El hormigón pobre, conocido también en el rubro de la construcción como concreto/hormigón de baja resistencia, concreto pobre; es un material presente en varios proyectos constructivos.
El hormigón pobre es una mezcla compuesta por cemento, arena, grava y agua, cuyas proporciones definidas (dosificación de hormigón) dan como resultado un hormigón de menor resistencia a compresión en comparación con otros tipos de hormigón (según clasificación por la resistencia característica).
La cantidad de cemento en la mezcla es usualmente menor, en contraparte con la cantidad de agregado grueso (grava) y fino (arena); dando como resultado un concreto/hormigón de baja resistencia a la compresión, normalmente por debajo de los 150 kg/cm² (o 15 MPa) o según especificaciones definidas de un Proyecto Constructivo en particular.
Composición del hormigón pobre
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.
Cemento
El cemento es un conglomerante hidráulico, que, en combinación con los agregados (grueso y fino) y el agua conforman una mezcla de hormigón, misma que tiene la propiedad de endurecerse.
Dentro la dosificación del hormigón pobre, la proporción de cemento es reducida en comparación con hormigones estructurales.
Agua
El agua es esencial dentro el mezclado del hormigón, asimismo para la hidratación del cemento, debe ser utilizada en proporciones adecuadas para asegurar una mezcla homogénea y trabajable, pero evitando exceso de fluidez en la mezcla resultante.
Si la cantidad de agua es demasiada, hay riesgo de que el mortero se separe y los áridos se vuelvan a segregar.
Agregados finos y gruesos
Los agregados que componen el hormigón son la arena (agregado fino) y grava (agregado grueso).
Sabemos hasta ahora que dependiendo del agregado contenido dentro de la tierra es la base para mezclarla con el cemento y posteriormente con el agua.
Aditivos
Los aditivos son opcionales y pueden incorporarse cuando las especificaciones técnicas del proyecto lo requieran.
Dosificación típica de una mezcla de hormigón pobre
La dosificación de hormigón pobre y otros tipos de hormigón, varía dependiendo de las especificaciones técnicas de un proyecto constructivo.
Una dosificación común para el hormigón pobre puede ser: 1 parte de cemento, 4 partes de arena y 8 partes de grava, con una relación agua-cemento (a/c) lo suficiente para asegurar una consistencia adecuada.
| Componente | Proporción típica |
|---|---|
| Cemento | 1 parte |
| Arena | 4 partes |
| Grava | 8 partes |
| Agua | La suficiente para asegurar una consistencia adecuada |
Esta relación por partes es una referencia práctica y no sustituye la dosificación definida mediante las especificaciones técnicas del proyecto, las características de los materiales, la consistencia requerida y la comprobación experimental.
Resistencia y características del hormigón pobre
Baja resistencia a la compresión
El hormigón pobre tiene una resistencia a la compresión entre 10 y 15 MPa (100 - 150 kg/cm²).
El hormigón pobre se emplea cuando no se necesita la resistencia propia de un hormigón estructural y cuando el proyecto define una función de regularización, relleno, limpieza o soporte de bajo requerimiento resistente.
Mayor trabajabilidad
La metodología para preparar este tipo de hormigón es similar a la de cualquier tipo de hormigón, variándose principalmente la dosificación de materiales y el tiempo de mezclado.
La consistencia debe permitir colocar y distribuir el material de manera adecuada, sin añadir agua en exceso, porque el exceso de agua puede provocar segregación y pérdida de uniformidad.
Hormigón de bajo costo
La menor cantidad de cemento y el mayor contenido relativo de agregados permiten obtener un hormigón de bajo costo para aplicaciones en las que no se requieren altas resistencias.
¿Cómo dosificar el hormigón?
Los métodos de dosificación de hormigones tienen por finalidad encontrar las proporciones en que hay que mezclar a los diferentes componentes de los mismos para conseguir mezclas que posean determinadas características de consistencia, compacidad, resistencia, durabilidad, etc.
El cálculo teórico de las proporciones en que hay que mezclar a los componentes no exime de la comprobación experimental para la puesta a punto de la composición a adoptar.
