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• Diego Francisco Guimay Castillo

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SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL

TECNOLOGÍA DEL HORMIGÓN II

METODOS DE DOSIFICACIÓN EN HORMIGONES

PROFESOR:

MANUEL NORAMBUENA CÁCERES

ALUMNOS JUAN AVILA SAAVEDRA DIEGO GUIMAY CASTILLO

09/07/2013 1º Semestre 2013 INTRODUCCIÓN

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL

Este informe está constituido por diferentes métodos de dosificación, tales como Faury, NCh 170, ACI, Valette, entre otros, donde se explica y describe cada paso de estos métodos, los cuales están confeccionados de diferentes formas pero con los mismos componentes, refiriéndose a dosis de agua, dosis de cemento, determinación del tamaño máximo de los áridos, etc. Juegan un papel importante las experiencias de sus propios autores e institutos, quienes confeccionan estas dosificaciones, logrando una buena estructura con los diferentes componentes que se necesitan para una dosificación con resultados aceptables y confiables. Se comprenderá que la mayoría de estos, son los que se han estudiado en clases y se han entendido a medida que pasa el semestre, por lo tanto la manera de profundizar este tema, ha sido en buscar otros métodos no tan conocidos.

OBJETIVOS.

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Objetivo General. •

Definir y explicar los diferentes tipos, métodos de dosificación y como es su elaboración.

Objetivos Específicos. •

Generar conocimientos sobre los tipos de dosificaciones que existen.

•

Analizar los tipos de dosificación, cada paso y considerar las formulas empleadas en estas.

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL DESARROLLO

Método de dosificación de Faury Este método apunta a las experiencias que tuvo el mismo autor, las que componen una continuación de las que ya anteriormente habían ejecutado sobre principios similares. Otros investigadores tales como Fuller, Bolomey y principalmente Caquot, quien le proporciona el fundamento teórico de los conceptos de mayor importancia contenidos en el método. Se fundamenta esencialmente en principios granulométricos para determinar las cantidades de los materiales que permiten otorgar a un determinado hormigón las características previstas. Este método se divide en 5 puntos, los cuales son necesarios para su buen resultado, ellos son: •

Determinación del tamaño máximo del árido.

•

Determinación de la fluidez del hormigón (dosis agua).

•

Elección de la curva granulométrica ideal (consistencia).

•

Determinación de la razón agua/cemento.

•

Determinación de la dosificación (ajuste granulométrico).

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL Determinación del tamaño máximo del árido Árido chancado y rodado (fig. 1 y 2) fig. 1

Fuente: www.aridospetromin.cl fig. 2

Fuente: www.aridospetromin.cl

El Método de Faury se basa en el criterio denominado efecto de pared, desarrollado por el investigador francés Caquot, que cuantifica el efecto que una superficie dura ejerce sobre la porosidad de un material granular en la zona adyacente a ella. Este efecto se deriva del desplazamiento que sufren las partículas con respecto a la posición que ocuparían si el material estuviera colocado en una masa indefinida, es decir, si no existiera la superficie que produce la interferencia. La aplicación de este criterio al efecto de pared derivado de la presencia de moldajes y enfierraduras presentes en todo elemento de hormigón es usado

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL por Faury para determinar el tamaño máximo del árido más grueso contenido en el hormigón.

Radio Medio de Moldaje: R=

Volumen del elemento

. Superficie de moldajes y enfierraduras del elemento R=

Sección neta hormigón

. Perímetro de moldajes y enfierraduras del elemento Radio Medio de la enfierraduras: r= armadura

Superficie libre entre barra de

. Perímetro correspondiente a las

superficies Se debe tener consideración sobre los siguientes conceptos para el cálculo: •

Superficie de moldajes incluida en denominador del radio medio de moldaje es la de los moldes que limitan el volumen del elemento, se deben considerar las caras libres sometidas a terminación.

•

Perímetro de armaduras corresponde a la superficie externa de las barras de armadura absorbidas en el elemento.

•

En el cálculo del radio medio de la enfierradura son aquellas a través de las cuales debe atravesar el hormigón y la superficie libre es la que atraviesa el hormigón.

Faury propuso expresiones para determinar el tamaño máximo, se ven en lo siguiente: (tabla 1)

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL (Tabla 1)

Tipo de árido

R/r

Rodado

> < >
1,12 r < 0,80 R > 0,96 r < 0,90 R

P T/1,45 r T/R T/1,25 r T/R Fuente: Libro Tecn.

Del hormigón.

Determinación de la fluidez (dosis de agua) Queda establecida en el Método de Faury a través de la fijación del contenido de huecos para cada curva granulométrica ideal, que al ser llenados por el agua de amasado, determinará dicha característica del hormigón. La expresión para determinar el porcentaje unitario de huecos es la siguiente: H=

K 5

+

√T

K´____ 0,80 _ 0,75 P

Los valores de los coeficientes K (dependen del grado de compactación aplicado al hormigón) y K' quedan a su vez definidos de acuerdo en las siguientes tablas: Valores de K, Faury. (Tabla 2) (Tabla 2)

Fluidez

Compacta ción

Muy fluida Blanda

Nula Media

Naturaleza de los áridos Arena Arena rodada rodada Grava Grava rodada chancada 0.355 o mas 0.379 o mas 0.335 – 0.360 –

Arena chancada Grava chancada 0.440 o mas 0.410 – 0.440

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Plástica

Cuidadosa

De tierra Muy húmeda potente Extra seca Excepciona l

0.355 0.315 0.335 0.240 0.315 0.240 menos

0.380 – 0.340 0.360 – 0.315 0.335 o 0.315 menos

– 0.385 – 0.410 – 0.335 – 0.385 o 0.335 o menos F

uente: Libro Tecn. Del hormigón.

