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 fundamental 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 que 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 los 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 el resto de los 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 cuantas veces para que la pasta envuelva los áridos y, después, se añade la arena y el resto de cemento y agua. De esta forma, se consigue mejorar mucho la adherencia entre los componentes.

Es imprescindible 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, 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 de la 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

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Hormigoneras con inversión de marcha y eje horizontal

Figura 1. Hormigonera de eje horizontal e inversión de marcha. https://www.linosella.com/es/producto/modelo-hopper-s-1500-22

Las hormigoneras de eje horizontal presentan ventajas significativas en comparación con las hormigoneras de tambor basculante. Su capacidad puede ser considerablemente mayor y el hormigón que producen suele ser de mejor calidad. Estas máquinas pueden ser fijas o móviles; las móviles se montan sobre un chasis de dos ejes con ruedas neumáticas.

Estas hormigoneras cuentan con una cuba de gran diámetro, de forma cilindro-cónica y con eje horizontal, que posee dos bocas opuestas. Una de las bocas es para la carga, que recibe el material cuando la cuba gira en un sentido, lo que facilita el amasado de la mezcla. La otra, para la descarga, a diferencia de las hormigoneras de tambor basculante, que solo tienen una boca.

En su interior, la cuba incluye una cámara central de trabajo equipada con de paletas helicoidales inclinadas, fijas a la cuba, que aseguran un buen mezclado. La salida del hormigón generalmente se realiza mediante la inversión rápida del giro de la máquina. Estas máquinas tienen una capacidad de hasta 5 m³, con una producción de 250 m³/h. El tiempo mínimo de amasado, en segundos, para una hormigonera de diámetro D, en metros, se calcula con la fórmula t = 90 √D. La velocidad de giro de la cuba, en r.p.m., se determina aproximadamente mediante la fórmula N = 20 / √D.

Las hormigoneras de eje horizontal suelen tener una velocidad de descarga lenta, lo que, en ocasiones, puede provocar la segregación del hormigón. Este problema es especialmente frecuente cuando se utilizan áridos grandes, pues el mortero mezclado con los áridos de tamaño intermedio tiende a salir primero, dejando los áridos gruesos para el final. Este problema también puede presentarse en las hormigoneras de eje basculante.

La carga de los componentes de la mezcla se realiza generalmente de forma mecánica, utilizando un skip. Este dispositivo recibe los materiales y sube por unas guías inclinadas hasta encajar en la tolva de descarga. A continuación, se abre una compuerta ubicada en el fondo de la cuba y los materiales se introducen en la hormigonera.

El tambor está montado sobre dos aros de rodadura que se apoyan en cuatro rodillos colocados en el bastidor que lo sustenta. La rotación en un sentido u otro se logra mediante la acción de un piñón de ataque montado en un grupo motorreductor, que actúa sobre una corona dentada alrededor de la cuba. Los sistemas de arrastre incluyen:

  • Un conjunto de corona atornillada al tambor y un piñón de ataque acoplado al motor.
  • Un sistema de fricción en el que unos rodillos con bandaje de goma arrastran el tambor, siendo estos rodillos impulsados por el motor. Estas ruedas están montadas sobre dos ejes y reciben el movimiento de un motorreductor a través de ruedas dentadas y cadenas.

El equipo de la hormigonera se completa con un armazón metálico montado sobre un eje, una tolva de fondo abatible para el llenado, enganchada al cable de un torno eléctrico, que se desplaza a lo largo de unos carriles inclinados (skip). Todos los movimientos se controlan de forma remota mediante pulsadores.

El amasado se produce mediante el giro del tambor, complementado por la acción de las paletas que impulsan el material hacia el centro de la cuba. Un inconveniente frecuente de estas hormigoneras, incluidas las de eje inclinado, es que durante la primera amasada, parte del mortero del hormigón queda adherido a las paredes. Esto hace que la primera mezcla sea de menor calidad que las siguientes y deba desecharse. Para evitar este problema, se debe realizar una pequeña amasada de mortero antes de iniciar la producción del hormigón. Parte de este mortero recubrirá las paredes de la hormigonera, eliminando el exceso y mejorando la calidad de las mezclas subsiguientes.

La descarga puede realizarse de varias formas, dependiendo del modelo:

  • Cambiando el sentido de giro del tambor. La inversión del sentido de la marcha dirige la mezcla hacia los álabes del cono para ser evacuada al exterior. Antes de invertir el sentido de giro del motor eléctrico, es necesario detenerlo. El cambio de polaridad permite la inversión. Cuando se utiliza un motor diésel, se requiere un inversor-reductor para cambiar el sentido de giro del tambor.
  • A través de una canaleta que se introduce por la boca de descarga dentro de la cuba o cambiando el ángulo de las paletas, aunque estos dos métodos están en desuso.

Os dejo un vídeo explicativo que espero os sea de interés.

