1 Generalidades
La comprensión de los principios básicos del diseño de los hormigones es tan importante como la realización de los cálculos.
Sólo con una selección adecuada de los materiales y de las características de la mezcla y una dosificación adecuada, se pueden obtener las propiedades de trabajabilidad en el hormigón fresco; durabilidad, resistencia y uniformidad en el hormigón endurecido y a la vez economía.
Antes de efectuar una dosificación de hormigón, se deben seleccionar sus características en base al uso que se le quiera dar al hormigón, a las condiciones de exposición, al tamaño y forma de los elementos, y las propiedades físicas del hormigón, principalmente la resistencia que se le quiera dar a la estructura.
Como la mayor parte de las propiedades que se busca obtener en el hormigón endurecido dependen de la calidad de la pasta de cemento, el primer paso para definir una mezcla de concreto es la selección de una relación agua / cemento acorde con la durabilidad y resistencia requerida.
Las mezclas de hormigón deberán mantenerse lo mas sencillamente posibles, debido a que un numero excesivo de ingredientes, a menudo provocan que la mezcla de hormigón sea difícil de controlar.
1 CARACTERISTICAS
1.1 Resistencia
La resistencia a la compresión especificada a los 28 días, para un tipo individual de hormigón, es la resistencia que se espera sea igualada o sobrepasada.
La tolerancia promedio debe igualar a la resistencia especificada más una tolerancia que responde a las variaciones en los materiales; a las variaciones de métodos de mezclado, transporte y colocación del hormigón y las variaciones en la elaboración, curado y ensaye de las muestras cúbicas de hormigón.
1.2 Relación agua / cemento
La relación agua / cemento que se elija para el diseño de la mezcla, debe ser el menor valor requerido para cubrir las consideraciones de exposición de diseño.
Cuando la durabilidad no sea el factor que rija el diseño, la relación agua / cemento deberá elegirse en base a la resistencia a compresión del hormigón.
Por la facilidad con que se determina, la resistencia a la compresión es la medida para la calidad del hormigón empleada mas universalmente. A pesar de ser una característica importante, otras propiedades tales como la durabilidad, la permeabilidad y la resistencia al desgaste puede tener igual o mayor importancia.
La resistencia de la pasta de cemento en el concreto depende de la cantidad y calidad de los componentes reactivos y del grado al cual se completa la reacción de hidratación. El hormigón se vuelve más resistente con el tiempo, siempre y cuando exista humedad disponible y se tenga una temperatura favorable.
Por lo tanto una resistencia a cualquier edad no es tanto función de la relación agua / cemento original, como lo es del grado de hidratación que alcance el cemento. La importancia de un curado puntual y completo se reconoce fácilmente a partir de este análisis.
La diferencia de resistencia para una relación agua / cemento dada puede ser resultado de cambios en el tamaño del agregado, granulometría, textura superficial, forma, resistencia y rigidez: de la diferencia en los tipos y fuentes del cemento; del contenido de aire incluido; de la presencia de aditivos; y de la duración del periodo del curado.
1.3 Agregados
Existen características en los agregados que tienen una importante influencia sobre la proporcionalidad de las mezclas de hormigón, porque afectan la trabajabilidad del hormigón.
Existen características en los agregados que tienen una importante influencia sobre la proporcionalidad en el hormigón fresco.
a) La granulometría (Tamaño de partícula y distribución).
b) La naturaleza de las partículas (Forma, porosidad, textura superficial, finos).
La granulometría es importante para lograr una mezcla económica, porque afecta a la cantidad de hormigón que puede fabricarse con una cantidad determinada de cemento y agua.
Los tamaños máximos deberán llegar al máximo tamaño practico en las condiciones de trabajo. El tamaño máximo que se pueda usar depende del tamaño y la forma del elemento del hormigón que se vaya a colocar y de la cantidad y distribución del acero de refuerzo en el mismo.
El tamaño máximo de agregado no debe exceder un quinto de la menor dimensión entre los lados de los moldajes, ni tres cuartos de la distancia libre entre armaduras.
Para losas de pavimentos sin refuerzo, el tamaño máximo no debe sobrepasar un tercio del espesor de la losa. Se puede usar tamaños menores cuando así lo requiera la disponibilidad o alguna consideración económica.
También es una buena practica limitar el tamaño del árido a no más de tres cuartos de la distancia libre entre el refuerzo y los moldajes.