Valores de K, Faury modificado por Zabaleta. (Tabla 3) (Tabla 3)

Asentamie Compactación nto

12 – 15

Nula

10 – 12

débil

8 – 10

Media

6–8

Cuidadosa

4–6

potente

2–4

Muy potente

0-2

Excepcionalment e potente

Naturaleza de los áridos Arena Arena rodada rodada Grava Grava rodada chancada 0.380 – 0.405 – 0.390 0.415 0.370 – 0.395 – 0.380 0.405 0.360 – 0.385 – 0.370 0.395 0.350 – 0.375 – 0.360 0.385 0.340 – 0.365 – 0.350 0.375 0.330 – 0.355 – 0365 0.340 0.320 – 0.345 – 0.330 0.355

Arena chancada Grava chancada 0.430 – 0.440 0.420 – 0.430 0.410 – 0.420 0.400 – 0.410 0.390 – 0.400 0.380 – 0.390 0.370 – 0.380

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL Fuente: Libro Tecn. Del hormigón.

Valores de K´, Faury. (Tabla 4) (Tabla 4)

Compacta ción Normal potente

K´ 0.003 0.002 Fuente: Libro Tecn. Del hormigón.

Los valores de K deben ser elegidos principalmente en función del asentamiento de cono que se desea dar al hormigón, debiendo entenderse que la glosa relativa a compactación significa que esta debe ser hecha por vibración para las designadas cuidadosa a excepcionalmente potente, prolongando el tiempo de vibración hasta lograr la total compactación del hormigón. En las compactaciones señaladas como nula a media pueden también emplearse medios menos potentes, como ser varillado. Debe señalarse que la tabla con los valores K aquí incluida no corresponde a la originalmente propuesta por faury en el texto en que plantea su método, sino que corresponde a una adaptación proveniente de la experiencia del autor.

Determinación de la granulométrica ideal.

consistencia,

elección

de

la

curva

Se establece básicamente a través de una granulometría total adecuada. Para este objeto, el método propone una Curva Granulométrica de Referencia o Curva Ideal, la que incluye al cemento, que puede ser variada de acuerdo a las características que se desee conferir al hormigón. La forma general y los parámetros que la determinan son los que aparecen en la siguiente figura. Curva ideal granulométrica Faury. (Fig. 3) fig. 3

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL

Fuente: Libro Tecn. Del

hormigón.

Es necesario hacer las siguientes acotaciones respecto a la curva propuesta: •

La escala de abscisas corresponde a los tamaños de partículas, representada proporcionalmente a la raíz quinta de su tamaño; 0,0065

t0

=

•

La escala de ordenadas corresponde a la proporción en volumen real presente en el hormigón de partículas de un tamaño dado con respecto al volumen real total de partículas sólidas, incluido el cemento.

•

El punto de quiebre de los dos tramos rectos que componen la Curva Ideal queda definido por las siguientes coordenadas.

Abscisa: T/2, siendo T el tamaño máximo del árido más grueso 5

Ordenada: Z = M + 17,8 √ T +

500 K´ . 0,80/P – 0,75

El coeficiente K' tiene el mismo valor adoptado para determinar la fluidez.

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL Los parámetros T y 500K’/ (0,80/P-0,75) quedan definidos en base al criterio denominado “efecto pared”. el valor del coeficiente M queda determinado por la Tabla 40. Representa el grado de consistencia del hormigón (finos). Valores de M, Faury. (Tabla 5) (Tabla 5)

Consisten cia

Compactación

Muy fluida Fluida Blanda Plástica Muy firme De tierra húmeda Extra seca

Nula débil Media Cuidadosa potente Muy potente Excepcionalment e potente

Naturaleza de los áridos Arena Arena rodada rodada Grava Grava rodada chancada 32 o mas 34 o mas 30 – 32 32 – 34 28 – 30 30 – 32 26 – 28 28 – 30 24 – 26 26 – 28 22 – 24 24 - 26

Arena chancada Grava chancada 38 o mas 36 – 38 34 – 36 32 – 34 30 – 32 28 - 30

22 o menos

28 o menos

26 o menos

F uente: Libro Tecn. Del hormigón.

En esta se ha supuesto que la consistencia está ligada a la fluidez a través de la compactación necesaria, lo cual implica que los coeficientes K y M ser elegidos para igual condición de compactación.

Determinación de la razón agua/cemento. Esta determinación es la misma que se hace presente en el método de dosificación ACI. Determinación de la dosificación. Las condiciones de partida señaladas en los párrafos anteriores permiten calcular las cantidades en que los diferentes componentes del hormigón

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL deben mezclarse para obtener las características previstas. El procedimiento para este objeto es el que se describe a continuación: •

Determinación de la dosis de agua; En función de los valores del porcentaje de huecos establecido en la forma señalada anteriormente se puede determinarse la dosis de agua expresada en litros por metro cúbico mediante la expresión: A = 1000 x h

•

Determinación de la dosis de cemento; La dosis de cemento es posible determinarla en base al cuociente entre la dosis de agua determinada en la forma señalada en el párrafo anterior y la razón agua/cemento definida.