Referencias:

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

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

CORMON, P. (1979). Fabricación del hormigón. Editores Técnicos Asociados, Barcelona, 232 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

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Hormigoneras de tambor basculante y eje inclinado

Figura 1. Hormigonera de tambor basculante. https://www.archiproducts.com/es/productos/lino-sella-world/hormigonera-hidraulica-con-tambor-basculante-skipper-s-360_652525

Las hormigoneras de tambor basculante y eje inclinado son las más comunes en pequeñas obras, para mezclas de hasta 0,5 m³ y para una producción de hormigón plástico de calidad media. No obstante, también existen máquinas grandes capaces de producir hasta medio metro cúbico de hormigón. Estas hormigoneras están formadas por una cuba o tambor, que gira alrededor de su eje, con una parte superior troncocónica y una inferior cilíndrica.

La cuba está fabricada con chapa de acero soldada, reforzada en la boca de carga. En su interior, lleva atornilladas unas paletas deflectoras cuya función es arrastrar hacia el centro de la cuba los componentes más pesados de la mezcla, que tienden a situarse en la periferia debido al movimiento centrífugo. El conjunto generalmente está montado sobre un chasis principal provisto de un eje con dos ruedas neumáticas y una lanza de tiro para facilitar su remolque por carretera.

El tambor puede ajustar su inclinación según la operación en curso, ya sea llenado, amasado o descarga. Tanto el llenado como la descarga del aparato se realizan a través de una única abertura centrada en el eje de rotación del tambor. No obstante, existen ciertos modelos con dos aberturas: una para el llenado y otra para la descarga. En posición de amasado, su eje es horizontal y la descarga por gravedad se realiza inclinando la cuba. Para la descarga, la cuba se inclina alrededor de un eje horizontal con la ayuda de un volante o de un motor. Este volante hace pivotar la cuba y su abrazadera mediante un mecanismo de piñones dentados. El principio del tambor basculante permite una alimentación rápida y un vaciado completo. Este sistema también facilita una limpieza conveniente al final de la jornada laboral.

El movimiento de la cuba se produce mediante el engranaje de un piñón motor, cuyo eje coincide con el de la cuba, sobre una corona dentada. El conjunto motor, que puede ser eléctrico o térmico, y los elementos de reducción de velocidad están montados en una carcasa lateral.  Los motores de gasolina se usan con capacidades de 80 a 150 litros, mientras que los diésel para capacidades mayores. La mezcla de los elementos se optimiza al reducir la inclinación del eje de la cuba respecto a la horizontal. No obstante, esta inclinación no debe exceder los 15º a 20º aproximadamente. Superar estos valores puede reducir el volumen del tambor, ya que aumenta su capacidad útil; sin embargo, aunque esto disminuye el precio de compra, empeora la calidad del amasado. Por lo tanto, el ángulo de inclinación es uno de los factores principales que el comprador debe considerar.

Este problema también ocurrirá si la pared interior del tambor no tiene ninguna paleta. Inicialmente, los materiales se acumulan en el fondo de la cuba y se arrastran al principio del amasado por la fricción generada por el giro. Sin embargo, después de algunas vueltas, especialmente si se ha añadido mucha agua, la mezcla se vuelve muy plástica y se desliza a lo largo de la pared de la cuba en lugar de subir y caer nuevamente. En este caso, no se puede considerar un verdadero amasado. La presencia y disposición de las paletas facilitan la elevación de los materiales, permitiendo una buena agitación de los componentes. Además, la fijación de las paletas al tambor debe diseñarse cuidadosamente para asegurar un impulso constante durante el amasado.

Un inconveniente frecuente de estas hormigoneras y las de eje horizontal es que, durante la primera amasada, parte del mortero del hormigón queda adherido a las paredes, lo que hace que esta primera mezcla sea de menor calidad que las siguientes y deba ser desechada. Para evitar este problema, se debe realizar una pequeña amasada de mortero antes de arrancar la producción del hormigón. Parte de este mortero recubrirá las paredes de la hormigonera, eliminando el exceso. Para facilitar el amasado, se debe introducir el árido grueso en último lugar. Si se introduce primero, la mezcla será deficiente y el hormigón corre el riesgo de ser heterogéneo. El tiempo mínimo de amasado, en segundos, para una hormigonera de este tipo y diámetro D, se calcula mediante la fórmula t = 120 √D.

Estas hormigoneras pueden estar equipadas con un cargador elevable para la alimentación de los materiales y con dispositivos de suministro de agua, como depósitos, dosificadores o contadores de agua. Se embraga para subir el cargador y al desembragar baja por gravedad. El cargador puede ser de los siguientes tipos:

  • Basculante mediante cilindro hidráulico. Sin cargador para capacidades de 120 a 200 litros, con o sin cargador para 250 a 500 litros.
  • Skip, accionado por cable, que se enrolla en un cabrestante, accionado por el mismo motor que impulsa la hormigonera, con su correspondiente embrague. Al activar el embrague, el cargador se eleva, y al desactivarlo, desciende por gravedad.
  • Radio rascante, con un conjunto de cangilones de alimentación continua.

Os dejo algunos vídeos al respecto de esta hormigonera.

Referencias:

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

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

CORMON, P. (1979). Fabricación del hormigón. Editores Técnicos Asociados, Barcelona, 232 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

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.