Del balance inicial a la realidad del hormigón
«Ya sabemos cuánta agua hemos introducido. Ahora intentemos entender dónde está y qué está haciendo.»
1. Una pregunta aparentemente sencilla
↪¿Cuánta agua tiene un hormigón?
En principio debería ser una pregunta relativamente fácil de responder: la planta conoce el agua dosificada, podemos medir la humedad de los áridos, determinar su absorción, registrar las adiciones posteriores y reconstruir el balance hídrico de cada amasada.
Sin embargo, cuando empezamos a contrastar esos cálculos con datos reales de producción, la respuesta deja de ser tan sencilla.
Durante nuestros controles diarios y el desarrollo de sistemas de seguimiento de producción trabajamos con información camión a camión: dosificaciones reales, humedades, absorciones, correcciones de los áridos, agua de planta, ajustes, consistencia, K-Slump, temperatura, densidad, aire y, cuando está disponible, información obtenida durante transporte y descarga y … a veces el balance matemático y el comportamiento físico del hormigón no parecen contar la misma historia.
Cuando esto ocurre tenemos dos posibilidades:
| 1 | 2 |
| Aceptar que el hormigón ha cambiado radicalmente. | O preguntarnos si alguno de los datos o hipótesis utilizados para reconstruir su estado hídrico representa correctamente lo que realmente ocurrió. |
La segunda cuestión constituye el punto de partida de este artículo.
2. Antes de hablar de agua efectiva: ¿de qué agua hablamos?
↪Agua dosificada
Es el agua introducida directamente mediante el sistema de dosificación de la planta.
Probablemente sea una de las cantidades mejor conocidas del proceso, siempre que el sistema de medida se encuentre correctamente tarado y calibrado.
Tengamos en cuenta la arquitectura de dosificación de aporte de agua y/o aditivos y la secuencia con el orden y cadencia de entrada que influirá notablemente en la respuesta de hidratación y dispersión de las masas
Pero en absoluto no representa toda el agua que entra en el hormigón.
↪Agua efectiva de cálculo
Es la cantidad obtenida al considerar, conforme al criterio de cálculo adoptado, las distintas aportaciones y detracciones de agua del sistema.
Wef = Wdos + Whum + Wotros − Wno efectiva
*Wdos= agua dosificada en el sistema
*Whum=aguas procedentes de las humedades de los materiales
*Wotros=aguas aportadas extras:durante, posterior e incluso en obra(que deben ser contabilizados y tenidos en cuenta en el sistema)
*Wno efectiva=absorciones del sistema, computando preferentemente las de las arenas y los agregados-áridos
La formulación exacta dependerá del criterio aplicado, pero respetando todas las cantidades de agua que se aporten al sistema, sin esconder, eludir u obviar ninguna.
Esta es la “magnitud real” de aguas que posteriormente intervendrán en la relación agua/cemento o agua/ligante.
↪Agua disponible en un instante determinado
Existe además otra magnitud que resulta útil para interpretar el comportamiento del hormigón fresco:
| Determinar | Obtener |
| “Determinar la cantidad y distribución de fase líquida físicamente disponible dentro del sistema en un determinado instante sin plantearse como una nueva definición normativa, siendo una herramienta muy útil de interpretación”. | agua efectiva de cálculo ≠ disponibilidad instantánea de la fase líquida |
3. Humedad y absorción: dos números que deben leerse juntos
Conocer que una arena tiene una humedad del 3 % no es suficiente para conocer su estado hídrico.
Necesitamos conocer también su absorción UNE-EN 1097-6 (Ensayos para determinar las propiedades mecánicas y físicas de los áridos. Parte 6: Determinación de la densidad de partículas y la absorción de agua).
| A = (MSSS − Mseca) / Mseca × 100 | H = (Mhúmeda − Mseca) / Mseca × 100 | Estado respecto a SSS = H − A |
| H < A → déficit respecto a SSS H ≈ A → situación próxima a SSS H > A → humedad superficial por encima de SSS |
Por tanto, dos arenas con exactamente un 3 % de humedad pueden encontrarse en estados completamente diferentes.
Una arena con absorción del 1 % dispondrá aproximadamente de un 2 % de humedad por encima de SSS.
Otra con absorción del 3,5 % continuará presentando un déficit aproximado del 0,5 %.
| La humedad nos dice cuánta agua contiene el árido. | La absorción nos ayuda a interpretar dónde puede encontrarse esa agua respecto al estado SSS. |
4. La humedad tiene hora
Aquí aparece uno de los primeros problemas cuando abandonamos el laboratorio y entramos en una planta real.
La humedad no permanece necesariamente constante durante toda una jornada.
