7.1. Generalidades

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 cuáles 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 condiciones son particulares de cada obra o parte de obra, pero generalmente corresponden a las que se señalan en el cuadro siguiente:

Condiciones del Hormigón

Tipo de condición	Características Relacionadas	Parámetros Condicionantes
Condiciones de diseño	Resistencia	Tipo de cemento Razón agua/cemento
Condiciones de uso en obra	Docilidad Fluidez Consist.	Dosis de agua Granulometría Tamaño Máximo
Condiciones de durabilidad	Características elemento Condiciones ambientales Ataques agresivos	Tipo de cemento Uso aditivos Dosis mínima cemento

De este cuadro puede deducirse que para cumplir las condiciones previstas de resistencia, uso en obra y durabilidad es necesario contar con antecedentes que permitan definir los parámetros que se señalan en la última columna. Estas condiciones, que denominaremos de partida para definir la dosificación, de acuerdo a lo señalado, serán las que se resumen a continuación:

Condiciones de Partida

• Tipo de Cemento
• Uso de aditivos
• Tamaño máximo
• Fluidez
• Consistencia
• Razón agua/cemento

7.2. 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, caso en el cual deben aplicarse los principios expuestos en el Capítulo 4. Eventualmente puede ser necesario considerar la elección de un cemento de alta resistencia, si las condiciones de obra requirieran de resistencias iniciales más elevadas que las que puede otorgar un cemento corriente (ver 4.3.1.c, Características del Hormigón).

b) Uso de Aditivos. Para el uso eventual de aditivos deben considerarse los principios establecidos en el Capítulo 6 sobre la materia.

7.3. 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 cálculo de las cantidades de los materiales componentes.

La tecnología del hormigón ha desarrollado numerosos métodos de dosificación, basados en distintos criterios. De estos métodos se explicarán tres en los párrafos que siguen, los cuales resumen en buena forma los distintos criterios en que se basan la mayoría de ellos:

• Método del American Concrete Institute (ACI), basado en tablas empíricas experimentales.
• Método de Faury, basado en criterios granulométricos.
• Método de Valette, basado en sistemas experimentales de laboratorio.

7.3.1. Método del American Concrete Institute.

El Método del American Concrete Institute se basa en tablas empíricas mediante las cuales se determinan las condiciones de partida antes señaladas, en la forma que se explica y comenta a continuación.

a) Determinación del tamaño máximo. La determinación del tamaño máximo aceptable para el árido más grueso que intervendrá en la dosificación del hormigón se efectúa mediante la Tabla 7.1 la cual establece un rango de tamaños máximos aplicables a diversos elementos estructurales en función de la dimensión mínima de la sección. El tamaño máximo debe precisarse en el rango señalado, aumentándolo mientras mayor sea la dimensión del elemento.

b) Determinación de la fluidez. La fluidez que se desea otorgar al hormigón queda definida en este Método de dosificación en base al asentamiento de cono, para establecer, el cual puede usarse como referencia la Tabla 7.2. Esta Tabla define un rango aceptable de asentamientos para diversos tipos de elementos estructurales. Debe señalarse que esta definición es relativamente imprecisa, pues, por una parte, el rango señalado es bastante amplio y, por otra, la gama de elementos estructurales considerados es restringida y delimitada en forma poco precisa. Por las razones expuestas, la determinación del asentamiento de cono más conveniente debe complementarse con otros elementos de juicio y la experiencia del usuario.

c) Determinación de la consistencia. La consistencia más apropiada para el hormigón se establece en función de las proporciones de árido grueso y fino incorporadas y es determinada directamente al proceder al cálculo de las cantidades de áridos en la forma definida en la Tabla 7.6. Puede verse que uno de los parámetros de entrada considerados en ella lo constituye el módulo de finura de la arena, procedimiento que emplea este Método para reflejar la influencia granulométrica de la arena. El procedimiento señalado es bastante simple en su aplicación, pero por ello mismo adolece de falta de precisión en su definición.

d) Determinación de la razón agua/cemento. Esta se efectúa en base a las Tablas 7.4. y 7.5. La primera de ellas define la razón agua/cemento en función de las condiciones ambientales a que estará expuesto el hormigón durante su vida útil, y la segunda, en base a la resistencia especificada para el hormigón, aspecto que será analizado con mayor precisión en el Capítulo 8, Control de Calidad. De las dos razones agua/cemento así determinadas debe elegirse la menor como definitiva.

e) Determinación de la dosificación. Las condiciones de partida señaladas en los párrafos a a d anteriores permiten calcular la cantidades en que los diferentes componentes del hormigón deben mezclarse para obtener las características previstas. El procedimiento para este objeto es el que se describe a continuación:

• Determinación de la dosis de agua. Para su determinación se emplea la Tabla 7.3, la cual establece la cantidad de agua expresada en litros por metro cúbico de hormigón colocado y compactado, en función del asentamiento de cono definido según el párrafo b y del tamaño máximo determinado en la forma señalada en el párrafo a. Para la determinación de la dosis de agua debe distinguirse el caso del empleo de aire incorporado, ya que según se señala en el párrafo Uso de Aditivos de este mismo Capítulo, éste permite una reducción de la dosis de agua por su efecto plastificador. Sin embargo, la cantidad de aire incorporado debe adicionarse a la cantidad de agua para el efecto del cálculo de la dosis de cemento en la forma que se señala en el párrafo que sigue. Esta misma parte de la Tabla puede emplearse en el caso de haber previsto el uso de un aditivo plastificador.
• Determinación de la dosis de cemento. La dosis de cemento es posible determinarla en base al cuociente entre la dosis de agua determinada en la forma señalada en el párrafo anterior y la razón agua/cemento definida según el párrafo d. En el caso de haberse previsto el empleo de un incorporador de aire, la cantidad de aire incorporado debe sumarse a la dosis de agua para el efecto del cálculo de la dosis de cemento.
• Determinación de la dosis de grava. Se determina a partir de la Tabla 7.6, en función del módulo de finura de la arena y al tamaño máximo, definido según se describe en el párrafo a. La dosis de grava aparece expresada en litros por metro cúbico, debiendo, en consecuencia, multiplicarse por la densidad aparente de la grava en caso de desear expresarla en kilos por metro cúbico, determinada en condición compactada en seco.
• Determinación de la dosis de arena. Se determina partiendo del hecho que la suma de los volúmenes reales de agua, cemento, aire incorporado (o atrapado), grava y arena deben ser iguales a un metro cúbico. Ello permite definir el volumen real de arena, puesto que los restantes son conocidos a partir de sus dosis calculadas en la forma descrita en los párrafos anteriores, el cual, multiplicado por la densidad real de la arena, conduce al valor de la dosis de arena, expresada en kilos por metro cúbico.

f) Comentario final al Método de Dosificación ACI. Los conceptos contenidos en los párrafos a a e permiten señalar algunos antecedentes en relación con la aplicación del Método de Dosificación del American Concrete institute.

• Definición de parámetros previos a la determinación de la dosificación. El empleo del Método hace necesario el conocimiento de algunas características de los materiales que se emplearán para su aplicación, los cuales pueden resumirse en la siguiente lista:
  • Densidad real y densidad aparente compactada de la grava
  • Granulometría y densidad real de la arena
  • Características geométricas del elemento estructural que se va a hormigonar
  • a los cuales deben agregarse los señalados en 7.2 como de definición por parte del usuario: el tipo de cemento y el empleo de aditivos.
• Limitaciones del Método. Tal como se señaló anteriormente, una de las principales limitaciones del Método lo constituye el hecho de poder emplearse sólo con dos áridos. Adicionalmente, es necesario observar que su aplicación hace necesario que la grava presente una granulometría aceptable, cumpliendo las condiciones definidas en NCh 163, condición que se supone implícita, puesto que no se hace intervenir explícitamente en las Tablas que se emplean.

Tablas para el Método ACI de dosificación de Hormigones

Tabla 7.1. Asentamientos de cono recomendados para diversos tipos de construcciones

Tipo de construcción	Asentamiento en cm
	Máximo	Mínimo
Muros armados de fundación y zapatas	8	4
Elementos de fundación sin armar	7	2
Losas, vigas y muros armados	10	5
Columnas	10	5
Pavimentos	5	2
Construcción pesada en masa	5	2
Se puede incrementar en 2 cm, cuando no se utilizan vibradores de alta frecuencia.

Tabla 7.2. Tamaños máximos de áridos recomendados para diversos tipos de construcción

Dimensión mínima de la sección	Tamaños máximos del árido (mm)
	Muros armados y columnas	Muros no armados	Losas fuertemente armadas	Losas débilmente armadas
6-12	12,5-20	20	20-25	20- 40
14-28	20-40	40	40	40-75
30-74	40-75	75	40-75	75
76 ó más	40-75	150	40-75	75-150
Según aberturas cuadradas.

