Amasado del hormigón

Figura 1. Amasadora de hormigón. Imagen: V. Yepes

El amasado del hormigón tiene como objetivo recubrir los áridos con una capa de pasta de cemento y mezclar todos los componentes hasta obtener una masa uniforme. Este proceso se realiza en mezcladoras u hormigoneras. Es crucial que la mezcla mantenga su uniformidad durante las operaciones de descarga, lo cual depende de la cohesión de la mezcla y del diseño de la hormigonera.

Este proceso puede llevarse a cabo utilizando amasadoras fijas o móviles, mediante uno de los siguientes procedimientos: completamente en una amasadora fija, comenzando y terminando en una amasadora fija o móvil, o iniciado en una amasadora fija y terminado en una móvil antes del transporte. Todas las amasadoras cuentan con componentes comunes, como una cuba, paletas y un cargador. El amasado se realiza según dos técnicas principales:

  • Mediante la elevación de los áridos y su caída libre, como en el caso de las hormigoneras y las mezcladoras de eje horizontal.
  • A través del empuje de los elementos con ayuda de paletas sobre el fondo horizontal de un cilindro, como en el caso del amasado forzado con mezcladoras de eje vertical.

Las hormigoneras se clasifican en tres tipos: basculantes o de eje inclinado, de eje horizontal y de eje vertical, consideradas tradicionales. Actualmente, para la producción de hormigón a gran escala se utilizan hormigoneras de doble tambor y amasadoras de ejes gemelos con paletas.

Un buen amasado es fundamental para garantizar la homogeneidad del hormigón, lo que influye directamente en la adecuada hidratación del cemento. Este proceso no solo implica la técnica de amasado, sino también factores como el tiempo de amasado y el tipo de máquina utilizada. En este contexto, numerosos parámetros influyen en un buen amasado (Tiktin, 1994):

  • Tipo de amasadora o mezcladora
  • Velocidad y duración del amasado
  • Capacidad de amasado
  • Número de amasadas por hora
  • Orden de carga de los componentes
  • Dosificación de agua mínima

La velocidad del amasado debe mantenerse por debajo de la velocidad crítica, definida como aquella en la que los materiales comienzan a centrifugarse. Si tomamos el diámetro de la cuba como parámetro, la velocidad crítica de amasado en r.p.m. se puede demostrar fácilmente con la fórmula n = 42√D. Además, el tiempo de amasado no debe ser demasiado corto, ya que los materiales no se mezclarían adecuadamente, ni demasiado largo, para evitar fenómenos de segregación, especialmente en hormigones secos o con áridos de gran tamaño.

El número de amasadas por hora depende de varios factores, como la duración del ciclo de trabajo de la instalación, los medios disponibles para la dosificación y alimentación de los componentes, y el sistema de transporte del hormigón. Generalmente, este número oscila entre 10 y 60 amasadas por hora. Como orientación pueden tomarse los siguientes datos de la Tabla 1.

Tabla 1. Número de amasadas/hora para distintos tipos de hormigoneras

TIPOS N.º amasadas/hora
Hormigoneras de cuba basculante, sin skip o cargador 10/15
Hormigoneras de cuba basculante con skip 15/20
Hormigoneras de tambor reversible con skip 20/30
Mezcladora con skip 30/40
Mezcladora sin skip, abastecida por torre 45/60

Es importante distinguir entre la capacidad de hormigón fresco y la capacidad necesaria de áridos, cuya relación es aproximadamente 0,70. Esta diferencia se debe a que, al introducir los materiales en el tambor en rotación, se llenan los huecos y se reduce el volumen.

La relación entre el volumen de los componentes antes del amasado y el volumen del hormigón fresco es aproximadamente 1,50. Los fabricantes de maquinaria suelen indicar dos valores: por ejemplo, una amasadora 750/500 puede recibir 750 litros de mezcla de áridos, cemento y agua, y suministrar 500 litros de hormigón fresco.

Además, es importante considerar que el hormigón colocado en estructura es un hormigón compacto y representa aproximadamente el 90 % del volumen del hormigón fresco.

Las hormigoneras tradicionales se caracterizan por tres capacidades principales: la capacidad total de su cuba (Vt), la capacidad máxima de carga de componentes, excluyendo el agua (Vc), y la capacidad máxima de producción de hormigón fresco (Vf). Las relaciones entre Vc y Vt, así como entre Vf y Vt, suelen ser las indicadas en la Tabla 2.

Tabla 2. Relación de volúmenes en función del tipo de hormigonera (Fernández-Cánovas, 2007)

Relación de volúmenes Tipo de hormigonera
Eje basculante Eje horizontal Eje vertical
Vc / Vt 0,7 0,4 0,6 a 0,7
Vf / Vt 0,5 0,3 0,4 a 0,5

El orden de llenado de las hormigoneras varía en función de su tipo, aunque en las instalaciones automatizadas dicha carga es prácticamente simultánea. Siempre es recomendable comenzar introduciendo una parte del agua de amasado, seguida inmediatamente por los componentes sólidos, si fuera posible de manera simultánea con el resto del agua. Cuando se utilizan aditivos plastificantes o superplastificantes, estos deben añadirse al final de la carga, después de que la hormigonera haya girado varias veces para iniciar el amasado. En algunas mezclas secas, es beneficioso humedecer primero el árido grueso con una parte del agua y luego añadir los demás componentes.

