Informe Laboratorio N 05

Mtodos de dosificacin de Hormign

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Profesor: Dr. Ing. Mauricio Zambrano Bigiarini Ayudante: Gernimo Bravo Campos Estudiantes: Cristobal Soto Escobar Ricardo Redel Rojas Diego Pacheco Osses Claudio Escalona

Introduccin

Despus de todo lo analizado en los pasados laboratorios, este ltimo informe se aboca a la aplicacin de todo lo visto anteriormente, es decir, el clculo de la densidad aparente, el clculo del esponjamiento, entre otros. Como hemos visto en la parte terica de este curso, el hormign ha sido sumamente importante a lo largo de la historia, es por esto que se ha estudiado de forma amplia y profunda. Es sabida la gran cantidad de edificios, calles, casas, y todo tipo de construcciones que se llevan a cabo cada da, y para todos estos proyectos es necesario un diseo previo, lo que conlleva a especificar qu grado de resistencia deber cumplir el concreto, que trabajabilidad deber cumplir, entre otros factores. Entonces para determinar estos factores y ms, que se aplica realiza una dosificacin previa. En este presente informe analizaremos la dosificacin que usamos para un hormign, basndonos en la Nch 170 Of85. Y tambin veremos todos los pasos desde juntar ridos agua y cemento, hasta el proceso de vertido en moldes y vibrado del hormign, llegando un poco ms all, con el curado de este material. Adems compararemos la dosificacin por el mtodo de Faury-Joisel con la forma de dosificar y los resultados que entrega la norma chilena 170, oficializada en 1985, Hormign- Requisitos generales

Laboratorio n5:

Normativa aplicable : Nch170

Fecha de ensayo : 5 de Enero 2016

Descripcin muestra :

Observaciones : Durante el procedimiento se tuvo que ocupar 1 litro ms de agua pues el hormign no tena la trabajabilidad necesaria.

Materiales:

Agua

Grava Intermedia

Grava

Arena

Cemento

pisn

Cono de Abrams

Hormigonera

Recipientes

Vibrador

Probetas (cubica, cilndrica, prismtica)

Carretilla

Pala

Liquido desmoldante

Procedimiento: 1. Recolectamos los materiales que se encuentran en el laboratorio, con una porua en recipientes separados; agregamos 31.8 kg de grava, 23.3 de gravilla, 41kg de arena (Ver figura1). 2. Para continuar con el procedimiento necesitamos 11.6kg de cemento, el cual sigui el procedimiento requerido a travs del tamizado (ver figura 2). 3. Luego llenamos las probetas con agua, hasta llegar a la cantidad requerida, que fue de 7.5Lt. 4. Posteriormente agregamos los elementos segn las cantidades ya especificadas anteriormente a la hormigonera, se agregan los componentes en este orden: la grava, grava intermedia, arena, cemento y luego se le adicion agua a medida que se logre unificar la mezcla y obteniendo una combinacin homognea (Ver figura 3 y 4). 5. La hormigonera estuvo en funcionamiento alrededor de unos 4 minutos (ver figura 5).

6. Al momento de determinar la consistencia del hormign, realizamos el procedimiento del cono de abrams (Ver figura 6). 7. Para el llenado de las probetas: contamos con dos probetas cubicas de 20x20x20cm y 15x15x15cm, dos probetas cilndricas de 15x30cm y una probeta prismtica de 15x15x50cm. 8. Para cada pared de la probeta se cont con un lquido desmoldante. 9. Luego se procedi a sacar el aire del hormign una vez que este estuvo en las probetas (ver figura 7). 10. Las probetas se dejaron expuestas a temperatura ambiente por 2 das (ver figura 8). 11. Siguiendo con el proceso tomamos la muestra y la sacamos de la probeta para poder ubicarlo en la sala de curado sumergindolo en la cal por 9 das y posteriormente se dej expuesto a la temperatura ambiente de la sala de curado. 12. Finalmente utilizaremos dos tipos de mtodos de dosificacin, estos son el mtodo de Faury-Joisel y el mtodo de NCh170.Of85.

