El cemento es el gran protagonista de la construcción; sin embargo, no todas las mezclas que se hacen a base de este material son iguales. La dosificación adecuada es muy importante para la calidad y la integridad estructural del concreto una vez endurecido.
El hormigón es un material esencial en la construcción, conocido por su resistencia, durabilidad y versatilidad, por eso, en este artículo, te ofrecemos una guía completa para preparar hormigón, brindando recetas específicas y ejemplos de diversas aplicaciones.
La mezcla de hormigón se compone de cemento, agregados, agua y aditivos, sin embargo, las proporciones exactas de estos elementos varían según la aplicación específica.
Composición de la mezcla de concreto armado
Cemento
El cemento es un agente aglutinante que mantiene unida la mezcla de hormigón. Aporta resistencia y estabilidad al producto final. El tipo de cemento más utilizado es el cemento Portland, conocido por su excelente desempeño en proyectos de construcción.
Agregados: arena y grava
Los agregados son los materiales inertes, como la arena, grava, o piedra triturada, que constituyen la mayor parte de la mezcla de hormigón. Proporcionan estabilidad, fuerza, y a granel al hormigón.
La calidad de los materiales: el tipo de cemento, la granulometría de los agregados y la pureza del agua también juegan un papel crucial en la dosificación.
En los áridos, la humedad produce una variación significativa de su volumen aparente, la cual se denomina esponjamiento, y es especialmente importante mientras más finos sean los áridos.
Un procedimiento aproximado para determinar el esponjamiento de las arenas consiste en medir en una probeta calibrada un determinado volumen de arena en su estado real de humedad y, a continuación, saturarla totalmente y medir nuevamente el volumen resultante, en la forma que se indica en la Figura 5.2.
Agua
El agua es un componente vital de la mezcla de concreto, facilitando el proceso de hidratación del cemento y permitiéndole unirse con los agregados.
La cantidad de agua añadida a la mezcla afecta a la trabajabilidad, ajuste de tiempo, y resistencia del concreto.
La relación agua-cemento también es un factor crítico que influye directamente en la resistencia y durabilidad del concreto.
Dado que la cantidad de agua afecta directamente la trabajabilidad y la resistencia final del concreto, en estos casos se debe mantener una relación agua-cemento (a/c) más baja para obtener una mayor resistencia.
Aditivos
Los aditivos son componentes opcionales que se pueden incorporar a la mezcla de concreto para mejorar ciertas propiedades.
Pueden mejorar la trabajabilidad, reducir los requisitos de agua, mejorar la fuerza, o proporcionar características específicas como una mayor resistencia a los productos químicos o una mayor durabilidad.
Dependiendo de los requisitos de su proyecto, puede optar por incorporar aditivos para mejorar propiedades específicas del concreto.
Factores que determinan la dosificación
Resistencia requerida
La resistencia es la capacidad de carga del concreto por centímetro cuadrado.
Este método se centra en obtener una mezcla de concreto que cumpla con un requisito específico de resistencia a la compresión.
Identifique los requisitos de resistencia específicos para su proyecto. Esto dependerá de factores como el tipo de estructura, capacidad de carga, y códigos de construcción locales.
Una vez que haya determinado la fuerza requerida, puedes calcular las proporciones de cemento, agregados, y el agua necesaria para la mezcla.
Tipo de elemento estructural
Dependiendo si lo que vamos a construir es un muro, un castillo, una losa o una estructura de alta resistencia, va a variar la forma en la que dosificamos la mezcla.
Las condiciones de la obra: factores como el tipo de estructura a construir, la accesibilidad al sitio de construcción y las condiciones del suelo pueden dictar ajustes en la dosificación.
Clima y condiciones ambientales
Clima: la temperatura y la humedad, tienen un impacto directo en el proceso de curado del concreto.
Por ejemplo, en climas cálidos y secos, puede ser necesario aumentar la cantidad de agua para evitar que el concreto se seque demasiado rápido, lo que podría comprometer su resistencia y durabilidad.
