DISEÑO DE MEZCLA DE CONCRETO 01-10-23 ACI 211

DISEÑO DE MEZCLA
DE CONCRETO
AUGUSTO CÉSAR DÁVILA CALLUPE
INGENIERO CIVIL
CIP 145833

TEMARIO
• Introducción
o Reglamentación y normativa utilizada para el diseño de
mezclas de concreto
o Uso de la herramienta de localización.
• Materias primas para el diseño de mezcla de
concreto
o Cemento y materiales cementicios complementarios
o Agregados
o Agua
o Aire: naturalmente atrapado e intencionalmente
incluido
o Aditivos y fibras
• Propiedades de concreto
o En estado fresco
o Proceso de fragua
o En estado endurecido
• Generalidades del diseño de mezclas de concreto
o Concepto general
o Enfoque prescriptivo
o Enfoque por desempeño
o Información de entrada necesaria para el diseño de
mezcla
o Concepto de volúmenes absolutos
• Diseño de mezcla por el método ACI 211 (EXCEL)
o Conceptos generales
o Secuencia de diseño
o Desarrollo conceptual de la secuencia
o Otros métodos teóricos
o Caso aplicado para un diseño por resistencia
o Caso aplicado para un diseño por durabilidad Requisitos
de diseño y durabilidad (ACI 301S-16)

OBJETIVO
• Selección del asentamiento
• Selección del tamaño máximo del agregado
• Estimación del contenido de aire
• Estimación del contenido de agua mezclado
• Determinación de la resistencia de diseño
• Selección de la relación agua-cemento
• Cálculo del contenido de cemento en el diseño de mezclas
de concreto
• Estimación de las proporciones de agregados

- 1970: EDIFICACIONES
- 1975: CENTRO CÍVICO
- 1980: TREN ELÉCTRICO
- 2000: HOTEL MARRIOT
- 2008: EDIFICIO LIBERTADOR
f ‘ c = 175 kg/cm²
f ‘ c = 280 kg/cm²
f ‘ c = 420 kg/cm²
f ‘ c = 600 kg/cm²
f ‘ c = 800 kg/cm²

1. EDIFICACIONES: Edificios, Fábricas, Viviendas, Colegios, Cercos.

DISEÑO DE MEZCLA DE CONCRETO 01-10-23 ACI 211

PUENTES Y OBRAS DE ARTE:
Puentes de concreto armado, concreto pretensado, concreto
postensado, puentes colgantes y atirantados.

OBRAS HIDRAÚLICAS: Irrigaciones, presas, obras de captación y de
conducción.

CENTRALES: Hidroeléctricas, Térmicas, y Atómicas.

Conocer los componentes del concreto, su naturaleza , las
propiedades físicas del concreto en su estado fresco y las
propiedades del concreto en estado endurecido , así también la
determinación de estas propiedades de acuerdo a las normas
técnicas vigentes de Indecopi y ASTM.

a) CONCRETO: Producto artificial conformado por una pasta,
dentro del cual se encuentra los agregados.
PASTA = CEMENTO + AGUA
CONCRETO = PASTA + ARENA + PIEDRA + AIRE ATRAPADO

Cemento, arena , piedra, agua y aire atrapado.
a) COMPONENTES DEL CONCRETO:
AGREGADOS= ARENA + PIEDRA CEMENTO
AGUA
AIRE
A
TRAPADO

DIFERENTEZ MEZCLAS DE CONCRETO
AGREGADOS= ARENA + PIEDRA CEMENTO
AGUA

CONCRETO CON ADITIVO = MORTERO + PIEDRA + ADITIVO + AIRE ATRAPADO
ARENA
PIEDRA

a) LA PASTA : Es el resultado de la combinación química
del material cementante con el agua.
PASTA = CEMENTO + AGUA

FUNCIONES DE LA PASTA:
• Contribuir a dar las propiedades requeridas al
producto endurecido.
• Llenar los vacíos entre las partículas de
agregado, se adhiere fuertemente a ellas.
• Proporcionar lubricación a la masa cuando
el concreto esta fresco.

PROPIEDADES DE LA PASTA
• Dependen de las propiedades físicas y químicas del
cemento.
• El grado de hidratación del cemento, dado por la
efectividad de la combinación química con el agua.

b) HIDRATACIÓN DEL CONCRETO:
Se define como hidratación al proceso de la reacción
química del cemento en presencia de agua.
La hidratación requiere la presencia de humedad,
condiciones de curado favorables y tiempo.

