento y la resistencia a compresin especfica a

28 das (ACI 318-83)

Resistencia promedio a compresin a 28 das *

Razn Agua absoluta/Cemento (en masa)

MPa psi Sin aire

incorporado Con aire

incorporado

32 4500 0.38 -

30 - 0.4 -

28 4000 0.44 0.35

25 - 0.5 0.39

26 3500 0.51 0.4

221 3000 0.58 0.46

20 - 0.6 0.49

17 - 0.66 0.54

18 2500 0.67 0.54

(*) Medida en cilindros estndar. Aplicable a cementos: Portland corriente (Tipos I, IA), Portland modificado

(Tipos II, IIA), Portland de endurecimiento rpido (Tipos III, IIIA), Portland resistente a sulfatos (Tipo V);

tambin Portland Siderrgico (Tipos IS, IS-A) y Portland puzolnico (Tipos IP, P, I (PM), IP-A) incluyendo

cementos de moderada resistencia a sulfatos (MS).

Nota: el uso de aditivos, aparte de incorporadores de aire, o ridos de baja densidad no es

permitido. Los valores de razn Agua absoluta/Cemento son conservadores e incluyen

cualquier agua absorbida por los ridos. Por lo tanto, con la mayora de los materiales, estas

razones Agua/Cemento proveern resistencias promedio superiores a la especificada.

Por condicin de Durabilidad

Tabla 6.- Mxima razn Agua/Cemento permitida para concreto en exposicin severa

(basada en ACI 201.2R)

Tipo de estructura Estructura frecuente o

continuamente hmeda y expuesta a congelamiento y deshielo *

Estructura expuesta a agua de mar o

sulfatos

Secciones delgadas (barandas, rejas, soleras, antepechos, anaqueles, trabajo

ornamental) y secciones con menos que 5mm de recubrimiento sobre el

acero

0.45 0.40 #

Otro tipo de estructuras 0.5 0.45 #

(*) El concreto debera tener tambin aire incorporado.

(#) Si se usa cemento resistente a sulfatos (Tipos II o V de ASTM C 150) se puede aumentar la razn

Agua/Cemento permitida en 0,05.

Se deber elegir la menor razn de relacin Agua/Cemento entre las dos condiciones

anteriores (condicin de Resistencia y Durabilidad).

Determinacin del tamao mximo

La determinacin del tamao mximo aceptable del rido ms grueso de la dosificacin del

concreto se efecta con Tabla 7 que establece un rango de tamaos mximos aplicables a

diversos elementos estructurales en funcin de la dimensin mnima de la seccin. El TM

debe precisarse en el rango sealado, aumentndolo mientras mayor sea la dimensin del

elemento.

Tabla 7.- Tamao mximo recomendado (mm.) en funcin de la dimensin mnima de la

seccin (ACI)

Dimensin Mnima de la Seccin

(cm)

Tamao Mximo Recomendado en mm.

Muros armados, vigas

y pilares

Muros sin armadura

Losas muy armadas

Losa dbilmente armada sin armadura

6-12 12.5 20 20 20-25 20 - 40

14-28 20 40 40 - 40 40 - 75

30-74 40 - 75 75 40 - 75 - 75

76 40 - 75 150 40 - 75 75 - 150

Segn la norma ACI 211.1-81

1/5 de la menor dimensin interna del encofrado (b)

< 3/4 del espacio libre entre armaduras (s)

1/3 del espesor de las losas armadas (e)

Nota: Usar el mayor tamao mximo econmicamente disponible y consistente con las

dimensiones de la estructura. Cuando se desea concreto de alta resistencia se pueden

obtener mejores resultados con el uso de ridos de menor tamao mximo nominal ya que

estos producen mayores resistencias para una razn Agua/Cemento dada.

Determinacin de la fluidez

La fluidez que se desea otorgar al concreto queda definida en este mtodo en base al

asentamiento de cono, el que se puede establecer usando como referencia la Tabla 8. Esta

Tabla define un rango aceptable de asentamientos para diversos tipos de elementos

estructurales. Debe sealarse que esta definicin es relativamente imprecisa, pues, por una

parte, el rango sealado es bastante amplio y, por otra, la gama de elementos estructurales

considerados es restringida y delimitada en forma poco precisa.

Tabla 8.- Asentamientos de cono recomendados para diferentes tipos de construccin

(ACI 211.1 - Rev. 1985)

Tipo de construccin Rango de

Asentamiento de Cono (cm)

Cimentaciones armadas y bases 2 - 8

Cimentaciones concreto simple y muros de sub-estructura 2 - 8

Vigas y muros armados 2 - 10

Columnas de edificios 2 - 10

Pavimentos y losas 2 - 8

Concreto masivo 2 - 8

Por las razones expuestas, la determinacin del asentamiento de cono ms conveniente

debe complementarse con otros elementos de juicio y la experiencia del usuario.

