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UNIVERSIDAD PRIVADA BOLIVIANA DIPLOMADO EN CONSTRUCCIÓN DE OBRAS CIVILES Y ARQUITECTURA TECNOLOGÍA Y PATOLOGÍA DEL HORMIGÓN

COMPARACIÓN CUALITATIVA DE UNA DOSIFICACIÓN REFERENCIAL CON RESPECTO A UNA DOSIFICACIÓN REALIZADA POR EL MÉTODO ACI 211.1 PARA AGREGADOS DE LA CANTERA DE SANTA ANA DE LA CIUDAD DE ORURO Autor: Israel Luis Colque Paz 1. INTRODUCCIÓN. Hoy en día en la ciudad de Oruro es muy común poder apreciar qué en las obras, que casi en su totalidad son de hormigón armado, no se realiza una dosificación de los materiales que componen el hormigón, sino simplemente muchos constructores se remiten al uso de tablas referenciales de dosificaciones que existen en internet o en algunas bibliografías como ser el famosos 1:2:3; y tampoco realizan el control de calidad correspondiente del hormigón elaborado con dichas tablas referenciales. El presente ensayo tiene como como objetivo realizar una comparación cualitativa entre una dosificación referencial de tablas con una dosificación patrón realizada por un método bastante conocido y aceptado como es método ACI 211.1. Los parámetros de comparación son:   

Costo de los materiales y del hormigón. Relación agua/cemento. Relación de pesos de los agregados.

Las dosificaciones y comparaciones simplemente se las realizara para el cálculo en estudio, sin considerar una verificación con ensayos de laboratorio. Se tomará como referencia para este ensayo el cemento EMISA bastante utilizado en la ciudad de Oruro; y los agregados de la zona de Santa Ana en las afueras de la ciudad de Oruro. 2. DESARROLLO. 2.1. Dosificación del Hormigón. Dosificación del hormigón es determinar el cálculo de los materiales que componen el mismo, para que cumpla criterios de:      

Resistencia Durabilidad Consistencia Trabajabilidad Docilidad etc.

Los materiales que componen el hormigón son cemento, agregado fino, agregado grueso, agua, aire y aditivos; en algunos casos se puede prescindir de los aditivos como se lo realizará en este ensayo, donde no se realizará la dosificación del aditivo.

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En algunos casos tampoco se considera en los resultados finales de la dosificación el aire, debido a que no es un componente que se tenga que comprar, sino más bien es un componente que aparece debido a las características de los agregados y el cemento. Por lo tanto, cuando se realiza la dosificación generalmente se determinan la cantidad de cemento, agregado fino, agregado grueso y agua. Estas pueden estar expresadas en peso o en volumen. Existen diversos métodos de dosificación, se menciona algunos como son:    

Método del ACI 211.1 Método de Jiménez Montoya. Método de Fuller. Método de Bolomy.

A parte de estos cuatro métodos mencionados existe otros métodos más. Ninguno de estos métodos brinda una cantidad precisa o exacta de la cantidad de materiales que se requieren para cumplir de manera suficiente con los criterios mencionados anteriormente, pero si brindan cantidades aproximadas de materiales para superar los criterios que se deben cumplir, o en algunos casos se acercan a la mayoría de los criterios, teniendo que realizar ciertas modificaciones para satisfacer con los criterios no cumplidos. Como un ejemplo se presenta la situación en la que la cantidad de materiales mezclados cumple con la resistencia y durabilidad, pero no cumple con la consistencia, trabajabilidad y docilidad; por lo cual se debe aumentar en un porcentaje mínimo la cantidad de agua para que aumente la consistencia, trabajabilidad y docilidad sin comprometer la resistencia y la durabilidad. Los métodos de dosificación nos brindan la cantidad de materiales agregados en estado seco; pero en el momento previo de entrar a la mezcla y durante la mezcla, el agregado no se encuentra en estado seco, sino más bien se encuentran en estado húmedo antes de la mezcla y en estado saturado superficialmente seco durante la mezcla; Por lo tanto, muy aparte de las modificaciones que se mencionó en el párrafo anterior, siempre se debe realizar una corrección de los agregados y el agua debido a la humedad superficial de los agregados. En este trabajo se determinará el cálculo de materiales sin realizar ninguna corrección debido a que la humedad superficial de los agregados cambia de acuerdo a las condiciones de ambiente y condiciones climatológicas del lugar donde se encuentran almacenados los agregados. Por lo cual, se determinará la cantidad de agregados en estado seco. En el presente ensayo se trabajará con el método de dosificación del ACI 211.1 como dosificación patrón con la cual se compararán cualitativamente las dosificaciones referenciales.