Si las hormigoneras se alimentan de silos y se quiere mejorar la resistencia a flexotracción del hormigón, es conveniente introducir primero los áridos gruesos, seguidos de una parte de cemento y de agua. A continuación, se hace girar esta mezcla unas vueltas para que la pasta envuelva a los áridos y, después, se añade la arena y el resto de cemento y agua. De esta forma se logra mejorar mucho la adherencia entre los componentes.

Es crucial respetar los tiempos mínimos de amasado para evitar la falta de homogeneidad en las masas parcialmente mezcladas. Estos tiempos dependen en gran medida de la velocidad de giro de las hormigoneras, es decir, depende de la raíz cuadrada del diámetro de la cuba. Se ha observado que en hormigoneras tradicionales, tiempos de amasado inferiores a 90 segundos producen hormigones con una notable falta de homogeneidad, evidenciada por los coeficientes de variación obtenidos en ensayos de compresión. Por encima de un minuto y medio, los hormigones son uniformes y no muestran mejoras significativas. Es durante el primer minuto y cuarto cuando los componentes del hormigón se mezclan adecuadamente.

Figura 2. Influencia del tiempo de amasado en la homogeneidad del hormigón (Fernández-Cánovas, 2007)

El tiempo de amasado varía en función del tipo de hormigonera utilizada, su volumen, la composición granulométrica de los áridos y la cantidad de agua en la mezcla. Se recomienda un tiempo mínimo de amasado de un minuto y cuarto, más quince segundos adicionales por cada fracción de 400 litros de exceso sobre los 750 litros de capacidad máxima de hormigón fresco de la hormigonera. Con experiencia, es posible determinar visualmente si la masa de hormigón está suficientemente amasada. Los hormigones con áridos gruesos se mezclan más rápido que aquellos con áridos finos, y los hormigones muy secos requieren más tiempo de amasado que los más fluidos. La dosificación mínima de agua determina el tipo de máquina que se debe utilizar. Si se busca alcanzar relaciones agua/cemento inferiores a 0,60, no se pueden utilizar hormigoneras y es necesario recurrir a mezcladoras.

A continuación, os dejo lo expresado en el artículo 51.2.4 sobre equipos de amasado del Código Estructural.

51.2.4 Equipos de amasado.

Los equipos pueden estar constituidos por amasadoras fijas o móviles capaces de mezclar los componentes del hormigón de modo que se obtenga una mezcla homogénea y completamente amasada, capaz de satisfacer los dos requisitos del grupo A y al menos dos de los del grupo B, de la tabla 51.2.4.

Estos equipos se examinarán con la frecuencia necesaria para detectar la presencia de residuos de hormigón o mortero endurecido, así como desperfectos o desgastes en las paletas o en su superficie interior, procediéndose, a comprobar anualmente el cumplimiento de los requisitos de la tabla 51.2.4, salvo que exista una reglamentación específica que marque una frecuencia mayor.

Las amasadoras, tanto fijas como móviles, deberán ostentar, en un lugar destacado, una placa metálica en la que se especifique:
— para las fijas, la velocidad de amasado y la capacidad máxima del tambor, en términos de volumen de hormigón amasado;
— para las móviles, el volumen total del tambor, su capacidad máxima en términos de volumen de hormigón amasado, y las velocidades máxima y mínima de rotación.

Referencias:

ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.

BUSTILLO, M. (2008). Hormigones y morteros. Fueyo Editores, Madrid, 721 pp.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

FERNÁNDEZ CÁNOVAS, M. (2004). Hormigón. 7ª edición, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Servicio de Publicaciones, Madrid, 663 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

TIKTIN, J. (1994). Procesamiento de áridos: instalaciones y puesta en obra de hormigón. Universidad Politécnica de Madrid. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, 360 pp. ISBN: 84-7493-205-X.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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El amasado del hormigón en tiempo caluroso

https://hormigonaldia.ich.cl/recomendaciones-tecnicas/hormigonado-en-tiempo-caluroso/

El proceso de amasado no difiere del realizado en condiciones normales. Es importante amasar el tiempo necesario para obtener una mezcla homogénea, pero no más, para evitar el calor generado por el rozamiento del hormigón con la cuba y las palas. Para lograr un mezclado eficaz en poco tiempo, se debe asegurar que la amasadora esté libre de adherencias y que las paletas de los camiones amasadores estén en buen estado. Una vez que se ha conseguido un hormigón homogéneo, la rotación debe mantenerse a la velocidad mínima de agitación de la unidad. No obstante, no es conveniente detener la cuba durante largos periodos, pues existe el riesgo de un falso fraguado del hormigón.