Esto es debido a que ningún método de dosificación puede tener en cuenta la gran cantidad de factores que influyen en las propiedades del hormigón a conseguir.
No existe un método único de dosificación, sino que, dependiendo de las condiciones que deba reunir el hormigón, el proyectista podrá elegir uno entre varios de los muchos existentes y los resultados que se consigan con él serán buenos cuando éste se haya elegido convenientemente y se hayan realizado las correcciones oportunas mediante masas de prueba.
El cálculo matemático y teórico de las proporciones no exime de responsabilidad de comprobar experimentalmente la puesta a punto de la composición obtenida.
Datos iniciales para dosificar
La determinación de una dosificación para hormigones debe hacerse partiendo de unos datos iniciales establecidos en base al proyecto y condiciones de ejecución (reales o previstas) de la obra.
Como datos necesarios se pueden indicar, por orden de trascendencia, los siguientes:
- Resistencia característica especificada.
- Sistema de puesta en obra o consistencia del hormigón.
- Características de los materiales.
- Cemento: tipo, categoría y peso específico.
- Áridos: granulometría, peso específico y procedencia o forma.
En general, las dosificaciones se basan en los tres tipos siguientes:
- Dosificación del hormigón según mezcla de sus componentes en volumen, y en función de la riqueza de cemento que se necesite por m3.
- Dosificación por peso de sus componentes, partiendo de una cantidad fijada de cemento por m3.
- Dosificación en razón a las resistencias requeridas del hormigón a los 7, 14 ó 28 días (edad del hormigón).
Dosificación de un hormigón en volumen
Este tipo de dosificación es el más antiguo, fácil y cómodo, a todos los efectos, en aquellas pequeñas obras donde la precariedad de medios precise su realización manual y a pie de obra.
La Tabla 3 permite calcular de manera sencilla los materiales necesarios para la confección de 1 m3 de este material, así como prever las materias precisas para el conjunto o volumen de hormigón que requiera la obra.
Para trabajos pequeños puede emplearse una proporción práctica por partes, como 1 parte de cemento, 4 partes de arena y 8 partes de grava, siempre que sea compatible con el uso previsto y con las especificaciones técnicas del proyecto.
La dosificación por volumen debe realizarse utilizando recipientes de capacidad constante y materiales medidos de manera uniforme, porque los cambios en la humedad, la compactación y el volumen aparente de los agregados modifican la cantidad real incorporada.
Dosificación por peso y por resistencia
La dosificación por peso parte de una cantidad fijada de cemento por metro cúbico y determina las cantidades de agua y agregados considerando sus características físicas.
La dosificación basada en la resistencia parte de la resistencia que debe alcanzar el hormigón a una edad determinada, normalmente a los 7, 14 ó 28 días.
Para el hormigón pobre, la resistencia objetivo debe definirse según el uso concreto, ya que el material se emplea habitualmente en capas de limpieza, regularización y rellenos, no como sustituto de un hormigón estructural.
Agua de amasado y relación agua/cemento
La cantidad de agua se elige de acuerdo con el tipo de árido utilizado, su tamaño máximo y la consistencia que deba tener el hormigón.
Si los hormigones han de colocarse mediante bombeo o en secciones estrechas es conveniente emplear consistencia blanda.
Si se van a consolidar por vibración la consistencia más adecuada es la plástica y si estos van a consolidarse con vibración enérgica e incluso compresión, puede emplearse consistencia seca.
La cantidad de agua a utilizar en el hormigón será función de la consistencia que deba tener el mismo, del tamaño máximo de árido elegido, de su forma y de su granulometría, viniendo, también, influenciada por la cantidad de aire incorporado y siendo independiente de la cantidad de cemento empleada.
Si se precisase más agua que la indicada sería señal de que la forma o la granulometría de los áridos no son las adecuadas, en cuyo caso el aumento de agua debe ir acompañado de un aumento en la dosificación de cemento a fin que la relación agua/cemento permanezca constante.
Si, por el contrario, los áridos exigen menos agua de la indicada en la Tabla, no se reducirá la dosificación de cemento.