Progreso de la hidratación de una partícula de
cemento

Influencia de la relación a/c sobre la resistencia de la pasta:
La resistencia de la pasta depende del grado de interrelación entre los productos
de hidratación de las partículas de cemento.

PROCESO DE HIDRATACIÓN
1. Fraguado:
• Transcurre en horas, con desprendimiento
de calor.
• Pasta va perdiendo plasticidad y adquiere
rigidez.

ENDURECIMIENTO
• Se prolonga durante más tiempo (días, meses y
años).
• Continúan los procesos de hidratación y
consolidación, a ritmo continuo pero decreciente.
• Aumenta la rigidez, dureza y resistencia
mecánica y se disipa el calor de hidratación.

CURADO DEL CONCRETO
Se define como tiempo de curado al período
durante el cual el concreto es mantenido en
condiciones de humedad y temperatura
tales como para lograr la hidratación del
cemento en la magnitud que se desea para
alcanzar la resistencia requerida.

Trabajabilidad o asentamiento.
Fluidez.
Peso Unitario Compactado del
concreto fresco.
Elaboración de los testigos de
concreto.

TRABAJABILIDAD
Propiedad que determina la facilidad del concreto fresco para ser mezclado, transportado,
colocado dentro delos encofrados y fluir alrededor del acero de refuerzo.
CONSISTENCIA, ASENTAMIENTO ó SLUMP:
Indicador del mayor o menor contenido de agua, a continuación, ver l procedimiento de ensayo.
TIPOS DE CONSTRUCCIÓN MÁXIMO(*) MÍNIMO
ZAP
A
T
ASYMUROSDECIMENT
ACIÓNREFORZADAS 3 " 1 "
ZAP
A
T
ASSIMPLES,CAJONESYMUROSDE
SUBESTRUCTURA
3 " 1 "
VIGAS Y MUROS REFORZADOS 4 " 1 "
COLUMNAS EN EDIFICIOS 4 " 1 "
PAVIMENTOS Y LOSAS 3 " 1 "
CONCRETO CICLOPEO 2 " 1 "

❖ Se utiliza el equipo del cono de Abrams; cono, base, plancha y varilla de 5/8
“de punta roma metálicos.
❖ El concreto se llena en el cono en tres capas.
❖ Se aplica en cada capa un compactado de 25 golpes por capa.

CONCRETO
ADITIVO
CONCRETO
CON ADITIVO
SUPERPLASTIFICANTE

 Finalmente, se toma cuatro medidas diametralmente para
obtener el diámetro promedio.Luego se determina la
fluidez de la siguiente manera.
FLUIDEZ = (Dp-25)*100%
25

ENSAYO DEL PESO UNITARIO DEL CONCRETO FRESCO
Se utiliza recipiente normalizado de (V = ½
pie.³) de capacidad.
Pesar el balde limpio y seco (Wb).
Llenar el balde metálico con concreto en tres
capas, aplicando 25 golpes por capa.
Luego pesar el balde conteniendo el concreto
fresco compactado (Wmc).

• Finalmente, se determina el peso unitario compactado del concreto
fresco

ELABORACIÓN DE LOS TESTIGOS O PROBETAS DE CONCRETO
 Se utiliza moldes metálicos de dimensiones
normalizadas de 6” de diámetro y 12” de altura.
 Una varilla lisa de 5/8“ punta roma.

• Se vierte el concreto en una carretilla para la toma de las muestras.
• Los moldes metálicos previamente deberán ser engrasados para su
fácil desmolde
• Luego, se vierte el concreto dentro de los moldes metálicos en tres capas,
en cada capa se aplicará un varillado o compactado consistente en 25
golpes por capa.

• Luego del enrasado de la probeta en la parte superior, se dejara una zona plana y
uniforme, para finalmente colocar una etiqueta identificando la probeta.
• Al día siguiente, cuando el concreto ya fraguo se desmolda y se procede al proceso
de curado.
• Para el control de la calidad del concreto se realiza el ensayo de compresión a los
28 días, con la finalidad de comparar con lo indicado en la especificación técnica
del proyecto.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN (f’c):
Antes del ensayo de compresión las probeta
serán capeadas (capping para obtener
una superficie plana perpendicular a la carga
axial.
 Corrección por esbeltez de
la relación (H/D)
f ‘ c = P / A
P: Carga máxima en (kg.)
A: Área en (cm.²). (H/D): 1.75 1.50 1.25 1.00
FC : 0.98 0.96 0.93 0.87

ENSAYO DE TRACCIÓN POR COMPRESIÓN DIAMETRAL (f’t):
• Se utiliza la probeta cilíndrica fabricada y elaborada para las
condiciones del ensayo de compresión.
• La probeta no requierede “capeado”. La carga se aplicara en la zona
de contactoa lo largo de todo espécimen.