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2.2. Datos de los Materiales y el Hormigón para la Dosificación según el Método ACI 211.1. Cuando se realiza la dosificación según el Método ACI 211.1 se requiere contar con los datos que figuran en la Tabla 1. Tabla 1. Datos para el Método ACI 211.1 Material Dato Resistencia característica especifica fc´ Hormigón Consistencia Uso o exposición Tipo de cemento Cemento Peso especifico PEC Agregado fino

Módulo de finura MFAF Peso específico absoluto PEAF Tamaño máximo nominal TMÁXNOM AG

Agregado grueso

Peso específico absoluto PEAG Peso unitario compactado PUCAG

Las características del hormigón patrón de este ensayo se presentan en la Tabla 2 Tabla 2. Parámetros del hormigón patrón. Resistencia característica especifica Consistencia Uso o exposición

fc´ 280  kg cm2 

Plástica 7.5  cm   10  cm  Condiciones normales (Sin aire incluido)

En el caso del cemento se trabaja con un cemento EMISA IP 30 cuyas características se presentan en la Tabla 3. Se debe aclarar que debido a que no se cuenta con información fidedigna de la composición del cemento en cuanto a sus características químicas y de puzolana se realizará a dosificación como si fuera un cemento de tipo I simplemente. Tabla 3. Datos del cemento EMISA IP30. Tipo de cemento IP30 PEC  3150  kg m3  Peso específico Costo de la bolsa 50  kg 

Bs 55

Para el agregado fino se toma en cuenta que el agregado proviene del sector de Santa Ana; para el cual se presentan las características de dicho agregado en la Tabla 4. Tabla 4. Datos del agregado fino proveniente de Santa Ana. MFAF  3.20 Módulo de finura Peso específico absoluto

PEAF  2.50

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Peso unitario suelto Costo del metro cúbico

PUS AF  1615.470  kg m3 

Bs 80

Para el caso del agregado grueso, de igual manera se toma en cuenta que el agregado proviene del sector de Santa Ana; para el cual sus características se presentan en la Tabla 5. Tabla 5. Datos del agregado grueso proveniente de Santa Ana. TMÁXNOM AG  1" Tamaño máximo nominal Peso específico absoluto

PEAG  2.51

Peso unitario suelto

PUS AG  1627.330  kg m3 

Peso unitario compactado Costo del metro cúbico

PUC AG  1737.000  kg m3 

Bs 80

Estos son los datos y parámetros del hormigón y sus componentes para poder realizar la dosificación y su posterior análisis. 2.3. Dosificación del Hormigón según el Método ACI 211.1. Se procede a determinar las cantidades de los materiales componentes del hormigón de acuerdo a las indicaciones y recomendaciones del Método ACI 211.1. 1er Paso. Resistencia característica requerida fcr´ . Según el anexo como se tiene una resistencia característica especifica de 280  kg cm2  , entonces se tiene: fcr´ fc´85  280  85 fcr´ 365  kg cm2 

2do Paso. Peso del agua PH2O . Y porcentaje de aire %Aire . De acuerdo a los datos de los componentes y el anexo se tiene: TMÁXNOM AG  1"

 kg   PH2O  193  m3 H   Anexo B Consistencia plástica     %Aire  1.5  %  Sin aire incluido 

3er Paso. Relación agua/cemento

A

C

. Y peso del cemento PC .