Mtodo de Faury-Joisel

Previamente antes de comenzar todos los clculos establecemos datos claves respecto a lo que requiere el diseo:

Resistencia dada por el diseo: 20 [MPa]

Condiciones previas para la ejecucin de la obra: buenas.

Nivel de confianza 90%

Marca del cemento: Loma negra.

Consistencia: blanda

Incorporacin de aire: No.

Las caractersticas de nuestros ridos son:

Calculo de la resistencia media de dosificacin:

Donde:

corresponde a la resistencia media de dosificacin. [MPa].

esla resistencia de diseo, establecida en especificaciones tcnicas, [MPa]

corresponde a la desviacin estndar de la obra.

es un factor de confianza que se obtiene a travs de una tabla.

Para obtener nuestro valor de t:

Para obtener nuestro valor de s

Como las condiciones previas para la ejecucin de la obra son muy buenas, puesto

estamos con laboratorio en el lugar de confeccin, entonces s= 4.0 [MPa].

Entonces:

Ahora procederemos a calcular la cantidad de cemento (C): Debemos satisfacer la resistencia de proyecto, pero debemos dosificar el cemento a utilizar, por ende la cantidad de cemento la determinaremos de la siguiente manera:

Donde:

C es la cantidad de cemento.

es la resistencia media de dosificacin.

corresponde a un factor entregado por la tabla siguiente, el cual corresponde segn

el tipo de cemento

Nuestro cemento Loma negra corresponde a un cemento de alta resistencia.

Continuando con el mtodo de Faury-Joisel, procederemos a determinar la cantidad de agua de amasado (A):

La cantidad de agua de amasado viene dado por:

Donde:

es un valor de la relacin entre agua-cemente, entregado por la tabla puesta a

continuacin, para valores intermedios es necesario interpolar.

A equivale a la cantidad de agua de amasado [l/ ]

C es la cantidad de cemento. [

Valor de la relacin agua cemento

Razon A/C

41.0 0.41

35.0 0.43

31.0 0.46

26.0 0.53

23.0 0.58

18.0 0.78

Como nuestro es necesario interpolar entre los puntos (26.0; 0.53) y (31.0; 0.46) Procedemos:

(26.41) = 0.524

Entonces nuestra cantidad de agua de amasado vendr dada por:

Tener en cuenta que se deben considerar los ridos secos, por ende, este valor

puede variar dependiendo del grado de absorcin que tengan los ridos.

Determinacin de la porosidad y compacidad (z): Primero que todo, debemos saber el volumen disponible para ser ocupado por el agua de amasado, el cual definiremos con h, ms el aire ocluido ha, obtenido a travs de una tabla en funcin del tamao mximo nominal.

Donde:

A volumen que ocupa el agua de amasado.

volumen que ocupa el aire ocluido. ]

porosidad, el volumen que ocupa el agua de amasado y el aire ocluido. ]

Contenido de aire ocluido segn el tamao mximo nominal. Dn

[mm] 9.5 12.5 19.0 25.0 37.5 50 75

ASTM 3/8 1 1 2 3

Hormign sin aire incorporado

30 25 20 15 10 5 3

Hormign con aire incorporado

80 70 60 50 45 40 32

De la tabla se obtiene que para un hormign si aire incorporado con un tamao mximo

de 37.5 [mm], el aire ocluido corresponde a 10 ]. A continuacin hacemos uso de la frmula:

Si consideramos la compacidad (z) como el volumen del hormign que est

dispuesto para ser ocupado por ridos y cemento:

Determinacin del porcentaje en volumen del cemento (c): Este porcentaje de volumen de cemento est dado por:

Definimos:

c porcentaje en volumen de la cantidad de cemento determinada.[%].