ENSAYO DE FLEXIÓN EN VIGAS SIMPLEMENTE APOYADAS
CON CARGA A LOS TERCIOS DE LUZ ( Mr):
• Se llena de concreto en el molde, en tres
capas aplicando 75 golpes por capa.
Expresión del resultado
El módulo de ruptura se hallade la siguiente forma.

GENERALIDADES DEL DISEÑO DE
MEZCLAS DE CONCRETO

COMBINACIÓN CORRECTA
CONCRETO ESPECIFICADO
RESISTENCIA TRABAJABILIDAD
Endurecido a una edad
especificada.
Facilidad de colocación,
compactado y acabado.
AGREGADOS
AGUA ADITIVOS
CEMENTO
AIRE
Principios
empíricos
“ARTE”
Principios
científicos
“TECNICOS”
DISEÑO DE MEZCLAS PARA CONCRETO

VARIABLES
AGREGADO
ADITIVO
CEMENTO
ARENA
GRAVA
PASTA DE CEMENTO
AGUA
TRABAJABILIDAD
COSTOS RESISTENCIA DURABILIDAD

PROCEDIMIENTOS PARA DETERMINAR
EL PROPORCIONAMIENTO
METODO DE PESO
METODO DE VOLUMEN
ABSOLUTO

COMPONENTES DE LA MEZCLA DE CONCRETO
HIDRÁULICO
7%
59%
14%
1%
COMPONENTES MÍNIMOS DE LA MEZCLA DE
CONCRETO
Cemento Portland
Agregados (Finos y Gruesos)
Agua
Aire y Aditivos

15%
76%
18%
3%
COMPONENTES MÁXIMOS DE LA MEZCLA DE
CONCRETO
Cemento Portland
Agregados
Agua
Aire y Aditivos

MEZCLA (Relación) CEMENTO (Kg) ARENA (m3) GRAVA (m3)
RESISTENCIA A LOS 28 DÍAS
(Kg/cm2)
1:2:2 420 ~ 8,1/2 0,670 0,670 220 ~ 260
1:2:21/2 380 ~ 7,1/2 0,600 0,760 210 ~ 260
1:2:3 350 ~ 7 0,550 0,835 200 ~ 240
1:2:31/2 320 ~ 6,1/2 0,515 0,900 190 ~ 240
1:2:4 300 ~ 6 0,475 0,950 180 ~ 240
1:21/2:4 280 ~ 5,1/4 0,555 0,890 170 ~ 230
1:3:3 300 ~ 6 0,715 0,715 150 ~ 190
1:3:4 260 ~ 5,1/4 0,625 0,835 140 ~ 180
1:3:5 230 ~ 4,1/2 0,555 0,920 110 ~ 140
1:3:6 210 ~ 4 0,500 1,000 100 ~ 130
1:4:7 175 ~ 3,1/2 0,555 0,975 80 ~ 110
1:4:8 160 ~ 3,1/4 0,515 1,025 70 ~ 100
PROPORCIONES DE MATERIAL PARA 1 m3 DE MATERIAL

DATOS NECESARIOS PARA REALIZAR EL DISEÑO DE MEZCLA
1. GRANULOMETRIA del agregado (Modulo de finura).
2. PESO UNITARIO varillado seco del agregado grueso.
3. DENSIDAD de los materiales.
4. CONTENIDO DE HUMEDAD libre en el agregado (Absorción).
5. Requerimientos aproximados de agua para la mezcla (Tabla).
6. Relaciones entre la resistencia y la relación agua-cemento para las
combinaciones de cemento agregado (Tabla).
7. ESPECIFICACIONES de la obra.

