INFORME Nº1

“CARACTERIZACIÓN DE ÁRIDOS,

PREPARACIÓN Y CONFECCIÓN DE

PROBETAS DE HORMIGÓN”

Concepción, Martes 29 de Octubre del 2013

Universidad de Concepción

Facultad de Ingeniería

Dpto. de Ingeniería Civil

Laboratorio de Hormigones

Profesor: Víctor Carrasco

Ayudante: Daryl González

Laboratorista: Carlos Bustos

Sección: N°1

Integrantes: - Gustavo Acuña A.

- Maximiliano Lizana M.

- Javier Mellado P.

Fecha ejecución:

-Viernes 04 Octubre

-Viernes 11 Octubre

1.- INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

El hormigón, por sus características, es el principal material empleado para la construcción de

diversos tipos de estructuras, y es por esta razón que para la formación íntegra de cualquier

Ingeniero Civil, se hace necesario que éste tenga un conocimiento amplio acerca de él.

El hormigón se compone principalmente por cemento, agua, áridos naturales o artificiales, aire y

aditivos. Las condiciones que presentan estos componentes determinarán las características del

hormigón.

El presente informe tiene por objetivo presentar los diversos ensayos que se realizan a uno de

estos componentes, los áridos, para así conocer sus condiciones y cómo afectarán en las

características del hormigón y en segundo lugar se tratará sobre la confección y moldeo de

probetas de hormigón.

En el primer laboratorio se procedió a caracterizar y analizar una muestra de áridos, que en

condiciones reales sería una representación del árido usado para producir hormigón en una obra

civil.

Su importancia radica en determinar el estado y las características del árido, tales como la

presencia de impurezas orgánicas, humedad, granulometría, etc. que puedan influir en la calidad

o propiedades del hormigón fabricado como la resistencia y la durabilidad.

En el segundo laboratorio se realizó la preparación de hormigón, procediendo al moldeo de 7

probetas.

La importancia de este 2º laboratorio radica en la capacidad de predecir y estimar la resistencia

del elemento estructural, para lo cual es de vital importancia contar con probetas obtenidas de

procesos normados y que en cuya fabricación exista un estricto protocolo necesario para asegurar

el valor más fidedigno posible según el tipo, calidad y cantidad de los componentes usados.

En este contexto, los tipos de ensayos corresponden a procedimientos normalizados, cuyas

formas de aplicación universales intentan darle uniformidad a la labor realizada.

Figura 1. Cuarteador mecánico

Figura 2. Separador y bandeja

Figura 3. Frascos con mezcla de agua, áridos y NaOH; y tester.

2.- MATERIALES, HERRAMIENTAS Y EQUIPOS

2.1.- Materiales

Grava

Gravilla

Arena Biobío

Cemento Biobío

Agua potable

2.2.- Herramientas y Equipos

2.2.1.- LABORATORIO N° 1.

Cuarteador mecánico: Se utiliza para dividir la muestra de

áridos gruesos. Consiste en una caja metálica que tiene una serie de

canales dirigidos hacia dos bandejas receptoras ubicadas a ambos lados

de la caja.

Brocha, bandeja y separador metálico: Se utilizan para el

cuarteo de áridos finos. La bandeja y la brocha son para retener y

juntar/separar la muestra respectivamente, el separador es un

instrumento metálico en forma de cruz (este último es un

instrumento confeccionado, se suele recurrir a herramientas más

simples como una pala).

Tester de coloración, frasco e hidróxido de sodio: Se

utilizan para determinar la presencia de impurezas. El frasco es

un contenedor de vidrio de 250 a 350 mL. , el hidróxido de

sodio (NaOH) contenido en una solución de 3% y el tester es un

colorímetro que muestra un patrón de colores para

comparación.

Figura 4. Balanza electrónica

Figura 5. Tamizador áridos finos Ro-Tap

Figura 6. Tamizador áridos gruesos

Figura 7. Quemador secando una muestra de áridos

Balanzas electrónicas: instrumentos electrónicos usados en

la medición de masa de los áridos.