•

En el caso de haberse previsto el empleo de un incorporador de aire, la cantidad de aire incorporado debe sumarse a la dosis de agua para el efecto del cálculo de la dosis de cemento.

•

Determinación de las dosis de áridos; La determinación de las dosis de áridos debe efectuarse estableciendo proporciones para cada uno de ellos, de manera tal que la curva granulométrica total obtenida mezclándolos en dichas proporciones logre el mejor ajuste posible a la Curva Ideal obtenida en la forma señalada anteriormente.

•

Para este objeto, Faury ha propuesto un sistema, denominado de los Índices Ponderales, el cual permite obtener este ajuste óptimo tomando en cuenta la diferente importancia granulométrica de las partículas componentes en función de su tamaño.

•

Este Índice Ponderal aparece definido en la siguiente figura, para cada partícula de un tamaño determinado.

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL Índice Ponderal (Fig. 4) fig. 4

Fuente: Libro Tecn. Del hormigón.

Sin embargo, su aplicación debe tener en consideración que un árido está compuesto de partículas de diferente tamaño en proporciones que se determinan mediante su análisis granulométrico efectuado empleando una serie normalizada de mallas. Por este motivo, se asigna a las partículas comprendidas entre dos mallas sucesivas el valor promedio definido por el gráfico antes mencionado. En la Tabla 6 indica dichos Índices Ponderales para los tamaños de partículas correspondientes a una granulometría efectuada por la serie normal ASTM. Índices ponderales, Faury (Tabla 6) Tabla 6

Fuente: Libro Tecn. Del hormigón.

En esta tabla el Índice Ponderal ha sido calculado para las partículas de tamaño comprendido entre dos mallas sucesivas de la serie y anotado frente a la malla de tamaño superior. Los valores señalados permiten definir el Índice Ponderal del Árido, calculado como la suma de los productos de los porcentajes granulométricos comprendidos entre dos mallas sucesivas por el Índice Ponderal correspondiente a las aberturas de los tamices relacionados con cada porcentaje granulométrico.

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL Para este objeto hay que calcular los porcentajes acumulados usando las ecuaciones para graficar:

A su vez, es posible calcular el Índice Ponderal del Árido Combinado, determinado mediante la suma de los productos de los Índices Ponderales de los áridos por un determinado porcentaje de mezcla de dichos áridos. Este mismo procedimiento es posible aplicarlo a la Curva Ideal, considerando los porcentajes granulométricos que ella define. Sobre las bases enunciadas, el método establece que los porcentajes óptimos de combinación de los áridos se obtienen cuando el Índice Ponderal del Árido Combinado es igual al de la Curva Ideal. De esta manera, si para el hormigón se ha previsto el empleo de dos áridos, uno grueso y otro fino, los porcentajes óptimos de combinación se obtienen resolviendo el siguiente sistema de ecuaciones:

Siendo:

αc,αf y αg porcentajes de volumen real de cemento, árido fino y árido grueso,

respectivamente. Estos porcentajes deben expresarse en proporción del volumen real total de sólidos, puesto que así está definida la Curva Ideal.

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL El valor de αc que corresponde al cemento, es determinado a partir de la dosis de cemento C, mediante la siguiente expresión:

lci, lf, lg : índices Ponderales del cemento, árido fino y árido grueso. El correspondiente al cemento debe considerarse igual a 1.

li : índice Ponderal de la Curva Ideal Total. ρc: densidad real del cemento Un procedimiento similar puede emplearse si el número de áridos previstos es superior a dos. En este caso, dado que el sistema de ecuaciones sería indeterminado, es necesario efectuar tantas igualaciones adicionales de Índices Ponderales como sea la cantidad de áridos sobre dos. Para este objeto, es conveniente elegir como puntos de igualación de los Índices Ponderales de los áridos combinados y de la curva ideal los correspondientes a los tamaños máximos de cada uno de los áridos componentes. Ello permite ampliar el sistema de ecuaciones hasta obtener tantas ecuaciones como áridos intervienen. De la manera señalada pueden determinarse los porcentajes óptimos de combinación de los áridos y, a partir de ellos, las cantidades por metro cúbico correspondientes a cada uno de ellos de acuerdo a la siguiente expresión general:

Siendo: Ai :Cantidad del árido i en kg/m3. αi :Porcentaje de la árido i. ρi :Densidad real del árido i.

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL Método de dosificación de Valette El Método de Valette, desarrollado por el ingeniero francés Valette, emplea técnicas experimentales para obtener las dosis de los materiales componentes que permitan obtener las condiciones previstas para el hormigón. Por este hecho su aplicación requiere de técnicas de laboratorio, las que pueden resumirse en las etapas que se indican a continuación: Determinación de las características físicas de los materiales: • • •

Pesos específicos cemento y áridos Densidades aparentes áridos Agua de mojado cemento y áridos

Mortero lleno con mínimo contenido de cemento, hormigón de dosis mínima de cemento, corrección de la dosis de cemento. Determinación de las características físicas de los materiales Las características a determinar son las siguientes: •

Pesos específicos del cemento y los áridos. Su determinación debe efectuarse en conformidad con la Normas respectivas.

•

Densidades aparentes de los áridos.

