3.4 Diseño de Mezcla
TEMAS TRATADOS:

3.4.1 Introducción
3.4.2 Información requerida previo a la dosificación
3.4.3 Disposiciones mínimas según NCh170
3.4.4 Proceso de dosificación
3.4.5 Recomendaciones para corregir dosificaciones

3.4.1 INTRODUCCIÓN.

En general, los requerimientos del hormigón endurecido (resistencia y durabilidad) son establecidos por el diseñador de la estructura; las propiedades del hormigón fresco quedan definidas por el tipo de construcción y por las técnicas de colocación y compactación.

Estos dos grupos de requerimientos son la base para el diseño de la mezcla, teniendo en cuenta el grado de control que se ejerza en la obra.

Con esto se puede definir que la dosificación es el proceso de elección de los materiales adecuados y la determinación de sus cantidades relativas con el objeto de obtener un producto lo más económico posible y que cumpla los requerimientos de consistencia, resistencia y durabilidad.

Además, puede haber casos con otros requerimientos, como apariencia, calor de hidratación, retracción, densidad u otros.

Cualquiera que sea el método utilizado, las proporciones calculadas siempre deben ser revisadas por medio de hormigones de prueba. Estos hormigones de prueba pueden ser confeccionados en laboratorio o, preferentemente, en obra a escala normal, no en las pequeñas cantidades que se emplean en laboratorio.

Según NCh170, para la elección de la docilidad, al menos se debe considerar:

a) Geometría del elemento a hormigonar.
b) Cuantía, diámetro y disposición de los refuerzos.
c) Métodos y equipos de transporte hasta el sitio de descarga.
d) Métodos y equipos de transporte y colocación en obra.
e) Terminación superficial.

A lo anterior debe agregarse el sistema y equipos de compactación en obra.

La dosis de cemento debe ser la mayor que resulte de los requisitos de durabilidad (Ver 3.15) o de resistencia estructural.

Para la dosis de áridos hay que considerar sus características (granulometría, densidades, absorción, tipo, forma, textura, entre otras) de manera de obtener un árido combinado que proporcione al hormigón la compacidad y docilidad adecuada.

Para los aditivos hay que seguir las recomendaciones de los fabricantes y considerar los efectos secundarios que pueden ser adversos. Es recomendable realizar hormigones de prueba para determinar el efecto real del aditivo y la dosis usada.

3.4.2 INFORMACIÓN REQUERIDA PREVIO A LA DOSIFICACIÓN

Para que la dosificación efectuada sea compatible a la obra en particular, es necesario conocer ciertos antecedentes mínimos, tales como los que se presentan en Tabla 3.23.

TABLA 3.23

INFORMACIÓN REQUERIDA PARA DOSIFICAR

3.4.3 DISPOSICIONES MÍNIMAS SEGÚN NCH170.

La norma NCh170 establece para el hormigón reforzado y expuesto a condiciones no agresivas, la dosis mínima de cemento es de 240 kg por metro cúbico.

Cuando el hormigón está expuesto a ciclos de congelación y deshielo, y dependiendo del grado de exposición, hay Grados de resistencia y contenidos de aire incorporado mínimos (Ver 3.15 Durabilidad).

Si hay ataque de cloruros o sulfatos la norma especifica Grados de resistencia mínima y dosis de cemento mínima (Ver 3.15 Durabilidad).

El mínimo para hormigones en ambiente seco o protegidos es G17.

3.4.4 PROCESO DE DOSIFICACIÓN

La norma NCh170 sugiere el proceso de dosificación que se describe a continuación.

El estudio de una dosificación se realiza para obtener 1 m3 de hormigón, es decir 1000 litros.

Con esto, la fórmula básica de una dosificación es:

C + W + u + G + A + F + Ad = 1000 lt (1 m3)

en que cada término corresponde al volumen real de los componentes del hormigón: C es cemento, W es agua libre, o volumen total de aire, G corresponde a las gravas, A es la arena, F las adiciones y Ad los aditivos.

Se recuerda que el volumen real es la razón entre la masa y la densidad real.

Dada la variabilidad de los resultados de resistencia que se obtiene en el hormigón, es necesario alcanzar una resistencia promedio superior a la especificada. Normalmente, la resistencia media requerida está dada por:

fcr = f’c + t*s

en que:

fcr = resistencia media requerida, MPa
f’c = resistencia especificada, MPa
t = parámetro estadístico que depende de la fracción defectuosa (1,282 para fracción defectuosa de 10%)
s = desviación normal que se espera de las resistencias, MPa. La desviación normal es propia del proceso de fabricación y control. En ella influye notoriamente, por ejemplo, la medición de los materiales; será más baja si se miden en masa en equipos calibrados, será mayor si se emplea medición en volumen controlado y corrección por esponjamiento y la desviación normal será mucho mayor si la medición se hace en volumen sin mayor control

Para el cálculo de la dosificación los áridos se consideran en estado saturado superficialmente seco. Hecho el cálculo, los resultados se pueden expresar en estado seco haciendo las correcciones por absorción de los áridos.