Tampoco lo hace uniformemente en los acopios, pudiendo tener niveles de humedades diferentes, siendo necesario interpretar el perfil hídrico de cada acopio.
↪Perfil hídrico de cada acopio
Ejemplo de medición real de humedades en varias partes de un acopio:
| Zona | Humedad |
| Superior | 4,8 % |
| Media | 5,5 % |
| Interior | 6,1 % |
| Pie | 7,0 % |
| Media: | 5,85 % |
Sin embargo: ΔH = Hmáx − Hmín = 2,2 puntos porcentuales
Para 800 kg/m³ de arena: ΔAgua potencial = 800 × 0,022 = 17,6 l/m³
Por tanto, el dato verdaderamente importante no es únicamente la humedad media sino su dispersión espacial y temporal.
↪toma de muestras
No resulta razonable ni operativo pretender medir manualmente la humedad de todos los áridos antes de fabricar cada camión.
Tampoco será realista entender que los niveles de humedades pueden y deben ser constantes.
Como hemos mencionado estos niveles de humedades tienen estados diferentes en diferentes tramos horarios según diversos factores.
Cada material tiene una naturaleza, una morfología y cada acopio tiene unas características que hacen que los materiales evacuen, retengan o reciban las cantidades de aguas de maneras diferentes.
También hay que tener en cuenta la procedencia de los materiales al igual que el estado en el que lleguen a acopios o a tolvas, teniendo especial precaución con aquellos que sean lavados y que en el transporte acarree grandes cantidades de aguas al no haber permanecido el tiempo suficiente drenando estos en las instalaciones extractoras.
Se recomienda que estas llegadas sean siempre supervisadas y tratadas en zonas de acopio que tengan drenajes utilizándose solo cuando tengamos seguridad de que hayan perdido esa agua sobrante, utilizarlas sin recudir ese sobrante y meterlas en la producción altera de forma muy significativa el balance hídrico, con ello la reología y las relaciones a/c de las producciones.
Habrá situaciones de plantas sin acopios y donde se descargan directamente los camiones en Tolvas receptoras, en este caso habrá que tener especial cuidado con las llegadas y tomar muestra a cada recepción.
En el caso de plantas con materiales muy secos, atechados e incluso alimentadas desde una instalación extractora y/o transformadora, habrá que buscar un acceso en descargas de Tolvas para tomar muestras y medir periódicamente.
En el caso de plantas con acopios sin techo hay que realizar muestreos y mediciones discretas programadas dentro de un proceso continuo, al igual que generar sistemas de alarma de cambios en los acopios: aviso de lluvias, riegos parciales o conjuntos, entregas de bañeras con altos niveles de humedad, se trata de un trabajo en equipo realizado por varias personas coordinadas y comunicadas en todo momento.
↪ancla temporal
Asignar a toda una jornada una humedad determinada muchas horas antes puede introducir una incertidumbre mucho mayor que los decimales con los que posteriormente expresamos una relación agua/cemento.
Los intervalos o cadencias de muestreo deben estar programados y que éstos se adecúen al material que entra en las producciones.
Tengamos en cuenta que cuando iniciemos la producción debemos haber determinado las humedades anteriormente que tengamos de los materiales acopiados en las tolvas con un margen de error permisible, teniendo en cuenta que por gravedad esas humedades se irán filtrando hacía al fondo de las tolvas generando que en los primeros ciclos ese agua vaya entrar y actuando con máxima precaución en esas cargas.
5. La humedad también modifica la masa
La humedad no solamente introduce agua, también modifica la cantidad de sólido contenida en cada kilogramo de material húmedo.
Si necesitamos incorporar 1.000 kg de arena seca y ésta presenta H = 3 % sobre masa seca, el sistema hará un aporte directo de 1.030 kg Mhúmeda = 1.000 × 1,03 = 1.030 kg. Los 1.030 kg contienen 1.000 kg de sólido seco + 30 kg de agua.
Si simplemente pesáramos 1.000 kg de esa arena húmeda, estaríamos incorporando aproximadamente 970,9 kg de sólido + 29,1 kg de agua faltando unos 29 kg de arena seca respecto a la composición prevista.
Muchos sistemas de producción de hormigones realizan automáticamente esta corrección.
Por tanto, cuando analizamos posteriormente un parte de carga necesitamos conocer exactamente qué representa cada dato.
No podemos comparar una masa húmeda realmente pesada con la masa seca nominal de la fórmula y volver a aplicar automáticamente una corrección.
Antes de corregir un dato debemos saber qué ha corregido ya la planta.
Comentaba en mi anterior artículo que existe además otra forma de observar el problema que, a mi juicio, ayuda a entender mejor la verdadera importancia del agua dentro del hormigón: dejar de pensar únicamente en masa y comenzar a pensar también en volumen.