La cantidad de agua de mezclado que se requiere para producir un metro cúbico de concreto con un revenimiento dado depende del tamaño máximo, forma y cantidad de agregado grueso.
Los tamaños máximos minimizan el requisito de agua, por lo tanto permiten que el contenido de agua se reduzca. También un agregado redondeado requiere de menos agua que un agregado triturado en hormigones de igual revenimiento.
1.4 Docilidad
El hormigón debe ser fabricado siempre para tener una trabajabilidad, consistencia, y plasticidad adecuada a las condiciones de trabajo.
La trabajabilidad es una medida de lo fácil o difícil que significa colocar, consolidar y darle acabados al hormigón. La consistencia es la facultad del hormigón fresco para fluir.
La plasticidad determina la facilidad de moldear al hormigón. Si se usa mas agregado en una mezcla de hormigón o si se agrega menos agua, la mezcla se vuelve más rígida (menos plástica o menos trabajable) y difícil de moldear. No se puede considerar plásticas a las mezclas muy secas o muy desmoronables ni a las muy aguadas o fluidas.
La prueba de docilidad es una medida de la consistencia del hormigón. Para determinadas proporciones de cementos y de agregados sin aditivos, entre mas alta es la docilidad mas agua contiene la mezcla. La docilidad es un indicador de la trabajabilidad cuando se evalúan mezclas similares. Sin embargo no deben usarse para comparar mezclas totalmente distintas. Un cambio de docilidad en las diferentes mezclas de la misma proporción indica un cambio en la consistencia y en las características de los materiales, en las proporciones de la mezcla, o en el contenido de agua.
1.5 Contenido de agua
El contenido de agua puede ser afectado por un gran numero de factores: tamaño y forma del agregado, docilidad, relación agua / cemento, contenido de aire, contenido de cemento, aditivos y condiciones ambientales. Un mayor contenido de aire y tamaño de agregado, una reducción en la relación agua / cemento y en la docilidad, los agregados redondeados, y el uso de aditivos reductores de agua o de ceniza volante disminuyen la demanda de agua. Por otra parte los aumentos de temperaturas, en los contenidos de cemento, de docilidad en la relación agua / cemento, de la angulosidad de los agregados, así como la disminución de la proporción de agregado grueso a fino elevan la demanda de agua.
1.6 Contenido de cemento
El contenido de cemento se calcula usualmente a partir de la relación agua / cemento y del contenido de agua elegido, aunque usualmente se incluye en las especificaciones un contenido mínimo de cemento, además de un contenido de relación agua / cemento máxima, los requisitos mínimos de cantidad de cemento sirven para asegurar una durabilidad y acabado satisfactorios, una mayor resistencia al desgaste en losas, y una mejor apariencia superficial en paramentos verticales. Esto es importante a pesar de que los requisitos de resistencia se satisfagan con menores contenidos de cemento.
Para lograr una mayor economía, el proporcionamiento debe ser tal que el consumo requerido de cemento sea mínimo sin que se llegue a sacrificar la calidad del hormigón.
Como la calidad depende principalmente de la relación agua / cemento, se debe mantener un mínimo en la cantidad de agua para reducir la demanda de cemento. Entre las medidas para minimizar la cantidad de agua y cemento se incluye el uso de:
a) La mezcla más áspera que sea practica para usar.
b) El tamaño máximo mayor de árido que sea posible usar.
c) La relación optima de agregado fino a grueso.
El hormigón experimenta un proceso de endurecimiento progresivo que lo transforma de un material plástico en un sólido, producido por un proceso físico-químico complejo de larga duración.
En esta etapa, las propiedades del hormigón evolucionan con el tiempo, dependiendo de las características y proporciones de los materiales componentes y de las condiciones ambientales a que estará expuesto durante su vida útil.
La previsión de las propiedades que posee el hormigón en una etapa determinada de este proceso de endurecimiento no es posible en la actualidad deducirla directamente de las características del proceso, sino que debe recurrirse a ensayos que evalúan en forma directa dichas propiedades.
Estas propiedades son:
Densidad
Resistencia
Variaciones de volumen
Propiedades elásticas del hormigón endurecido
1.7 Curado
Este proceso es fundamental y de tanta relevancia como la dosificación o la fabricación misma. Para obtener un buen producto, además es necesario proteger el hormigón fresco de las condiciones ambientales, especialmente viento y calor.