Proteger la amasadora de la luz solar directa ayuda a evitar un aumento innecesario de la temperatura. Pintar su superficie de blanco también minimizará el efecto de la radiación solar. Además, cuando se utiliza un aditivo retardante, su efecto será mayor si se añade al final del amasado en lugar de al principio.

Es importante controlar cuidadosamente la fluidez del hormigón a la salida de la amasadora para asegurar que llegue a la obra en las condiciones necesarias para su uso. También es posible enfriar el hormigón en la amasadora mediante la evaporación de un producto inerte, aunque esta instalación es compleja.

Para retardar el fraguado del hormigón, aunque no es una práctica corriente, se pueden dosificar los materiales sólidos en la planta y premezclarlos, añadiendo el agua y los aditivos líquidos en la obra, seguido de un mezclado posterior en el camión de suministro. Sin embargo, esto puede causar una pérdida de uniformidad entre las amasadas. Dado que es complicado controlar la dosificación de líquidos y el mezclado en obra, es necesario preparar adecuadamente todo el proceso si se elige este método.

Cuando se utilizan aditivos plastificantes, superplastificantes y retardadores, su efecto es más prolongado si se introducen al final del amasado, mezclados con una pequeña cantidad del agua de amasado. Los superplastificantes pueden añadirse parcialmente en la planta para obtener la fluidez necesaria para la carga y el transporte del hormigón, y el resto en la obra para compensar la pérdida de asiento durante el transporte. Para un control preciso, el aditivo puede dosificarse previamente en recipientes. Es necesario un amasado posterior en el camión antes del vertido en el encofrado o el sistema de colocación en obra.

La fabricación del hormigón según las especificaciones requeridas es esencial para evitar rechazos que provoquen la formación de juntas de hormigonado o problemas en el acabado. Por ello, es recomendable realizar una inspección previa antes del transporte. En la planta, el hormigón puede inspeccionarse visualmente durante la descarga. En el caso de utilizar un camión amasador, se recomienda realizar un amasado inicial en la planta y verificar el asiento antes de proceder al transporte.

Referencias:

AA.VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.

ACI COMMITTEE 305. Guide to Hot Weather Concreting. ACI 305R-10.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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Cálculo de la temperatura de fabricación del hormigón en tiempo frío

Figura 1. Hormigonado en tiempo frío. https://madridsurarquiobras.es/blog/?p=199

La temperatura del hormigón es un factor crítico, especialmente en climas fríos, donde se debe evitar su congelación durante todas las etapas del proceso. La temperatura de amasado depende del grosor mínimo de las piezas a hormigonar, la temperatura del aire y la pérdida de temperatura durante el transporte hasta el lugar de trabajo. A medida que aumenta el volumen de la sección hormigonada, la pérdida de calor se vuelve más lenta y el calor generado durante la hidratación se vuelve más importante. Por lo tanto, se recomienda una temperatura más baja para la masa de hormigón que se va a colocar y también una temperatura de salida más baja en el amasado. En estructuras de gran volumen, es crucial limitar la temperatura del hormigón para evitar problemas de fisuración.

Es relevante considerar que las pérdidas de calor aumentan en proporción a la diferencia de temperaturas. Por lo tanto, elevar la temperatura del hormigón por encima de los valores recomendados no garantiza una protección proporcional contra la congelación, sino que puede generar efectos no deseados, como un mayor consumo de agua, una rápida disminución de la consistencia, fraguado acelerado o incremento de la retracción térmica.

También es importante tener en cuenta que las superficies expuestas del hormigón pueden experimentar una rápida pérdida de humedad debido a que, debido a su temperatura, calientan el aire frío que entra en contacto con ellas, lo que disminuye la humedad relativa y provoca la evaporación del agua superficial. Por tanto, se recomienda que la temperatura del hormigón durante su colocación sea lo más baja posible, tal y como se comentó anteriormente. A partir de esta temperatura de colocación y la pérdida de temperatura durante el transporte hasta el lugar de trabajo, se puede determinar la temperatura de amasado del hormigón.

La temperatura de amasado del hormigón se puede lograr mediante el calentamiento de los distintos materiales que lo componen. El cálculo de la temperatura de la mezcla se obtiene a partir del balance térmico de los diferentes materiales, ya que la cantidad total de calor de los materiales antes y después del amasado es la misma, siendo la única incógnita la temperatura final. No se debe olvidar el calor latente de fusión del hielo en caso de que el agua de los áridos esté congelada.

A continuación os dejo un problema resuelto que, espero, os sea de interés.

Descargar (PDF, 93KB)

Os dejo también algún vídeo explicativo.

Referencias:

AENOR (2022). UNE 83151-1 IN Hormigonado en condiciones climáticas especiales. Parte 1: Hormigonado en tiempo frío. Madrid, 27 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. 189 pp.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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