Tamizador áridos finos: tamizador mecánico Ro-Tap modelo

B, utilizando en el ensayo granulométrico, contiene los tamices N° 4,

8, 16, 30, 50, 100.

Tamizador áridos gruesos: Tamizador mecánico, utilizado en el

ensayo granulométrico, contiene los tamices 1 ½ ”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, n° 4.

Quemador de secado: Instrumento a gas, que genera una

llama la cual es utilizada para secar áridos o muestras de suelo.

Figura 8. Recipiente de acero y muestra de árido fino

Figura 10. Betonera mezclando hormigón

Figura 11. Cono de Abrams

Figura 12. Consistómetro de Vebe

Figura 9.Probeta cilíndrica con muestra de áridos y agua

Recipientes: Objeto hondo metálico utilizados en la recepción de áridos.

Probeta: Cilindro graduado de vidrio de 1000 mL.

2.2.2.- LABORATORIO N° 2.

Betonera: Es una máquina mezcladora de

hormigón que consta fundamentalmente de un

tambor rotatorio y de un sistema de paletas; estas

últimas son las que permiten realizar el proceso de

mezclado de las materias primas. La velocidad de

rotación de la betonera empleada en el laboratorio

es de 40 RPM.

Cono de Abrams: Es un ensayo que tiene como objetivo

medir la consistencia del hormigón fresco. Se trata de un molde

normalizado en el que se introduce el hormigón y luego se mide el

asentamiento debido al peso propio y a la fluidez de este material.

Consistómetro de Vebe: Es un instrumento que sirve para medir la

trabajabilidad de hormigones frescos muy secos. Como concepto general,

se tiene que a mayor tiempo, menor es la trabajabilidad.

Figura 13. Mesa de sacudida

Figura 16. Moldes

Figura 14. Bola de Kelly

Figura 15. Aerímetro

Mesa de sacudida: Al igual que el ensayo anterior, este

instrumento se usa para hormigones frescos muy secos. Consta

de una mesa rotatoria circular en la cual se hace girar la muestra

de hormigón, generando así que se extienda en la mesa. Como

concepto, a mayor diámetro, mayor es la fluidez.

Bola de Kelly: Es un instrumento que principalmente consta de una

bola de acero y de una escala de medición. Se coloca la bola en la superficie del

hormigón y ésta penetra en él, luego se lee el asentamiento producido. Es

importante destacar, que este equipo entrega un resultado similar al cono de

Abrams, pero no es 100% confiable.

Aerímetro: Se utiliza para conocer el porcentaje de aire ocluido en la muestra de

hormigón.

Moldes: Estos elementos están construidos de

acero y poseen diversas formas (cúbicas, cilíndricas y

prismáticas). En ellos se dejan muestras de hormigón para

que sean ensayados y saber si la dosificación usada otorga

un material que está conforme con la norma.

Figura 17 y 18, Cuarteador mecánico y receptáculos

Figura 18. Cuarteo de áridos finos

3.- DESCRIPCION Y PROCEDIMIENTO

3.1.- LABORATORIO N° 1.

En este laboratorio se procedió a realizar una serie de ensayos en los

áridos, con el fin de seleccionar y determinar sus características para

posteriormente ser utilizados en la confección de hormigón (laboratorio

número 2).

Ensayo N°1, Cuarteo manual y mecánico

El cuarteo es el procedimiento encargado de la división sucesiva del

tamaño de una muestra de árido de manera de mantener la

representatividad, esto acorde a la norma NCh164 la cual indica los

parámetros y procedimientos a emplear haciendo distinción para áridos

gruesos y finos.

Para los áridos gruesos se utilizó el cuarteador mecánico y se escogió una

cantidad de la muestra de 2 veces el diámetro máximo nominal (diámetro

en mm y cantidad en kg) ,80 kg .Se vertió el árido en el cuarteador

distribuyéndolo uniformemente en toda su longitud para que al caer sobre

los conductos fluyera por cada uno de ellos la misma cantidad. Se volvió a

introducir la porción de la muestra de uno de los receptáculos al

cuarteador realizando el mismo proceso varias veces más, hasta reducir la

muestra al tamaño requerido.