De acuerdo a los datos de los componentes y el anexo se tiene la relación agua/cemento:

 Anexo C    Consistencia plástica  fcr´ 365  kg cm2 

 A C  0.465

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Se debe mencionar que al no encontrarse un valor para la resistencia característica requerida se procede a interpolar para determinar la relación agua/cemento. El peso del cemento se determina en base al peso del agua y la relación agua/cemento: PC 

PH2O A



C

193 0.465

PC  415.054  kg m3 H  

4to Paso. Volumen compactado de agregado grueso VPUC AG . Y peso del agregado grueso

PAG . De acuerdo a los datos de los componentes y el anexo se tiene que el volumen compactado del agregado grueso es: TMÁXNOM AG  1" Anexo D    MFAF  3.20 

V

PUC AG

 0.63  m

3

m3 H 



El peso del agregado grueso se determina en base al peso unitario compactado del agregado grueso y al volumen compactado de agregado grueso:

PAG  PUCAG VOLPUC AG  1737.000  0.63 PAG  1094.310  kg m3 H  

5to Paso. Peso del agregado fino PAF . El peso del agregado fino se lo puede determinar de dos maneras:  

Mediante pesos, es decir mediante la sumatoria de los pesos de los componentes del hormigón y el peso del hormigón fresco. Mediante volúmenes absolutos, es decir mediante la sumatoria de los volúmenes absolutos de los componentes del hormigón y el volumen de un metro cubico de hormigón.

Esta segunda manera es la que se utilizará en este trabajo para determinar el peso del agregado fino. Por lo tanto, primero se determina el volumen absoluto de los componentes que se tiene y su sumatoria: C:

AG :

PC 415.054 3   0.132  m m3 H   PEC 3150

PAG 1094.310 3   0.436  m m3 H   PE AG 2510

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H 2O :

PH20 193 3   0.193  m m3 H   PEH20 1000

Aire :

%Aire 1.5 3   0.015  m m3 H   100% 100

Vol

Abs

 0.776  m

3

m3 H 



Posteriormente se determina el volumen absoluto del agregado fino y luego el peso del agregado fino mediante el siguiente procedimiento: Vol Abs AF  Vol1m3    Vol Abs  1  0.776 



Vol Abs AF  0.224  m

3

m3 H 



PAF  Vol Abs AF  PEAF  0.224  2500 PAF  560.000  kg m3 H  

6to Paso. Resumen de pesos de materiales para 1 metro cubico de hormigón. C  415.054  kg 

AF  560.000  kg  AG  1094.310  kg 

H 2O  193  kg 

7mo Paso. Volúmenes de agregado fino y agregado grueso para 1 metro cúbico de hormigón. VAF y VAG . Para realizar la compra de los agregados, no se la realiza en unidades de peso, sino se las realiza en unidades de volumen, por eso es prudente expresar las cantidades requeridas para 1 metro cubico de hormigón en unidades de volumen. Para poder determinar estos volúmenes se utiliza la relación de los pesos unitarios sueltos; por lo tanto, los volúmenes de los agregados para un metro cubico son son: VAF 

PAF 560.000  PUS AF 1615.470

VAF  0.347  m3  VAG 

PAG 1094.310  PUS AG 1627.330

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VAG  0.672  m3 

8vo Paso. Dosificación de hormigón de acuerdo al método ACI211.1 En la Tabla 6 se presenta el resumen de cantidad de materiales de acuerdo al método ACI211.1; que se tomara como dosificación patrón. Tabla 6. Dosificación de materiales para fc´= 280  kg cm2  de acuerdo al método ACI211.1 para 1  m3  de hormigón. Cemento Agregado Fino  m 3   kg   kg  415.045