1.8 Análisis estadístico
Por último se realiza un estudio estadístico sobre los resultados obtenidos al ensayar a la compresión un determinado número de probetas de prueba, que se obtienen del amasado de hormigón confeccionado por algún método de dosificación. De esta forma se puede determinar el nivel confianza, o sea, el grado de exactitud del resultado que arrojará dicha dosificación y así calcular la resistencia característica para la cual se debe dosificar.
Esta resistencia característica se calcula, en el caso de que en el proyecto, se especifique una resistencia mínima a la compresión en los hormigones.
2 Dosificación
El objetivo de la dosificación de hormigones es determinar las proporciones en que deben combinarse los materiales componentes, de manera de obtener las condiciones previstas para el hormigón.
Para este objeto es básico establecer previamente cuales son las condiciones esperadas que debe cumplir el hormigón y, tomando en consideración las propiedades generales en estado fresco y endurecido, determinar las proporciones óptimas que las satisfacen.
Estas proporciones son particulares de cada obra o parte de obra, pero generalmente corresponden a las que se señalan en el siguiente cuadro:
2.1 Determinación de las condiciones de partida de la dosificación
Las dos primeras de estas condiciones deben ser definidas por el usuario de acuerdo a las características de la obra, en base a las siguientes premisas:
a) Tipo de cemento: Queda definido básicamente por la existencia de un ambiente que pueda generar acciones agresivas sobre el hormigón. Eventualmente puede ser necesario considerar la elección de un cemento alta resistencia, si las condiciones de obra requieran de resistencias iniciales más elevadas que las que puede otorgar un cemento corriente.
b) Uso de aditivos: Para el uso eventual de aditivos deben considerarse los principios establecidos para su uso.
2.2 Métodos de dosificación
La forma de determinación de las restantes condiciones de partida constituye uno de los objetivos básicos de los métodos de dosificación, lo cual efectúan basándose en las propiedades generales del hormigón en estado fresco y endurecido, para luego definir un procedimiento de calculo de las cantidades de los materiales componentes. La tecnología del hormigón ha desarrollado numerosos métodos de dosificación, basados en distintos criterios.
Métodos recomendados
- American Concrete Institute 1
- Bolomey
- Foury
- Granulométrico
Fuente: http://www.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/Pag 1.htm
La comprensión de los principios básicos del diseño de los hormigones es tan importante como la realización de los cálculos.
Sólo con una selección adecuada de los materiales y de las características de la mezcla y una dosificación adecuada, se pueden obtener las propiedades de trabajabilidad en el hormigón fresco; durabilidad, resistencia y uniformidad en el hormigón endurecido y a la vez economía.
Antes de efectuar una dosificación de hormigón, se deben seleccionar sus características en base al uso que se le quiera dar al hormigón, a las condiciones de exposición, al tamaño y forma de los elementos, y las propiedades físicas del hormigón, principalmente la resistencia que se le quiera dar a la estructura.
Como la mayor parte de las propiedades que se busca obtener en el hormigón endurecido dependen de la calidad de la pasta de cemento, el primer paso para definir una mezcla de concreto es la selección de una relación agua / cemento acorde con la durabilidad y resistencia requerida.
Las mezclas de hormigón deberán mantenerse lo mas sencillamente posibles, debido a que un numero excesivo de ingredientes, a menudo provocan que la mezcla de hormigón sea difícil de controlar.
1 CARACTERISTICAS
1.1 Resistencia
La resistencia a la compresión especificada a los 28 días, para un tipo individual de hormigón, es la resistencia que se espera sea igualada o sobrepasada.
La tolerancia promedio debe igualar a la resistencia especificada más una tolerancia que responde a las variaciones en los materiales; a las variaciones de métodos de mezclado, transporte y colocación del hormigón y las variaciones en la elaboración, curado y ensaye de las muestras cúbicas de hormigón.
1.2 Relación agua / cemento
La relación agua / cemento que se elija para el diseño de la mezcla, debe ser el menor valor requerido para cubrir las consideraciones de exposición de diseño.
Cuando la durabilidad no sea el factor que rija el diseño, la relación agua / cemento deberá elegirse en base a la resistencia a compresión del hormigón.
Por la facilidad con que se determina, la resistencia a la compresión es la medida para la calidad del hormigón empleada mas universalmente. A pesar de ser una característica importante, otras propiedades tales como la durabilidad, la permeabilidad y la resistencia al desgaste puede tener igual o mayor importancia.
