Dosificación de concretos - Portal de Revistas del TEC

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Ingeniería en Construcción
Tecnológico de Costa Rica
Dosificación
de concretos
Ing. Mauricio Araya Rodríguez. 1
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Ingeniero Civil (U.C.R.), Consultor y Constructor, Profesor Escuela
de Ingeniería en Construcción, Instituto Tecnológico de Costa Rica,
[email protected]
Resumen
En Costa Rica las mezclas de concreto más utilizadas en construcción liviana son las que se elaboran en el sitio de construcción. La resistencia final dependerá principalmente de factores
que intervienen en las fases de producción y colocación, tales
como mano de obra, equipo disponible, calidad de los materiales y supervisión profesional.
Abstract
In Costa Rica, the majority of concrete mixtures used in lightweight construction are the ones prepared in-situ. The final
strength depends mainly on factors involved in the production
and placement phases including labor, available equipment,
materials quality and professional supervision.
Palabras clave
mezclas, construcción, dosificación, proporción, concreto,
desarrollo, calidad, proyección, resistencia, control.
Key words
mixtures, construction, dosage, proportion, concrete, quality, projection, resistance, control
Ingeniería en Construcción
Tecnológico de Costa Rica
Diversos estudios a nivel nacional han demostrado que en la
construcción liviana, se presentan deficiencias que afectan
la resistencia final del concreto y que reducen la probabilidad
de obtener mezclas que cumplan con las exigencias de la
normativa nacional e internacional. Hace algún tiempo se
generaron tres investigaciones formales, las cuales fueron
respaldadas por instituciones involucradas con la actividad
de la construcción y que están relacionados con la medición
de la resistencia del concreto en el sitio, aunque enfocados
en distintas regiones del país. Aparte de estos, también
existen documentos y publicaciones relacionados con este
tema, que se refieren al concreto aunque de una manera aislada y sin la claridad suficiente para que sea un documento
comprensible para los operarios de la construcción.
El primer estudio que se realizó en nuestro país fue realizado por el autor en 1998, como tesis de licenciatura en la
Universidad de Costa Rica. Ese trabajo fue titulado “Control
de calidad del concreto estructural y del mortero de pega en
viviendas” y comprendió un muestreo en obra de concreto
estructural y mortero de pega, correspondiente a 30 proyectos de vivienda de uno y dos pisos tomados al azar dentro
del Área Metropolitana de San José y de los que se obtuvo 3
cilindros estándar de concreto de cada uno. Los resultados
fueron bastante alarmantes, ya que solamente el 17% de las
construcciones analizadas lograron obtener resultados satisfactorios, desde el punto de vista de la resistencia a la compresión especificada en el Código Sísmico de Costa Rica
vigente en ese año. Además se logró determinar que ninguna de las mezclas preparadas a mano, o sea sin batidora,
cumplieron con la resistencia a la compresión requerida de
210 kg/cm² a los 28 días, conocida comúnmente como f´c.
El segundo estudio fue realizado en conjunto por el Instituto Costarricense del Cemento y del Concreto (ICCYC) y el
Colegio Federado de Ingenieros y de Arquitectos de Costa
Rica (CFIA) en el 2005 y utilizó como referencia o modelo
al primer estudio. De igual forma se analizó 30 construcciones en el Área Metropolitana tomadas al azar. En este
caso el resultado fue también bastante preocupante, ya que
solamente el 45% de los proyectos cumplieron con las especificaciones de resistencia a la compresión a 28 días, estipulada en el actual Código Sísmico de Costa Rica (2010),
o sea 210 kg/cm².
En noviembre del 2006 se realizó la tercera investigación al
respecto, también a cargo del ICCYC y el CFIA. Sin embargo, el método de análisis fue muy diferente, por ejemplo la
investigación se centró en Guanacaste y se utilizó tres maneras distintas para obtener resultados, o sea el muestreo
de concreto fresco, la extracción de núcleos de concreto endurecido y mediciones con esclerómetro. No obstante, el resultado siguió siendo preocupante, ya que solamente el 71%
de las construcciones cumplió con las especificaciones, a
pesar de contarse en ese momento con la información de los
dos primeros estudios, los cuales ya habían dado la alerta.