Determinacin de la Consistencia

La consistencia ms apropiada para el concreto se establece en funcin de las proporciones

de rido grueso y fino incorporadas y se determinada directamente al proceder al clculo

de las cantidades de ridos en la forma definida en la Tabla 11.

Uno de los parmetros de entrada considerados en ella lo constituye el mdulo de finura

de la arena, procedimiento que emplea este mtodo para reflejar la influencia

granulomtrica de la arena.

El procedimiento sealado es bastante simple en su aplicacin, pero adolece de falta de

precisin en su definicin.

Determinacin de la dosis de Agua

Se emplea la Tabla 9 10, que establece la cantidad de agua expresada en l/m3 de concreto

colocado y compactado, en funcin del asentamiento de cono definido y del tamao

mximo determinados anteriormente.

Se debe distinguirse el caso del empleo de aire incorporado, ya que ste permite una

reduccin de la dosis de agua por su efecto plastificador. Esta misma parte de la tabla puede

emplearse en el caso de haber previsto el uso de un aditivo plastificador.

Tabla 9.- Requerimientos aproximados para dosis de agua (kg/m3) y contenido de aire (%) para

diferentes trabajabilidades y tamaos mximos nominales de ridos (ACI 211.1- Rev. 1985)

Valores de asentamiento para concreto con rido mayor que 40 mm basados en ensayos de

asentamiento hechos despus de remover las partculas mayores a 40 mm por tamizado hmedo.

Dosis de agua para tamaos mximo nominal de 75 y 150 mm son valores promedio para ridos

gruesos razonablemente bien formados y bien graduados desde grueso a fino.

(*) Para concreto que contiene ridos de gran tamao y que ser tamizado con agua en malla de 40

mm antes del ensayo de contenido de aire, el porcentaje de aire esperado en el material menor que

40 mm debe ser aquel tabulado en la columna de 40mm. Sin embargo, los clculos de dosificacin

inicial debern estar basados en la dosis de aire como un porcentaje de la mezcla total.

(#) Estos valores estn basados en el criterio que un contenido de aire de 9% se necesita en la fase

mortero del hormign.

Tabla 10.- Cantidad de agua y contenido de aire en [l/m3] recomendada para diferentes

asentamientos y tamaos mximos de ridos (adaptacin IDIEM a ACI 211)

Las dosis de agua dadas para concreto con aire incorporado estn basadas en requisitos

tpicos de dosis de aire total para exposicin moderada. Estas cantidades de agua son para

uso en el clculo de la dosis de cemento para mezclas de prueba a 20 - 25C. Son mximas

para ridos angulares razonablemente bien formados graduados dentro de lmites de

especificaciones aceptadas. ridos gruesos rodados requerirn generalmente 18 o 15 kg de

menos agua para concreto sin o con aire incorporado, respectivamente. El uso de aditivos

reductores de agua, ASTM C494, pueden tambin reducir la dosis de agua en 5% o ms. El

volumen de aditivos lquidos se incluye como parte del volumen total de agua de mezclado.

Determinacin de la dosis de Cemento

La dosis de cemento se determina en base al cociente entre la dosis de agua determinada

y la razn agua/cemento definida.

En el caso de haberse previsto el empleo de un incorporador de aire, la cantidad de aire

incorporado debe sumarse a la dosis de agua para el efecto del clculo de la dosis de

cemento.

=(+)

En kg/cm3

Determinacin de la dosis de Grava

Se determina a partir de la Tabla 11, en funcin del mdulo de finura de la arena y al tamao

mximo.

La dosis de grava aparece expresada en litros por metro cbico, debiendo, en consecuencia,

multiplicarse por la densidad aparente de la grava en caso de desear expresarla en kilos por

metro cbico, determinada en condicin compactada en seco.

Tabla 11.- Volumen aparente de rido grueso seco por metro cbico de concreto [l/m3]

(ACI 211.1- Rev. 1985)

Tamao mximo del rido (mm)

Volumen aparente seco compactado del rido* grueso para Mdulo de Finura de la Arena de:

2.4 2.6 2.8 3

10 500 (460) 480 (440) 460 (420) 440 (400)

12.5 590 (550) 570 (530) 550 (510) 530 (490)

20 660 (650) 640 (630) 620 (610) 600 (590)

25 710 (700) 690 (680) 670 (660) 650 (640)

40 750 (760) 730 (740) 710 (720) 690 (700)

50 780 (790) 760 (770) 740 (750) 720 (730)

75 820 (840) 800 (820) 780 (800) 760 (780)

150 870 (900) 850 (880) 830 (860) 810 (840)

* Entre parntesis valores propuestos por Zabaleta.