Debe determinarse en conformidad con las considerando los áridos en estado seco y suelto. •

Normas

respectivas,

Agua de mojado del cemento y los áridos.

El agua de mojado del cemento corresponde a su agua de consistencia normal. Para la arena en cambio debe establecerse de manera tal que la cantidad de agua añadida le confiera la consistencia necesaria como para permitirle formar una bola con la mano. Para el árido grueso, el agua de mojado corresponde a aquella que hace aparecer brillante la superficie de los granos que lo constituyen.

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Determinación del mortero lleno, de mínimo contenido de cemento. Su determinación se basa en la idea que los huecos de la arena con su agua de mojado deben quedar exactamente llenos, con un 10% de exceso, por la pasta de cemento con su agua de consistencia normal. Calculadas las cantidades que producen esta condición, debe prepararse el mortero con dichas cantidades. Este debe presentar un aspecto superficialmente brillante, sin exudación de agua y debe, además, ser plástico, deformándose elásticamente a la presión de un dedo. En caso de no cumplirse estas condiciones, debe corregirse el agua de mojado y repetir el proceso hasta obtenerla. Determinación del hormigón lleno, de mínima dosis de cemento.

Al mortero, preparado según el párrafo anterior, se le adiciona el máximo posible de árido grueso con su agua de mojado correspondiente. Esta adición se efectúa con el hormigón colocado y compactado en un molde que reproduzca lo más exactamente posible las condiciones de obra, apreciándose si la docilidad obtenida es adecuada y la colocación fácil. Si estas condiciones no se obtienen, debe variarse el agua de mojado del árido grueso según sea el resultado obtenido y repetir el proceso. Determinación de la dosificación final.

De acuerdo a los pesos de materiales usados y el volumen obtenido según las etapas anteriormente descritas, puede calcularse la dosificación obtenida. Si ella no conduce a la dosis de cemento prevista, deberá efectuarse la corrección intercambiando iguales volúmenes reales de arena y cemento con sus respectivas aguas de mojado hasta conseguirla.

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Método de dosificación según NCh 170. Para este método de dosificación es necesario hacer una elección del grado del hormigón. Clasificación de los hormigones por resistencia a la compresión en probetas cubicas, NCh170 Of.85.(Tabla 7) (Tabla 7)

Grado H5 H10 H15 H20 H25 H30 H35 H40 H45 H50

Resistencia Especificada MPa Kgf/cm2 5 50 10 100 15 150 20 200 25 250 30 300 35 350 40 400 45 450 50 500

fc

Fuente: Libro Tecn. Del hormigón.

Clasificación de los Hormigones por Resistencia a laFlexotracción, NCh170 Of.85. (Tabla 8) (Tabla 8)

Grado de Flexotraccio n HF3 HF 3,5 HF4 HF4,5 HF5 HF5,5 HF6

Resistencia Especificada MPa Kgf/cm2 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

30 35 40 45 50 55 60

ft

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL Fuente: Libro Tecn. Del hormigón.

Después de observar los grados de hormigón se hace la elección del Grado del Hormigón, NCh170 Of.85. (Tabla 9) (Tabla 9)

Fuente: Libro Tecn. Del hormigón.

Determinación de la resistencia media requerida Para garantizar que el hormigón producido o un porcentaje de éste cumpla los requisitos de resistencia, se debe dosificar para una resistencia mayor a la especificada o característica (fc). Suponiendo que la resistencia del hormigón producido tiene una distribución norma: Distribución Normal de las Resistencias del Hormigón (Fig.5) (Fig.5)

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Fuente: Libro Tecn. Del hormigón.

fd = fc + t*s fc: Resistencia característica. fd: Resistencia media de dosificación. s: desviación estándar de la obra. t: factor estadístico para un nivel de confianza. El factor estadístico “t” se determina de la Tabla 10 a partir del nivel de confianza o complemento del porcentaje de defectuoso (válido para más de 30 resultados). Factor estadístico t, NCh170 Of.85. (Tabla 10) (Tabla 10)

hormigón.

Fuente: Libro Tecn. Del

La desviación estándar “s” de la obra se determina con la estadística de resistencia del mismo tipo de hormigón con que cuente la empresa. En caso que no exista o la obra esté comenzando, se pueden utilizar los datos indicados en las Fig.6 o Tabla 11. Desviación estándar para resistencia a la compresión según BSI. (Fig. 6) (Fig. 6)

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Fuente: Libro Tecn. Del hormigón.

Desviación estándar “s” según Norma chilena NCh170 Of.85 •

Cuando no se disponga de resultados ni de antecedentes del contratista, para cualquier nivel de resistencia a la compresión especificada del proyecto, adoptar el valor: s = 8 MPa.

•

Cuando se tienen antecedentes del mismo contratista, trabajando en condiciones similares se utiliza la Tabla 11.

Valor s estimado para resistencia a la compresión, NCh170 Of.85. (Tabla 11) (Tabla 11)

Fuente: Libro Tecn. Del hormigón.

Con todos estos datos, la resistencia media de dosificación se calcula como: fd = fc + t*s ó fd = fc/(1 - CV) con CV = s/ fd

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CV = 0,10 a 0,15 para Control Bueno = 0,15 a 0,20 para Control Normal = 0,20 a 0,25 para Control Deficiente El término t*s se conoce como margen y se representa como M: M = t*s fd = fc + M

Determinación de la Razón Agua/Cemento Por Condición de Resistencia Razón Agua/Cemento para Resistencia Media Requerida, NCh170 Of.85 y DICTUC. (Tabla 12) (T abla 12)

Del hormigón.

