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:
| Tipo de Condición | Características Relacionadas | Parámetros Condicionantes |
|---|---|---|
| Condiciones de diseño | Resistencia | Tipo de Cemento Razón/Cemento |
| Condiciones de uso en obra | Docilidad Fluidez Consist.Caract | Dosis de agua Granulometría Tamaño Máximo |
| Condiciones de durabilidad | 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 para determinar la dosificación de un hormigón | Tipo de Cementos Usos 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.
- 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 las 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 plastificado.
- 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
- 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.
- 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:
Tablas para el método ACI de dosificación de Hormigones
| Asentamiento 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 |
Tabla 7.1
| Tamaños máximos de áridos recomendados para diversos tipos de construcción | ||||
|---|---|---|---|---|
| Dimensión mínima de la sección | Tamaño Máximo 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 – 75 | 40 – 75 |
| 30 – 74 | 40 – 75 | 75 | 40 – 75 | 40 – 75 |
| 76 ó más | 40 – 75 | 150 | 40 – 75 | 75 – 150 |
Tabla 2
| 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 | 173 | 168 | 154 | 144 | 134 | 109 |
| 8 – 10 | 203 | 193 | 183 | 178 | 168 | 158 | 148 | 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 7.3
| Razones agua cemento máx. para diferentes tipos de estructura y grados de exposición. | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Tipos de estructuras | Condiciones de Exposición | |||||
| Hielo Deshielo Frecuente | Clima Suave | |||||
| Al aire | Bajo agua de nivel fluctuante | Al Aire | Bajo agua de nivel fluctuante | |||
| Agua Dulce | Agua con Sulfatos | Agua Dulce | Agua con Sulfatos | |||
| Secciones delgadas con poco recubrimiento | 0.50 | 0.45 | 0.40 (1) | 0,55 | 0.50 | 0.40 (1) |
| Secciones moderadas | 0.55 | 0.50 | 0.45 (1) | (2) | 0.55 | 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 | (2) | 0.45 | 0.45 |
| Losas sobre suelo | 0.55 | — | — | (2) | – | – |
| Hormigón protegido de la intemperie | (2) | — | — | (2) | – | – |
| Hormigón protegido de la intemperie, pero sometido a hielo-deshielo previo a protección | 0.55 | — | — | (2) | – | – |
Tabla 7.4
| Razón agua-cemento | Resistencia media requerida a 28 días* (kgf/cm²) | |
|---|---|---|
| con cemento grado corriente | con cemento grado alta resistencia | |
| 0,45 | 340 | 430 |
| 0,5 | 290 | 360 |
| 0,55 | 250 | 310 |
| 0,6 | 210 | 260 |
| 0,65 | 180 | 230 |
| 0,7 | 160 | 200 |
| 0,75 | 140 | 170 |
| 0,8 | 120 | 150 |
| 0,85 | 100 | 130 |
Tabla 7.5
7.3.2. Método de Faury para Dosificación de Hormigones
El Método de Faury para dosificación de hormigones se fundamenta en principios granulométricos para determinar las cantidades de los materiales que permiten otorgar a un determinado hormigón las características previstas. Se basa en las experiencias realizadas por su propio autor, las que constituyen una continuación de las que ya anteriormente habían ejecutado sobre principios similares otros investigadores tales como Fuller y Bolomey y principalmente Caquot, quien le proporciona el fundamento teórico de los conceptos de mayor importancia contenidos en el Método.
Su aplicación se rige por los procedimientos que se explican en los párrafos que siguen.
- a. Determinación del tamaño máximo: Para la determinación del tamaño máximo, el Método de Faury se basa en el criterio denominado efecto de pared, desarrollado por el investigador francés Caquot, el cual cuantifica el efecto que una superficie dura ejerce sobre la porosidad de un material granular en la zona adyacente a ella. Este efecto se deriva del desplazamiento que sufren las partículas con respecto a la posición que ocuparían si el material estuviera colocado en una masa indefinida, es decir, si no existiera la superficie que produce la interferencia. La aplicación de este criterio al efecto de pared derivado de la presencia de moldajes y enfierraduras presentes en todo elemento de hormigón es usado por Faury para determinar el tamaño máximo del árido más grueso contenido en el hormigón. Para este objeto se definen dos parámetros denominados radios medios del moldaje y de la enfierradura en la forma indicada a continuación: Para el cálculo de los mencionados parámetros deben tenerse en consideración los siguientes conceptos:
- La superficie de moldajes incluida en el denominador del radio medio del moldaje corresponde a la de los moldes que limitan el volumen del elemento. Si éste presenta una cara libre sometida a terminación superficial, ella también debe ser considerada.
- Igualmente, la superficie de enfierraduras corresponde a la superficie externa de las barras de armadura embebidas en el elemento.
- Las barras de armadura consideradas para el cálculo del radio medio de la enfierradura son aquellas a través de las cuales debe atravesar el hormigón y la superficie libre es la que atraviesa el hormigón.
- De manera similar, el perímetro a considerar es el que rodea dicha superficie.
- b. Determinación de la fluidez: La fluidez…
Fórmula de Cálculo de Áridos
Ai=1000×(1−h)×ai×piA_i = 1000 \times (1 – h) \times a_i \times p_iAi=1000×(1−h)×ai×pi
siendo:
- AiA_iAi = cantidad del árido i en kg/m³
- aia_iai = porcentaje del árido i
- pip_ipi = densidad real del árido i
