¿Qué es la dosificación del hormigón y por qué es tan importante?
La dosificación del hormigón consiste en determinar las proporciones exactas de sus componentes (cemento, agua, áridos y aditivos) para obtener una mezcla óptima. El objetivo es que el hormigón resultante posea las características idóneas de durabilidad, resistencia, compacidad y consistencia para la obra en cuestión. Una dosificación adecuada es fundamental para garantizar la resistencia y la durabilidad de las estructuras. Si no se realiza adecuadamente, la mezcla puede perder homogeneidad y los componentes pueden segregarse, lo que comprometería las propiedades del hormigón endurecido.
¿Cuáles son los factores clave que hay que considerar antes de dosificar el hormigón?
Antes de dosificar el hormigón, es importante considerar varios factores para garantizar que la mezcla sea adecuada para la aplicación deseada. Estos incluyen:
- Resistencia deseada del hormigón: es la propiedad mecánica principal que se busca.
- Condiciones ambientales: la exposición a temperaturas extremas, ciclos de congelación-deshielo o ambientes agresivos (como el agua de mar o los sulfatos) influye en la durabilidad.
- Equipos de fabricación y compactación: la elección entre métodos manuales o mecánicos para la mezcla y la compactación incide en la trabajabilidad y en la necesidad de aditivos.
- Granulometría y la calidad de los áridos: el tamaño máximo, la forma (rodado o machacado) y la distribución granulométrica son esenciales para la compacidad y la trabajabilidad.
- Dimensiones de la sección y disposición de las armaduras: influyen en el tamaño nominal máximo del árido y en la trabajabilidad necesaria para garantizar un buen llenado y una correcta compactación.
- Tipo de cemento y el uso de aditivos: determinan las propiedades de fraguado, de endurecimiento y las características especiales del hormigón.
¿Cuáles son los principales métodos de dosificación del hormigón?
Existen varios métodos, cada uno adecuado para diferentes situaciones y niveles de precisión:
- Dosificación en volumen: es el método más antiguo y sencillo. Se utiliza principalmente en obras pequeñas y consiste en determinar las cantidades mediante tablas de proporciones para obtener un metro cúbico de hormigón.
- Métodos basados en el contenido de cemento: incluyen el método de Fuller y la fórmula de Bolomey. Estos se centran en la cantidad de cemento por metro cúbico y en la granulometría de los áridos para lograr una buena densidad y trabajabilidad, con el objetivo de utilizar menos cemento.
- Métodos basados en la resistencia a la compresión: como el método A.C.I. y el método De la Peña. Estos parten de la resistencia deseada del hormigón y consideran la cantidad de agua, el tamaño y el tipo de árido, así como la consistencia, para determinar las proporciones. Se utilizan ampliamente en obras estructurales.
- Métodos racionales: como el método Faury, que se basa en principios granulométricos y define una curva granulométrica ideal para garantizar una granulometría total adecuada, incluida la del cemento. Es más flexible y preciso, pero requiere cálculos más complejos.
- Métodos prácticos/experimentales: como el método de Valette y los hormigones de prueba, que implican la realización de mezclas experimentales en el laboratorio o en la obra para verificar y ajustar las proporciones en función de las propiedades del hormigón fresco y endurecido.
¿Cómo influyen la relación agua/cemento y la cantidad de cemento en la dosificación?
La relación agua/cemento (a/c) es un factor crítico para la resistencia y la durabilidad del hormigón. A menor relación a/c, mayor resistencia y durabilidad, y menor coste si la resistencia es fija. La cantidad de cemento, junto con la relación a/c, se selecciona para cumplir los requisitos de resistencia y durabilidad. El Código Estructural establece límites para el contenido de cemento: no puede ser inferior a 200, 250 y 275 kg/m³ para hormigón en masa, armado o pretensado, respectivamente. La cantidad máxima de cemento por metro cúbico de hormigón suele ser de 500 kg, aunque este límite puede superarse con la autorización de la dirección de obra. Una relación agua/cemento adecuada y un contenido de cemento adecuado minimizan el riesgo de segregación y aseguran la cohesión de la mezcla.
¿Por qué son importantes los ensayos experimentales con hormigón dosificado y qué se evalúa?
El cálculo matemático y teórico de las proporciones del hormigón no exime de la responsabilidad de comprobar experimentalmente la composición obtenida. En la práctica, múltiples factores pueden influir en las propiedades del hormigón. Los ensayos experimentales son cruciales para:
- Verificación de la docilidad (trabajabilidad): se mide mediante el método del asentamiento del cono de Abrams (UNE EN 12350-2), a fin de garantizar que el hormigón pueda moldearse y compactarse fácilmente en obra.