La resistencia de la pasta de cemento en el concreto depende de la cantidad y calidad de los componentes reactivos y del grado al cual se completa la reacción de hidratación. El hormigón se vuelve más resistente con el tiempo, siempre y cuando exista humedad disponible y se tenga una temperatura favorable.
Por lo tanto una resistencia a cualquier edad no es tanto función de la relación agua / cemento original, como lo es del grado de hidratación que alcance el cemento. La importancia de un curado puntual y completo se reconoce fácilmente a partir de este análisis.
La diferencia de resistencia para una relación agua / cemento dada puede ser resultado de cambios en el tamaño del agregado, granulometría, textura superficial, forma, resistencia y rigidez: de la diferencia en los tipos y fuentes del cemento; del contenido de aire incluido; de la presencia de aditivos; y de la duración del periodo del curado.
1.3 Agregados
Existen características en los agregados que tienen una importante influencia sobre la proporcionalidad de las mezclas de hormigón, porque afectan la trabajabilidad del hormigón.
Existen características en los agregados que tienen una importante influencia sobre la proporcionalidad en el hormigón fresco.
a) La granulometría (Tamaño de partícula y distribución).
b) La naturaleza de las partículas (Forma, porosidad, textura superficial, finos).
La granulometría es importante para lograr una mezcla económica, porque afecta a la cantidad de hormigón que puede fabricarse con una cantidad determinada de cemento y agua.
Los tamaños máximos deberán llegar al máximo tamaño practico en las condiciones de trabajo. El tamaño máximo que se pueda usar depende del tamaño y la forma del elemento del hormigón que se vaya a colocar y de la cantidad y distribución del acero de refuerzo en el mismo.
El tamaño máximo de agregado no debe exceder un quinto de la menor dimensión entre los lados de los moldajes, ni tres cuartos de la distancia libre entre armaduras.
Para losas de pavimentos sin refuerzo, el tamaño máximo no debe sobrepasar un tercio del espesor de la losa. Se puede usar tamaños menores cuando así lo requiera la disponibilidad o alguna consideración económica.
También es una buena practica limitar el tamaño del árido a no más de tres cuartos de la distancia libre entre el refuerzo y los moldajes.
La cantidad de agua de mezclado que se requiere para producir un metro cúbico de concreto con un revenimiento dado depende del tamaño máximo, forma y cantidad de agregado grueso.
Los tamaños máximos minimizan el requisito de agua, por lo tanto permiten que el contenido de agua se reduzca. También un agregado redondeado requiere de menos agua que un agregado triturado en hormigones de igual revenimiento.
1.4 Docilidad
El hormigón debe ser fabricado siempre para tener una trabajabilidad, consistencia, y plasticidad adecuada a las condiciones de trabajo.
La trabajabilidad es una medida de lo fácil o difícil que significa colocar, consolidar y darle acabados al hormigón. La consistencia es la facultad del hormigón fresco para fluir.
La plasticidad determina la facilidad de moldear al hormigón. Si se usa mas agregado en una mezcla de hormigón o si se agrega menos agua, la mezcla se vuelve más rígida (menos plástica o menos trabajable) y difícil de moldear. No se puede considerar plásticas a las mezclas muy secas o muy desmoronables ni a las muy aguadas o fluidas.
La prueba de docilidad es una medida de la consistencia del hormigón. Para determinadas proporciones de cementos y de agregados sin aditivos, entre mas alta es la docilidad mas agua contiene la mezcla. La docilidad es un indicador de la trabajabilidad cuando se evalúan mezclas similares. Sin embargo no deben usarse para comparar mezclas totalmente distintas. Un cambio de docilidad en las diferentes mezclas de la misma proporción indica un cambio en la consistencia y en las características de los materiales, en las proporciones de la mezcla, o en el contenido de agua.
1.5 Contenido de agua
El contenido de agua puede ser afectado por un gran numero de factores: tamaño y forma del agregado, docilidad, relación agua / cemento, contenido de aire, contenido de cemento, aditivos y condiciones ambientales. Un mayor contenido de aire y tamaño de agregado, una reducción en la relación agua / cemento y en la docilidad, los agregados redondeados, y el uso de aditivos reductores de agua o de ceniza volante disminuyen la demanda de agua. Por otra parte los aumentos de temperaturas, en los contenidos de cemento, de docilidad en la relación agua / cemento, de la angulosidad de los agregados, así como la disminución de la proporción de agregado grueso a fino elevan la demanda de agua.