La alta temperatura debe ser además considerada en la planificación del hormigonado, dado que la disminución del tiempo de fraguado acorta los tiempos disponibles para el avance de las capas de colocación sin que se produzcan «pegas frías».
Formas de dosificar el concreto
Las tres formas principales de dosificar el concreto son: por volumen, por peso y por resistencia.
Dosificación por volumen
Esta es una de las formas más antiguas y tradicionales de dosificar la mezcla de cemento.
Es la más común en proyectos pequeños o donde la precisión extrema no es crítica.
Una relación de mezcla comúnmente utilizada para propósitos generales de construcción es la 1:2:4 relación, lo que significa una parte de cemento, agregados finos en dos partes, como la arena, y cuatro partes de áridos gruesos, como grava o piedra triturada.
Dosificación por peso
La primera consiste en, como su nombre lo indica, en medir las cantidades de los materiales mediante pesaje.
En relación con estos últimos, debe señalarse que, como su dosis es normalmente pequeña, para lograr una adecuada medición se acostumbra diluír los en parte del agua de amasado, con lo cual ella se efectúa sobre una mayor cantidad de producto, ganándose en precisión.
Finalmente, otro aspecto que debe considerarse en la medición de los áridos es el contenido de humedad que ellos presentan normalmente.
Para ello es necesario efectuar la adición del peso correspondiente a su contenido de humedad y, a su vez, proceder a descontar esta cantidad del agua de amasado que se empleará para la fabricación del hormigón.
Dosificación por resistencia
Es el método preferido en la mayoría de las obras de construcción modernas y en la producción de concreto premezclado.
Las tablas de dosificación son una práctica común entre los fabricantes de cemento para estandarizar las mezclas y asegurar su calidad y resistencia.
Las tablas de dosificación de concreto generalmente nos indican la cantidad y proporción de materiales que necesitamos para 1m³ de concreto.
En todos los casos en los que buscamos una mezcla con una resistencia determinada, es importante realizar ensayos de laboratorio con los materiales específicos a utilizar en el proyecto para ajustar esta dosificación.
Dosificaciones según la resistencia
| Dosificación | Resistencia | Condición de curado |
|---|---|---|
| 175 | 175 kg/cm² a la compresión | Después de 28 días de curado |
| 210 | 210 kg/cm² a la compresión | A los 28 días de curado |
| 280 | 280 kg/cm² | Mezcla diseñada para alcanzar esta resistencia |
Una dosificación 175 se refiere a una mezcla de concreto diseñada para obtener una resistencia de 175 kg/cm² a la compresión después de 28 días de curado.
La dosificación de concreto 210 se refiere a una mezcla de concreto diseñada para alcanzar una resistencia de 210 kg/cm² (kilogramos por centímetro cuadrado) a la compresión a los 28 días de curado.
La dosificación de concreto 280 se refiere a la mezcla de concreto diseñada para alcanzar una resistencia de 280 kg/cm².
Proporciones de mezclas de hormigón
Hormigón estándar para cimientos y aceras
Proporciones: 1 parte de cemento, 2 partes de arena, 3 partes de grava, 0.5 partes de agua.
Aplicaciones: cimientos de edificios, bases para estructuras de concreto, aceras peatonales.
Hormigón reforzado para columnas y vigas
Proporciones: 1 parte de cemento, 1.5 partes de arena, 3 partes de grava, 0.6 partes de agua.
Aplicaciones: columnas, vigas, losas de concreto, muros de contención.
Hormigón de alta resistencia para estructuras exigentes
Proporciones: 1 parte de cemento, 0.75 partes de arena, 2 partes de grava, 0.4 partes de agua.
Aplicaciones: puentes, elementos prefabricados, estructuras sometidas a altas cargas.
Hormigón autocompactante para superficies lisas y complejas
Proporciones: 1 parte de cemento, 1.25 partes de arena, 2.5 partes de grava, 0.4 partes de agua.
Aplicaciones: pisos de concreto, revestimientos, elementos arquitectónicos.
