dosificación – El blog de Víctor Yepes

Dosificación del agua en la fabricación del hormigón

Figura 1. Controlador de agua de turbina de velocidad

Mantener la uniformidad en la medición del agua para el mezclado total requiere, además de garantizar el peso exacto del agua añadida, controlar las fuentes adicionales de agua, como el agua utilizada para el lavado de la mezcladora, el hielo y el agua libre presente en los áridos. Una de las tolerancias especificadas para la precisión en la medición del agua de mezclado es de ±3 %.

El agua es el ingrediente más sencillo de dosificar, ya que su caudal es predecible y no presenta mayores dificultades en su manejo. La dosificación del agua necesaria para el amasado del hormigón puede llevarse a cabo por peso o por volumen. Ambos sistemas se pueden utilizar en las obras y en los talleres de fabricación; sin embargo, las técnicas ponderales son las que ofrecen mayor precisión. Por otro lado, la dosificación volumétrica puede presentar imprecisiones debido a las características inherentes de los dispositivos utilizados y a posibles desajustes en su calibración. Además, los caudales pueden verse afectados por el uso de aguas ricas en cal, que pueden provocar incrustaciones, o por la utilización de aguas muy calientes, que pueden generar vapor.

En la dosificación por peso, las básculas utilizadas para medir el agua consisten en un recipiente que se apoya sobre los brazos de una báscula similar a la empleada para el cemento. Estas básculas suelen estar equipadas con un cabezal de lectura y mecanismos de automatización que regulan tanto la alimentación, a través de una válvula, como la descarga, que se realiza mediante otra válvula o un grifo de esfera. Algunas básculas cuentan con cubas que incluyen un sistema de descarga por aire comprimido, lo que acelera la llegada del agua a la amasadora y reduce los ciclos de fabricación de hormigón. Otras, por su parte, integran dispositivos de llegada del agua con dos velocidades: una rápida, que permite obtener del 90 al 95 % de la cantidad deseada en el menor tiempo posible, y una lenta, que finaliza la dosificación con gran precisión. Cabe destacar que las básculas para agua se utilizan exclusivamente en centrales de hormigón que cuentan con sistemas de corrección de la humedad de la arena y automatismos que permiten gestionar diversas recetas.

Los contadores de agua, ya sean mecánicos o eléctricos, son los dispositivos de dosificación de agua más habituales en las obras, gracias a su bajo coste. Se usa una rejilla delante del medidor para evitar daños provocados por partículas sólidas. Algunos medidores se pueden instalar verticalmente; la instalación de la mayor parte debe ser horizontal. Los medidores deben estar protegidos contra las heladas y contra las ondas de presión (golpe de ariete) en las líneas de agua. Estos contadores deben ser capaces de funcionar con agua salada y permitir el uso de agua caliente. No obstante, los medidores de agua fría, por lo general, no se pueden usar con agua caliente, pero los de agua caliente se pueden usar con fría, a los caudales de esta última, con cierta pérdida de exactitud.

La técnica más sencilla consiste en instalar un contador de agua clásico junto con una válvula manual antes de la entrada del agua en la mezcladora. La lectura del contador debe realizarse desde el punto cero después de cada amasada. En el caso de utilizar contadores con preajuste, se puede suministrar automáticamente una cantidad de agua programada mediante una electroválvula, cuya apertura se activa mediante un botón pulsador o un impulso proveniente de un automatismo general. La lectura de los medidores es inferior a la real a flujos muy bajos, ligeramente mayor a flujos altos y un poco menor con caudales cercanos al máximo.

Los contadores de agua se clasifican en dos tipos:

Contadores de paletas: en este tipo, el chorro de agua hace girar una rueda de paletas (Figura 1), y el giro se transmite a través de engranajes desmultiplicadores a la aguja del contador.
Contadores de hélice: en este caso, el chorro de agua hace girar una hélice.

Estos contadores pueden operar con presiones que oscilan entre 20 y 60 kPa y la temperatura máxima a la que pueden funcionar alcanza los 85 °C. Además, presentan una precisión del 1 % respecto al peso requerido. Los contadores de agua se pueden clasificar en tres tipos:

Manuales: en estos contadores, al abrir una llave de 1/4 de vuelta, se permite el paso del agua hasta alcanzar la cantidad deseada, momento en el cual se cierra la llave. La aguja del contador regresa a cero mediante un botón o una pequeña palanca.
Semiautomáticos: en este tipo, se preselecciona la cantidad de agua a dosificar moviendo un botón moleteado. El agua fluye al abrir una electroválvula al presionar un botón o pulsador ubicado en el panel dentro de la cabina de amasado. La aguja móvil se desplaza hasta coincidir con el cero; en ese momento, se cierra un contacto y se desexcita la electroválvula, deteniendo el paso del agua. Para la siguiente dosificación, es necesario volver a seleccionar la cantidad de agua deseada.
Automáticos: este tipo de contador funciona de manera similar al semiautomático, con la diferencia de que la aguja parte de cero. Al alcanzar la cantidad previamente seleccionada mediante una aguja fija desplegable, se desexcita la electroválvula. La aguja móvil regresa automáticamente a cero, quedando preparada para un nuevo ciclo.