Para los áridos finos se realizó un cuarteo manual .Se empleó una muestra

de áridos finos de 30 kg la cual fue colocada sobre una bandeja plana y

limpia para asegurarse de no haber perdidas de material ni contaminación

con materias extrañas , luego se juntó con una brocha la muestra

acomodándola en una pila cónica en el centro . Se procedió a separar

la muestra en 4 partes iguales mediante un separador metálico en

forma de cruz, de esto se eliminaron las 2 partes diagonalmente opuestas, incluyendo todo el

material fino. Luego se mezcló y homogenizó (apiló con la

brocha) el material restante repitiendo el procedimiento

sucesivamente hasta reducir la muestra al tamaño

requerido.

Figura 19. Muestras de arena en solución y tester

Figura 20. Tamizadora áridos gruesos y balanza pesando la muestra de áridos gruesos.

Ensayo N° 2, determinación colorimétrica de la presencia de impurezas orgánicas

Este ensayo consiste en determinar en base la presencia de impurezas si los áridos son aptos se

utilizados en hormigón, es aplicable en áridos finos y se rige por la norma NCh166.

Se colocó una muestra de 200g de arena en un frasco de 300

mL junto con 100mL de una solución de hidróxido de sodio al

3%, luego se agitó el frasco y se dejó reposar por 24 hrs. Para

efectos del ensayo realizado, se tenían muestras ya reposadas

de la mezcla por lo que se analizaron en ellas los patrones de

coloración en base a una comparación con un tester de colores

(escala según ASTM C 40) dando como resultados arenas aptas

para coloraciones menos intensas que la solución de referencia

(tester patrón).

Ensayo N°3, análisis granulométrico

Este ensayo consiste en la determinación porcentual del tamaño de las partículas en una muestra

de áridos, utilizando para ello una serie de tamices de distinto tamaños de apertura y basándose

en la norma NCh165.

Se tomó la muestra de áridos finos y gruesos ,se determinó su masa y se dispuso en 2 tamizadores

mecánicos; el primero un tamizador de áridos finos con tamices n°4,8,16,30,50, 100 y el segundo

un tamizador de áridos gruesos 1 ½ ”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, nº 4 .Luego lo tamizadores agitaron la

mezcla por un periodo de tiempo con el fin de

asegurar el correcto pase de las partículas a sus

respectivos tamices .

La siguiente etapa consistió en retirar uno a uno

los tamices y pesar el material retenido en ellos,

con esto se obtuvo la distribución del tamaño de

partículas de la muestra (según el diámetro

nominal de los tamices).

Ensayo N°4, determinación de la humedad total

Este ensayo se realiza para corregir las dosificaciones de masa mediante la determinación de la

humedad de una muestra de arena húmeda, se basa en la norma NCh1515 Of. 79.

Se tomó la muestra de árido (arena húmeda) y se colocó en un recipiente previamente tarado,

procediendo a pesar a la muestra en una balanza obteniendo la masa húmeda Mh (restando la

masa del recipiente). Luego se colocó el recipiente con la muestra en un horno durante 24 horas a

Figura 21. Medición de la masa, ensayo de humedad

Figura 22. Probeta

cilíndrica con muestra de de áridos y

agua

una temperatura de 110° aproximadamente. Transcurrido dicho tiempo se fueron a buscar los

datos de la masa de la muestra seca Ms (restando la masa del recipiente) , obtenidos al pesar la

muestra después de ser sacada del horno .

Con lo anterior se procedió al cálculo de la humedad según la relación:

𝐻𝑇 =𝑀ℎ−𝑀𝑠

𝑀𝑠∗ 100% Ecuación 1, humedad total

Ensayo N°5, determinación del esponjamiento

Este ensayo mide el nivel de esponjamiento de una muestra de arena. Para

ello se procedió a colocar una muestra de arena húmeda en una probeta graduada

midiendo su volumen inicial Vi. Luego se agregó agua y se agitó la probeta para

eliminar las burbujas de aire dejándola reposar por unos minutos para asegurarse

que la arena se asentara de forma compacta sin dejar huecos, midiéndose

finalmente el volumen ocupado Vf.

