DosificaciÓn DE HormigÓn PDF

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Apuntes proporcionados por los profesores de la catedra para ser utilizados en clase...

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HORMIGONES DE CEMENTO PORTLAND Se denomina así a una piedra artificial resultante de la mezcla de áridos (que constituye el esqueleto granular), cemento portland y agua (constituyen la pasta cementicia). Pueden además en determinadas ocasiones incorporarse aditivos químicos que tienen por función mejorar las características del hormigón. Debe cumplir cuatro condiciones fundamentalmente, a saber: 1)Trabajabilidad 2)Resistencia mecánica 3)Durabilidad 4)Economía La primera se refiere a la facilidad con la que la mezcla pueda ser colocada y compactada en los moldes ó encofrados mientras se encuentra en estado fresco. La segunda y tercera propiedad se deben satisfacer cuando el hormigón ha endurecido y mantenerse inalterable durante su vida útil. La resistencia mecánica está vinculada a las solicitaciones que han sido previstas en los cálculos estructurales. La durabilidad es la resistencia es la resistencia a los agentes agresivos externos. La cuarta propiedad se refiere a que la mezcla debe ser lo más económica posible y cumpla al mismo tiempo con las otras tres condiciones anunciadas. Para lograr un hormigón que cumpla las cuatro condiciones fundamentales, es necesario lograr las proporciones adecuadas de cada uno de sus componentes, es decir su dosificación. Se pueden considerar dos métodos para dosificar: 1)Empíricos 2)Racionales Los primeros se caracterizan por estimar a través de tanteos sucesivos las cantidades en que se mezclarán los materiales hasta obtener las características que se desean (trabajabilidad y consistencia) sin tener mayormente en cuenta las características físicas de los materiales. Se miden en unidades de volúmenes enteros. Ej. : 1: 3 : 3,es decir, 1 volumen de cemento, 3 de arena, 3 de piedra. Son métodos no aptos para estructuras de cierta importancia aparte de no tener la seguridad de trabajar con la mezcla más económica. Se logran menores dispersiones cundo se fija una relación A/C. Los métodos racionales se basan en el conocimiento previo de las características físicas de los materiales y de la relación A/C, pudiendo a través de cálculos previos conocer con bastante precisión las cantidades en que cada material ha de intervenir en la mezcla, la consistencia y la resistencia posible del hormigón endurecido. Método del Ingeniero García Balado Este es un método general para la dosificación de hormigones plásticos entendiéndose por tales a aquellos que poseen una consistencia que les permita ser fácilmente moldeados y cambiar de forma mientras dure el estado fresco. Se basa en el principio de la ley de la relación agua–cemento enunciada por Abrams, que dice lo siguiente “para mezclas plásticas con agregados limpios y de buena calidad, la resistencia y otras propiedades convenientes del hormigón en las condiciones dadas de obra es una función de las cantidades netas de agua de mezclado por unidad de cemento”. Se expresa en peso. La durabilidad según se ha comprobado también, resulta ser función de la relación agua– cemento. Se hace extensible además para la resistencia a la tracción, flexión, desgaste, adherencia entre hierro y hormigón, etc.

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Además el método considera el cálculo de los volúmenes absolutos sólidos de los materiales intervinientes, y para los agregados la condición de saturados y superficie seca. En caso contrario se deberán hacer las correcciones necesarias. Procedimiento a seguir: 1)deben conocerse el tipo de estructura, la condición de exposición a los agentes externos a que va a estar sometida y la resistencia mecánica exigida. ( `bk). Notación que significa tensión característica de rotura a compresión simple. 2)La técnica a emplear en la medición de los materiales y control durante la elaboración del hormigón. 3)Sistema de compactación a emplear (manual o mecánica). 4)Características físicas de los materiales. (Densidades, absorción, granulometría). Ejemplo: I II Cemento Portland: Pe; Marca; tipo - III IV Pesss (saturado y superficie seca) P.U.C. (Peso unitario compactado y seco) Agregado Grueso - P.U.S. (Peso unitario suelto) T.M.N. (tamaño máximo nominal) % Abs.(Porcentaje de absorción) Pesss Mf (módulo de finura de Abrams) Agregado fino- % Abs. P.U.S. Conocidos todos los datos comenzamos el procedimiento: a)Se calcula la tensión media de dosaje que designamos `bm. Esta dependerá de la técnica a emplear en la elaboración según se mencionó en el punto (2). `bm= `bk + K * S