Tabla 7.3. Cantidades de agua aconsejadas para diferentes asentamientos y tamaños máximos de los áridos

Asentamiento en cm	Tamaño máximo del árido en mm
	10	12,5	20	25	40	50	75	150
Sin aire incorporado
2-6	208	198	183	178	163	154	144	124
8-10	228	218	203	193	178	168	158	139
16-18	243	228	213	203	188	178	168	148
Cant. aire atrapado aproximado	30	25	20	15	10	5	3	2
Con aire incorporado
2-6	183	178	163	154	144	134	124	109
8-10	203	193	178	168	158	148	139	119
16-18	213	203	188	178	168	158	148	129
Cant. recomendada total de aire	80	70	60	50	45	40	35	30

Tabla 7.4 Razones agua cemento máx. para diferentes tipos de estructura y grados de exposición.

Tipo de estructuras	Condiciones de Exposición
	Hielo deshielo frecuente			Clima suave
	Al aire	Bajo agua de nivel fluctuante Agua dulce	Agua con sulfatos	Al aire	Bajo agua de nivel fluctuante Agua dulce	Agua con sulfatos
Secciones delgadas con poco recubrimiento	0.50	0.50	0.40 (1)	0.55	0.55	0.45 (1)
Secciones moderadas	0.55	0.50	0.45 (1)	0.55	(2)	0.45 (1)
Parte exterior del hormigón simple	0.60	0.50	0.45 (1)	(2)	0.55	0.45 (1)
Concretadura bajo agua		0.45	0.45		0.45	0.45
Losas sobre suelo				0.55	(2)	(2)
Hormigón protegido de la intemperie				(2)	(2)	(2)
Hormigón protegido de la intemperie, pero sometido a hielo-deshielo previo a protección				0.55	(2)	(2)
(1) Se usa cemento resistente a los sulfatos, la relación agua-cemento máxima se puede aumentar en 0.05. (2) Se debe elegir la razón agua cemento tomando en cuenta las exigencias referentes a resistencias y trabajabilidad.

Tabla 7.5. Razón agua-cemento/Resistencia media requerida a 28 días (kgf/cm²)

Razón agua-cemento	Resistencia media requerida a 28 días (kgf/cm²)
	con cemento grado corriente	con cemento grado alta resistencia
0,45	340	430
0,50	290	360
0,55	250	310
0,60	210	260
0,65	180	230
0,70	160	200
0,75	140	170
0,80	120	150
0,85	100	130
Hormigón sin aire incorporado. (Tabla extraída de NCh 170)

Tabla 7.6. Volumen de árido grueso por metro cúbico de hormigón

Tamaño máximo del árido (mm)	Módulo de finura de la arena
	2.40	2.60	2.80	3.00
3/8″	460	440	420	400
1/2″	550	530	510	490
3/4″	650	630	610	590
1″	700	680	660	640
1 1/2″	760	740	720	700
2″	790	770	750	730
3″	840	820	800	780
6″	900	880	860	840

TABLA 7.7 Determinación del tamaño máximo

Tipo de árido	R/r	Tamaño Máximo	P
Rodado	>1.4	< 1.12 r	T/1.4 r
	≤1.4	≤0.80 R	T/R
Chancado	>1.2	≤ 0.96 r	T/1.2 r
	≤1.2	≤0.90 R	T/R

TABLA 7.8 Valores de K

Fuidez Asent cono (cm)	Compactación	Naturaleza de los áridos
		Arena rodada Grava rodada	Arena rodada Grava chancada	Arena chancada Grava chancada
12-15	nula	0.380 0.390	0.405 0.415	0.430 0.440
10-12	débil	0.370 0.380	0.395 0.405	0.420 0.430
8-10	media	0.360 0.370	0.385 0.395	0.410 0.420
6-8	cuidadosa	0.350 0.360	0.375 0.385	0.400 0.410
4-6	potente	0.340 0.350	0.365 0.375	0.390 0.400
2-4	muy potente	0.330 0.340	0.355 0.365	0.380 0.390
0-2	excep. potente	0.320 0.330	0.345 0.355	0.370 0.380

TABLA 7.9 VALORES DE K’

Compactación	K’
Normal	0.003
Potente	0.002

TABLA 7.10 Valores de M

Consistencia	Compactación	Naturaleza de los áridos
		Arena rodada Grava rodada	Arena rodada Grava chancada	Arena chancada Grava chancada
Muy fluida	Nula	32 o más	34 o más	38 o más
Fluida	Débil	30-32	32-34	36-38
Blanda	Media	28-30	30-32	34-36
Plástica	Cuidadosa	26-28	28-30	32-34
Muy firme	Potente	24-26	26-28	30-32
De tierra húmeda	Muy potente	22-24	24-26	28-30
Extra seca	Excep. potente	22 o menos	26 o menos	28 o menos