El mecanismo de funcionamiento de los dispositivos de medición de agua debe garantizar que no haya fugas, goteos ni rastros de agua cuando la válvula esté cerrada. Los tanques de agua de los camiones hormigonera u otras mezcladoras portátiles deben estar diseñados de manera que el dispositivo indicador registre con precisión la cantidad de agua descargada, independientemente de la inclinación de la mezcladora.

Os dejo un vídeo donde se explica la importancia de la dosificación del agua en la fabricación del hormigón.

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.

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

MONTERO, E. (2006). Puesta en obra del hormigón. Exigencias básicas. Consejo General de la Arquitectura Técnica de España, Madrid, 750 pp.

MORILLA, I. (1992). Plantas de fabricación de hormigón y grava-cemento. Monografías de maquinaria. Asociación Española de la Carretera, Madrid.

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

YEPES, V. (2024). Estructuras auxiliares en la construcción: Andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 408 pp. Ref. 477. ISBN: 978-84-1396-238-2

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Instalaciones de dosificación para la fabricación de hormigón

http://www.horus.es/ci/portfolio-view/control-de-plantas-de-hormigon/

La dosificación es el conjunto de operaciones que permiten cargar los constituyentes del hormigón en la mezcladora siguiendo un orden preestablecido y garantizando que se respeten las proporciones fijadas por las fórmulas correspondientes a cada mezcla.

El artículo 71.2.3 de la Instrucción de Hormigón Estructural, EHE-08, proporciona las características que deben de cumplir las instalaciones de dosificación.

En la realidad, la cantidad de materiales que se utilizan realmente en una amasada varían con respecto a los valores nominales de las fórmulas. Las normas UNE-EN206-1:2008 y la EHE-08 definen las tolerancias que se deben respetar en la dosificación. En la Tabla 1 se recogen dichas tolerancias.

Los materiales constituyentes del hormigón se encuentran en estado sólido (cemento, áridos y adiciones) o líquido (agua y aditivos). Cada constituyente posee su línea de dosificación propia. La Tabla 2 resume las instalaciones de dosificación empleadas.

Las instalaciones de dosificación deben disponer silos con compartimentos adecuados y separados para cada una de las fracciones granulométricas necesarias de árido. Se garantizará en cada compartimento que la descarga sea eficaz, sin atascos y con una segregación mínima.

Los constituyentes sólidos como el cemento, los áridos y las adiciones se dosifican por peso; el agua se puede dosificar por peso o por volumen, al igual que los aditivos líquidos. Hoy día, el agua se dosifica normalmente por peso, debido a la mayor rapidez y precisión. Para mayor precisión, algunas plantas disponen de medidores de humedad y corrección del agua de amasado al incluir la que aportan los áridos.

Los aditivos líquidos se continúan dosificando por volumen, aunque muchas centrales vienen preparadas para dosificarlos también en peso. En los aditivos, como las cantidades son bajas, las básculas deben ser más pequeñas y por consiguiente son más sensibles a las vibraciones existentes en las centrales. Se debe de poder medir con claridad la cantidad de aditivo correspondiente a 50 kg de cemento. Se recomienda, para el caso de los aditivos, que se utilice un dosificador diferente para cada uno de ellos. En caso contrario, debería realizarse una limpieza del sistema dosificador, salvo que los diferentes aditivos fueran compatibles entre sí.

En el caso de una dosificación ponderal por peso, se emplean básculas para pesar los materiales, garantizando que en ningún caso se dosifiquen cantidades por debajo del 10% de la capacidad total de la escala de la báscula empleada.

Existen diversos tipos de básculas, aunque todas se componen de un receptáculo, un dispositivo de medida y un sistema de evacuación. Es muy importante que se encuentren perfectamente limpios todos los puntos de apoyo, las articulaciones y partes análogas de las básculas.

Referencias:

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

Tesis doctoral: Modelos predictivos de las características prestacionales de hormigones fabricados en condiciones industriales

Ayer 3 de junio de 2016 tuvo lugar la defensa de la tesis doctoral de D. Ferran Navarro Ferrer denominada “Modelos predictivos de las características prestacionales de hormigones fabricados en condiciones industriales”, dirigida por Víctor Yepes Piqueras. La tesis recibió la calificación de “Sobresaliente Cum Laude” por unanimidad. Presentamos a continuación un pequeño resumen de la misma.

Resumen:

En la actualidad el hormigón es el material más empleado en la construcción debido a su moldeabilidad, a su capacidad de resistir esfuerzos de compresión y a su economía. Las prestaciones del hormigón dependen de su composición, de las condiciones de curado y del método y condiciones de mezclado. Las especificaciones básicas del hormigón demandadas por el peticionario al fabricante son la resistencia a compresión y la consistencia, que indica la trabajabilidad del mismo. Esta tesis es una contribución al conocimiento y la investigación de la influencia de diferentes parámetros en la resistencia a compresión y la consistencia del hormigón fabricado en condiciones industriales y la elaboración de modelos predictivos de dichas características prestacionales.