Para el cálculo de esponjamiento se utilizo la expresión:

𝐸 =𝑉𝑖−𝑉𝑓

𝑉𝑓∗ 100% Ecuación 2, cálculo esponjamiento

Ensayo N° 6, Determinación del material más que el tamiz ASTM N° 200 por lavado

Este ensayo consiste, como su nombre lo dice, en la determinación del material que pasa

por el tamiz N°200 tomando para ello una muestra de árido con cantidades mínimas y

procedimiento estipulados en la norma NCh1223 .

Se tomó una muestra de árido y se secó en un quemador, registrándose su masa “Mi”.

Luego se colocó la muestra en un recipiente y se cubrió con agua agitándolo de modo de separar

el material más fino, dejándolo en suspensión (lavando la muestra). A continuación se vació el

agua a través del tamiz ASTM N° 200 evitando la caída de las partículas más gruesas. Se agregó

tantas veces aguas y repitió tantas veces la operación como fue necesario hasta que el agua con la

muestra se mostró limpia y clara.

Finalmente se reunió el material retenido en el tamiz, depositó en el recipiente, se secó y

pesó (Mc).

Para el cálculo de la cantidad de material “Mf” que pasa por el tamiz ASTM N° 200 se

utilizó la siguiente expresión:

𝑀𝑎 =𝑀𝑖−𝑀𝑓

𝑀𝑖∗ 100 Ecuación 3, porcentaje de finos menores al tamiz ASTM N°200

3.2.- LABORATORIO Nº 2. PREPARACIÓN DEL HORMIGÓN

Dosificación: Se comenzó el laboratorio preparando la dosificación de los componentes

del hormigón para producir un volumen de 70 litros de HN30 80 406, es decir resistencia a la

compresión de 30 MPa, una confiabilidad del 80%, un tamaño máximo de 40 mm del árido y un

cono 6.

Tabla 1. Dosificación Confección de hormigón

Material Peso (kg)

Grava 54,32

Gravilla 37,82

Arena 48,72

Cemento 22,40

Agua potable 11,54

Mezclado, confección y trabajabilidad del hormigón: Se procedió a introducir los

componentes dentro de la betonera para luego agregarle el 80% del agua requerida, hasta llegar al

100% dado que la mezcla aún se veía seca.

Ahora para saber si cumplía con la trabajabilidad estipulada se utilizó el ensayo del cono de

Abrams, midiéndose un descenso vertical medio de 1,5 cm. Por tanto se optó por agregar un litro

más de agua a la colada, se mezcló y se realizó nuevamente el ensayo de cono obteniendo un

descenso de 4 cm aprox, es decir se obtuvo cono 4 y dado que el margen de error es de +/-2, se

consideró que cumplía con las especificaciones requeridas.

Luego de esto se mostró los distintos instrumentos cuya finalidad es medir la trabajabilidad, tales

como el aparato de Vebe, la mesa vibratoria, la mesa de sacudida, y la bola de Kelly, este último

resulta ser el más confiable luego del cono de Abrams para medir la trabajabilidad.

Fig. 23, Componentes dosificados siendo

incorporados a la betonera

Es necesario agregar que una de las desviaciones a la Norma fue la cantidad de agua utilizada, que

fue mayor al especificado por ella.

Aerímetro: Se procedió luego a medir el % de aire ocluido en la mezcla, para ello se utilizó

un aerímetro, este es llenado en 2 capas y vibrado para homogenizar la mezcla. En la tapa posee

dos conductos a través de los cuales se inyecta agua hasta saturar la cavidad de la parte superior,

manualmente se agrega presión hasta llegar al valor de calibración del instrumento desde donde

se libera la presión y la aguja nos indica el % aire en la mezcla, que en este caso resultó ser un

1,2%.