- Comprobación de la resistencia: se verifica mediante ensayos de resistencia a la compresión con probetas fabricadas y curadas según las normas específicas (UNE-EN 12390-2).
- Ajustes y correcciones: Las pruebas permiten ajustar la dosis de agua para lograr el asentamiento requerido y, si el rendimiento difiere significativamente del cálculo teórico (más del ±3 %), se corrigen las proporciones de los áridos. También se pueden ajustar las dosis de cemento si la resistencia obtenida supera la necesaria. La toma de muestras para estos ensayos se realiza en el punto de vertido, a la salida del elemento de transporte, entre un cuarto y un tercio de la descarga, y deben estar presentes el proveedor del hormigón y el constructor, con un acta levantada por el laboratorio.
¿Cómo influye la dosificación del hormigón en la segregación de sus componentes?
La segregación es la pérdida de homogeneidad de la mezcla de hormigón y está directamente relacionada con una dosificación incorrecta. Un hormigón mal dosificado puede presentar dos tipos principales de segregación:
- Por exceso de agua: si la cantidad de agua es excesiva, el mortero puede separarse de los áridos y los áridos más gruesos tienden a depositarse en el fondo.
- Por escasez de agua y exceso de finos (hormigón muy seco): en este caso, los áridos más gruesos se separan y se depositan con mayor facilidad que las partículas más finas. Para evitar la segregación, es fundamental realizar una dosificación que asegure la cohesión de la mezcla. Las mezclas más propensas a la segregación son las que contienen mucha arena, las ásperas o poco dóciles y las extremadamente secas o fluidas. Un aumento adecuado de la cantidad de agua suele mejorar la cohesión y eliminar la segregación en mezclas secas.
¿Cuáles son las limitaciones y correcciones más habituales en la dosificación del hormigón en la práctica?
A pesar de los métodos teóricos, la dosificación del hormigón en la práctica presenta limitaciones y requiere correcciones.
- Limitaciones normativas: el Código Estructural establece rangos mínimos y máximos para el contenido de cemento y la relación agua/cemento con el fin de garantizar la durabilidad y la resistencia del hormigón en función del tipo de estructura y de la exposición.
- Ajustes por humedad de los áridos: los áridos de la obra suelen tener un grado de humedad distinto del de la condición saturada y del de la superficie seca considerados en la dosificación inicial. Esta humedad afecta tanto la cantidad de agua efectiva en la mezcla como el peso real de los áridos. Por tanto, se calcula la humedad libre y se ajustan, en consecuencia, la dosis de agua y el peso de los áridos. Si la dosificación se mide en volumen, también debe considerarse el esponjamiento de la arena.
- Modificación por rendimiento: se comprueba si el volumen de hormigón producido en obra coincide con el volumen teórico calculado. Si hay diferencias (generalmente, superiores al ±3 %), se ajustan las proporciones de los áridos para mantener la dosis de cemento y la relación agua/cemento.
- Corrección por variaciones de la granulometría: si la arena suministrada contiene proporciones de grava no previstas o si la granulometría general de los áridos varía, es necesario modificar las proporciones de arena y grava para mantener la trabajabilidad y la compactación deseadas y asegurar el cumplimiento de las bandas granulométricas óptimas.
¿Quiénes son los «participantes» clave en la fabricación de un buen hormigón?
Existe una metáfora ingeniosa para describir los roles esenciales en este proceso:
- Un sabio para el agua: ya que es fundamental para la trabajabilidad, la resistencia y la durabilidad, su cantidad debe calcularse y controlarse cuidadosamente.
- Un avaro con el cemento: destaca la necesidad de ser eficiente en su uso, el componente más costoso, sin comprometer las propiedades deseadas del hormigón. Esto implica un uso óptimo que cumpla con los requisitos mínimos de resistencia y durabilidad.
- Un dadivoso para los áridos: sugiere generosidad al seleccionar y combinar los áridos, buscando la mejor granulometría y calidad posibles para lograr la máxima compacidad y una trabajabilidad adecuada a las condiciones de la obra.
- Y para revolverlo… ¡Un genio de la ingeniería! Este último participante subraya el papel fundamental del ingeniero, que con su experiencia y conocimiento, y una pizca de audacia, integra todos los componentes y ajusta el proceso para asegurar el éxito final del hormigón. Esto implica supervisión constante, capacidad para realizar correcciones en obra y garantizar el cumplimiento de todas las especificaciones.