Preparación de la mezcla de hormigón pobre
La selección de materiales debe incluir cemento de calidad, arena limpia, grava o piedra triturada y agua.
- 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.
La mezcla debe mantenerse uniforme durante el amasado y la colocación, evitando zonas con exceso de pasta, acumulaciones de agua o concentraciones de grava.
Mezcla manual
En actividades pequeñas (volúmenes menores), donde no se dispone de maquinaria, el hormigón pobre puede ser mezclado de forma manual.
La forma tradicional y casera se sigue utilizando en muchas obras menores que no cuentan con el presupuesto ni los equipos suficientes.
Este sistema para revolver el hormigón es el más corriente en obras menores.
Importante es realizar la mezcla sobre una superficie impermeable, lisa y limpia (por ejemplo, hormigón pobre o planchas metálicas).
- Extiende los agregados sobre una superficie impermeable, lisa y limpia.
- Distribuye el cemento sobre la arena y la grava.
- Mezcla en seco hasta que el color y la distribución sean uniformes.
- Forma una depresión en el centro de la mezcla seca.
- Añade el agua gradualmente.
- Vuelva a mezclar hasta obtener uniformidad.
- Revuelva toda la mezcla hasta obtener uniformidad.
La mezcla manual puede emplearse cuando no se cuenta con el equipo adecuado (betonera o trompo), ya que produce hormigones poco homogéneos.
Mezcla con hormigonera o mezcladora
Para proyectos de importancia, en los que existe un mayor control se utilizan (según la actividad y el volumen de hormigón requerido) hormigoneras o mezcladoras.
Primero, se agregan los materiales y agregados secos al tambor (cemento, arena y grava), y luego se añade el agua gradualmente mientras el tambor continúa girando, garantizándose una mezcla homogénea.
La metodología para preparar este tipo de hormigón es similar a la de cualquier tipo de hormigón, variándose principalmente la dosificación de materiales y el tiempo de mezclado.
Producción en planta de hormigón
Para proyectos de importancia, mayores volúmenes requeridos de hormigón para determinadas actividades, se opta por adquirir el hormigón de un proveedor especializado que además cuenta con laboratorios necesarios que garanticen el tipo de hormigón y la resistencia solicitada.
El ejecutor también puede optar por montar una planta de hormigón (de capacidad suficiente de producción) y un laboratorio de hormigón con personal calificado.
Volumen y cálculo de los componentes
El paso siguiente es calcular el volumen relativo de las partículas de árido a incorporar al hormigón.
Para ello, se parte de la base de que 1000 ℓ de hormigón endurecido suponen 1025 ℓ de hormigón fresco.
La relación indicada se expresa de la siguiente manera:
1025 = A + Vc + Va
- A = Volumen de agua extraído de la Tabla 5 (ℓ/m3).
- Vc = C/ρc = Volumen relativo de cemento, con C = dosificación de cemento (kg/m3).
- Va = Volumen relativo del total de árido.
La cantidad de cemento a introducir en el diseño de la mezcla será la real que se vaya a emplear en la fabricación del hormigón.
En el caso de la dosificación por el método de Fuller, el último paso consiste en repartir Va proporcionalmente a los porcentajes obtenidos tras el ajuste de la parábola de Gessner.
El método de Bolomey considera al cemento como un árido más, por lo tanto, el volumen a repartir en esta situación es:
Vc + Va = 1025 - A
Granulometría y tamaño máximo del árido
Desde el punto de vista de aplicación de estos métodos, se considera como tamaño máximo del árido al que corresponde al tamiz más pequeño de la serie utilizada que retenga menos del 15 por 100 del peso total del árido.
Dado que la granulometría del árido conjunto no se conoce hasta haber realizado la composición de todas las fracciones del árido, y a fin de evitar tanteos, se considera como tamaño máximo la abertura del menor tamiz que retiene menos del 25 por 100 al cribar por él la grava, es decir, el árido de mayor tamaño, no entrando en esta determinación los gránulos de grandes dimensiones.
Este control es importante porque la forma, el tamaño y la distribución de los agregados influyen en la trabajabilidad, la compacidad, la cantidad de agua y la uniformidad de la mezcla.