* fd = 22.8 (C/W – 0.73) ** fd = 28.5 (C/W – 0.73) Por Condición de Durabilidad

Fuente: Libro Tecn.

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL Máxima razón A/C en casos de exposición severa, NCh170 Of.85. (Tabla 13) (Tabla 13)

F

uente: Libro Tecn. Del hormigón.

* Si se usa cemento resistente a los sulfatos (C3 A < 5%), la relación A/C máxima se puede aumentar en 0,05. Elección de la Trabajabilidad Asentamientos de cono recomendados según tipo de estructura y técnica de construcción. (Tabla 14) (Tabla 14)

hormigón.

Fuente: Libro Tecn. Del

(*) NCh 170 Of.85 Asentamientos de cono para compactación por vibración. En situaciones excepcionales se podrá emplear apisonado manual, en cuyo caso, ambos límites de la tabla se deben aumentar en 4 cm. En los casos que

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL se evite la segregación y se asegure la obtención de un hormigón compacto, mediante el uso de aditivos o de tecnologías especiales de transporte y colocación, se podrán emplear docilidades distintas de las indicadas en la Tabla 14. (**) Zabaleta: Se puede incrementar en 2 cm., cuando no se utilizan vibradores de alta frecuencia. Equipos de compactación: •

Mecánicos de alta potencia: vibrador externo, pisón mecánico, vibrocompresión, etc.

•

Corrientes: vibrador de inmersión, vibrador superficial, etc.

•

Especiales: equipos de vacío, de centrifugado, etc.

•

Manuales: varillas, martillo goma, macetas, paletas, etc.

Elección del Tamaño Máximo Nominal del Árido Usar el mayor tamaño máximo económicamente disponible y consistente con las dimensiones de la estructura. Cuando se desea hormigón de alta resistencia se pueden obtener mejores resultados con el uso de áridos de menor tamaño máximo nominal ya que estos producen mayores resistencias para una razón A/C dada. Dosis de Agua La dosis de agua de amasado estimada tiene que ser ajustada en mezclas de prueba para cumplir con la docilidad requerida para la obra. Para esto, tiene que considerarse los aditivos plastificantes si están especificados, la proporción y la forma de los áridos. La dosis de agua de amasado debe ser corregida por el agua absorbida por los áridos ya que en la tabla se consideran en condición sss. Los aditivos solubles o líquidos se consideran como parte del agua libre o de amasado

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL Dosis de Cemento Determinada la razón W/C y la dosis de agua, la cantidad de cemento está dada por la fórmula: C=

A A/C

(kg/m3)

Dosis mínima de cemento [kg/m3] • • • •

Hormigón Hormigón Hormigón Hormigón

armado protegido de la intemperie 240 armado expuesto a la intemperie 270 armado no controlado (grado < H20) 300 simple no controlado 170

Dosis de Aire Hormigones corrientes, aire promedio atrapado, NCh170 Of.85. (Tabla 15) (Tabla 15)

Fuente: Libro Tecn. Del hormigón.

Hormigones con aditivos incorporadores de aire, Contenido de aire, NCh170 Of.85. (Tabla 16) (Tabla 16)

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Fuente: Libro Tecn. Del hormigón.

Tolerancia = ± 1,5 Para hormigones grado superior a H35 contenido de aire de tabla se pueden reducir en 1%. (*) Al comprobar el contenido de aire en este caso, se debe remover todo el árido con tamaño mayor que 38 mm y la determinación se hará en la fracción de tamaño inferior a 38 mm y se aplica una tolerancia de ± 1,0.

Dosis de Áridos La dosis del árido total se calcula restando de la densidad del hormigón las dosis del cemento y del agua: Dosis total de árido: A = D – C – A Con D = densidad hormigón fresco compactado [kg/m3] C = dosis cemento [kg/m3] A = dosis agua libre [kg/m3] La proporción adecuada de los áridos gruesos y finos debe ajustarse a: Que proporcione un hormigón de: •

Máxima compacidad

•

Docilidad adecuada para condiciones de obra

•

Considerar características de los áridos disponibles

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL •

Granulometría

•

Densidad

•

Textura

•

Forma

Proporciones de los áridos determinadas considerando •

Granulometría de cada uno de los áridos

•

Granulometría del árido combinado

Método de dosificación ACI (American concrete institute) El método del American Concrete institute se basa en tablas empíricas mediante las cuales se determinan las condiciones de partida antes señaladas, en la forma que se explica y comenta a continuación. Determinación del tamaño máximo. •

La determinación del tamaño máximo aceptable para el árido mas grueso que intervendrá en la dosificación del hormigón se efectúa mediante la tabla 17 la cual establece un rango de tamaños máximos aplicables a diversos elementos estructurales en función de la dimensión mínima de la sección. El tamaño máximo debe precisarse en el rango señalado, aumentándolo mientras mayor sea la dimensión.

Determinación de la fluidez. •

La fluidez que se desea otorgar al hormigón queda definida en este método de dosificación en base al asentamiento para establecer, el cual puede usarse como referencia la tabla 18.