DISEÑO DE MEZCLAS PARA
CONCRETO
Calcular la proporción del material en kilogramos:
de cemento, agua, grava y arena, para elaborar el
concreto de una zapata.
EJEMPLO

1. Tipo de construcción: Zapata de concreto reforzado.
2. Exposición del concreto: Mediana.
3. Tamaño máximo del agregado: 38 mm.
4. Asentamiento: de 7,5 a 10 cm.
5. Resistencia a la compresión especificada a los 28
días: 24,5 MPa (250 kg/cm2).
ESPECIFICACIONES DE LA OBRA

CARACTERISTICA CEMENTO ARENA GRAVA
Densidad relativa. 3,15 2,6 2,7
Peso unitario (kg/m3
). 3150 2600 2700
P.U. Agitado seco (kg/m3
). 1600
Modulo de finura 2,8
Desviación de humedad a condición SSS
(%).
+ 2,5 + 0,05
CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES SELECCIONADOS

1. SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO
ASENTAMIENTO RECOMENDADO PARA VARIOS TIPOS DE CONSTRUCCIÓN
TIPOS DE CONSTRUCCIÓN
Asentamiento (cm)
Máximo Mínimo
Cimentaciones reforzadas, muros y zapatas. 7,5 2,5
Zapatas simples, estribos y muros de subestructuras. 7,5 2,5
Vigas y muros reforzados. 10 2,5
Columnas de edificios. 10 2,5
Pavimentos y losas. 7,5 2,5
Concreto masivo. 7,5 21,5
Verificar el asentamiento especificado o bien seleccionar un valor apropiado en este caso
7,5 a 10 cm (ver tabla).
Por lo que se puede aceptar el valor propuesto:
Asentamiento = 7,5 a 10 cm.

2. SELECCIÓN TAMAÑO MÁXIMO DEL AGREGADO
Generalmente, el tamaño máximo del agregado grueso deberá ser lo
mayor que este disponible económicamente y en concordancia con las
dimensiones de la estructura.
En ningún caso deberá exceder el tamaño máximo a:
• Un quinto de la dimensión mas angosta entre los lados de la cimbra.
• Un tercio del peralte de las losas.
• Tres cuartos del espacio libre mínimo entre varillas de refuerzo.
Tamaño máximo del agregado = 38 mm.

CONCRETO
3. CALCULO DE AGUA DE MEZCLADO Y CONTENIDO DE AIRE
La cantidad de agua por unidad de volumen de concreto requerida para
producir un asentamiento dado, depende:
• Del tamaño máximo de las partículas.
• De la forma y la granulometría de los agregados.
• Así como la cantidad de aire incluido.
Pero el contenido de cemento no afecta seriamente la mezcla.
Entonces para determinar la cantidad de agua, vemos la siguiente tabla
para un asentamiento de 7,5 a 10 cm y un agregado máximo de 38 mm.

AGUA DE MEZCLADO APROXIMADO (kg/cm3)
Concreto sin aire incluido
Asentamiento (cm)
Tamaño máximo nominal de los agregados (mm)
10 13 20 38 50 75
2,5 a 5 208 199 190 166 154 130
7,5 a 10 228 216 205 181 169 145
15 a 17,5 243 228 216 190 178 160
Aire atrapado (%) 3 2,5 2 1 0,5 0,3
3. CALCULO DE AGUA DE MEZCLADO Y CONTENIDO DE AIRE
Cantidad de agua es de 181 kg; con 1% de
aire atrapado.

4. SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO
• La f‘c es la resistencia especificada del concreto.
• La f‘cr es la resistencia promedio a la compresión del concreto.
La f‘cr que ha de utilizarse como base para calcular las proporciones de la
mezcla, deberá ser la que resulte mayor de las siguientes ecuaciones.
1. f‘cr = f‘c + 1.34 S; donde hay 1% de probabilidad de que el promedio
de tres pruebas este debajo de f‘c.
2. f‘cr = f‘c + 2.33 S - 35; donde hay 1% de probabilidad de que una
prueba (solo una) este 35 kg o mas por debajo de f‘c.

f’cr
f’cr

f’cr
f’c
S

f’c
f’cr
f’cr = f´c + 1.34 S

Cuando no se cuenta con datos adecuados para establecer una desviación estándar,
la resistencia promedio requerida puede determinarse en la forma siguiente:
f’c (kg/cm2) f’cr (kg/cm2)
< 210 f’c + 70
210 a 350 f’c + 84
> 350 f’c + 99
Calculando la resistencia promedio de las ecuaciones, suponiendo una desviación
estándar de 2,1 MPa, según experiencias pasadas.
• f‘cr = f‘c + 1,34 S; donde: f’cr = 245 + 1,34 x 21 = 27,3 MPa.
• f‘cr = f‘c + 2,33 S - 35; donde: f’cr = 245 + 2,33 x 21- 35 = 25,9 MPa.
Por lo que tomamos el mayor valor que resulte.
f‘cr = 27,3 MPa.

CONCRETO
f’c
f’cr
f’cr = f´c + 1.34 S

La relación agua cemento lo determinamos según la siguiente tabla:
Relación Agua-Cemento
Resistencia a la compresión a
28 días (MPa)
Relación Agua-Cemento (por peso)
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
Interpolamos, y tenemos que para f’cr = 27.3 MPa.
Relación Agua-Cemento = 0,58.