Cuando expresamos la composición de un hormigón en kg/m³, el agua puede parecer una fracción relativamente pequeña del conjunto. Para un hormigón convencional, con densidades próximas a 2.350–2.450 kg/m³ y contenidos de agua del orden de 150–185 kg/m³, el agua representa aproximadamente entre un 6 y un 8 % de la masa total.
Vista exclusivamente de esta manera, podría parecer una cantidad relativamente secundaria.
Pero el agua tiene una densidad próxima a 1 kg/L.
Por tanto: 150 kg de agua ≈ 150 litros / 170 kg de agua ≈ 170 litros / 185 kg de agua ≈ 185 litros
En términos de volumen inicial equivalente, 150–185 litros representan entre un 15 y un 18,5 % de un metro cúbico de hormigón.
La perspectiva cambia completamente ya que 10 L/m³ parecen insignificantes respecto de 2.400 kg de hormigón: ≈0,4 % de su masa, pero frente a 160 L de agua representan: 10 / 160 = 6,25 % del agua existente. Una desviación de 10 L/m³ puede parecer insignificante frente a las aproximadamente 2,4 toneladas que pesa un metro cúbico de hormigón: supone apenas un 0,4 % de su masa total.
Sin embargo, si ese hormigón contiene aproximadamente 160 L/m³ de agua, esos mismos 10 litros representan más de un 6 % del agua del sistema. Y con 300 kg/m³ de cemento significan: Δ(a/c) = 10 / 300 = 0,033.
Es decir, suficiente para desplazar una relación a/c de 0,45 hasta aproximadamente 0,48.
Estamos hablando de un componente que puede representar menos del 8 % de la masa del hormigón pero ocupar cerca de una sexta parte de su volumen.
Y sobre esa cantidad estamos aceptando, en determinadas fabricaciones, incertidumbres de varios litros por metro cúbico.
6. La absorción no es instantánea
Existe un problema previo a preguntarnos cuánto tarda un árido en absorber agua:
¿conocemos realmente su absorción?
En la práctica industrial encontramos en ocasiones valores declarados de absorción sorprendentemente bajos que, cuando se contrastan experimentalmente sobre el material realmente utilizado, no siempre coinciden con los obtenidos mediante una determinación cuidadosa del estado saturado y superficie seca (SSS).
Y la diferencia puede ser importante.
No es lo mismo trabajar en nuestros cálculos con una absorción del 1,0 % que descubrir experimentalmente que el material presenta valores del 3,0 %, 3,5 % o incluso superiores.
En 1.000 kg de árido seco, pasar de considerar una absorción del 1,0 % a una del 3,5 % supone una diferencia potencial de 25 litros de agua respecto al estado SSS.
Si introducimos en nuestro balance el primer valor cuando el comportamiento real del material se aproxima al segundo, difícilmente conseguiremos reconstruir correctamente el sistema hídrico.
Pero debemos precisar qué significa realmente SSS: El estado saturado y superficie seca no corresponde a un árido completamente seco.
Es precisamente un estado de referencia en el que los poros accesibles al agua se consideran saturados, mientras que la superficie exterior se encuentra seca, sin una película de agua libre adherida.
Por eso la determinación correcta de ese punto resulta especialmente delicada en las arenas.
La EN 1097-6 establece métodos de referencia para determinar la densidad de partículas y la absorción de agua.
Para los áridos normales, la absorción se determina después del periodo de inmersión establecido y mediante la diferencia entre la masa en condición saturada y superficie seca y la masa seca en estufa.
En las fracciones finas, identificar correctamente el estado de superficie seca constituye una parte crítica del procedimiento.
Por tanto, el secado no puede convertirse simplemente en una operación rápida destinada a obtener un número.
Debe alcanzarse correctamente el estado que define el procedimiento.
Un error pequeño en absorción puede convertirse en un error grande en agua
Este aspecto adquiere especial importancia cuando utilizamos posteriormente la absorción para reconstruir el agua efectiva del hormigón.
Si utilizamos: A = 1,0 %, cuando el material que realmente estamos empleando presenta: A = 3,5 % la diferencia es: ΔA = 2,5 %.
Para 800 kg/m³ de ese árido: 800 × 0,025 = 20 kg de agua/m³ Para 1.000 kg: 1.000 × 0,025 = 25 kg de agua/m³.
Ya no estamos hablando de décimas en una relación agua/cemento, estamos hablando de cantidades capaces de modificar radicalmente nuestra interpretación del balance hídrico.
Y entonces puede suceder algo paradójico: los números del cálculo del agua nominal del hormigón parece no cuadrar cuando, en realidad, lo que no cuadraba era uno de los datos utilizados para explicarlo.