C cantidad de cemento

z compacidad.

el peso especifico del cemento. Se obtiene de una tabla general.

Para nuestro caso el peso especifico del cemento es: 3200

Determinacin de la curva granulomtrica real: Estableceremos una recta L, la cual se representa con el porcentaje real de volumen que pasar por un tamiz versus la abertura del tamiz bajo una raz a la quinta. En la recta L es importante determinar ciertos puntos, los cuales son:

Punto O, es un valor fijo que corresponde al menor tamao de los granos de

cemento, los de menor tamao son en el tamiz 0.005[mm]

Punto Z el cual depende del tamao mximo nominal de la grava.

Punto Y, el cual tiene una dependencia de Dn/2 segn la siguiente frmula:

o (

2) = + 17.8 1/5

o Donde M es un valor que depende del tipo de partculas de los ridos, de la

consistencia de estos, y del grado de compactacin que se exige al

hormign. Ver la siguiente tabla.

Consistencia Compactacin Tipo de partculas

Arena rodada Grava rodada

Arena rodada Grava chancada

Arena chancada Grava chancada

Muy fluida Nula 32 0 mas 34 o mas 38 o mas

Fluida Dbil 30-32 32-34 36-38

Blanda Media 28-30 30-32 34-36

Plstica Cuidadosa 24-26 26-28 28-30

Muy firme Potente 24-26 25-27 26-28

De tierra hmeda

Muy potente 22-24 24-26 26-29

Para nuestra consistencia blanda, con arena chancada y grava chancada tendremos: M=35 Puntos a determinar de la curva ideal de los ridos:

Pto. X (apertura tamiz bajo raz quinta)

Y (% volumen que pasa)

O 0.35 0.00

Y 1.797 71.747

Z 2.06 100

Determinacin de los slidos o proporcin de los ridos. En general, debemos determinar que volumen debe utilizar la grava (g), cemento (c), arena (i) y la gravilla (i). Para acercarnos al hormign ideal, teniendo en cuenta que la suma de todos estos elementos es igual a 1.

+ + + = 1 Donde cada elemento representa el volumen absoluto.

c representa el valor absoluto del cemento

g representa el valor absoluto de la grava

f representa el volumen absoluto de la arena

i es el valor absoluto de la gravilla

A partir del anlisis de la curva ideal L, graficada anteriormente se pueden determinar varias sumas, entre ellas las siguientes:

+ = 0.47 0.0913 + = 0.47

= 0.3787 = 37.87% As tambin, se puede determinar a partir de la grfica la suma de f +c+i, la cual nos entrega un valor de 0.70. Entonces:

+ + = 0.70 0.47 + = 0.70

= 0.23 = 23%

0

20

40

60

80

100

120

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50

Curva granulomtrica ideal L

Grava Gravilla Arena Cemento L

Finalmente, sabemos que la suma de los valores absolutos de estos elementos es igual a 1, despejando obtendremos que:

+ + + = 1 + 0.7 = 1

= 0.3 = 30% Determinacin de la cantidad en peso de los ridos. A partir del volumen de cada elemento, podemos determinar la equivalencia en peso de cada proporcin, conociendo sus densidades reales secas, el peso especfico del cemento y la compacidad de nuestra mezcla.

= RSf = RSg = RSi = cto

Donde:

RSf es la densidad real seca de la arena, de acuerdo a la Norma chilena

1239. [/3]

RSg es la densidad real seca de la grava, de acuerdo con la Norma chilena

1117. [/3]

RSi es la densidad real seca de la gravilla, de acuerdo con la Norma chilena

1117. [/3]

cto es el peso especfico del cemento. [/3].

z es la compacidad, [3/3]

Procedemos a calcular: = 0.3787 0.8586 2640 = 858.4 [/3] de arena. = 0.3 0.8586 2660 = 685.16 [/3] de grava. = 0.23 0.8586 2660 = 525.29 [/3 ] de gravilla. = 0.0913 0.8586 3200 = 250.85 [/3] de cemento. Determinacin de agua de absorcin. De acuerdo con los porcentajes de absorcin determinados en los ensayos segn la NCh 1239, NCh 1117, para arenas y gravas respectivamente, la absorcin se calcular como:

= + + = +

Donde:

absorcin de la mezcla [/3].

absorcin de la grava, [%].

absorcin de la gravilla, [%].

absorcin de la arena, [%].

cantidad de agua de amasado. [ /3].