Los valores dados producirn una mezcla con trabajabilidad satisfactoria para construccin

de concreto armado. Para hormign menos trabajable, por ejemplo el usado en

pavimentos, los valores pueden ser aumentados alrededor de un 10%. Para concreto ms

trabajable, tales como bombeados, los valores se pueden reducir en hasta un 10%.

La masa seca de rido grueso en kg/m3 requerida para un metro cbico de concreto es igual

al valor de la tabla multiplicada por la densidad aparente seca compactada del rido.

Determinacin de la dosis de Arena

Mtodo Volumtrico

Se determina partiendo del hecho que la suma de los volmenes absolutos de agua,

cemento, aire incorporado (o atrapado), grava y arena debe ser igual a un metro cbico.

Ello permite definir el volumen absoluto de arena, el cual, multiplicado por la densidad real

(peso especfico) de la arena, conduce al valor de la dosis de arena, expresada en kilos por

metro cbico.

La masa de rido fino o arena, Af (kg/m3), est dada por:

= [1000 ( +

+

+ 10)]

Donde:

f= Densidad real sss o peso especfico del rido fino (arena).

g = Densidad real sss o peso especfico del rido grueso (grava).

= Peso especfico del cemento

Ag = Dosis de rido grueso o grava

a = Dosis de aire (%)

C = Dosis de cemento (kg/m3)

W = Dosis de agua (kg/m3)

Mtodo de Densidad

Tambin se puede determinar del hecho que la suma de las dosis en peso de los distintos

materiales es igual a la densidad o peso por m3 del concreto. Para esto se utiliza un valor

estimado de la densidad dado por la Tabla 12.

=

Donde:

D = Densidad concreto fresco compactado [kg/m3]

C = Dosis cemento [kg/m3]

W = Dosis agua libre [kg/m3]

Ag = Dosis de rido grueso o grava

Clculo de la Densidad Fresca del Concreto

Tabla 12.- Primera estimacin de la densidad del hormign fresco. (ACI 211.1-Rev. 1985)

Tamao mximo del rido (mm)

Primera estimacin de la densidad del concreto fresco

Sin aire incorporado (kg/m3)

Con aire incorporado (kg/m3)

10 2280 2200

12.5 2310 2230

20 2345 2275

25 2380 2290

40 2410 2350

50 2445 2345

75 2490 2405

150 2530 2435

Una forma ms precisa de estimar la densidad del hormign fresco compactado se obtiene

mediante la siguiente ecuacin:

= 10(100 ) + (1

) ( 1)

Donde:

= Densidad del concreto fresco (kg/m3)

a = Densidad real sss o peso especfico ponderado del rido combinado fino y

grueso. Claramente, esto requiere ser determinado de ensayos.

= Peso especfico del cemento

a = Dosis de aire (%)

C = Dosis de cemento (kg/m3)

W = Dosis de agua (kg/m3)

Comentarios y Limitaciones

Los conceptos contenidos en los prrafos anteriores permiten sealar algunos

antecedentes en relacin con la aplicacin del Mtodo de Dosificacin del American

Concrete Institute:

Definicin de parmetros previos a la determinacin de la dosificacin.- El empleo

del Mtodo hace necesario el conocimiento de algunas caractersticas de los

materiales que se emplearn para su aplicacin, los cuales pueden resumirse en la

siguiente lista:

o Densidad real (peso especfico) y densidad aparente compactada de la grava.

o Granulometra y densidad real (peso especfico) de la arena.

o Caractersticas geomtricas del elemento estructural que se va a concretear.

A los cuales deben agregarse los sealados en los conceptos generales sobre dosificacin:

tipo de cemento y empleo de aditivos.

Limitaciones del mtodo.- Tal como se seal anteriormente, una de las principales

limitaciones del mtodo lo constituye el hecho de poder emplearse slo con dos

ridos. Adicionalmente, es necesario observar que su aplicacin hace necesario que

la grava presente una granulometra aceptable.

Conclusiones

Existen varios mtodos para dosificar concreto, siendo uno de estos el mtodo del ACI el

cual parte de las caractersticas de los agregados y de recomendaciones pertinentes. Esto

quiere decir que se diseara la mezcla en base a clculos y tomando en cuenta diferentes

factores que puedan afectar la calidad del concreto tales como el contenido de agua, las

caractersticas de los agregados.

Dichas caractersticas de los agregados debern cumplir requisitos mnimos que estn

enunciadas en las normas pertinentes, y el cumplimiento de estas junto con una correcta

dosificacin resultara en un concreto de buena calidad.

Fuentes de informacin

http://www.inti.gob.ar/cirsoc/pdf/tecnologia_hormigon/fE1-99.pdf

http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion4.Tipos.CEMENTOS.pdf

http://www.asocem.org.pe/SCMRoot/bva/f_doc/cemento/MGC43_cementos_norteameri

ca.pdf