A esto le sumamos otro problema: el tiempo ya que incluso suponiendo que la absorción determinada sea correcta, continúa existiendo otra cuestión de la capacidad de absorción hasta SSS ≠ absorción realmente alcanzada en un instante t, existiendo una cinética que muy pocas veces es tenida en cuenta.
Que un árido presente una absorción WA24 determinada mediante el procedimiento de referencia no significa necesariamente que toda esa capacidad se alcance durante los segundos de amasado o durante los primeros minutos de vida del hormigón.
Influyen la porosidad, la microestructura, el tamaño de partícula, la humedad inicial, la temperatura, el tiempo de contacto y las características de la propia fase líquida.
| Por tanto, aparecen dos incertidumbres diferentes que no deberíamos confundir: 1. ¿Cuál es realmente la capacidad de absorción del árido? 2. ¿Qué fracción de esa capacidad se ha alcanzado en el instante que estamos analizando? La primera es un problema de caracterización del material. La segunda es un problema de cinética y tiempo. Y ambas afectan directamente a cualquier intento de reconstruir el agua efectiva del hormigón. |
7. ¿Solo agua libre o agua absorbida?
La representación convencional distingue fundamentalmente entre agua superficial y agua absorbida.
Sin embargo, determinados áridos con elevada rugosidad, microfisuración o pequeñas cavidades superficiales pueden presentar fenómenos de retención temporal de solución líquida.
agua libre ⇄ fase retenida superficialmente ⇄ agua nuevamente disponible
Debe tratarse todavía como una hipótesis física a verificar, no como una nueva categoría normativa de agua.
La aparición de pequeñas migraciones superficiales, exudaciones localizadas o burbujas tampoco demuestra por sí misma un mecanismo determinado. Pueden coexistir redistribución de solución intersticial, aire atrapado, aire disuelto y coalescencia de burbujas.
la distribución de la fase líquida puede continuar evolucionando después del amasado.
8. El agua tiene también una historia térmica
El balance hídrico tampoco puede separarse completamente del balance térmico.
Los áridos almacenados a la intemperie presentan inercia térmica. Después de varios días de exposición solar, una medición superficial realizada a primera hora puede no representar la temperatura media de la masa que posteriormente llegará a las tolvas.
↪memoria térmica del acopio
A ello puede añadirse cemento utilizado poco después de su recepción y todavía a temperaturas elevadas. Un cemento a 60–70 °C no introduce más agua. Introduce energía.
Una temperatura inicial elevada puede acelerar hidratación, adsorción, humectación, absorción, evaporación y evolución reológica.
La temperatura no cambia directamente cuántos kilogramos de agua hemos introducido, cambia la velocidad con la que evoluciona su distribución y disponibilidad.
9. El cemento también cambia las reglas
La discusión sobre el agua suele concentrarse en los áridos. Pero el sistema cementante también puede cambiar significativamente.
Cementos con diferentes componentes, finuras, superficies específicas, fillers, puzolanas, arcillas calcinadas u otras adiciones pueden presentar demandas hídricas y necesidades de dispersión diferentes.
Supongamos que, en ensayos comparables de pasta, pasamos de una demanda de agua del 28,5 % a un 30 o un 32 %. Así podemos tener 3 situaciones con los cementos actuales de demandas para un contenido en cemento de 300 kg de cemento:
| Demanda 1 | Demanda 2 | Demanda 3 |
| 28,5 % → 85,5 kg | 30,0 % → 90,0 kg | 32,0 % → 96,0 kg |
Entre los extremos aparecen 10,5 kg de diferencia. Esto no significa que debamos sumar automáticamente esos 10,5 litros al agua efectiva, ni que el cemento los haya «absorbido».
10. Powers y Brownyard: distribución y evolución del agua en la pasta de cemento
Entre 1946 y 1947, T. C. Powers y T. L. Brownyard publicaron una extensa serie de estudios sobre las propiedades físicas de la pasta de cemento Portland endurecida, posteriormente recopilados por la Portland Cement Association como Bulletin 22 en 1948.
La importancia de aquel planteamiento para nuestra discusión actual no está en trasladar literalmente un modelo de pasta endurecida al hormigón fresco.
El agua presente inicialmente no permanece físicamente indiferenciada durante la hidratación.
A medida que aumenta el grado de hidratación, parte del cemento anhidro se transforma en productos de hidratación y simultáneamente evolucionan el agua y el espacio capilar cambiando el sistema.
Powers y Brownyard proporcionaron así uno de los primeros marcos cuantitativos para relacionar agua + cemento + grado de hidratación + productos de hidratación + estructura porosa.
Trabajos posteriores han revisado y desarrollado aquel modelo, pero su importancia histórica como punto de partida para comprender cuantitativamente la pasta hidratada continúa siendo enorme.