Para estimar la cantidad de agua necesaria para obtener el asentamiento de cono que se persigue, hay que tener en cuenta el tamaño máximo del árido, su forma y textura, así como también el efecto que pueden provocar los aditivos y adiciones, entre otros. La estimación del agua se puede basar en experiencias anteriores o en hormigones de prueba de laboratorio.

La dosis de cemento es la mayor entre la requerida para obtener la resistencia media requerida y la exigida por condiciones de durabilidad.

El volumen de áridos es la diferencia entre 1000 litros y el volumen real de los otros componentes. Para determinar las proporciones de cada uno de los áridos es posible utilizar diversas recomendaciones, como ACI, Road Research, Faury u otras.

En Figura 3.12 se presenta un resumen del proceso de dosificación propuesto por NCh170.

FIGURA 3.12

RESUMEN DEL PROCESO DE DOSIFICACIÓN

3.4.5. RECOMENDACIONES PARA CORREGIR DOSIFICACIONES

Las dosificaciones realizadas teóricamente se deben readecuar a las condiciones de obra.

A) CONTENIDO DE GRAVA EN LA ARENA

Si el contenido de grava en la arena está variando durante la construcción, o el aspecto es arenoso o pedregoso, es conveniente ajustar la dosificación en la forma que se señala en Cuadro 3.2.

CUADRO 3.2

CORRECCIÓN DEL CONTENIDO DE GRAVA

B) CONTENIDO DE HUMEDAD

Cuando se realiza una dosificación, se basa en que el estado de los áridos es saturado superficialmente seco (S.S.S.) y la dosificación se entrega considerando los áridos en estado seco. En obra, los áridos se encuentran normalmente con cierto grado de humedad, lo que hace necesario corregir la dosificación original para no alterar los valores calculados.

Para evitar variaciones de trabajabilidad en el hormigón producidas por absorción de los áridos, se recomienda que éstos tengan una humedad igual o superior a la absorción en el momento de su empleo.

Los pasos a seguir son los siguientes:

a) Se determina para cada árido la humedad respecto al árido seco.
b) Se corrige la cantidad de cada árido, aumentándola en la misma cantidad en peso que el agua aportada por la humedad.
c) Se corrige la cantidad de agua de amasado, disminuyéndola en la misma cantidad en peso que el agua libre aportada por los áridos, de modo de mantener invariable la razón agua/cemento.

En Tabla 3.24 se muestra un ejemplo de corrección.

TABLA 3.24

CORRECCIÓN POR HUMEDAD

C) CORRECCIÓN POR ESPONJAMIENTO PARA DOSIFICACIÓN EN VOLUMEN

Es la corrección más importante cuando los áridos se miden en volumen dado los altos valores que puede alcanzar el esponjamiento, lo que no está considerado en el estudio de dosificación.

El esponjamiento es un aumento aparente del volumen de los áridos finos cuando están húmedos. Depende de la humedad, de la finura del árido y de su textura, como se muestra en Figura 3.13.

El no corregir por esponjamiento se traduce en hormigones pedregosos, que facilitan la segregación y la exudación, y que son difíciles de colocar. Por otra parte, el rendimiento es menor, no se alcanza al metro cúbico.

Para determinar el esponjamiento se emplea una probeta graduada o un cilindro recto. Se agrega arena húmeda y se mide el volumen (o la altura). Luego se agrega un exceso de agua, se agita la probeta y se deja en reposo, la arena se compacta y ocupa un volumen menor (o altura menor), como se muestra en Figura 3.14.

Dado que varía con la humedad, lo recomendable es determinar el esponjamiento al menos dos veces al día: temprano en la mañana y después de almuerzo.

FIGURA 3.13

ESPONJAMIENTO

FIGURA 3.14

DETERMINACIÓN DEL ESPONJAMIENTO

Ejemplo: Si la cantidad de arena dosificada es de 500 lt en estado seco, y ésta tiene un esponjamiento de un 20%, en obra se debe ocupar un volumen mayor.

Esponjamiento arena = 20% de 500 lt = 100 lt
Þ el volumen necesario es: (500 + 100) = 600 lt