Método de Fuller
La curva patrón del método de Fuller está representada por la siguiente ecuación:
P = 100 √ (d / D)
- D = Luz de malla del tamiz que define el tamaño máximo del árido empleado en la mezcla.
- d = Abertura de cada uno de los tamices empleados para determinar la granulometría del árido que se va a utilizar (siempre menor a D).
- P = Representa el porcentaje de material en peso que pasa por cada uno de esos tamices (d).
El método permite ajustar la granulometría del conjunto de áridos para obtener una distribución que favorezca la compacidad y reduzca los huecos entre partículas.
Método de Bolomey
Dosificar por Bolomey constituye un perfeccionamiento de la ley de Fuller ya que, aunque los datos para operar sean los mismos, se trata de obtener un hormigón económico en cemento en base a sus resistencias, consistencia de la masa y forma de los áridos (redondeados o de machaqueo).
El método está indicado para hormigones en masa, grandes macizos, presas, etc., debiéndose tantear con mucho cuidado la curva granulométrica y los porcentajes de finos, pues aquí interviene, también, el cemento utilizado.
La fórmula propuesta por Bolomey es la siguiente:
P = a + (100 - a) √ (d / D)
- P = Porcentaje de material (incluido el cemento) que pasará por el tamiz de valor d.
- d = Abertura (mm) de cualquier tamiz utilizado par determinar la granulometría del árido.
- D = Luz de malla del tamiz que define el tamaño máximo del árido empleado en la dosificación.
- a = Coeficiente variable, según la consistencia del hormigón y el tipo de árido empleado, de acuerdo a la Tabla 4.
Métodos basados en la resistencia a compresión
Método A.C.I. para hormigón convencional
Es un método en el que se parte de la resistencia que debe tener el hormigón, siendo adecuado para cualquier tipo de obra realizada con este material.
Según el tipo de construcción en que se vaya a emplear el hormigón la consistencia medida en cono de Abrams recomendada es la indicada en la Tabla 6.
La cantidad de cemento se deduce al conocer la relación agua/cemento y la cantidad de agua de amasado.
La cantidad de árido grueso se determina mediante ensayos de laboratorio, aunque si no se dispone de ellos, se puede obtener su contenido aproximado mediante la Tabla 9, en la que ésta se ha calculado para producir hormigones armados de buena docilidad.
El contenido de árido fino se determina mediante el sistema de los volúmenes absolutos o el de los pesos.
En el primero, el volumen de arena fina se halla restando a 1025 el volumen de árido grueso, cemento, agua y aire.
En el segundo, el peso de la arena es la diferencia entre el peso del hormigón fresco y la suma de los pesos de los otros componentes.
Método según De la Peña
Este método de dosificación por resistencias se aplica en hormigones estructurales de edificios, pavimentos, canales, depósitos de agua, puentes, etc., partiendo de un contenido de 300 kg/m3 de cemento y cuando las condiciones de ejecución puedan estimarse como buenas.
Conociendo la resistencia media, bien directamente o a través de la característica, se determina la concentración o relación cemento/agua, en peso, por medio de:
Z = K * fcm + 0,5
- Z = es la concentración o relación cemento/agua, en peso.
- fcm = es la resistencia media del hormigón en N/mm2, a 28 días, medida en probeta de 15 cm de diámetro por 3O cm de altura.
- K = es un parámetro que toma los valores dados en la Tabla 11, cuando la resistencia está expresada, en N/mm2.
La cantidad de agua por metro cúbico de hormigón necesaria para la confección del hormigón, en función del tipo y tamaño del árido a emplear, se obtiene de la Tabla 5.
El peso de cemento se determina una vez conocida la concentración, Z, y el volumen de agua por metro cúbico, Va, dado en la Tabla 5 por medio de:
Pc = Va * Z
Aplicaciones del hormigón pobre
Capa de regularización y contrapisos
Aplicándose a manera de base de nivelación de superficies irregulares antes de colocar hormigón de mayor resistencia o un pavimento (contrapiso para un revestimiento).