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL •

Esta tabla define un rango aceptable de asentamientos para diversos tipos de elementos estructurales. Debe señalarse que esta definición es relativamente imprecisa, pues, por una parte, el rango señalado es bastante amplio y, por otra, la gama de elementos estructurales considerados es restringida y delimitada en forma poco precisa.

Determinación de la consistencia. •

La consistencia más apropiada para el hormigón se establece en función de las proporciones de árido grueso y fino incorporadas y es determinada directamente al proceder al cálculo de las cantidades de áridos en la forma definida en la tabla 7.6 puede verse que uno de los parámetros de entrada considerados en ella lo constituye el modulo de finura de la arena , procedimiento que emplea este método para reflejar la influencia granulométrica de la arena

•

El procedimiento señalado es bastante simple en su aplicación, pero por ello mismo adolece de falta de precisión en su definición.

Determinación de la razón agua/cemento. •

Esta se efectúa en base a las tablas 20 y 21 la primera de ellas se define la razón agua/cemento en función de las condiciones ambientales a que estará expuesto el hormigón durante su vida útil, y la segunda, en base a la resistencia especificada para el hormigón.

Determinación de la dosificación. Las condiciones de partida señaladas en los párrafos anteriores permiten calcular las cantidades en que los diferentes componentes del hormigón deben mezclarse para obtener las características previstas. El procedimiento para este objeto es el que se describe a continuación: •

Determinación de la dosis de agua . Para su determinación se emplea la tabla 19, la cual establece la cantidad de agua expresada en litros por metro cubico de hormigón colocado y compactado , en función del asentamiento de cono definido según el párrafo de determinación de fluidez y del tamaño máximo determinado de la forma señalada en el párrafo de la determinación del tamaño máximo.

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL •

Para la determinación de la dosis de agua debe distinguirse el caso del empleo de aire incorporado, por tema de aditivos presentes.

•

Determinación de la dosis de cemento. La dosis de cemento es posible determinarla en base al cuociente entre la dosis de agua determinada en la forma señalada en el párrafo anterior y la razón agua/cemento definida según el párrafo de la determinación de la razón agua/cemento.

•

Determinación de la dosis de grava. Se determina a partir de la tabla 22 en función del modulo de finura de la arena y al tamaño máximo, definido según se describe en el párrafo de la determinación del tamaño máximo.

•

La dosis de grava aparece expresada en litros por metro cubico, debiendo, en consecuencia, multiplicarse por la densidad aparente de la grava en caso de desear expresarla en kilos por metro cubico, determinada en condición compactada en seco.

•

Determinación de la dosis de arena . Se determina partiendo del hecho que la suma de los volúmenes reales de agua, aire incorporado (o atrapado), grava y arena deben ser iguales un metro cubico. Ello permite definir el volumen real de arena, puesto que los restantes son conocidos a partir de sus dosis calculadas en la forma descrita en los párrafos anteriores, el cual, multiplicado por la densidad real de la arena, conduce al valor de la dosis de arena, expresada en kilos por metro cubico.

Tablas para el método ACI de dosificación para hormigón. Asentamientos de cono recomendados para diversos tipos de construcciones (Tabla 17) (Tabla 17)

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Fuente: Libro compendio de tecnología del hormigón.

Tamaños máximos de construcción. (Tabla 18)

áridos

recomendados

para

diversos

tipos

de

(Tabla 18)

de tecnología del hormigón.

Fuente: Libro compendio

Cantidades de agua aconsejadas para diferentes asentamientos y tamaños máximos de los áridos. (Tabla 19)

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL (Tabla 19)

Fuente: Libro compendio de tecnología del hormigón.

Razones agua/cemento máximos para diferentes topos e estructuras y grados de exposición. (Tabla 20) (Tabla 20)

Fuente: Libro compendio de tecnología del hormigón. .

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL Razón agua/cemento con cementos grado corriente y alta resistencia. (Tabla 21) (Tabla 21)

tecnología del hormigón.

Fuente: Libro compendio de

Volumen de árido grueso por metro cubico de hormigón. (Tabla 22) (Tabla 17)

Fuente: Libro compendio de tecnología del hormigón.

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL Métodos de dosificación en hormigones autocompactantes. Método de dosificación CBI •

El método de dosificación de CBI (Swedish Cement and Concrete Institute) fue desarrollado por Peterson (1996) y Billberg (1999). El método consta de tres fases. En la primera de ellas se determina el volumen mínimo de pasta. En la segunda fase se obtiene la composición de la pasta, y en la tercera se comprueban las propiedades físicas del hormigón, tanto en estado fresco como en estado endurecido (Peterson et al., 1996; Gettu et al., 2003, 2004).

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Una de las diferencias de este método respecto a los otros es que se tiene en cuenta el volumen de huecos en el esqueleto granular, y ello determina el volumen mínimo de pasta necesario para llenar todos los huecos existentes entre las partículas de los áridos y recubriéndolas. De esta manera se evita el bloqueo ante la presencia de obstáculos. El volumen de huecos se calcula a partir del grado de compacidad de distintas relaciones entre el árido grueso y el árido fino.

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La determinación del mortero se obtiene a través del ajuste de la relación entre el factor agua/conglomerante y los aditivos (superplastificante o moduladores de viscosidad o ambos) a través de un viscosímetro.

Método de dosificación LCPC •

El método de dosificación LCPC (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées) fue desarrollado por Sedran et al. (1996).