11. El 0,42 de Powers no es una dosificación de hormigón
El modelo clásico de Powers conduce, bajo determinadas hipótesis, a una relación agua/cemento próxima a 0,42 para disponer del agua necesaria para alcanzar una hidratación completa en un sistema cerrado.
Es un resultado importante y también es muy fácil interpretarlo mal ya que 0,42 no representa una relación agua/cemento óptima para fabricar hormigón.
Powers estaba describiendo fundamentalmente el sistema cemento–agua–hidratación y la evolución de la estructura de la pasta.
Una planta de hormigón trabaja con un sistema considerablemente más complejo ya que para fabricar necesitamos incorporar áridos, finos, aire, aditivos, absorción, humedad, temperatura, energía de amasado, consistencia requerida, transporte, puesta en obra, evolución reológica y todo en grandes volúmenes de maneras automáticas, a veces caóticas y en periodos de tiempo muy cortos.
Por tanto, una cosa es preguntarnos: ¿qué cantidad de agua requiere teóricamente el sistema cementante para desarrollar su hidratación? y otra muy diferente: ¿qué relación agua/cemento permite producir un hormigón industrial suficientemente trabajable, homogéneo, estable y robusto durante todo su proceso?… recordando la máxima que una cosa son las pruebas en un laboratorio con ambiente controlado y tranquilidad en la puesta en escena y otra muy diferente realizar producciones continuas industriales afectadas por múltiples factores endógenos y exógenos.
Por mucho que queramos disminuir el balance hídrico las relaciones agua/cemento muy bajas pueden exigir una dispersión extraordinariamente eficaz y hacer que pequeñas variaciones de agua, humedad de los áridos, temperatura, cemento o aditivo tengan una influencia proporcionalmente mucho mayor sobre el comportamiento del hormigón.
En el otro extremo, aumentar excesivamente la relación agua/cemento incrementa la porosidad capilar potencial y compromete progresivamente resistencia y durabilidad.
Por tanto, entre ambos extremos debe existir, para cada sistema de materiales y condiciones de producción, una zona tecnológica de funcionamiento.
Y aquí nuestra experiencia de producción plantea una pregunta diferente de la formulada por Powers.
En numerosos hormigones convencionales que controlamos, las relaciones que muestran un comportamiento industrial robusto parecen situarse con frecuencia en un intervalo aproximado de: a/c ≈ 0,50–0,56, con una zona que, en determinadas composiciones y condiciones de producción, aparece repetidamente alrededor de: a/c ≈ 0,53–0,54
Esto no debe interpretarse como una nueva constante, ni pretendemos afirmar que un hormigón con a/c = 0,42 sea incorrecto, ni que uno con a/c = 0,54 sea necesariamente óptimo, todo depende de muchos factores ya que existen hormigones de altas prestaciones capaces de trabajar correctamente con relaciones considerablemente inferiores gracias a su composición, volumen de pasta, aditivos y tecnología de producción.
Lo que planteamos es otra cuestión: quizá exista una diferencia importante entre el mínimo hídrico que permite desarrollar determinados procesos de hidratación y la ventana hídrica que proporciona robustez a un proceso industrial de fabricación de hormigón y esa diferencia merece ser estudiada.
Powers nos proporciona una referencia para comprender el agua de la hidratación y nuestros datos de producción pueden permitirnos estudiar otra cosa: el agua necesaria para la robustez del proceso.
No deberíamos confundir ambas y tampoco deberíamos convertir ninguna de ellas en una cifra universal.
La pregunta que nos interesa ahora es precisamente ésta:
¿Existe en nuestra serie de cada familia de hormigones una ventana de relación agua/cemento en la que balance hídrico, comportamiento reológico, densidad, evolución temporal y prestaciones finales presenten simultáneamente la máxima coherencia?
Si existe, y los cálculos que obtengamos no son equivalentes, entonces tendremos que ir indagando a fondo en los datos o las fuentes, hasta encontrar la respuesta.
12. De Powers a la planta
Powers estudia fundamentalmente: CEMENTO + AGUA + HIDRATACIÓN → ESTRUCTURA DE LA PASTA.
Pero un hormigón industrial contiene además: ÁRIDOS + HUMEDAD + ABSORCIÓN + FINOS + ADITIVOS + TEMPERATURA + AIRE + AMASADO + TIEMPO.
Powers nos ayuda a comprender algo fundamental: el agua del sistema cementante cambia progresivamente de estado, localización y disponibilidad conforme avanza la hidratación.
En el hormigón real, a esa evolución de la pasta debemos añadir los intercambios de agua con los áridos y la influencia de las condiciones de producción, que comienzan desde el amasado y continúan durante el transporte y la puesta en obra.