Preparación y amasado de la mezcla
Para lograr la proporción óptima de mezcla de concreto, es crucial considerar varios factores, incluyendo el uso previsto del hormigón, condiciones ambientales, y los requisitos de resistencia deseados.
Reúne los materiales y herramientas necesarios.
Mezcla el cemento, la arena y la grava en un recipiente limpio y seco.
Agrega gradualmente el agua mientras mezclas los materiales, evitando exceder la cantidad recomendada.
Continúa mezclando hasta obtener una consistencia homogénea, lo suficientemente espesa para ser moldeable pero no excesivamente seca.
Deja reposar la mezcla durante unos minutos y remézclala brevemente antes de usarla.
Al combinar los materiales, asegurar una mezcla completa para lograr una mezcla uniforme y homogénea.
Usa el equipo adecuado, como una hormigonera, para asegurar la consistencia.
Mezclar primeramente la arena y el cemento en seco hasta que la mezcla tenga un aspecto uniforme, agregando a continuación la grava y mezclando el conjunto, siempre en seco.
Una vez incorporados los materiales en la hormigonera, debe procederse a su revoltura durante un lapso que asegure su total homogenización.
En los casos en que el tiempo de amasado condiciona el avance de la obra, puede verificarse experimentalmente si es posible una disminución del tiempo mínimo antes recomendado.
El amasado puede ser también efectuado manualmente. Sin embargo, las Normas Chilenas aceptan su empleo sólo para hormigones de baja resistencia especificada (H5 o menor).
Maquinaria para mezclar concreto
Hormigoneras de eje vertical
Las hormigoneras de eje vertical producen un buen amasado del hormigón y, además, tienen la ventaja de permitir la fácil observación del hormigón, lo cual permite efectuar correcciones de fluidez en forma rápida.
Hormigoneras de eje inclinado
Las hormigoneras de eje inclinado son empleadas en las plantas de mayor capacidad.
Como, además, generalmente son basculantes, su vaciado es fácil y rápido.
Hormigoneras de eje horizontal
Las hormigoneras de eje horizontal son menos utilizadas, debido a que presentan limitaciones de capacidad y su vaciado es lento.
Camión-hormigonera
Tal como su nombre lo indica, consiste en un camión equipado con una hormigonera.
Debido a esta disposición, le es posible transportar hormigón al mismo tiempo que procede a su amasado.
La hormigonera posee una capacidad que oscila normalmente entre 3 y 8 m³, siendo más frecuentes en la actualidad valores cercanos a este último.
La hormigonera posee dos velocidades: una rápida para el amasado y una más lenta para agitación del hormigón.
Mediante el giro en reversa de la hormigonera, ésta vacia el hormigón contenido en su interior.
Por estas características múltiples, el camión-hormigonera no es totalmente efectivo como equipo de amasado, debiendo examinarse con cuidado este aspecto si se desea emplearlo como tal, en particular si la hormigonera presenta desgaste en sus paletas interiores.
El camión-hormigonera es un excelente medio de transporte en obras constituidas por volúmenes significativos de hormigón, siendo, además, ampliamente utilizado por las plantas productoras de hormigón premezclado.
Por cuanto en algunos casos no puede llegar hasta el punto mismo de colocación, debe ser combinado con otros elementos de transporte que lo suplementen en este aspecto.
Además, debe considerarse que es más apropiado para el transporte de hormigones de asentamiento que tengan una fluidez igual o superior a unos 6 cm de asentamiento de cono, ya que de lo contrario se dificulta la operación de vaciado.
Hormigonera para obras pequeñas
Carretillas. Consisten en una tolva metálica con rueda, accionada en forma manual por un operario.
Su capacidad de transporte está normalmente comprendida entre unos 50 a 70 litros de hormigón, pudiendo alcanzarse un rendimiento de alrededor de 0.5 m³/h.
Su empleo está, además, limitado a obras en superficie o con poca elevación sobre el terreno, pues para su tránsito requiere pendientes no superiores a 15%.