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Se basa en el modelo de suspensión de sólidos (De Larrard et al., 1997) cuyo principio es que parte del agua del hormigón se emplea para rellenar los huecos entre el esqueleto granular (árido más ligantes) y el resto para controlar la trabajabilidad (ACHE, 2008).

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Este modelo utiliza un programa informático para la optimización del esqueleto granular con el mínimo de huecos llamado Solid Suspension Model basado en las experiencias obtenidas mediante la utilización de un reómetro tipo BTRHEOM en cuanto a la elección de los materiales, granulometrías, la compatibilidad entre el cemento y los aditivos y el contenido de cemento y las adiciones.

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Método general de dosificación El método general de dosificación fue propuesto por Okamura y Ozawa en 1998. Probablemente sea el método más usado. Se considera al hormigón dividido en dos fases. La primera sería el árido grueso y, la segunda el mortero incluyendo la pasta de cemento y los áridos finos. El procedimiento es el siguiente: •

Se fija el contenido de árido grueso en el 50% del volumen de sólidos total del hormigón.

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Se fija el árido fino en el 40% sobre el volumen de mortero.

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La relación agua/ (cemento + filler) se asume en el rango de 0,9 a 1% en volumen, dependiendo de las propiedades del cemento y adiciones empleadas.

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La cantidad de superplastificante y la relación agua/conglomerante se ajusta mediante ensayos sobre la pasta.

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El procedimiento concluye cuando se alcanza un diámetro de 650 mm en el ensayo de escurrimiento sobre hormigón

Métodos de dosificación basados en el método general Ha habido un gran número de modificaciones y desarrollos del método general cuyos objetivos son optimizar la pasta y permitir usar un amplio rango de materiales. Entre ellos destacan los siguientes: Universidad Tecnológica de Kochi. Edamatsu et al. (1999) desarrollaron un método para determinar el contenido de árido fino del mortero con el objetivo de poder usar cualquier tipo de cemento, adición o árido fino independientemente de su naturaleza y distribución y tamaño de partícula. La interacción entre el mortero y el árido se evaluó sobre mezclas en las cuales se utilizaron “áridos de vidrio” de 10 mm de diámetro. Los ensayos se realizan con el embudo en V para morteros (figura 8). El parámetro que se

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL obtiene es el índice de capacidad de llenado del hormigón que es la razón entre los tiempos obtenidos en los ensayos del embudo en V para un mismo mortero con y sin “áridos de vidrio”. Este índice obtenido permite reducir el volumen de pasta.

Universidad de Tokio. Ouchi et al. (1997, 1998) desarrollaron un método para determinar satisfactoriamente la relación agua/cemento y la cantidad de aditivo. Cada parámetro se determina de manera independiente minimizando el número de ensayos a realizar. Los ensayos que se realizan son el ensayo de flujo y el de embudo en V para morteros,(ver figuras 7 y 8). Los ensayos demostraron que existe una relación entre Rm y Tm, que es (Skarendahl et al., 2000). Ensayo de flujo de morteros. Fue propuesto por Okamura (Okamura et al., 2000) para morteros. El procedimiento del ensayo es idéntico al ensayo de escurrimiento para hormigones descrito anteriormente pero se emplea un molde con menores dimensiones como se puede observar en la Figura 7. Los parámetros que se miden son los diámetros r1y r2 de la huella del hormigón. El resultado del ensayo se expresa mediante el parámetro G que se calcula según las expresiones

(Figura 7)

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL Fuente: Tesis dosificación en hormigones autocompactantes

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Lineal para cualquier cantidad de superplastificante por peso de cemento (Sp/P), y.

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Rm = A.Tm^ 0.4 para cualquier valor de la razón en volumen entre el agua y el cemento (Vw/Vp).

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Existe una única combinación de Vw/Vp y Sp/P para cualquier combinación de Tm y Rm.

Ensayo embudo en V. Fue propuesto por Okamura (Okamura et al., 2000) para morteros. El procedimiento del ensayo es idéntico al ensayo del embudo en V para hormigones descrito anteriormente, pero empleando un molde con menores dimensiones como se puede observar en la Figura 8. Se mide el tiempo, t, que tarda en fluir la muestra a través del embudo. El parámetro resultante del ensayo es R que se calcula según la expresión:

(Figura 8)

Fuente: Tesis dosificación en hormigones autocompactantes

Universidad de Delft. Pelova et al. (1998) redujeron en un 10% el contenido de pasta respecto al método general de dosificación debido al factor máximo de empaquetamiento que se consiguió aumentando el volumen de árido grueso de un 50% a un 60%. El tamaño máximo del árido se limitó a 16 mm. University College London. Este método fue desarrollado por Domone et al. (1999) optimizando linealmente la mezcla de agua, partículas finas y áridos, basándose en el método general de dosificación. En la Tabla 1.5 se muestran

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL los límites de las proporciones propuestos para alcanzar la autocompactabilidad de las mezclas de hormigón. Al igual que en el método general de dosificación, la relación agua/finos se obtiene con el ensayo de flujo para morteros (Figura 7). Los ensayos que se realizan sobre el hormigón son el ensayo de escurrimiento, embudo en V y caja en U, donde en la Tabla 1.6 se muestran los valores objetivo dependiendo del tamaño máximo de árido. Método de dosificación JSCE. •

El método de dosificación JSCE (Sociedad de Ingenieros Civiles de Japón) hace una distinción entre hormigones autocompactantes con finos, con agente modulador de viscosidad y con ambos simultáneamente.