560.000

0.347

Agregado Grueso  m 3   kg  1094.310

0.672

 kg 

Agua

193.000

 m 3  0.193

2.4. Dosificaciones Referenciales del Hormigón. En muchos casos las empresas que venden cemento y las empresas allegadas al uso de hormigón proporcionan una dosificación referencial de la cantidad de materiales que se debe utilizar para una determinada resistencia o estructura; de igual manera en algunos libros se encuentran dosificaciones referenciales de acuerdo a la resistencia de la estructura; también en obra el personal de construcción utiliza dosificaciones en base a la experiencia de los obreros. En la Tabla 7 se presenta la dosificación referencial de Aceros Arequipa. Tabla 7. Dosificación referencial de Aceros Arequipa. Resistencia fc' Cemento Agregado Fino Agregado Grueso  m 3   m 3   kg cm 2   kg  280 420 0.67 0.67 240 380 0.60 0.76 226 350 0.55 0.84 210 320 0.52 0.90 200 300 0.48 0.95

Agua  m 3  0.19 0.18 0.17 0.17 0.16

En este trabajo se realizara la comparación cualitativa de la dosificación referencial para una resistencia de hormigón de 280  kg cm2  . A continuación, se determina los pesos del agregado fino y agregado grueso para un metro cubico de hormigón mediante el uso de los pesos unitarios sueltos.

PAF  VAF  PUS AF  0.67 1615.470 PAF  1082.365  kg 

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PAG  VAG  PUS AG  0.67 1627.330 PAG  1090.311 kg 

En la Tabla 8 se presenta la cantidad de materiales de acuerdo a la dosificación referencial. Tabla 8. Dosificación de materiales para fc´= 280  kg cm2  según dosificación referencial para 1  m3  de hormigón. Cemento Agregado Fino Agregado Grueso 3  m   m 3   kg   kg   kg  420

1082.365

0.67

1090.311

0.67

Agua  kg  m 3  190

0.19

2.5. Parámetros de Comparación. 2.5.1 Costo. Para realizar una comparación de costos primeramente se determina los costos de los materiales para un metro cubico de hormigón; se realiza solo el cálculo del cemento y los agregados. En caso de la dosificación patrón, es decir de la dosificación mediante el método ACI 211., se tiene:

C : 415.045  kg  

55  Bs  50  kg 

 456.55  Bs 

AF : 0.347 m3   80  Bs 3   27.76  Bs   m  AG : 0.672 m3   80  Bs 3   53.76  Bs   m  En el caso de la dosificación referencial, se tiene:

C : 420  kg  

55  Bs  50  kg 

 462.00  Bs 

AF : 0.67 m3   80  Bs 3   53.60  Bs   m 

AG : 0.67 m3   80  Bs 3   53.60  Bs   m  Por lo tanto, para realizar la comparación de costos se determina el costo total de los materiales de ambas dosificaciones y este resumen de costos y comparación de los mismos se presenta en la Tabla 9.

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Tabla 9. Resumen de costo de materiales y costo total para 1  m3  de la dosificación con el método ACI 211.1 y la dosificación referencial. Material Dosificación ACI 211.1 Dosificación Referencial 462.00  Bs  456.55  Bs  Cemento Agregado Fino

27.76  Bs 

53.60  Bs 

Agregado Grueso

53.76  Bs 

53.60  Bs 

Costo Total

538.07  Bs 

569.20  Bs  31.13  Bs 

Diferencia de Costo

Como se puede apreciar el costo de los materiales para 1  m3  de hormigón dosificados por el método ACI 211.1 es 31.13  Bs  más económico que el costo de los materiales mediante el uso de la dosificación referencial de Aceros Arequipa. 2.5.2 Relación agua/cemento. Primeramente, se realiza el cálculo de la relación agua/cemento de la dosificación por el método ACI 211.1: A

C



PH2O 193   0.465 PC 415.045

Posteriormente se realiza el cálculo de la relación agua/cemento de la dosificación referencial: A

C



PH2O 190   0.452 PC 420

En la Tabla 10 se presenta una comparación de ambos resultados calculados. Tabla 10. Comparación de relación A C de la dosificación con el método ACI 211.1 y la dosificación referencial. Parámetro Dosificación ACI 211.1 Dosificación Referencial A 0.452 0.465 C Como se puede apreciar ambas relaciones A C son muy similares dando lugar a que con ambas dosificaciones pueden brindar la misma consistencia. 2.5.3 Relación de pesos de los agregados. Primeramente, se calcula la relación de pesos de los agregados para la dosificación mediante el método ACI 211.1: PAG