Confección de probetas: Luego de medir la trabajabilidad se procedió a llenar los moldes

de las probetas de hormigón. Se llenaron 4 probetas cuadradas, dos probetas cilíndricas y una

vigueta rectangular, para lo cual se utilizó el vibrador de inmersión. Las superficies de las probetas

se enrazaron y aplanaron, luego iban a ser selladas y posteriormente llevadas a la sala de curado,

para finamente dentro de 28 días realizar las pruebas correspondientes.

Tabla 2. Dimensiones probetas Modelo Probeta Medidas

2-Cúbico 200x200x200 mm3

2-Cúbico 150x150x150 mm3

2- Cilíndrico Diámetro 150 mm, altura 300 mm

1-Prismático 550x150x150 mm3

El 2º laboratorio se basó en la NCh 1017 of 75 “Confección y curado en obra de probetas para

ensayos de compresión y tracción”, la norma a NCh 1018 of 77 “Preparación de mezclas de

prueba en laboratorios” y NCh 1019 of 74 “Determinación de la docilidad método del

asentamiento del cono de Abrams”.

Fig. 27, Llenado de probetas Fig. 25, Cono de Abrams, 4

cm de descenso

Fig. 24, Betonera mezclando

los componentes de

hormigón

Fig. 26, Airómetro

4.- RESULTADOS

4.1 LABORATORIO Nº1

Ensayo n° 1: Cuarteo Manual y Mecánico

En este ensayo no se registran resultados numéricos.

Ensayo n° 2: Determinación Colorimétrica de la Presencia de Impurezas Orgánicas

Para este ensayo no se registran resultados numéricos. Solamente se compara la muestra con el

tester y se evalúa si es apta o no. Un resultado 1 o 2 indica que la muestra es apta; un resultado 3

se podría aceptar pero se requiere que se trate el árido fino para eliminar las impurezas;

finalmente, la muestra que tiene un resultado 4 o 5 se rechaza.

Ensayo n° 3: Análisis Granulométrico

Granulometría áridos finos

La masa inicial de la muestra es de 584,9 g

Se obtuvieron los siguientes resultados con este ensayo:

Tabla 3. Resultados ensayo Granulométrico de finos

Tamiz (n°) Peso Retenido (g) Retenido (%) Pasa (%)

4 5,7 0,97 99,03

8 44,8 7,66 91,37

16 164,9 28,19 63,17

30 246,3 42,11 21,06

50 111,8 19,11 1,95

100 9,3 1,59 0,36

Residuos 1,8 0,31

Total 584,6 99,94

Existe una variación entre la masa inicial y la final que es de un 0,06 %, por lo que se encuentra

dentro de la tolerancia aceptable. Para áridos finos, este valor es del 3 %

Granulometría áridos gruesos

La masa inicial de la muestra es de 19780 g

Se obtuvieron los siguientes resultados con este ensayo:

Tabla 4. Resultados ensayo Granulométrico de gruesos

Tamiz Peso Retenido (g) Retenido (%) Pasa (%)

1 ½ “ 80 0,40 99,60

1 ” 8360 42,26 57,33

¾ “ 6360 32,15 25,18

½ “ 2140 10,82 14,36

3/8 “ 1800 9,10 5,26

n° 4 920 4,65 0,61

Residuos 60 0,30

Total 19720 99,68

Se puede observar que la masa final tiene una variación del 0,3 % con respecto a la masa inicial,

por lo que está dentro del rango aceptable porque en áridos gruesos la tolerancia es de un 0,5 %

Ensayo n° 4: Determinación de la humedad total

Para este ensayo se tomó la siguiente muestra:

Masa inicial (húmeda): 393,8 g

Después del proceso de secado, se obtuvo:

Masa final (seca): 352,6 g

Luego, se calcula la humedad mediante la ecuación 1:

𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 =393,8− 352,6

352,6∗ 100

Por lo tanto, la humedad total de la muestra es de 11,7 %

Ensayo n° 5: Determinación del esponjamiento

Se midieron los siguientes datos:

Volumen inicial: 390 ml

El volumen resultante una vez que se agregó el agua es:

Volumen final: 270 ml

El esponjamiento se calcula a través de la ecuación 2:

𝐸𝑠𝑝𝑜𝑛𝑗𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =390− 270

270∗ 100

Así, el esponjamiento de la muestra es de 44,4 %

Ensayo n°6: Determinación del material más fino que pasa por el tamiz ASTM N°200, por

lavado

Se tomaron dos muestras, una de arena y una de gravilla. Inicialmente se tenían:

Masa inicial arena: 584,5 g

Masa inicial gravilla: 1127,5 g

Después del lavado, se tuvieron los siguientes datos:

Masa final arena: 584 g

Masa final gravilla: 1123 g

Luego, la cantidad que pasa por el tamiz n°200 se calcula con la ecuación 3:

Para el caso de la arena, dicha cantidad es del 0,086 %

Para el caso de la gravilla, lo que pasa por el tamiz n°200 es el 0,40 %

4.2 LABORATORIO Nº2

Una vez que se confeccionó completamente la mezcla en la betonera (esto quiere decir, usando la

dosificación requerida), se realizó el ensayo del cono de Abrams para medir la consistencia del

hormigón, lo que dio como resultado un cono 1,5. La razón de eso era que el hormigón se

encontraba seco y poco trabajable, eso lo pudo haber causado el hecho de usar en la mezcla un

árido con poca humedad. Como se requería que el hormigón tuviese un cono 6, fue necesario

agregar un litro más a la mezcla, lo que le agregó fluidez; dando así como resultado un descenso

de 4 cm. Este resultado está dentro de lo aceptable, puesto que para conos entre 4 y 10 la

tolerancia es de +/- 2.

Además se ensayó con la bola de Kelly, lo cual arrojó el mismo resultado que el cono de Abrams;

es decir, un descenso del hormigón de 4 cm.

5.- ANÁLISIS Y CONCLUSIONES

Después del análisis y caracterización de los áridos mediantes los distintos ensayos se concluye

que el árido es adecuado para la preparación del hormigón, así se obtiene información importante

acerca del árido que permite tomar medidas para resolver posibles inconvenientes que podrían

afectar ciertas propiedades del hormigón como son la durabilidad y resistencia.

Posibles errores en los ensayos pueden estar asociados a la precisión de instrumentos y a las

formas de dividir el árido.

Se encontró que es arena limpia casi sin impurezas orgánicas, bien graduada, y muy poca

humedad en ella.

Con respecto a la confección de hormigón se concluye que a mayor cantidad de agua, (mayor

razón agua/cemento), aumenta la trabajabilidad, esto permite que adquiera una consistencia más

líquida que le permite por ejemplo ser puesto en lugares con alta densidad de armadura.

Como ya se ha mencionado para la fabricación del hormigón se utilizó en primera instancia la

cantidad de agua establecida por norma, sin embargo como no se obtuvo la trabajabilidad

esperada para esa cantidad de agua, se agregó una cantidad extra, esto se pudo haber debido

justamente a la baja humedad del árido detectada anteriormente, se espera revisar en el 3º

laboratorio si este aumento en la relación A/C afectará la resistencia final.

Finalmente, se aprendió que las normas por muy bien hecha que estén no siempre superan la

experiencia del personal calificado, y esta característica del encargado es fundamental a la hora de

tomar decisiones.

BIBLIOGRAFÍA

Tecnología del Hormigón . Guía de laboratorio N°1 Áridos . Universidad de Concepción.

Facultad de Ingeniería. Dpto. de ingeniería civil. Laboratorio de

Hormigón.Concepción.Chile.

Tecnología del Hormigón . Guía de laboratorio N°2 Confección de hormigones y moldeo

de probetas . Universidad de Concepción. Facultad de Ingeniería. Dpto. de ingeniería civil.

Laboratorio de Hormigón.Concepción.Chile.