Diseño de mezclas de hormigón: métodos empíricos y analíticos

Abstract

EI tema del "diseño de mezclas de hormigón" ha motivado la imaginación de expertos e ingenieros durante más de un siglo. Sin embargo muchos han concluido, después de extensos estudios teóricos y experimentales, que hay una gran dificultad para concebir, dosificar y fabricar " el hormigón perfecto " es decir aquel producto con sus mejores propiedades estructurales. Comprender este aspecto se hace sencillo al revisar el ciclo de vida de cualquier estructura construida con este material. AI momento de planear la dosificación de una mezcla de hormigón, la mayor preocupación se centra en su costo, posteriormente, cuando es preparado, esta se traslada a la facilidad para ser colocado; en su etapa de fraguado y endurecimiento es la velocidad con la que se gana resistencia y el tratamiento que se requiere para su comportamiento en servicio, y por último, cuando ha alcanzado su madurez, el interés se concentra en responder a la pregunta: ¿Cuánto tiempo permanecerá con la resistencia, textura y permeabilidad adecuadas?. Las anteriores anotaciones esconden las variables que deben tenerse en cuenta al momento de diseñar una mezcla de hormigón. EI costo, la resistencia a compresión, a cortante, a flexión y a torsión, la densidad, el módulo de elasticidad y el de Poisson, las características de acabado, color y textura, la durabilidad, la permeabilidad y fatiga, la abrasión, la trabajabilidad, las necesidades de colocación, el vibrado, el curado, el fraguado, la ganancia de resistencia con el tiempo, la fluencia, la retracción, el comportamiento frente al fuego, los ambientes climáticos agresivos y las cargas de impacto o que producen vibración. Neville divide estas variables en dos amplios grupos y las clasifica como: las requeridas para el hormigón endurecido que se rigen por las características de la estructura y las requeridas por el hormigón fresco que se rigen por el tipo de construcción y por las condiciones de colocación. Es obvio que no todas las obras requieren de un análisis riguroso de las variables antes mencionadas y que en algunas obras prevalecerán unas sobre otras. Esto ha llevado a la creación de grupos de hormigones según el "valor'" de estas variables, apareciendo adjetivos tales como: normal, seco, pesado, liviano, de alta resistencia, autonivelante, de fraguado rápido, con adiciones, con aditivos y de alto desempeño. A este último, olvidando o aislando la variable costo, podría calificársele como el "casi-perfecto". La ingeniería ha conjugado entonces la investigación, la experiencia y el empirismo con el objetivo de encontrar métodos que permitan especificar las cantidades de cada material que garanticen, suponiendo un correcto mezclado y curado, un hormigón con las características deseables. Estos métodos no son ni exactos ni únicos, se han adaptado y asociado a cada uno de los hormigones señalados en el párrafo anterior. Cada uno de ellos se basa en un procedimiento que evoluciona mediante ciclos de ensayo y error y que resulta especial para optimizar una variable en particular, algunos de estos métodos son: Weymouth, Fuller-Thompson, Bolomey, Faury, Joisel, ACI-211.1. Antes de terminar estas líneas es importante hacer énfasis en que es un ideal, por lo menos por ahora, obtener un hormigón en el cual se alcance, al mismo tiempo, el máximo "valor" para cada una de las variables al principio anotadas. Esto convierte el diseño de mezclas en un intento por encontrar las proporciones que generen un compuesto de características aceptables en todo momento de su ciclo de vida y al cual se pueda 'llamar el "hormigón adecuado". A partir de lo anterior no debe deducirse que hacer un " buen hormigón" sea imposible o extremadamente difícil. EI seleccionar los materiales, luego estudiar experimentalmente sus propiedades y finalmente proponer unas proporciones es un procedimiento que sigue siendo confiable y útil en Ia mayoría de las aplicaciones prácticas. De nuevo puede citarse a Nevile quien anota: los ingredientes de un “mal hormigón" y de un "buen hormigón" son exactamente los mismos para lograr el primero "solo hay que mezclar un cementante con agregados, agua y aditivos consiguiendo una sustancia de inadecuada consistencia que al endurecerse se convierte en una masa no homogénea con cavidades,......... , la diferencia radica tan solo en conocimientos prácticos en el “saber cómo" que a menudo no representa ningún costo adicional en la obra.