Optimización de Proporciones en Mezclas de Hormigón: Fundamentos y Aplicación Práctica

Finalidad de la Dosificación de Hormigones

La dosificación de hormigones tiene como objetivo principal determinar las proporciones adecuadas en las que deben mezclarse los diversos componentes (cemento, áridos, agua, aditivos) para obtener una mezcla que cumpla con características específicas de consistencia, compacidad, resistencia, durabilidad, entre otras propiedades esenciales para su aplicación.

Datos Esenciales para la Dosificación del Hormigón

Para una dosificación precisa y efectiva, es fundamental considerar los siguientes datos, ordenados por su trascendencia:

• Resistencia característica especificada: El valor de resistencia a compresión que el hormigón debe alcanzar a una edad determinada (usualmente 28 días).
• Sistema de puesta en obra o consistencia del hormigón: Define la trabajabilidad necesaria para el transporte, colocación y compactación del hormigón en la obra.
• Características de los materiales componentes:
  • Cemento: Tipo (ej. Portland, puzolánico), categoría (resistencia inicial, final) y peso específico.
  • Áridos: Granulometría (distribución de tamaños), peso específico y procedencia o forma (angularidad, redondez).

Métodos de Dosificación del Hormigón

Existen diferentes enfoques para la dosificación del hormigón, cada uno con sus particularidades y aplicaciones:

• Dosificación por volumen: Se basa en la mezcla de los componentes en proporciones volumétricas, generalmente en función de la riqueza de cemento por metro cúbico (m³).

  Este método es el más tradicional, sencillo y práctico, especialmente adecuado para pequeñas obras donde los medios son limitados y la preparación se realiza de forma manual en el lugar. La Tabla 3 (referencia externa) facilita el cálculo de los materiales necesarios para producir 1 m³ de hormigón, permitiendo también estimar las cantidades para el volumen total requerido en la obra.

• Dosificación por peso: Implica la medición de los componentes por su masa, partiendo de una cantidad predefinida de cemento por m³. Este método ofrece mayor precisión y es preferido en proyectos de mayor envergadura.
• Dosificación por resistencia: Se enfoca en alcanzar las resistencias mecánicas requeridas del hormigón a edades específicas, como 7, 14 o 28 días. Este enfoque es fundamental para garantizar el rendimiento estructural del hormigón.

Ejemplo Práctico de Dosificación por Volumen (Referencia a Tabla 3)

Tomando como referencia la Tabla 3, se puede observar que un hormigón dosificado con 300 kg/m³ de cemento generalmente corresponde a unas proporciones volumétricas de 1:2:4 (cemento:arena:grava). Para la preparación en obra, esto puede interpretarse de dos maneras:

• Llenar la hormigonera utilizando proporciones de 1 parte de cemento, 2 partes de arena y 4 partes de grava (sin olvidar la adición de agua).
• Alternativamente, si las proporciones en litros se especifican en la tabla (ej. 207:415:830 para cemento:arena:grava), se pueden dividir estas cantidades para obtener volúmenes más manejables. Por ejemplo, para 1/4 m³ de hormigón con 300 kg/m³ de cemento, se necesitarían aproximadamente 52 litros de cemento, 104 litros de arena y 208 litros de grava. Esto se puede simplificar a la práctica de utilizar 5 cubos de 10 litros de cemento, 10 cubos de arena y 20 cubos de grava.

Consideraciones sobre el Esponjamiento de la Arena

El esponjamiento de la arena es un fenómeno crucial a considerar en la dosificación por volumen, ya que la humedad presente en la arena puede aumentar su volumen aparente. Por ejemplo:

• Si el esponjamiento de la arena es del 20% para 500 litros de arena seca, el volumen adicional debido a la humedad sería de 100 litros (20% de 500 L).
• El volumen total de arena húmeda necesario sería entonces de 600 litros (500 L + 100 L).

Es importante destacar que, para fines de cálculo, el volumen de arena completamente saturada o inundada se considera generalmente igual al volumen de arena seca.

Ajustes Necesarios en la Dosificación por Volumen

Para una dosificación precisa en volumen, es imprescindible realizar las siguientes correcciones:

• Corrección por esponjamiento de la arena: Ajustar el volumen de arena en función de su contenido de humedad, tal como se explicó anteriormente.
• Corrección del agua de amasado: Similar al punto B.1 (corrección del contenido de humedad para dosificación en peso), se debe ajustar la cantidad de agua añadida para compensar la humedad ya presente en los áridos.

Factores Críticos en la Dosificación del Hormigón

Además de los aspectos ya mencionados, otros factores influyen significativamente en la calidad y propiedades del hormigón:

• Contenido de grava en la arena: La presencia de partículas de grava en la arena puede alterar la granulometría y, por ende, las proporciones de la mezcla.
• Contenido de humedad de los áridos: La humedad presente en la arena y la grava afecta directamente la cantidad de agua de amasado necesaria y, por consiguiente, la relación agua/cemento y la trabajabilidad del hormigón.
  • Corrección del contenido de humedad para dosificación en peso: Esencial para asegurar la relación agua/cemento deseada.
  • Corrección por esponjamiento para dosificación en volumen: Fundamental para ajustar el volumen real de arena seca en la mezcla.

Impacto de Métodos Empíricos y Proporciones Fijas

Cuando la dosificación se realiza mediante métodos empíricos (como el método ACI) o se utilizan proporciones preestablecidas sin ajustar la relación arena/grava, existe el riesgo de incorporar cantidades excesivas de grava. Esta situación puede resultar en hormigones con una trabajabilidad inadecuada, dificultando su colocación y compactación, y afectando negativamente sus propiedades finales.

Estado Saturado Superficialmente Seco (S.S.S.)

El estado Saturado Superficialmente Seco (S.S.S.) es una condición de los áridos en la que sus poros internos están completamente llenos de agua, pero su superficie externa está seca. Este estado es crucial para los cálculos de dosificación, ya que permite determinar con precisión la cantidad de agua que los áridos no absorberán y que, por lo tanto, estará disponible para reaccionar con el cemento y contribuir a la trabajabilidad de la mezcla.