Tomando en cuenta la gran confusión y desinformación que
afecta a muchas de las personas que de alguna u otra forma están involucradas con la elaboración de las mezclas de
concreto en obra, es que el autor considera muy importante,
el hecho de aportar alguna información al respecto y a la vez
sugerir dosificaciones que puedan ser utilizadas por obreros calificados para su propia formación y capacitación, ya
que a estos trabajadores se les hace sumamente difícil asistir a cursos de preparación debido al horario de trabajo tan
estricto que se mantiene en obra. Para darse una primera
idea, sería bueno presentar una información que considero
muy acertada y que fue publicada en 1992 por la Asociación
ACI Capítulo Costa Rica del CFIA. En ese documento se
recomendaban las siguientes proporciones para fabricar la
mezcla, no sin antes hacer algunas advertencias tales como
que el contenido debería tomarse como una referencia y no
como una regla definitiva, ya que el fin primordial era lograr
Cantidad aproximada de materiales Resistencia probable a
Proporción por volumen tomado al
(volumen suelto) para 1 m³ de con- la compresión a la edad
cemento como unidad.
creto.
de 28 días.
Cemento
Arena
Piedra
Sacos
m3
1
2,5
5,0
5,13
0,472
1
1
1
1
3,0
2,0
1,5
1,0
6,0
4,0
3,0
2,0
4,40
6,15
7,70
10,25
25
m3
lb/pulg2
kg/cm2
2000
140
0,486
0,972
1500
0,456
0,912
2800
0,427
0,378
0,944
0,854
0,756
Tabla 1. Proporciones usuales para obtener un metro cúbico de concreto.
3500
4200
105
195
245
295
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orientar al interesado con la adecuada dosis de seguridad en
los trabajos normales que se realizan en la obra. De igual
forma se aclaraba que no se pretendía dar solución a todas las situaciones, ya que dependiendo de la importancia,
costo y complejidad del proyecto, se requerirán los estudios
y diseños de las mezclas pertinentes que el profesional responsable indicara.
En la tabla anterior hay que tener en cuenta ciertos aspectos:
•
La proporción correspondiente al cemento se refiere a
sacos completos de 50 kg, mientras que la de los agregados indica cajones cúbicos de 34 cm de lado.
•
Las cantidades por volumen de los agregados son
aproximadas y podrían variar, dependiendo del peso
unitario de los materiales.
•
Las resistencias a la compresión indicadas se consideran más bien conservadoras y pueden garantizarse su
obtención, siempre y cuando se tenga un estricto control
del procedimiento constructivo y de la dosificación del
agua.
•
Como la recomendación propone un volumen de piedra
dos veces mayor que el de la arena, esta situación podría generar mezclas poco trabajables. Por lo tanto, se
aconseja hacer los ajustes necesarios de las cantidades
relativas de estos dos materiales con el fin de obtener un
producto de fácil manipulación y acabado.
Ahora bien, entre el 2006 y el 2011 el autor logró recopilar
en el laboratorio de materiales del Centro de Investigaciones
en Vivienda y Construcción (CIVCO) adscrito a la Escuela
de Ingeniería en Construcción del Instituto Tecnológico de
Costa Rica (ITCR), una gran cantidad de resultados relacionados con la resistencia a la compresión de mezclas de
concreto. La gran mayoría de esta información se obtuvo a
través de ensayos solicitados por clientes del laboratorio o
por medio de algunos proyectos de graduación realizados
por estudiantes de licenciatura.
Es con base en todos estos datos actualizados y después
de un extenso análisis, que el autor sugiere una nueva tabla
de dosificaciones con la que de igual forma, se deben tener
en cuenta ciertos cuidados. Primero que todo, dadas las
variaciones en materiales, mano de obra, temperatura y trabajabilidad que se pueden presentar en las construcciones,
los métodos teóricos para determinar las proporciones ideales de la mezcla, no garantizan en todos los casos, el poder
obtener resultados satisfactorios.
En este caso, la información que se incluye en la siguiente
tabla, toma como un hecho que los agregados utilizados son
de buena calidad, el agua utilizada es potable, la relación
agua/cemento (A/C) es la adecuada para no generar mezclas muy fluidas y que el concreto será confeccionado con
batidora.
Además las resistencias que se sugieren se basan en resultados de laboratorio actualizados, usando como referencia
los cementos de uso general que al día de hoy, se fabrican
en nuestro país y los cuales presentan muy buenas condiciones de desempeño y control de calidad en la fábrica. No
sobra decir, que este tipo de análisis se debería realizar cada
cierto tiempo, ya que no siempre la producción de los cementos en el país mantiene constantes sus características
químicas y físicas.
No obstante, para la Tabla 2 hay que tomar en cuenta los
siguientes aspectos:
•
El dato correspondiente al cemento representa sacos
completos de 50 kg.
Resistencia probable a
Proporción por volumen utilizando Proporción por volumen utilizando
la compresión a la edad
cajones de madera.
cubetas de 5 galones.
de 28 días.