At agua total de la mezcla. [ /3].

= 685.16 (1.3

100) + 525.29 (

1.3

100) + 858.4 (

1.7

100) = 30.33[]

= 131.47 + 30.33 = 161.8 [/3].

Tipo de probeta Dimensiones [m]

Volumen [3] Cantidad Volumen elementos [3]

Cubica 15 a= 0.15 0.00338 1 0.00338

Cubica 20 a=0.2 0.008 1 0.008

Cilndrica D=0.15 h=0.3

0.00530 2 0.01060

Viga a=0.15 L=0.5

0.01125 1 0.01125

Cono de abrams

R=0.1 r=0.05 H=0.3

0.0055 1 0.0055

Volumen de probetas

0.03873

20% de prdida [3]

0.00775

Volumen total [3]

0.04647

Dosificacin Nch170

Hay que considerar que la Norma Chilena establece que el tamao mximo nominal de los ridos debe ser igual o inferior que el menor de los siguientes valores: a) 1/5 de la menor distancia entre las paredes del molde. b) 3/4 de la menor distancia libre entre armaduras. c) 1/3 del espesor de losas armadas. En hormign a la vista se recomienda, para cualquier tipo de rido, un tamao mximo nominal inferior a 1,5 veces el espesor del recubrimiento (moldaje-armadura). Se debe tener claro, los siguientes datos:

Resistencia del hormign; usaremos una resistencia de [20MPa], para equiparar

con el mtodo de Faury-Joisel.

Tipo de hormign, ser un hormign sin armar.

Tamao mximo nominal del rido, al igual que en el caso anterior de Faury-Joisel,

usaremos 37.5 mm para estar frente a las mismas condiciones.

Densidad del cemento a utilizar (kg/m), 3200 [kg/3]

Cono (docilidad), en nuestro caso la docilidad fue igual a cero.

1. Determinaremos el nivel de confianza Segn tabla N24 NCh 170

2. DETERMINAREMOS CONDICIONES PREVISTAS PARA LA OBRA

Cuando se tienen antecedentes del mismo contratista, asignar valor segn tabla N 25 NCh 170. De lo contrario asumir que: s 8,0 MPa.

Valor s estimado para resistencia a la compresin (NCh170.Of85)

3. Calcularemos la resistencia media requerida o de dosificacin ()

= + : Resistencia media requerida (MPa). : Resistencia especificada en el proyecto (MPa). : Factor de nivel de confianza. : Factor de condiciones previstas para la obra. Entonces

= 20 + 1.282 5 = 26.41 []

4. Determinaremos razn agua cemento

a) Usar registros de ensayos anteriores.

b) Hacer hormigones de prueba.

c) A partir de la resistencia media requerida.

Segn tabla N 3 NCh 170. Interpolar si es necesario.

Como nuestra = 26.41 es necesario interpolar entre los puntos (26; 0.60) y (31; 0.55).

=(0.55 0.60)

(31 26) ( 26) + 0.60

= 0.01 + 0.86 (26.41) = 0.01(26.41) + 0.86

(26.41) = 0.5959

= 0.596

Determinacin de la razn agua-cemento por durabilidad. Segn tabla N4 NCh170

NOTA: La Norma Chilena recomienda elegir la menor razn de agua-cemento, con cualquier procedimiento adoptado. En cuanto a la relacin agua-cemento respecto al tipo de estructura consideraremos que es cualquier estructura frecuentemente hmeda o expuesta a deshielo. Por ende su razn agua-cemento ser igual a 0.50.