S= desviación estandar K= coeficiente que depende del nº de resultados de ensayo disponibles.

b)Se determina la relación agua/cemento (A/C) en peso para la condición de durabilidad y para la condición de resistencia valiéndonos de la tabla 7 y de la lámina 1 respectivamente. Una vez conocidos ambos valores se utiliza el menor de los dos. Debe hacerse notar aquí que el hecho de trabajar con relaciones A/C bajas no implica obtener hormigones secos o con escasa trabajabilidad. Esta dependerá del volumen de la pasta cementicia. c)Se calcula el volumen absoluto o sólido de agregado grueso por m3 de hormigón compactado (V.S.A.G./m3 de Hº), que se designará con la notación “ b ”. Para ello se hacen las siguientes consideraciones:

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Experimentalmente se determinaron los volúmenes compactados de agregado grueso (V.C.A.G.) por m3 de Hº, más adecuados para obtener, en condiciones normales de compactación, hormigones trabajables. Este volumen es función del tamaño máximo nominal (T.M.N.) y del Mf del agregado fino. Para un mismo Mf a medida que aumenta el T.M.N. aumenta el V.C.A.G. Ver relaciones en la tabla XII Esto indica que a medida que aumenta el T.M.N. del A.G. a igualdad de todas las otras variables se necesita menos mortero (arena cemento) para mantener la misma consistencia del Hº. Ocurre lo contrario cuando a T.M.N. constante aumenta el Mf ,es decir disminuye el V.C.A.G. En ambos casos está jugando el efecto lubricante del agregado fino. Al V.C.A.G./m3 de Hº se designará con la notación “ b/bo “. Si analizamos un corte transversal de una masa de Hº se observa lo siguiente: Es decir que en un m3no hay 1 m3 de A.G. Hay una fracción de aquél. Si eliminamos el mortero,queda el A.G. ,y si luego lo compactamos obtenemos el V.C.A.G./m3 de Hº = b / bo (se determinó experimentalmente) Si a 1m3 de A.G. compactado eliminamos los vacíos que quedan entre partículas y comprimimos unas a otras, sin que cambien de volumen, se obtiene lo siguiente: V.U.S.A.G./m3 de A.G.C.= bo. Es decir que ocuparán un volumen menor. El peso de 1m3 de A.G. compactado se denomina peso unitario del agregado grueso compactado (P.U.A.G.C.). El peso específico del A.G. (P.e.A.G.) se puede calcular partiendo de la siguiente expresión: P.e.A.G

P.U.A.G.C. V.US.A.G.

V.U.S.A.G.

P.U.A.G.C. P.e.A.G.

“bo”

bo = P.U.C + %Abs. P.U.C = P.U.C ( 1 + % Abs.) P.e.sss P.e.sss A partir de aquí se puede calcular entonces el V.U.S.A.G./m3 de Hº compactado =”b” V.C.A.G. = b / bo = V.S.A.G./ m3 de Hº V.U.S.A.G V.S.A.G./ m3 de Hº = V.C.A.G. * V.U.S.A.G b = b / bo * bo