Por estas razones, su uso está restringido a obras de pequeña magnitud y poca altura, edificios de no más de dos pisos de altura.
Capachos
Los capachos consisten en tolvas metálicas de gran dimensión, equipadas con una compuerta de fondo, cuya apertura puede ser accionada con un dispositivo manual, hidráulico o con aire comprimido.
Su capacidad es variable entre 0.2 y 6 m³, empleándose generalmente accionado por una grúa.
Debido a las características señaladas, se presta para la colocación en sitios elevados y de acceso difícil, pudiendo alcanzarse rendimientos que, de acuerdo a la capacidad del capacho empleado, oscilan entre 5 y 50 m³/h.
En obras de gran magnitud, como son por ejemplo los muros de embalse, se les acciona mediante cables-rieles o derricks de gran magnitud, los que permiten lograr rendimientos cercanos a 100 m³/h.
Los capachos, si cuentan con un diseño adecuado del embudo inferior y de la boca de descarga, pueden transportar hormigones de cualquier fluidez.
Camión-tolva
El camión de volteo es también empleado para el transporte de hormigón, representando un medio que, en algunas ocasiones, puede significar una solución práctica y accesible.
La capacidad de transporte quedará en este caso limitada por la carga admisible del camión, valor que normalmente estará comprendido entre 3 y 7 m³.
El camión tolva debe ser exclusivamente utilizado con hormigones de baja fluidez, no superior a 5 cm de asentamiento de cono, para evitar la segregación y compactación que se produce por efecto de la trepidación causada por las irregularidades de la pista de rodado.
Al igual que el camión-hormigonera requiere de elementos adicionales para el traslado del hormigón hasta su punto de destino.
Bomba de hormigón
La bomba de hormigón consiste en un dispositivo mecánico, con la disposición general que se observa en la Figura 5.7.
El hormigón es vaciado en el depósito superior, desde donde es traspasado a un cilindro inferior, en el cual mediante pistones es impulsado a través de una tubería hasta el punto de colocación.
El hormigón empleado para la bomba debe tener preferentemente una alta fluidez, comprendida entre 8 a 12 cm de asentamiento de cono.
Debe señalarse adicionalmente que la granulometría total del hormigón debe incluir una proporción de granos de tamaño inferior a 0.1 mm no inferior a unos 400 kg/m³, incluido el cemento, requisito necesario para obtener un buen escurrimiento del hormigón por la tubería.
Cinta transportadora
La cinta transportadora, tal como se ve en la Figura 5.8, consiste en una banda de caucho reforzada, que se desplaza mediante accionamiento por motores eléctricos, sobre la cual se deposita el hormigón en una capa de pequeño espesor.
La cinta es un elemento apropiado para cortas distancias de transporte, combinada con otros elementos que pudieran requerirla como complemento.
Canoas
Las canoas consisten en canaletas de sección rectangular o semicircular, generalmente metálicas o de madera forradas en hojalata.
El hormigón escurre en ellas gravitacionalmente, si se les da una pendiente adecuada para este objeto, la cual normalmente debe estar comprendida entre 15 y 30% según sea la fluidez del hormigón.
Para su empleo, el hormigón debe tener una fluidez mediana a alta, no inferior a unos 6 cm de asentamiento de cono.
Al igual que con las cintas debe cuidarse la segregación del hormigón en su extremo de vaciado, causado por la diferente trayectoria de las partículas de mayor tamaño con respecto a las más finas, en su caída.
Por sus características, las canoas son adecuadas como elemento complementario para distribución del hormigón en la zona adyacente al punto de colocación.
Tubos
Los tubos se emplean para la colocación de hormigón en sitios estrechos y de gran altura, como ser muros y pilares esbeltos.
El extremo inferior de descarga debe estar muy cercano a la superficie del hormigón ya colocado y de preferencia continuamente embebido en el hormigón, para disipar la energía producida en la caída del hormigón y evitar su segregación.
¿Cómo Funciona un Camión de Concreto?