1.6 Contenido de cemento
El contenido de cemento se calcula usualmente a partir de la relación agua / cemento y del contenido de agua elegido, aunque usualmente se incluye en las especificaciones un contenido mínimo de cemento, además de un contenido de relación agua / cemento máxima, los requisitos mínimos de cantidad de cemento sirven para asegurar una durabilidad y acabado satisfactorios, una mayor resistencia al desgaste en losas, y una mejor apariencia superficial en paramentos verticales. Esto es importante a pesar de que los requisitos de resistencia se satisfagan con menores contenidos de cemento.
Para lograr una mayor economía, el proporcionamiento debe ser tal que el consumo requerido de cemento sea mínimo sin que se llegue a sacrificar la calidad del hormigón.
Como la calidad depende principalmente de la relación agua / cemento, se debe mantener un mínimo en la cantidad de agua para reducir la demanda de cemento. Entre las medidas para minimizar la cantidad de agua y cemento se incluye el uso de:
a) La mezcla más áspera que sea practica para usar.
b) El tamaño máximo mayor de árido que sea posible usar.
c) La relación optima de agregado fino a grueso.
El hormigón experimenta un proceso de endurecimiento progresivo que lo transforma de un material plástico en un sólido, producido por un proceso físico-químico complejo de larga duración.
En esta etapa, las propiedades del hormigón evolucionan con el tiempo, dependiendo de las características y proporciones de los materiales componentes y de las condiciones ambientales a que estará expuesto durante su vida útil.
La previsión de las propiedades que posee el hormigón en una etapa determinada de este proceso de endurecimiento no es posible en la actualidad deducirla directamente de las características del proceso, sino que debe recurrirse a ensayos que evalúan en forma directa dichas propiedades.
Estas propiedades son:
Densidad
Resistencia
Variaciones de volumen
Propiedades elásticas del hormigón endurecido
1.7 Curado
Este proceso es fundamental y de tanta relevancia como la dosificación o la fabricación misma. Para obtener un buen producto, además es necesario proteger el hormigón fresco de las condiciones ambientales, especialmente viento y calor.
1.8 Análisis estadístico
Por último se realiza un estudio estadístico sobre los resultados obtenidos al ensayar a la compresión un determinado número de probetas de prueba, que se obtienen del amasado de hormigón confeccionado por algún método de dosificación. De esta forma se puede determinar el nivel confianza, o sea, el grado de exactitud del resultado que arrojará dicha dosificación y así calcular la resistencia característica para la cual se debe dosificar.
Esta resistencia característica se calcula, en el caso de que en el proyecto, se especifique una resistencia mínima a la compresión en los hormigones.
2 Dosificación
El objetivo de la dosificación de hormigones es determinar las proporciones en que deben combinarse los materiales componentes, de manera de obtener las condiciones previstas para el hormigón.
Para este objeto es básico establecer previamente cuales son las condiciones esperadas que debe cumplir el hormigón y, tomando en consideración las propiedades generales en estado fresco y endurecido, determinar las proporciones óptimas que las satisfacen.
Estas proporciones son particulares de cada obra o parte de obra, pero generalmente corresponden a las que se señalan en el siguiente cuadro:
2.1 Determinación de las condiciones de partida de la dosificación
Las dos primeras de estas condiciones deben ser definidas por el usuario de acuerdo a las características de la obra, en base a las siguientes premisas:
a) Tipo de cemento: Queda definido básicamente por la existencia de un ambiente que pueda generar acciones agresivas sobre el hormigón. Eventualmente puede ser necesario considerar la elección de un cemento alta resistencia, si las condiciones de obra requieran de resistencias iniciales más elevadas que las que puede otorgar un cemento corriente.
b) Uso de aditivos: Para el uso eventual de aditivos deben considerarse los principios establecidos para su uso.
2.2 Métodos de dosificación
La forma de determinación de las restantes condiciones de partida constituye uno de los objetivos básicos de los métodos de dosificación, lo cual efectúan basándose en las propiedades generales del hormigón en estado fresco y endurecido, para luego definir un procedimiento de calculo de las cantidades de los materiales componentes. La tecnología del hormigón ha desarrollado numerosos métodos de dosificación, basados en distintos criterios.
Métodos recomendados
- American Concrete Institute 1
- Bolomey
- Foury
- Granulométrico
Fuente: http://www.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/Pag 1.htm