La mayor parte de los hormigones que se emplean en construcción se fabrican en centrales de hormigón preparado o en centrales de obra, y se corresponden con hormigones de resistencia entre 25 y 30 N=mm2, consistencia blanda o fluida, colocación mediante vertido o bombeo y compactación mediante vibración. Las condiciones de producción de hormigones en planta se ven afectadas por los condicionantes del proceso industrial y del negocio en sí, siendo controlada la cantidad de agua existente en la mezcla indirectamente.

En este trabajo se presenta una extensa base de datos construida con miles de resultados de ensayos de resistencia a compresión y consistencia realizados sobre hormigones fabricados en la misma planta y con diferentes dosificaciones, tipos de cemento y aditivos. Se tienen en consideración otros aspectos como la inclusión de fibras, la temperatura ambiente y del hormigón o la hora de realización de las probetas. Se crea una segunda base de datos de ensayos realizados en un periodo de tiempo corto con el mismo cemento y aditivo y teniendo en cuenta la relación agua/cemento exacta. Además, se ha realizado la conveniente caracterización de los materiales constituyentes de los hormigones ensayados.

Para analizar la influencia de los diferentes parámetros y factores tecnológicos y ambientales en la resistencia a compresión, en la evolución de la misma con el tiempo y en la consistencia del hormigón, se ha utilizado primeramente estadística clásica, concretamente análisis de regresión lineal múltiple, análisis de varianza (ANOVA) y análisis multivariante. También se ha verificado el ajuste de los datos experimentales a modelos existentes en la bibliografía y a nuevos modelos de comportamiento propuestos.

Finalmente se han elaborado redes neuronales artificiales para predecir la resistencia a compresión o la consistencia de un hormigón en función de diversas variables de entrada, al igual que para la obtención de modelos de comportamiento. Los resultados obtenidos mediante la aplicación de redes neuronales artificiales han sido más eficientes y mejores que los obtenidos mediante métodos estadísticos.

La programación lineal y el método Simplex en el ámbito del hormigón

La programación lineal es un procedimiento o algoritmo matemático mediante el cual se resuelve un problema indeterminado, formulado a través de un sistema de inecuaciones lineales, optimizando la función objetivo, también lineal. Consiste en optimizar (minimizar o maximizar) una función lineal, denominada función objetivo, de tal forma que las variables de dicha función estén sujetas a una serie de restricciones que expresamos mediante un sistema de inecuaciones lineales.

Os dejo un vídeo tutorial donde se explica la programación lineal y se avanzan las ideas básicas del método Simplex.

Existen páginas web, como PHPSimplex, donde puedes solucionar on-line problemas sencillos. También puede resolverse este tipo de problemas con las herramientas de MATLAB: Optimization Toolbox.

A continuación os dejo un vídeo donde se explica cómo resolver un problema de Programación Lineal mediante MS Excel 2007. Es importante que aprendáis a utilizar el Solver. Espero que os guste el vídeo.

También os dejo el siguiente enlace del canal FdeT donde podéis aprender más sobre programación lineal: https://www.youtube.com/playlist?list=PL0_FimzlChzLfAeFbjv0S2nnj8fAi82wB

¿Seríais capaces de resolver los siguientes problemas, donde el objetivo es maximizar el beneficio?:

Una empresa produce hormigón usando los ingredientes A y B. Cada kilo de ingrediente A cuesta 60 unidades monetarias y contiene 4 unidades de arena fina, 3 unidades de arena gruesa y 5 unidades de grava. Cada kilo de ingrediente B cuesta 100 unidades monetarias y contiene 3 unidades de arena fina, 6 unidades de arena gruesa y 2 unidades de grava. Cada amasada debe contener, por lo menos, 12 unidades de arena fina, 12 unidades de arena gruesa y 10 unidades de grava. Formule un modelo de programación lineal y resuélvalo gráficamente.
Una empresa especializada en la construcción de estructuras de edificios tiene patentes de tres tipos de forjados F1, F2 y F3. Los beneficios que consigue por metro cuadrado de forjado construido son 100, 90 y 120 unidades monetarias respectivamente. Por razones de almacenamiento y financiación, diariamente sólo se dispone de dos toneladas de acero, 200 m³ de hormigón y 8 m³ de madera para encofrados. Maximizar el beneficio a obtener. Las cantidades de acero, hormigón y madera que se necesitan por m² en cada uno de los forjados son:

Tipo de forjado	Materia prima	Cantidad
F1	Acero	0,2 kg/m²
	Hormigón	80 dm³/m²
	Madera	0,001 m³/m²
F2	Acero	0,25 kg/m²
	Hormigón	37,5 dm³/m²
	Madera	0,00125 m³/m²
F3	Acero	0,225 kg/m²
	Hormigón	35 dm³/m²
	Madera	0,0015 m³/m²