Segregación y homogeneidad de la mezcla
En la ejecución de todos estos procesos está permanentemente presente la pugna entre las fuerzas de inercia, que tienden a separar los componentes del hormigón, segregación, y las fuerzas cohesivas que tratan de mantenerlos unidos.
La adecuada proporción de mezcla de concreto es vital para lograr una resistencia y durabilidad óptimas en los proyectos de construcción.
Al combinar los materiales, asegurar una mezcla completa para lograr una mezcla uniforme y homogénea.
La recuperación de la fluidez perdida hace necesario el empleo de una dosis de agua adicional que sobrepasa la inicialmente prevista al estudiar la dosificación del hormigón, induciendo una baja de resistencia.
Almacenamiento y manejo de materiales
Almacenamiento del cemento
Cuando el cemento se almacena a granel debe mantenerse en silos, cuidando que éstos no tengan roturas o aberturas a través de las cuales pueda penetrar la humedad.
Acopio de agregados
Limpiar el suelo que cubrirán los acopios, eliminando los materiales orgánicos y arcillosos, sustituyéndolos por una capa del mismo material por acopiar, debidamente compactada.
La calidad de los materiales, el tipo de cemento, la granulometría de los agregados y la pureza del agua también juegan un papel crucial en la dosificación.
Colocación del concreto armado
Preparación del elemento
Terminadas las operaciones descritas e inmediatamente antes del inicio de la colocación del hormigón, es necesario proceder a efectuar la limpieza final del elemento a hormigonar.
Para este objeto, el método más adecuado es recurrir al empleo de una mezcla de agua y aire comprimido, utilizando un implemento como el señalado en la Figura 5.11.
Etapas de hormigonado
De preferencia antes de iniciar el hormigonado de la obra, debe efectuarse un estudio de las etapas en que se subdividirá para su construcción.
Estas etapas quedarán definidas por algunas de las superficies que limitan la obra por condiciones de su diseño, terreno natural o superficies terminales de la obra, y por juntas de construcción elegidas voluntariamente.
Que se dispongan de acuerdo a las especificaciones del proyecto o a buenas prácticas estructurales.
Acceso y distribución
Los equipos previstos para el transporte del hormigón deben tener acceso a todas las etapas consideradas para la construcción de la obra.
Debe evitarse que en ningún punto se produzca el endurecimiento del hormigón ya colocado, antes de quedar cubierto por hormigón fresco.
Colocación en tiempo frío
Las bajas temperaturas afectan las propiedades en estado fresco, así como el fraguado y endurecimiento posterior del hormigón.
Efectos sobre el hormigón fresco
El principal efecto ejercido por las bajas temperaturas sobre el hormigón en su estado fresco consiste en un aumento significativo del proceso de exudación.
Este debe ser tenido especialmente en consideración en las superficies no moldeadas que deban ser sometidas a un proceso de terminación.
Para paliar estos efectos, los hormigones utilizados en tiempo frío deben ser dosificados con las menores dosis de agua compatibles con su manipulación en obra.
Por otra parte, el retardo ejercido sobre el fraguado de la pasta de cemento permite disponer de mayores tiempos para la ejecución de los procesos de colocación y compactación, evitando la producción de «pegas frías».
Efectos sobre el hormigón endurecido
Las bajas temperaturas inducen también un efecto retardador sobre el endurecimiento del hormigón, lo que incide en que su resistencia se desarrolle en forma más lenta.
Este efecto debe ser tenido en consideración particularmente en los elementos de naturaleza estructural.
Para este objeto, las Normas han previsto períodos designados de protección, adicionales al período de curado, durante los cuales el hormigón debe ser mantenido a temperaturas no inferiores a valores mínimos que dependen del grado del cemento empleado y de la importancia estructural del elemento.
Entre 3 y 6 días para elementos estructurales cuya dimensión mínima sea inferior a 80 cm y para los cuales se tomen medidas que permitan mantenerlos a temperaturas superiores a 10°C.