Ahí es donde el problema deja de ser únicamente cemento–agua y pasa a convertirse en un Sistema Hídrico Dinámico del hormigón.
| Modelo Powers | Realidad producción de hormigón como sistema hídrico dinámico |
| Agua + cemento → Hidratación → Redistribución del agua → Evolución de la estructura de la pasta Describe fundamentalmente la evolución del sistema cementante | Pasta + áridos + humedad + absorción + retención + aditivos + temperatura + amasado + tiempo Incorpora además los intercambios hídricos y las condiciones reales del proceso de fabricación |
Se trata de disponibilidad de agua ya que la cantidad hídrica total puede ser conocida y, sin embargo, la fracción disponible para gobernar el comportamiento del hormigón fresco puede estar evolucionando con el tiempo.
13.Evolución temporal de la disponibilidad de agua
El balance hídrico permite establecer las cantidades de agua incorporadas al hormigón y su procedencia.
Sin embargo, este balance inicial no describe por sí solo cómo se distribuye esa agua durante la evolución del hormigón fresco.
Desde el comienzo del amasado se producen simultáneamente procesos de humectación, absorción, adsorción, dispersión e hidratación, junto con posibles fenómenos de evaporación y redistribución de la fase líquida.
La intensidad y velocidad de estos procesos dependen, entre otros factores, de las características de los materiales, su estado hídrico inicial, la temperatura, el amasado y el tiempo transcurrido.
Por tanto, aun manteniéndose constante la cantidad total de agua del sistema —salvo pérdidas o aportaciones externas—, su distribución y disponibilidad pueden evolucionar con el tiempo.
Esta distinción resulta importante: el balance nos indica cuánta agua existe y de dónde procede; el estado hídrico nos ayuda a interpretar cómo se encuentra distribuida y qué fracción puede estar disponible en cada momento.
Esta evolución temporal es precisamente una de las bases del concepto de Sistema Hídrico Dinámico desarrollado en este artículo.
14. Reconstrucción del balance en una producción real
Producción→transporte→descarga.
A partir de estos datos podemos reconstruir el balance hídrico de cada carga.
Sin embargo, en ocasiones aparecen diferencias importantes entre cargas que no parecen corresponderse con diferencias equivalentes en el comportamiento observado del hormigón.
Es entonces cuando el resultado calculado debe considerarse como lo que realmente es: el resultado de los datos y criterios introducidos en el modelo, y no necesariamente una representación exacta de lo sucedido.
Por ello, ante una incoherencia, debemos revisar la trazabilidad de las fuentes, la validez temporal de las mediciones, las correcciones realizadas por la planta y los criterios utilizados en el cálculo.
Automatizar un balance no significa validarlo.
La automatización permite calcular de forma sistemática y reproducible. La validación exige además comprobar que los datos de entrada y los resultados obtenidos son coherentes con la realidad del proceso.
15. Contraste del balance con la respuesta del hormigón
Realizar un contraste exhaustivo y disciplinado entre el balance hídrico y la respuesta del hormigón significa que debemos revisar las variables que lo han generado: humedad y momento de su determinación, absorción utilizada, procedencia y estado de los áridos, correcciones automáticas realizadas por la planta, masas realmente dosificadas, agua de ajuste y posibles aportaciones o pérdidas no registradas.
El objetivo no es conseguir que el cálculo coincida con una hipótesis previa, sino determinar si los datos de entrada, el balance obtenido y la respuesta física del hormigón son compatibles entre sí.
De esta forma, las propiedades medidas sobre el hormigón constituyen una fuente independiente de información para evaluar la coherencia del balance hídrico.
No utilizamos la respuesta del hormigón para corregir el resultado; la utilizamos para comprobar si nuestra reconstrucción del proceso resulta físicamente coherente.
Las medidas de consistencia, incluido el K-Slump, forman parte de este contraste, pero no permiten determinar directamente el agua efectiva ni la relación agua/cemento. La respuesta reológica depende simultáneamente de la composición, granulometría, volumen y características de la pasta, finos, cemento, aditivos, temperatura, aire y condiciones de amasado.
Sin embargo, dentro de una producción suficientemente homogénea y caracterizada, la repetición de respuestas reológicas similares constituye una información adicional de contraste, especialmente cuando resulta coherente con otras propiedades medidas, como densidad, aire, temperatura, tiempos y, posteriormente, resistencias.
BALANCE CALCULADO → CONTRASTE CON MEDICIONES INDEPENDIENTES → EVALUACIÓN DE COHERENCIA
16. Tres maneras coherentes para cerrar un balance hídrico
La validez de un balance hídrico no debería evaluarse únicamente por su corrección matemática.
En una reconstrucción de producción podemos considerar tres niveles sucesivos de coherencia.