5. Elegiremos la docilidad segn tabla N 5 NCh 170

6. Determinaremos las proporciones de los materiales.

13 = + + + + : volumen real de cemento en m que es igual a la masa del cemento en kg

dividido por la densidad real del cemento en kg/m.

: volumen de agua de amasado en m necesarios para la docilidad requerida

(tabla 22).

: volumen de aire atrapado o intencionalmente incorporado en m

: volumen real de la grava en m, que es igual a la masa de la grava en kg

dividida por la densidad real de la grava en kg/m, con ambos valores

correspondientes al estado saturado superficialmente seco, a al estado seco.

: volumen real de la arena en m, que es igual a la masa de arena en kg

dividida por la densidad real de la arena en kg/m, con ambos valores

correspondientes al estado saturado superficialmente seco, a al estado seco.

Entonces tendremos: 13 = + + + +

7. DOSIS DE AGUA DE AMASADO (W)

Segn tabla N22 NCh170, en m; para materiales corrientes considerados con estado de humedad saturado superficialmente seco (sss).

NOTA: Esta dosis se tiene que ajustar en mezclas de prueba para cumplir con la docilidad requerida.

Como no coincidimos en el mximo nominal en la casilla exacta procedemos a

interpolar para poder tener un valor ms real, la interpolacin ser entre los

puntos (25; 0.17) y (40; 0.15)

=2 12 1

( 1) + 1

=0.15 0.17

40 25 ( 25) + 0.15

= 0.001333 + 0.203333

(37.5) = 0.001333 (37.5) + 0.203333

(37.5) = 0.1533

Entonces el agua de amasado ser: W= 0.1533 3

8. DOSIS DE AIRE (u)

Segn tabla N 23 NCh 170. En hormigones corrientes.

Ya que no calzamos en una casilla exacta, procederemos a interpolar al igual que los casos anteriores, es vez entre los puntos (25; 0.015) y (40; 0.01).

=2 12 1

( 1) + 1

=0.01 0.015

40 25 ( 25) + 0.015

= 0.0003333 + 0.0233

(37.5) = 0.0003333(37.5) + 0.0233

= 0.0003333 + 0.0233

(37.5) = 0.011

= 0.011

Segn tabla N 6 NCh 170. Con aditivos incorporadores de aire, tolerancia 1.5. Hormigones de grado superior a H-35, el aire se puede reducir en 1

DOSIS DE CEMENTO (C)

=

/3

: Volumen de cemento De la razn agua cemento y el volumen de agua de amasado (w), obtenemos:

= ( 3)

=

( 3)

= 0.1533 3200

0.596

Lo que nos da un resultado en kg de cemento:

= 823.08 kg. Luego volviendo a la formula principal:

=

/3

= 823.08

3200

= 0.257

Correspondiente al volumen del cemento. DOSIS DE RIDOS Haciendo un recuento en la frmula general obtenemos:

+ = 1 ( + + ) + = 1 (0.257 + 0.1533 + 0.011)

+ = 0.5787 : Grava : Arena La Norma Chilena establece que como mnimo separar los ridos en dos fracciones, grava y arena. La Norma Chilena no establece procedimientos para encontrar la proporcin de los ridos que permita satisfacer la banda recomendada, por lo que se puede seguir cualquier procedimiento, como por ejemplo: Por tanteo Proporcin geomtrica Planteando un sistema de ecuaciones Por mnimos cuadrados

Comparacin de los Mtodos La principal diferencia entre el mtodo de Faury-Joisel y lo establecido en la Norma Nch170. Radica en que el primero, dentro de sus procedimientos necesarios para poder

llevar a cabo la dosificacin, hace uso y se enfoca en la granulometra de los ridos que

sern ocupados en la preparacin del hormign, lo cual permite hacer la dosificacin en

funcin de las propiedades granulomtricas de los ridos, predecir el posible

comportamiento del hormign dosificado y su trabajabilidad, esto teniendo consideracin

en que los ridos forman gran parte del hormign y por ende sus caractersticas se vern

reflejadas en el resultado final.