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Resumiendo: entramos a la tabla XII con el T.M.N. y el Mf, obtenemos “b/bo”. Calculado el “bo”, se despeja el valor de “b”. d)Se calcula la cantidad de agua para obtener un asentamiento determinado. Esto se hace por medio de la lámina 3 con los valores de “b” y el “ Mf “, como la tabla da valores de la cantidad de agua para un asentamiento de 7,5 cm, se deberá corregir para el asentamiento buscado.El asentamiento es una medida de la consistencia. Se determina mediante el ensayo del cono de Abrams. Se carga el molde con hormigón en tres capas de igual volumen compactando cada una con 25 golpes. Luego se retira el molde y se mide con una regla el descenso experimentado por el hormigón. Este ensayo está descripto en la norma IRAM Nº1536. e)Se calcula el contenido de cemento en peso partiendo de la relación agua – cemento adoptada: A/C=X C = A / X ( Kg /m3 de Hº ) Se calcula a continuación el volumen absoluto o sólido de cemento. Vol. de cemento = Peso de cemento / Pe. cemento ( m3 / m3 de Hº ) f)Cálculo de la cantidad de agregado fino: Como la suma de los volúmenes absolutos o sólidos de todos los materiales componentes de hormigón plástico será el volumen resultante de hormigón, el volumen de agregado fino se obtiene por diferencia: 1 m3 de Hº - (C m3 de cemento + B m3 de A.G. + A m3 de agua) = D m3 de Ag. F. Luego: D m3 de Ag. F. * Pesss = D Kg/m3 de Hº de agregado fino.

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g)Un metro cubico de Hº estará compuesto por: Cemento portland = C Kg/m3 Agregado fino =D “ Agregado grueso =B “ Agua =A “ Total =2400 Kg/m3 h)Pastón de prueba: Consiste en elaborar la cantidad mínima de hormigón para realizar el control de trabajabilidad y consistencia. Se preparan 0.007 m3 en una bandeja metálica mezclándose manualmente. Luego se realiza el ensayo del cono. i)En caso de ser positivo el ensayo, es decir que se logren los objetivos propuestos se continúa con el ensayo de resistencia a compresión simple. Para ello se confeccionan como mínimo seis probetas cilíndricas de 0.15m de diámetro por 0.30 de altura según el procedimiento de la norma IRAM Nº1534. Luego se romperán 3 a los 7 días de edad y 3 a los 28 días según norma IRAM Nº1546. La resistencia a los 7 días será aproximadamente un 70 % de la correspondiente a los 28 días.

Corrección de la mezcla por exceso de humedad en los agregados. Utilizaremos un caso muy frecuente en la práctica que se presenta cuando el grado de humedad es superior al de saturado y superficie seca. Tomaremos como ejemplo la siguiente mezcla: Material Cemento portland

Cantidad 300 Kg.

Vól. sólido 0.095 m3

Agregado grueso

1.200 Kg.

0.428 m3

Agregado fino

730 Kg.

0.275 m3

Agua de amasado

202 Kg.

0.202 m3

2.432 Kg.

1.00 m3

Suponemos que el ensayo para determinar la humedad arroja para el agregado grueso un total del 5%. Si el porcentaje de absorción característico del material es el 1,2% para la condición de saturado y superficie seca, quiere decir que hay un exceso del 3,8% como humedad superficial. Es la que se tendrá en cuenta para el ajuste de la mezcla: 1.200 kg. x 3,8% = 45,6 kg. Agua que incorpora el material a la mezcla. 202 kg. – 45,6 kg. = 156,4 kg. Cantidad de agua de mezclado corregida. Deberá también ajustarse la cantidad de agregado grueso, pues al pesar 1.200 kg. con ese contenido de humedad se tendrá solo: 1.200 kg. – 45,6 kg. = 1.154,40 kg. en condición S.S.S.

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Ajuste: 1.200 kg. + 1.200 kg. x 3,8% = 1.200 x (1+3,8%) = 1.245,6 kg. Por lo tanto establecidas las correcciones necesarias la mezcla resulta: Cemento

300,00 kg.

Agregado grueso

1.245,60 kg.

Agregado fino

730,00 kg.

Agua

156,40 kg. 2.432,00 kg.

Dosificación en volúmenes aparentes Consideramos el ejemplo anterior. Los pesos unitarios sueltos (P.U.S.) de los materiales son los siguientes: Cemento

P.U.S. = 1.300 kg/m3

Ag. Grueso

P.U.S. = 1.540 kg/m3

Ag. Fino

P.U.S. = 1.600 kg/m3

Volúmenes aparentes: Cemento:

Peso P.U.S

Ag. Grueso:

Peso P.U.S.