Cemento
Arena
Piedra
Cemento
Arena
Piedra
kg/cm2
1
2,5
3,5
1
3,5
5,0
210
1
1
1
1
1
2,5
2,0
2,0
2,0
1,5
4,0
3,0
2,5
2,0
2,0
1
1
1
1
1
3,5
3,0
3,0
3,0
2,0
5,5
4,5
3,5
3,0
3,0
Tabla 2. Proporciones actualizadas y sugeridas por el autor.
lb/pulg2
175
2500
245
3500
280
315
350
3000
4000
4500
5000
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•
Normalmente la relación A/C debería tener un valor
aproximado entre 0,50 y 0,60 y supone que los agregados se encuentran en condición saturada superficie
seca.
•
En el caso de la dosificación por cajones, los mismos
deberán ser de 30x30x30cm, cuya elaboración se facilita mucho, ya que es la medida comercial de las tablas
que se utilizan para el encofrado o formaleta y a partir
de esa longitud es que se realizaron las memorias de
cálculo en el análisis.
•
Por su parte, al utilizar las cubetas se debe tener en
cuenta que son las de 5 galones y las que normalmente
se utilizan para contener la pintura y otro tipo de acabados en la construcción.
•
La conversión de cajones a cubetas se hace de manera
redondeada, con el fin de que los valores finales sean
de fácil entendimiento en obra.
•
Un cajón equivale aproximadamente a 1,43 cubetas por
volumen y a 1,34 cubetas por peso. Este dato va a depender de las características geométricas y granulométricas de las partículas de los agregados.
•
Un saco de cemento llena aproximadamente 1,5 cajones o 2 cubetas. Este dato podría variar en función del
tipo de cemento y de la marca comercial, aunque en la
mayoría de los casos anda bastante cerca.
Siguiendo con el proceso constructivo, es necesario insistir
en que la historia de la mezcla no implica solamente su fabricación y colocación. También hay que tomar en cuenta
una etapa sumamente importante conocida como el “curado”. Este proceso se refiere al conjunto de acciones necesarias para garantizar el agua de hidratación óptima en la
mezcla de concreto, lo cual se logra evitando la evaporación
o pérdida de agua en la misma, o adicionando agua con el
fin de reponer cualquiera de estos efectos. Una vez que el
concreto ha sido colocado en las formaletas y este adquiere
un apreciable endurecimiento, lo suficiente para que el agua
que fluya no erosione su superficie, el proceso de curado
debe iniciarse.
La presencia de humedad y las temperaturas favorables son
necesarias para la continuación de la combinación química
entre el agua y el cemento. Cuando el curado es iniciado a
temprana edad, se aumenta considerablemente la probabilidad de que el concreto adquiera la resistencia e impermeabilidad requeridas. Este proceso es sumamente importante,
sobre todo cuando la mezcla de concreto está expuesta a
condiciones climáticas severas, tales como altas temperatu-
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ras, ambientes secos, superficies expuestas directamente al
sol y lugares ventosos.
Esta última etapa debe realizarse con mucho cuidado, ya
que debido a un mal curado se puede perder hasta el 30% o
más de la resistencia esperada. Es por ello que se sugiere
curar como mínimo durante 7 días y en trabajos más delicados hasta 14 días. No obstante, en general lo ideal sería
realizarlo durante 28 días, tal como se hace en los ensayos
de laboratorio. Sin embargo, en la práctica y desde el punto
de vista constructivo, esta situación suele ser casi imposible
debido a los atrasos que generaría.
En cuanto al valor de resistencia que se le especifica al concreto, cuando se utiliza cemento de “uso general”, este ha
ido variando conforme cambian los componentes que son
utilizados en su fabricación. Hace algunos años, entre el
2006 y el 2011, aproximadamente el 70% de la resistencia
esperada a 28 días, se desarrollaba en los primeros 7 días
posteriores a la colocación del mismo. Al cumplirse el día
14, ese valor andaba alrededor del 85%. No obstante, al día
de hoy esos porcentajes han variado considerablemente,
principalmente por la incorporación de puzolanas en la producción del cemento, lo que genera un desarrollo más lento
de la resistencia del concreto, principalmente en las primeras 3 semanas. Sin embargo, este factor ayuda a generar
concretos más resistentes, densos y durables a mediano y
largo plazo. Entre el 2012 y el 2013, los resultados en laboratorio nos han dejado evidencia que en los primeros 7 días
se genera actualmente el 50% de la resistencia que se obtiene a 28 días, mientras que es hasta el día 14 que se logra
llegar al 70%. Estos porcentajes son aproximados y podrían
variar dependiendo principalmente del tipo de cemento utilizado, de la relación agua/cemento y del curado aplicado.