PAF



1094.310  1.95 560.000

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Posteriormente se determina la relación de pesos de los agregados para la dosificación referencial: PAG

PAF



1090.311  1.01 1082.365

En la Tabla 11 se presenta una comparación de ambos resultados calculados. Tabla 11. Comparación de la relación PAG PAF de la dosificación con el método ACI 211.1 y la dosificación referencial. Parámetro Dosificación ACI 211.1 Dosificación Referencial PAG 1.95 1.01 PAF Como se puede apreciar la dosificación por el método ACI 211.1 presenta una relación de pesos de los agregados más alta en comparación con la dosificación referencial; siendo la diferencia aproximadamente del noventa y tres por ciento. 3. CONCLUSIONES. En la Tabla 12 se presenta un resumen de los resultados finales de la comparación entre la dosificación por el método ACI 211.1 y una dosificación referencial, de los que se puede sacar las siguientes conclusiones: 





El costo de los materiales de calculados mediante el método ACI 211.1 es menor en comparación con el costo de los materiales de acuerdo a una dosificación referencial; lo cual en una obra de bastante volumen de hormigón puede significar una variación económica considerable. Ambas dosificaciones nos presentan una relación agua/cemento próximo, siendo que se tienen cantidades de cemento y agua muy próximos entre ambas dosificaciones; lo mismo pasa con la cantidad de agregado grueso cuyo valor es muy próximo entre ambas dosificaciones; pero pasa todo lo contrario con la cantidad de agregado fino, donde se puede apreciar que existe una diferencia bastante grande entre ambas dosificaciones, requiriéndose mayor cantidad de agregado fino en la dosificación referencial. En el caso de la relación de pesos de los agregados existe una diferencia bastante grande entre ambas dosificaciones, debido especialmente a la diferencia de peso del agregado fino. De acuerdo a lo que indica Jiménez Montoya (2011), si se aumenta la relación de pesos de los agregados se aumenta también la resistencia del hormigón; por lo cual se podría decir que la dosificación mediante el método ACI 211.1 tiende a tener una mayor resistencia en comparación con la dosificación referencial.

El autor de este ensayo concluye que en lo posible siempre se debe realizar una dosificación mediante un método establecido o reconocido, y no tomar valores de tablas referenciales; debido que al realizar una dosificación con algún método se consideran parámetros o características de los componentes como ser: pesos específicos, módulos de finura, tamaño máximo nominal, consistencia, resistencia característica específica, pesos unitarios,

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porcentajes de absorción, porcentajes de humedad, granulometría, etc.; valores que nos presentan la realidad de las características de los componentes del hormigón, que en ningún caso son iguales entre agregados de diferentes lugares o cementos de diferentes empresas; por lo cual nos pueden brindar una dosificación más adecuada para nuestro hormigón, llegando en algunos casos, como en este, a reducir el costo de los materiales que se requieren. En cambio, cuando uno utiliza una dosificación referencial no toma en cuenta las características de los materiales del hormigón y si bien, como en este ensayo, se puede aproximar algunas cantidades de materiales, no siempre se tiene la certeza de si son correctos. Tabla 12. Resultados finales de la dosificación del método ACI 211.1 y la dosificación referencial. Parámetro Dosificación ACI 211.1 Dosificación Referencial 538.07  Bs  569.20  Bs  Costo Total A

PAG

C

0.465

0.452

PAF

1.95

1.01

El autor recomienda que para una comparación y valoración de mayor certeza y de mayor validez se debe realizar una comparación mediante ensayos de laboratorio como son la resistencia a la compresión de probetas, consistencia del hormigón y contenido de aire; debido a que este ensayo simplemente se tomó un cálculo numérico para validar la comparación, el cual, si bien nos brinda cantidades de materiales adecuadas, siempre se debe realizar su verificación en laboratorio.