Os dejo un audio de resumen de este tema:
Os dejo varios vídeos, que espero, os sean útiles:
También os dejo unos documentos sobre este tema:
Curso:
Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.
Glosario de términos clave
- Dosificación del hormigón: Proceso de determinar las proporciones exactas de los componentes (cemento, agua, áridos, aditivos) para obtener una mezcla de hormigón con las características deseadas (resistencia, durabilidad, trabajabilidad, etc.).
- Hormigón en masa: Hormigón sin armadura de acero.
- Hormigón armado: Hormigón que contiene una armadura de acero para mejorar su resistencia a la tracción.
- Hormigón pretensado: Hormigón en el que se inducen esfuerzos de compresión antes de la aplicación de las cargas de servicio, generalmente mediante tendones de acero.
- Resistencia característica: Valor de resistencia a la compresión del hormigón por debajo del cual solo se espera un porcentaje especificado de resultados (p. ej., 5 %). Es la resistencia mínima garantizada por la normativa.
- Resistencia media de dosificación: Resistencia promedio objetivo para la mezcla de hormigón, calculada para asegurar que la resistencia característica se cumpla en obra, considerando la variabilidad del proceso.
- Áridos: Materiales granulares (arena, grava) que forman el esqueleto del hormigón.
- Granulometría: Distribución por tamaños de las partículas de un árido. Una granulometría adecuada es crucial para la trabajabilidad y compacidad del hormigón.
- Tamaño máximo nominal del árido: Dimensión máxima de las partículas del árido grueso utilizada en una mezcla de hormigón.
- Consistencia del hormigón: Medida de la fluidez o rigidez del hormigón fresco, generalmente determinada mediante el ensayo de asentamiento del cono de Abrams.
- Trabajabilidad: Propiedad del hormigón fresco que describe la facilidad con la que puede ser mezclado, transportado, colocado, compactado y acabado sin segregación.
- Asentamiento del cono de Abrams: Ensayo estandarizado para medir la consistencia del hormigón fresco.
- Relación agua/cemento: Proporción en peso de agua libre respecto al cemento en la mezcla de hormigón. Es el factor más influyente en la resistencia y la durabilidad del hormigón.
- Aditivos: Sustancias añadidas al hormigón en pequeñas cantidades para modificar sus propiedades (p. ej., plastificantes, incorporadores de aire, retardantes).
- Segregación: Separación de los componentes del hormigón fresco, lo que da lugar a una distribución no uniforme de los materiales y a propiedades inferiores.
- Gessner (parábola de Gessner): Curva granulométrica teórica que representa una distribución de tamaños de áridos que maximiza la compacidad y la docilidad de la mezcla.
- Bolomey (fórmula de Bolomey): Método de dosificación basado en el contenido de cemento, que busca una mezcla económica y resistente, perfeccionando el método de Fuller.
- Método A.C.I. (American Concrete Institute): Método empírico de dosificación ampliamente utilizado, basado en tablas y experiencia para determinar las proporciones de la mezcla.
- Método de la Peña: Método de dosificación basado en la resistencia a la compresión, aconsejado para hormigones estructurales con condiciones de ejecución controlables.
- Método de Fuller: Método de dosificación antiguo basado en el contenido de cemento y una granulometría continua.
- Método Faury: Método de dosificación racional que se fundamenta en principios granulométricos y en el concepto de «curva granulométrica ideal», que incluye el efecto de pared.
- Método de Valette: Método experimental de dosificación que emplea técnicas de laboratorio para determinar las proporciones óptimas de los materiales.
- Humedad libre: Agua contenida en los áridos por encima de la cantidad necesaria para su estado saturado con superficie seca, que contribuye al agua de amasado de la mezcla.
- Agua de absorción: Agua que los áridos pueden absorber hasta alcanzar su estado saturado superficialmente seco (sss).
- Rendimiento del hormigón: Volumen real de hormigón producido por una amasada o por unidad de cemento, comparado con el volumen teórico.
- Efecto de pared: Fenómeno cuantificado por Faury que describe la influencia de las superficies rígidas (moldajes y armaduras) en la densidad y distribución granular del hormigón adyacente.
- Módulo de finura: Indicador de la finura o grueso de un árido, especialmente arena, utilizado en algunos métodos de dosificación.
- Huso granulométrico: Rango de curvas granulométricas consideradas aceptables para un determinado tipo de hormigón y de aplicación.
- Densidad aparente (de áridos): Masa de un volumen de árido, incluyendo los huecos entre las partículas.
- Densidad real (de áridos o cemento): Masa de un volumen de material sólido, excluyendo los huecos.
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