↪Cierre matemático
Las masas dosificadas, contenidos de agua, humedades, absorciones y correcciones están correctamente calculadas según los criterios establecidos.
Es una condición necesaria, pero no suficiente.
↪Coherencia temporal
Los datos utilizados son representativos del momento en que se produjo cada carga.
Una humedad correctamente determinada puede dejar de representar el estado real del árido varias horas después si han cambiado el acopio, las condiciones ambientales o el propio material utilizado.
Por tanto, un dato puede ser analíticamente correcto y temporalmente inadecuado para una determinada carga.
↪Coherencia física
El resultado reconstruido es compatible con las mediciones independientes realizadas sobre el hormigón: consistencia y evolución reológica, temperatura, densidad, aire y, posteriormente, comportamiento mecánico.
Esta compatibilidad no demuestra por sí sola que el balance sea correcto, pero aumenta nuestra confianza en la reconstrucción.
Por el contrario, una incoherencia física sistemática entre el balance calculado y el comportamiento observado constituye una razón suficiente para revisar los datos, su trazabilidad y los criterios utilizados.
Por tanto, un balance hídrico adquiere mayor solidez cuando existe simultáneamente:
COHERENCIA MATEMÁTICA → COHERENCIA TEMPORAL → COHERENCIA FÍSICA
17. Trazabilidad y representatividad de los datos
La fiabilidad de una reconstrucción depende directamente de la calidad y trazabilidad de los datos utilizados.
No tiene el mismo valor una humedad medida que una humedad estimada, ni una determinación realizada varias horas antes que otra obtenida sobre el material realmente utilizado en el momento de la producción.
Del mismo modo, una absorción determinada sobre el árido-agregado suministrado proporciona una información diferente de un valor histórico o documental cuya representatividad actual desconocemos.
Por ello, cada dato relevante debería estar asociado, siempre que sea posible, a su procedencia, momento de determinación, muestra, método y condiciones de representatividad.
Por ejemplo, una humedad no debería registrarse únicamente como: H = 3,2 %, sino como un dato vinculado a cuándo, dónde, sobre qué material y mediante qué procedimiento fue determinado.
En términos generales: VALOR + PROCEDENCIA + TIEMPO + MÉTODO + REPRESENTATIVIDAD
Esta trazabilidad permite posteriormente valorar qué grado de confianza podemos asignar a cada variable utilizada en la reconstrucción del balance hídrico.
18.Sistema Hídrico Dinámico
A partir de las consideraciones anteriores podemos plantear el hormigón fresco como un Sistema Hídrico Dinámico.
Con este término nos referimos a un sistema en el que la cantidad total de agua puede ser conocida mediante un balance de masas, mientras que su distribución entre los diferentes componentes y su disponibilidad evolucionan desde el momento del amasado.
Esta evolución depende del estado hídrico inicial de los áridos, su capacidad y cinética de absorción, las características de la pasta y los finos, el cemento, los aditivos, la temperatura, las condiciones de amasado, la hidratación y el tiempo.
De forma conceptual puede expresarse como:
Disponibilidad del agua = f (materiales, estado hídrico inicial, temperatura, amasado, hidratación, tiempo).
No se trata de una ecuación normativa ni de un modelo predictivo validado, sino de una representación conceptual de las variables e interacciones que condicionan la evolución del agua en el hormigón fresco.
El balance hídrico establece cuánta agua forma parte del sistema y cuál es su procedencia.
El concepto de Sistema Hídrico Dinámico pretende añadir una segunda cuestión:
“¿cómo se distribuye y evoluciona esa agua durante el proceso?
Los modelos clásicos de hidratación permiten comprender esta evolución dentro de la pasta de cemento. El hormigón industrial obliga además a considerar los áridos y las condiciones reales de fabricación, transporte y puesta en obra.
19. BetoControl: reconstrucción y contraste del proceso
BetoControl es un control creado y mejorado por Betonia desde el 2016 y que nace de la necesidad de integrar información que habitualmente se encuentra dispersa entre los sistemas de producción de la planta, los controles realizados a la salida, el transporte y las mediciones efectuadas en obra.
El control convencional permite conocer la dosificación teórica, disponer de los partes de carga y realizar ensayos sobre el hormigón. Sin embargo, estos datos no siempre están relacionados entre sí ni asociados temporalmente a cada suministro.
BetoControl pretende dar un paso adicional: reconstruir cada carga a partir de las diferentes fuentes de información disponibles y contrastar entre sí los resultados obtenidos.
Para ello relaciona la composición prevista con las masas realmente dosificadas, agua de planta, humedades y absorciones de los áridos, correcciones efectuadas por el sistema, ajustes realizados, tiempos de producción, temperatura y controles del hormigón fresco. Cuando existe instrumentación disponible, puede incorporar también información correspondiente al transporte y la descarga.