Estos plazos deben aumentarse a medida que las temperaturas medias diarias descienden, llegando a lapsos de tres a cuatro semanas si son inferiores a -10°C.
El período de protección puede precisarse en base a ensayos de resistencia efectuados a la temperatura ambiente existente.
Puede suspenderse si la resistencia obtenida alcanza un determinado porcentaje de la resistencia especificada, el cual oscila entre 50% para una temperatura media diaria superior a 0°C y 95% para una temperatura media diaria inferior a -10°C.
Estos mismos conceptos son válidos para la determinación del tiempo de descimbre de elementos estructurales que quedan sometidos a las solicitaciones derivadas de su peso propio y las cargas de construcción al proceder al retiro de los soportes respectivos.
Colocación en tiempo caluroso
Los efectos sobre el hormigón en períodos de alta temperatura son inversos a los antes señalados para los de baja temperatura, alcanzando significación cuando la temperatura del hormigón excede de 30°C.
Ellos inciden básicamente en la rápida pérdida de fluidez que se produce en el hormigón por efecto de la evaporación del agua de amasado y el comienzo prematuro del fraguado de la pasta de cemento.
Estos efectos pueden ser paliados parcialmente mediante el uso de aditivos retardadores en la forma que se señala en el Capítulo 6 y deben ser complementados con medidas que permitan mantener la temperatura del hormigón bajo los 30°C antes señalados.
Para este objeto es necesario disminuir la temperatura de los componentes del hormigón, por ejemplo protegiendo los áridos del calor del sol y empleando agua y el cemento a la menor temperatura posible al incorporarlos en la hormigonera.
Las consecuencias de la alta temperatura ambiente se acrecientan cuando, además, el hormigón fresco está expuesto a la acción del viento, pues ello incide en un proceso acelerado de resecamiento superficial que se traduce en el agrietamiento plástico.
Para obviar este efecto, la superficie expuesta deberá cubrirse tan pronto se haya colocado el hormigón o humedecerse superficialmente mediante una neblina de agua, pero evitando que se produzca escurrimiento del agua, pues ello puede ocasionar el lavado del cemento y de los granos finos.
Aplicaciones específicas del hormigón
Muros de contención
Receta: 1 parte de cemento, 1 parte de arena, 2 partes de grava, 0.5 partes de agua.
Aplicaciones: muros de contención para terrazas, jardines en pendiente, áreas de retención de tierra.
Pavimentos industriales
Receta: 1 parte de cemento, 1.5 partes de arena, 3 partes de grava, 0.6 partes de agua, aditivos para mayor resistencia y durabilidad.
Aplicaciones: pisos de fábricas, almacenes, estacionamientos de alto tráfico.
Elementos prefabricados decorativos
Receta: 1 parte de cemento, 1 parte de arena, 1.5 partes de grava, 0.4 partes de agua, pigmentos para color y aditivos para textura.
Aplicaciones: macetas, bancos, revestimientos de fachadas, elementos decorativos de jardín.
Pisos pulidos
Receta: 1 parte de cemento, 0.5 partes de arena, 1 parte de grava fina, 0.3 partes de agua, aditivos para autonivelación y brillo.
Aplicaciones: pisos interiores de alta gama, centros comerciales, museos, restaurantes.
Alisado de Hormigón. Última etapa de trabajo.
Resistencia y durabilidad del concreto armado
La dosificación adecuada de la mezcla de concreto es vital para lograr una resistencia y durabilidad óptimas en los proyectos de construcción.
Comprendiendo los componentes de la mezcla de concreto y siguiendo las pautas recomendadas, puede crear hormigón de alta calidad que satisfaga sus necesidades específicas.
Recuerde considerar factores como la fuerza requerida, tipos de agregados, relación agua-cemento, y el uso potencial de aditivos.
Sin importar cuál sea el tipo de dosificación que necesites, tu mejor aliado siempre será un cemento de alta calidad que cumpla con las normativas locales y esté adaptado al entorno específico de construcción.