5. CALCULO DEL CONTENIDO DE CEMENTO
Formula para determinar la cantidad de cemento:
𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 =
𝐴𝑔𝑢𝑎
𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐴𝑔𝑢𝑎 − 𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
Entonces tenemos:
𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 =
181 𝐾𝑔
0,58
Cemento = 312 kg.

6. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO
GRUESO
Para un grado adecuado de TRABAJABILIDAD, el volumen de agregado grueso
por unidad de volumen del concreto depende solamente de su TAMAÑO
MAXIMO y del MODULO DE FINURA del agregado fino.
Cuanto mas fina es la arena y mayor el tamaño de las partículas del agregado
grueso, mayor es el volumen de agregado grueso que puede utilizarse para
producir una mezcla de concreto de trabajabilidad satisfactoria.
Si tenemos un tamaño máximo de grava de 38 mm y 2,8 para un modulo de finura
de la arena, recurrimos a una tabla para determinar el factor que nos servirá para
determinar el volumen de la grava.

VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO POR UNIDAD DE VOLUMEN DE CONCRETO
Tamaño máximo del
agregado (mm)
Volumen de agregado grueso varillado en seco por unidad de volumen de concreto
para diferentes módulos de finura
2,4 2,6 2,8 3
10 0,5 0,48 0,46 0,44
13 0,59 0,57 0,55 0,53
20 0,66 0,64 0,62 0,6
25 0,71 0,69 0,67 0,65
38 0,75 0,73 0,71 0,69
59 0,78 0,76 0,74 0,72
Entonces, el peso de grava varillado en seco es:
• Grava = Fvg x PUVS
• Grava = 0.71 x 1600
Grava = 1136 Kg.

• METODO DE PESO: Si el peso unitario del concreto fresco se conoce por
una previa experiencia entonces el peso requerido del agregado fino
es simplemente la diferencia entre el peso por unidad del concreto y los
pesos totales del agua, cemento y agregado grueso.
• METODO DE VOLUMEN ABSOLUTO: El volumen total desplazado por los
ingredientes conocidos (agua, aire, cemento, grava) se resta al
volumen unitario del concreto (1 m3) para obtener el volumen
requerido del agregado fino. Este a su vez es convertido en unidades
de peso multiplicándolo por la densidad del material.
7. ESTIMACION DEL CONTENIDO DEL AGREGADO FINO

Primera estimación del peso de concreto fresco ( kg/m3 )
Tamaño máximo del agregado (mm) Peso del concreto, sin aire incluido
10 2280
13 2310
20 2350
25 2380
38 2415
50 2445
Si no se tiene el peso del concreto, hay que estimarlo conforme a la siguiente tabla:
Según la tabla estimamos el peso del concreto para una grava de 38 mm
y nos da un valor de 2415 kg/m3.
Entonces, el peso de la arena es:
• Arena = Concreto - ( agua + cemento + grava )
• Arena = 2415 - ( 181 + 312 + 1136 )
Arena = 786 Kg.

8. AJUSTES POR HUMEDAD DEL CONCRETO
Generalmente los agregados en el almacén están húmedos, mas que los
considerados en el calculo, con base a los agregados superficialmente
secos.
Para la mezcla por tanteo, dependiendo de la cantidad de humedad
libre de los agregados, el agua de mezclado se reduce y la cantidad de
los agregados se incrementa correspondientemente.
Ajuste por humedad para la mezcla de prueba de laboratorio.
Reducimos los valores para 30 litros.

Material kg/m3 Factor
kg/30
litros
Correcciones Kg
Cemento 312 0,3 9,36 * 9,360
Arena 751 0,3 22,53
22,53 * 0,025 = 0,56
22,53 + 0,56
23,09
Grava 1136 0,3 34,08
34,08 * 0,005 = 0,17
34,08 + 0,17
34,25
Agua 181 0,3 5,43 5,4 - (0,56 + 0,17) 4,700
Total 2380 0,3 7,1 71,4

8. AJUSTES DE LA MEZCLA POR TANTEO
Debido a las muchas suposiciones, los cálculos teóricos deberán ser
verificados en pequeños volúmenes de concreto ( 30 litros ), la verificación
deberá ser en:
• Asentamiento.
• Trabajabilidad (Sin segregación).
• Peso unitario.
• Contenido de aire.
• Resistencia a la edad especificada.

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