Conclusin Ya en la realizacin del ltimo laboratorio de este curso, pudimos tener en mente varios aspectos aprendidos en anteriores laboratorios, como lo eran los ridos que ocuparamos para la formacin del hormign su tamao y caractersticas morfolgicas que influiran en el hormign que realizaramos. Sin embargo como grupo creemos que en la realizacin del laboratorio, no pudimos tener una real cercana con la elaboracin del hormign, puesto que la todos los grupos nos encontrbamos haciendo lo mismo, por lo cual solo algunas personas pudieron realmente participar en la elaboracin del hormign y los dems solo fuimos de cierto modo espectadores. Pero ms all de ello otro factor que le quito provecho al laboratorio que realizamos fue que todos tenamos que ocupar la misma dosificacin entrega por el profesor, por lo cual haba un comprensin profunda de lo que realizbamos en el momento, ya que no entendamos el porqu de las cantidades propuestas, ante esto creemos que hubiese sido mejor que previamente a realizar el hormign cada grupo realice su propia dosificacin, para realizar un anlisis previo de las caractersticas que queremos que tenga nuestro hormign, y as evidenciar la efectividad de los mtodos. Otro factor interesante seria la utilizacin de diferentes cementos, para poder familiarizarnos de mejor manera con los diferentes proveedores de cementos y las caractersticas de estos. Queremos destacar tambin que al momento de realizar el hormign, nos vimos en la obligacin de tener que verter ms, agua a la muestra ya que esta haba quedado demasiado seca y rgida, hecho que se evidencio al momento de realizar el mtodo del cono de abrams en donde el hormign fresco no vario su altura, lo cual indicaba que su trabajabilidad era mnima o nula, y este es un factor que debemos siempre de tener en cuanta, ya que es toma gran relevancia al momento en que nosotros queremos dejar el hormign en algn molde, ya que si es muy baja se corre con el riesgo a que el hormign no ocupe todos los espacios y puedan quedar vacos en el hormign. El hecho de haber ocupado ms agua la indicada en la dosificacin puede resultar riesgoso, ya que como indica la Norma Nch170 hay una relacin directa entre una cantidad de agua y el grado de resistencia, donde a mayor cantidad de agua la resistencia resultante del hormign ser menor.

Como mencionbamos al inicio, al momento de realizar el laboratorio y posteriormente al

realizar el informe pudimos nuevamente ver la importancia que tienen los ridos al

momento de elaborar nuestro hormign, ya que por ejemplo si hay exceso de ridos finos

el hormign tenga menor resistencia, o si son redondeados el hormign ser ms

trabajable y as las otras diversas propiedades que pueden atribuirle el rido al hormign

que vayamos a realizar. Ante esto los mtodos toman una gran relevancia puesto que nos

permiten saber con certeza la cantidad de agua, cementos y ridos que necesitamos

utilizar, en especial el Mtodo de Faury-Joisel tiene en consideracin la granulometra de

los ridos, un factor de gran relevancia en el hormign puesto que influir en

caractersticas de gran importancia como lo son la resistencia y la trabajabilidad.

Para final queremos mencionar lo importante que resulto este laboratorio porque nos

permiti unificar la mayora de conocimientos adquiridos en este curso, y vincularlo

directamente con el resultado final que es el hormign elemento primordial en la

construccin y por ende importante en nuestra formacin.

A. Anexos

A.1) Figuras (anexo fotogrfico)

Figura 1

Figura 2

Imagen 3

Imagen 4

Imagen 5 .

Imagen 6

Imagen 7

Imagen 8

Referencias:

I) Nch170.Of75 Hormign - Requisitos generales