El hormigón pobre permite crear una superficie más uniforme para recibir capas posteriores y facilita la ejecución de trabajos de replanteo, armado, impermeabilización o acabado.
Rellenos fluidos y rellenos compactados
Comúnmente utilizado como relleno para excavaciones (zanjas), donde se precisa rellenar espacios antes de la construcción de estructuras en niveles superiores.
También puede utilizarse para rellenar huecos o recuperar niveles, siempre que el proyecto permita sus características resistentes y se controle adecuadamente su colocación.
Soleras y hormigón de limpieza
En fundaciones, cimentaciones, alcantarillas transversales se sección rectangular, canales longitudinales, etc.
Las soleras de limpieza, el hormigón de limpieza y el hormigón de regularización sirven para proporcionar una base limpia, estable y nivelada antes de ejecutar elementos de mayor importancia.
Pavimentos de bajo tráfico
El hormigón pobre puede emplearse en pavimentos de bajo tráfico cuando las cargas, el uso previsto y las especificaciones del proyecto sean compatibles con su resistencia.
Ventajas del hormigón pobre
Bajo costo
La reducción de la cantidad de cemento permite disminuir el costo de la mezcla frente a hormigones diseñados para resistencias superiores.
Fácil elaboración
Su preparación puede realizarse manualmente en actividades pequeñas o mediante hormigoneras, mezcladoras y plantas de hormigón en obras de mayor volumen.
Rápida aplicación
El hormigón pobre puede colocarse rápidamente en capas de regularización, limpieza y relleno, facilitando la continuidad de las actividades posteriores.
Desventajas y limitaciones
Baja resistencia
Su baja resistencia limita su uso en elementos que soportan cargas estructurales importantes.
El hormigón pobre no debe emplearse como sustituto de un hormigón estructural cuando el proyecto exige una resistencia, durabilidad, armadura o control de calidad específicos.
Riesgo de falta de uniformidad
La mezcla manual puede emplearse cuando no se cuenta con el equipo adecuado (betonera o trompo), ya que produce hormigones poco homogéneos.
Una dosificación incorrecta, una mezcla insuficiente o una incorporación excesiva de agua pueden producir segregación, pérdida de resistencia y variaciones entre distintas zonas del vertido.
Control de la mezcla y correcciones
El cálculo teórico de las proporciones en que hay que mezclar a los componentes no exime de la comprobación experimental para la puesta a punto de la composición a adoptar.
Si tras la elaboración de una amasada de comprobación en laboratorio, se observa que las características previstas no se cumplen, se aconseja seguir los siguientes criterios de corrección:
- Aumentar o disminuir el contenido de agua en 2 kg/m3 de hormigón, si se desea aumentar o disminuir en 1 cm el asiento.
- Reducir o aumentar el contenido de agua en 3 kg/m3 de hormigón, si se desea aumentar o disminuir en un 1% el contenido de aire atrapado.
- Para reestimar el peso por metro cúbico del hormigón fresco tras el ajuste, reducir o aumentar el obtenido en la amasada de prueba en igual porcentaje al incremento o disminución del contenido de aire atrapado.
La consistencia debe corregirse sin perder de vista la relación agua/cemento y sin añadir agua de manera indiscriminada durante la colocación.
Recomendaciones prácticas de uso
- Definir previamente el uso que tendrá el hormigón pobre.
- Comprobar que la resistencia prevista sea suficiente para la aplicación.
- Utilizar cemento, arena, grava y agua adecuados.
- Mantener constante la proporción de los materiales cuando se dosifique por volumen.
- Mezclar primero los componentes secos y añadir el agua gradualmente.
- Evitar el exceso de agua para impedir la segregación.
- Realizar la mezcla sobre una superficie impermeable, lisa y limpia cuando el amasado sea manual.
- Utilizar hormigonera, mezcladora o planta de hormigón cuando el volumen o la importancia de la obra lo requieran.
- Comprobar experimentalmente la mezcla cuando las exigencias del proyecto lo indiquen.
- No utilizar hormigón pobre en elementos estructurales sin una dosificación y una especificación técnica que lo autoricen.