Ag. Fino:

Peso P.U.S.

=

=

=

=

0,231 m3

1.200 kg. = 1.540 kg/m3

0,780 m3

300 kg. 1.300 kg/m 3

730 kg. = 0,456 m3 3 1.600 kg/m = 0,202 m 3

Agua:

Estableciendo una relación nominal con respecto al cemento: 0,231 : 0,456 :

0,780 : 0,202

0,231

0, 231

0, 231

1:

1,97

:

3,37

0,231 :

0,87

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Verificación:

1

D > T.M.N. <

5

3 e 4

e

D e= menor separación entre hierros D= menor dimensión de la sección a hormigonar S/ CIRSOC 201 Tomo 1 pág. 56 Art. 6.6.3.6.1 T.M.N = < 1

D

5 T.M.N = < 1

esp. Losa

3 T.M.N= < 3

Se adoptará el tamaño máximo menor

e

4 D = menor dimensión lineal de la sección del elemento estructural e = mínima separación libre horizontal o vertical entre dos barras contiguas de armaduras

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CONTROL DE CALIDAD RESISTENCIA CARACTERÍSTICA Método de cálculo, trazado de la curva de distribución normal de causa, y confección del histograma correspondiente. INTRODUCCION: Debemos considerar que en cualquier proceso de fabricación se producen dispersiones en la calidad de cada una de las unidades producidas. Las variables a controlar pueden ser de diferente tipo según las características del producto,

por ejemplo podemos controlar

uniformidad de color, uniformidad de dimensiones, resistencia mecánica, composición química, etc. Generalmente se establecen rangos de tolerancia dentro de los cuales deberá ubicarse la variable que se desea controlar a efectos de lograr la calidad deseada, estableciendo valores máximos y mínimos fuera de los cuales debe rechazarse el producto. El control

se puede realizar sobre cada producto o realizando muestreos, según las

posibilidades. Hay casos en que la única posibilidad es controlar la calidad mediante la toma de muestras es decir que sólo se conocerá la calidad de aquella parte de la producción que ha sido controlada a través de las muestras ensayadas. Un ejemplo de esto lo constituye el proceso de fabricación del hormigón . Si queremos conocer la calidad de toda la producción tendríamos que transformarlo en probetas y por lo tanto no podría ejecutarse la estructura. En este caso lo que se hace es ensayar muestras representativas de una pequeña porción de la producción. Por medio de un estudio estadístico de los resultados de ensayos de las probetas podemos estimar las probables resistencia de la parte de la producción no controlada. Generalmente en el caso específico del Hormigón de cemento Portland , el ensayo más utilizado es el que permite determinar la resistencia a la compresión simple. Esto se debe a que es un material que fundamentalmente es utilizado para que absorba esfuerzos de compresión en las estructuras construídas con él. Resulta de fundamental importancia mantener un control permanente de la calidad del material que está siendo utilizado, y la forma de interpretar los resultados de los ensayos a que es sometido nos permitirá contar con mayor o menor grado de seguridad. Por qué es de fundamental importancia el control de la resistencia ?: Cualquiera fuere el material, debe considerarse que antes de empezar una construcción se realizó un proyecto en el que se asignó un material y una resistencia mecánica. A partir de aquí,

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el proyectista determinó las dimensiones de los diferentes elementos estructurales para resistir con seguridad las solicitaciones a que estará sometida la estructura en cuestión. En el caso de estructuras de hormigón armado el calculista realiza el diseño partiendo de la resistencia característica ´bk a los 28 días. Es decir que llegado el momento de la construcción, debe emplearse un material que posea una resistencia por lo menos igual a la prevista en el proyecto. Abocándonos al tema del hormigón, analizaremos el procedimiento tradicional para determinar su resistencia a la compresión simple. Consiste en confeccionar probetas con el hormigón recién preparado y someterlas al cabo de un cierto tiempo a la acción de una carga de compresión axial hasta producir la rotura. A partir de aquí se procede a dividir dicha carga por la sección transversal de la probeta obteniéndose la tensión de rotura . En el párrafo anterior se dice "al cabo de un cierto tiempo" por cuanto la resistencia de los hormigones de cemento Portland Normal aumentan su resistencia mecánica con el transcurrir de los días a partir del momento en que se pone en contacto dicho cemento con el agua. Normalmente los controles se realizan a los 7 y a los 28 días. Podemos representar éste fenómeno median el siguiente gráfico: Resistencia a compresión 100% 65%

variación de resistencia para cemento portaland normal

7

28

Edad (días)