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En el primero de ellos especifica que el contenido de árido grueso, cuyo tamaño máximo se sitúa en 20 ó 25 mm, depende del grado de compactibilidad que se desee obtener y, el contenido de finos del hormigón está comprendido entre el 16 y el 19% del total.

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En el segundo, se utiliza un agente modificador de viscosidad; el método únicamente fija el contenido de árido grueso. Y, por último, si se emplean finos y agente modificador de viscosidad se especifica el contenido de áridos y una mínima cantidad de finos (Gettu et al., 2003, 2004).

Método de dosificación UPC El método de dosificación de la UPC (Universidad Politécnica de Cataluña) fue propuesto por Gomes et al. (2001). Inicialmente se desarrolló para hormigones autocompactantes de alta resistencia, pero actualmente se ha generalizado para hormigones de resistencias medias. Se basa en la optimización de la composición de la pasta (formada por cemento, adición, agua y superplastificante) y el esqueleto granular (formado por árido fino y grueso) por separado, para posteriormente combinar ambas optimizaciones. Diagrama de dosificación método UPC (ver Figura 9). (Figura 9)

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Fuente: Tesis dosificación en hormigones autocompactantes

Lo primero que se realiza es la selección de los materiales y se fijan las relaciones agua/cemento y humo de sílice/cemento, si es el caso. Mediante el cono de Marsh, se determina la dosificación de superplastificante a fin de buscar el punto de saturación que es la relación entre el superplastificante y el cemento. El punto de saturación es aquel que un incremento de aditivo no mejora la fluidez de la mezcla (Gettu et al., 2004). Como el punto de saturación depende de la relación filler/cemento, se debería de realizar el ensayo para los distintos valores de dicha relación, se puede adoptar como orden de magnitud de 0,1 a 0,5 la relación filler/cemento. Una vez fijado el punto de saturación del superplastificante se determina la dosificación óptima del filler mediante el ensayo de mini-cono de Kantro (Figura 10). Se recomienda que el diámetro de extensión de flujo esté en el rango de 180 mm ± 10 mm, que para el caso de hormigones autocompactantes de altas resistencia se sitúa el parámetro T115 en un rango de 2 a 3,5 s. •

Mini-cono de Kantro (Figura 10) (Figura 10)

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Fuente: Tesis dosificación en hormigones autocompactantes

La composición del esqueleto granular (arena y grava) se determina experimentalmente mediante el criterio de máxima compacidad en seco según la norma ASTM C29/CM29. El objetivo es obtener el mínimo contenido de huecos.

Posteriormente se determina el mínimo volumen de pasta necesario para satisfacer los requisitos de resistencia y autocompactabilidad del hormigón requerido (Gettu et al., 2004). Se fabrican diversos hormigones en los que el contenido de pasta se va incrementando hasta alcanzar el mínimo volumen de pasta que satisfaga con los requerimientos de autocompactabilidad que se evalúan a través de los ensayos de caracterización de estado fresco visto anteriormente. Método de dosificación EFNARC EFNARC no presenta ningún modelo de dosificación en particular, únicamente da una serie de pasos para la dosificación del hormigón autocompactante, especificando las siguientes condiciones: •

Relación en volumen agua/finos: 0,80-1,10.

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Contenido de finos: 400-600 kg/m3

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Granulometría de la arena situada entre 0,125 y 4 mm.

SEDE TALCA CONSTRUCCIÓN CIVIL El proceso de dosificación se establece según los siguientes pasos: •

Se fija el contenido de aire deseado.

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Se fija la relación agua/cemento dependiendo de los requisitos del hormigón.

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Se determina el volumen del árido grueso en función de su densidad situándolo entre el 50% y el 60%.

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La cantidad de arena viene determinada en función de las propiedades de la pasta y se sitúa en un rango entre el 40-50% del volumen del mortero.

CONCLUSIÓN

Dando fin a este informe compuesto por diferentes tipos de dosificación, se hace reseña al aprendizaje de dosificaciones que quizás no se conocían, formulas que son esenciales para el confeccionamiento de estas, y que dan resultado, logrando un hormigón de buena calidad, con la idea de que en el futuro no presente problemas de durabilidad, al contrario, tenga buenos comportamientos, todo gracias a la dosificación correcta que se le da. Se logro observar los pasos a pasos que se deben seguir para una dosificación esperada, tomando en cuenta que a pesar de que son diferentes tipos, todas tienen la misma finalidad y llegan a el mismo lugar. Después de todo lo visto, se puede comentar que la tecnología del hormigón se basa en esto, la importancia de la confección, y los equipos y ensayos que de hacen presentes para su determinación.

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BIBLIOGRAFÍA

 Videla C. Dosificación de hormigones .Departamento Ingeniería y Gestión de la Construcción Pontificia Universidad Católica de Chile. Santiago, 112 p.  Zabaleta G, Hernán. Compendio de tecnología del Hormigón. Santiago, Marzo 1988. 135p.  Bermejo Núñez, Ester B. Dosificación, propiedades y durabilidad en hormigón autocompactante para edificación. (Ingeniera de caminos, canales y puertos). Madrid. Escuela técnica superior de ingenieros de caminos, canales y puertos. 2009. 571 p.

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