De esta forma, el control deja de limitarse a registrar datos aislados y permite reconstruir “qué ocurrió, cuándo ocurrió y qué información utilizamos para interpretarlo”.
En el análisis del balance hídrico esto resulta especialmente importante, porque permite comprobar si las cantidades calculadas son coherentes con el conjunto de información disponible y con la respuesta observada del hormigón.
El objetivo no es generar una precisión aparente mediante un mayor número de cálculos, sino “mejorar la trazabilidad del proceso, identificar incoherencias y conocer mejor la incertidumbre asociada a nuestra reconstrucción.”
En definitiva, BetoControl propone una secuencia de trabajo:
REGISTRAR → RELACIONAR → RECONSTRUIR → CONTRASTAR → INTERPRETAR
antes de aceptar automáticamente el resultado de cualquier cálculo.
21. Del control de calidad al control de coherencia
El control de calidad del hormigón se basa en la medición de determinadas propiedades para comprobar su conformidad con los requisitos establecidos: consistencia, temperatura, aire, densidad, resistencia y otras prestaciones.
Pero estas mismas mediciones pueden aportar una segunda información.
Además de indicar si el hormigón cumple, pueden utilizarse para comprobar si la reconstrucción que hemos realizado del proceso resulta coherente con el comportamiento realmente observado.
Una densidad, una consistencia o una temperatura no determinan por sí solas qué ha ocurrido durante la fabricación. Sin embargo, cuando diferentes mediciones independientes presentan una respuesta compatible con los datos de producción, aumenta la confianza en nuestra interpretación.
Cuando no lo hacen, aparece una incoherencia que debe ser investigada.
Por tanto, el control de coherencia no sustituye al control de calidad, sino que lo complementa utilizando parte de la información ya disponible con una finalidad adicional:
MEDIR PARA COMPROBAR EL CUMPLIMIENTO Y MEDIR TAMBIÉN PARA COMPRENDER EL PROCESO.
Esta segunda lectura de los datos puede resultar especialmente útil para detectar errores de registro, problemas de trazabilidad, cambios de materiales o hipótesis de cálculo que necesitan ser revisadas.
Balance hídrico → trazabilidad del dato → coherencia matemática/temporal/física → reconstrucción con BetoControl → control de coherencia.
22. Conclusión provisional
Los trabajos de Powers y Brownyard mostraron hace casi ochenta años que el sistema cemento–agua evoluciona con la hidratación y que el agua participa de diferentes formas en el desarrollo de la estructura de la pasta.
Cuando trasladamos el problema al hormigón industrial, la interpretación se hace considerablemente más compleja. A la evolución del sistema cementante se añaden los áridos, su estado hídrico, la absorción, los finos, los aditivos, la temperatura, el amasado y el tiempo.
Por ello, reconstruir el agua de un hormigón no debería limitarse a obtener un resultado matemático. El balance debe estar sustentado por datos trazables y temporalmente representativos y, además, ser compatible con las mediciones independientes realizadas sobre el propio hormigón.
No se trata de modificar el balance hasta obtener el resultado esperado, sino de utilizar esas mediciones para detectar cuándo los datos de partida, los criterios utilizados o nuestra interpretación del proceso deben ser revisados.
De este trabajo surge la propuesta de considerar el hormigón fresco como un Sistema Hídrico Dinámico:
| +El agua efectiva es un balance | +La disponibilidad del agua evoluciona con el sistema |
| Y nuestra interpretación de ambas debe ser compatible con la respuesta física del hormigón | |
Este planteamiento no pretende establecer una nueva ecuación ni sustituir los criterios actuales de cálculo. Propone algo más sencillo: relacionar dosificación, materiales, tiempo y respuesta del hormigón antes de considerar validada nuestra reconstrucción.
Cuando esa relación es coherente, aumenta nuestra confianza en el resultado.
Cuando no lo es, debemos volver a los datos.
Referencias básicas
Powers, T. C.; Brownyard, T. L. Studies of the Physical Properties of Hardened Portland Cement Paste. Journal of the American Concrete Institute, Proceedings Vol. 43, 1946–1947; recopilado posteriormente como Bulletin 22, Portland Cement Association, 1948.
Powers, T. C. Structure and Physical Properties of Hardened Portland Cement Paste. Journal of the American Ceramic Society, 1958.
Brouwers, H. J. H. The work of Powers and Brownyard revisited: Part 1. Cement and Concrete Research, 34 (2004), 1697–1716.
Brouwers, H. J. H. The work of Powers and Brownyard revisited: Part 2. Cement and Concrete Research, 35 (2005), 1922–1936.
Óscar Candás
(Director Técnico Betonia Products)