El control de resistencia mediante la rotura de probetas se realiza de la siguiente manera: Se toman muestras representativas del hormigón recién elaborado con feccionándose probetas de diferente forma. Las normalizadas en nuestro país son cilíndricas de 15cm de diámetro por 30cm de altura y se cargan aixalmente (compresión simple) hasta llegar a su rotura. Se determina así la resistencia cilíndrica de rotura por compresión simple. Concepto de muestra representativa: el hormigón está constituído por agregados pétreos que poseen tendencia a segregarse lo que trae como consecuencia que la mezcla pierda uniformidad cuando es volcada desde la hormigonera. Este fenómeno se acentúa cuando la consistencia no es la apropiada en especial, cuando se preparan hormigones muy fluídos. Otro factor que influye

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en la falta de homogeneidad es el mezclado incorrecto. Por estos factores resulta necesario realizar un correcto muestreo antes de cargar los moldes con los que se confeccionarán las probetas. Hormigón (pastón) muestra Se extraen muestras de diferentes lugares como se indica en el dibujo y luego se procede a mezclarlas entre sí antes de proceder a cargar los moldes de las probetas. Se confecciona así el nº de probetas que se desee ensayar y se repite el mismo procedimiento con otros pastones según el programa de control proyectado. Posteriormente se procede a realizar el ensayo de rotura a la fecha correspondiente 7 y 28 días o a la fecha que sea haya prefijado. Normalmente el ensayo se realiza a los 7 días sobre la mitad de las probetas y a los 28 días sobre la otra mitad a efectos de verificar la correlación entre la resistencia de diseño de la estructura que se refiere a la correspondiente a los 28días ( ´bk 28 días). El ensayo a los 7 días permitirá predecir si a los 28 días se logrará la resistencia requerida a los 28 días (para el caso de emplearse cemento portland normal). Los resultados de los ensayos a compresión pueden arrojar los siguientes valores de resistencia p.ej.:

150

210 175 320 280 195 225 etc. (kg/cm2) que llamaremos resistencias

individuales  ´bi Si realizamos el promedio obtenemos ´bm = ´bi / n = 222 kg/cm El análisis de estos valores no nos permite precisar si pueden aparecer otros que resulten menores. Si realizamos un gran número de ensayos y los representamos en un diagrama disponiendo en abcisas los valores obtenidos (agrupándolos en intervalos de clase)* y en ordenadas la cantidad porcentual (calculada sobre el total de resultados) con que aparecen, podremos apreciar que se disponen a ambos lados del valor medio en forma mas o menos uniforme con tendencia hacia valores menores en proporciones descendientes y hacia valores mayores también en proporciones descendientes. * el intervalo de clase es el grupo de resultados de ensayos mas o menos próximos entre sí, que difieran entre 5 y 10 kg/cm2 por ejemplo.

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Ej: Frecuencia (%)



´bi intervalo de clase

Para ello es necesario realizar mediante el cálculo estadístico la determinación de lo que llamaremos resistencia carácterística: Definición: Resistencia característica del hormigón ( ´bk ) de una determinada clase, ensayado a una edad establecida es aquella resistencia por debajo de la cual puede esperarse que se encuentre el 5% del universo de resultados disponibles de los ensayos de resistencia del hormigón de la clase especificada. O lo que es lo mismo decir que el 95% del universo de valores debe encontrarse por encima del valor de  ´bk. ( cuando se habla de universo de resultados debe entenderse que ...