No obstante, podemos utilizar los porcentajes de la Tabla 3
para darnos una idea aproximada del desarrollo de resistencia del concreto según la edad del mismo y de esa manera
poder generar una proyección aproximada de la resistencia
de especificación, la cual por lo general se indica a 28 días.
Es claro que en la mayoría de las ocasiones no podemos
esperar todo ese tiempo para recibir la comprobación del laboratorio, por lo que el tener una orientación a la hora de estimar una proyección nos podría ayudar a tomar decisiones
urgentes con respecto al desempeño de la mezcla.
Sin embargo, es recomendable aplicar el sentido común y el
criterio profesional a la hora de sacar conclusiones, ya que
las fluctuaciones que a veces se presentan en las características propias del cemento debido a su fabricación, podría
variar estos valores y hacernos caer en un error. Siempre es
aconsejable investigar las características del cemento que
se está utilizando y en caso de duda, realizar las pruebas de
laboratorio correspondientes.
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Edad
Resistencia
Resistencia
(2006-2011)
(2012-2013)
1 día
20%
7 días
70%
3 días
14 días
15%
55%
30%
85%
70%
50%
28 días
100%
100%
1 año
125%
-----
56 días
-----
125%
Tabla 3. Desarrollo porcentual de la resistencia del concreto en el tiempo
con respecto al día 28.
Para mayor claridad a continuación se presenta la Figura
1 en la que se ilustra la información suministrada en la Tabla 3 y donde se observa el desarrollo de la resistencia en
términos porcentuales, utilizando como punto de referencia
el dato en el día 28. La línea delgada refleja la situación
entre el año 2006 y el 2011 y la línea gruesa indica lo que
está sucediendo en los últimos 2 años. Además se puede
notar como las curvas han variado considerablemente su
comportamiento y lo más relevante es que la ganancia de
resistencia que antes se daba al final de un año, o sea 11
meses después del día 28, ahora se obtiene en sólo un mes
posterior a ese mismo día. Incluso en el laboratorio hubo
una gran cantidad de muestras en donde la resistencia del
concreto en el día 56 se incrementaba entre un 30% y un
40% con respecto al día 28.
Este cambio en el desarrollo de la resistencia ha generado
mucha confusión en los profesionales y trabajadores de la
construcción, ya que algunos han utilizado los datos antiguos para proyectar resistencia de concretos fabricados en
la actualidad. Esta situación ha hecho que a veces se crea
que el concreto no va a cumplir con la resistencia especificada, debido a que equivocadamente esperan un desarrollo
del 70% a los 7 días, cuando hoy en día están llegando a
valores cercanos al 50%. Por ejemplo si se requiere un concreto de 300 kg/cm2 a 28 días y en una semana se tiene un
resultado de 150 kg/cm2, podríamos pensar que si utilizamos
la proyección antigua del 70%, obtendríamos a las 4 semanas un valor de aproximadamente 215 kg/cm2. Este hecho
nos podría poner a dudar de la calidad de la mezcla, sin
embargo si proyectamos con la tendencia actual del 50%,
entonces sí podríamos esperar una magnitud de resistencia
cercana a los 300 kg/cm2.
Nótese que incluso después del día 28, el concreto sigue
adquiriendo resistencia y esta normalmente no es tomada
en cuenta para efectos de poder rescatar un proyecto, en el
que quizás la resistencia no logró cumplir con la especificación a las 4 semanas. Por otra parte, en la Figura 2 se utilizó
información bibliográfica, con el objetivo de poder extender
los valores de resistencia más allá de los 365 días, ya que
por lógica y sentido común, en el laboratorio no contamos
con ese tipo de información, o sea de 10 y 20 años atrás.
Figura 1.
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Figura 2.
Referencias bibliográficas.
1. Araya R., M. Control de calidad del concreto estructural
y del mortero de pega en viviendas. Tesis Lic. Ing. Civil,
Universidad de Costa Rica, 1998.
2. Neville, A.M. Tecnología del concreto. Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, Editorial Limusa, México,
1988.
3. Muñoz, U., F.M. Componentes principales de las mezclas
de concreto. Editorial de la Universidad de Costa Rica,
1998.
4. American Concrete Institute e Instituto Costarricense del
Cemento y del Concreto. Requisitos de reglamento para
concreto estructural y comentario (ACI 318S-05). Primera
impresión, Costa Rica, 2005.
5. Instituto Costarricense del Cemento y del Concreto. Manual de consejos prácticos sobre el concreto. San José,
Costa Rica, 2006.
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