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UNIVERSIDAD PÚBLICA DE EL ALTO Carrera: INGENIERIA CIVIL

PERFIL DE PROYECTO DE GRADO DISEÑO DE HORMIGÓN AUTOCOMPACTANTE PARA MUROS DE CONCRETO ARMADO

Estudiante

: Univ. Limbert Apaza Condori

Tutor

: Ing. Francisco Vásquez Ramírez El Alto – Bolivia Año: 2017

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DISEÑO DE HORMIGON AUTOCOMPACTANTE PARA MUROS DE CONCRETO ARMADO UNIV. LIMBERT APAZA CONDORI

ÍNDICE

ÍNDICE ................................................................................................................. 1 1.

NOMBRE DEL PROYECTO.......................................................................... 3

2.

INTRODUCCIÓN........................................................................................... 3

3.

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA. ................................................................ 4

3.1. Situación actual. ............................................................................................ 4 3.2. Planteamiento del problema. ......................................................................... 5 3.3. Formulación del problema. ............................................................................ 6 3.4. Delimitación del problema. ............................................................................ 6 4.

NECESIDADES QUE GENERA EL PROYECTO.......................................... 6

5.

OBJETIVOS. ................................................................................................. 6

5.1. Objetivo General............................................................................................ 6 5.2. Objetivos específicos..................................................................................... 6 6.

JUSTIFICACIÓN. .......................................................................................... 7

6.1. Alcances y Metas. ......................................................................................... 8 6.2. Soluciones Planteadas. ................................................................................. 8 7.

MARCO TEÓRICO........................................................................................ 8

7.1. Historia del hormigón autocompactante. ....................................................... 8 7.2. Definición del hormigón autocompactante..................................................... 9 7.3. Marco legal. ................................................................................................... 9 7.4. Categorías fundamentales de hormigón...................................................... 10 7.4.1.Tipos de hormigón..................................................................................... 10 a)

Hormigones no estructurales....................................................................... 10

b)

Hormigones estructurales............................................................................ 10

c)

Hormigones especiales. .............................................................................. 10

7.4.2.Hormigones Autocompactantes. ............................................................... 11 7.5. Componentes de diseño de hormigón autocompactante. ........................... 11 7.5.1.Adiciones................................................................................................... 11

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8.

MARCO METODOLÓGICO......................................................................... 12

8.1. Recolección de material bibliográfico. ......................................................... 12 8.2. Recolección de materiales a utilizar. ........................................................... 12 8.3. Ensayo de laboratorio para la caracterización de los agregados. ............... 12 8.4. Diseño del hormigón autocompactante. ...................................................... 12 8.4.1.Dosificación del hormigón autocompactante. ............................................ 13 8.5. Mezclado. .................................................................................................... 13 8.6. Elaboración de probetas.............................................................................. 13 8.7. Ensayo de resistencia a la compresión. ...................................................... 14 8.8. Análisis de los resultados. ........................................................................... 14 8.9. Análisis de precios unitarios. ....................................................................... 14 9.

BENEFICIARIOS......................................................................................... 14

10. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES. .......................................................... 15 11. PRESUPUESTO GENERAL DEL PROYECTO DE GRADO. ..................... 15 12. ENTIDAD COOPERANTE........................................................................... 15 13. FUENTE DE FINANCIAMIENTO................................................................. 15 14. BIBLIOGRAFÍA.......................................................................................... 166

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PERFIL DE PROYECTO DE GRADO 1. NOMBRE DEL PROYECTO. El nombre del proyecto es: “DISEÑO DE HORMIGÓN AUTOCOMPACTANTE PARA MUROS DE CONCRETO ARMADO” 2. INTRODUCCIÓN. Actualmente el hormigón es el material de construcción más ampliamente utilizado en el ámbito mundial, debido a su extraordinaria versatilidad para moldearse, sus propiedades físicas y en su elaboración para ser usado como elemento estructural, y su economía; razones que lo hacen muy competitivo frente a construcciones de madera, mampostería, asfalto y acero. Pero la calidad del concreto como producto terminado depende en gran medida de los procesos de consolidación que se apliquen a la mezcla en su estado fresco, es por ello que el tema de la compactación se ha vuelto de gran interés para la ingeniería, dada la importancia que tiene este proceso para alcanzar los parámetros establecidos en el diseño de mezcla; además de buscar mejores rendimientos en la mano de obra, reducir el tiempo de colocación, lograr mejores terminaciones, etc. Generalmente el problema se presenta en estructuras especiales de poco acceso como es el caso de estructuras densamente armadas, donde no se puede introducir cualquier tipo de vibrador, por encofrados con poca accesibilidad. Como solución a estos problemas, en el año de 1986 en Japón, en la Universidad de Tokio, en el Departamento de Ingeniería Civil, el profesor Hajima Okamura realiza el primer caso de hormigón autocompactante (HAC) el cual empleaba escoria granulada procedente de los altos hornos y cenizas volantes junto con

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un aditivo químico específico denominado superplastificante (3% del contenido de cemento). Para el caso del estudio surge la idea de realizar el diseño de hormigón autocompactante aplicada a muros de concreto armado, utilizando materiales y equipos disponibles en nuestra ciudad. 3. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA. En nuestro medio el hormigón convencional es el utilizado habitualmente en la ejecución de cualquier tipo de estructura, bien sea de obra civil o de edificación. Su dosificación, fabricación, amasado transporte así como su control de calidad, vienen

definidos por las normas técnicas (CBH-87, ASTM y ACI) las más

utilizadas en nuestro país, para lograr una calidad óptima del hormigón. Sin embargo en las estructuras de alta complejidad de encofrado, sección esbelta y con altos niveles de acero de refuerzo, existen problemas de ejecución, especialmente en el proceso de vibrado, por el espacio reducido donde las labores de compactación son complicadas, por lo que el hormigón convencional no pueda circular completamente alrededor de cada barra de acero, quedando bolsas de aires ocultas en la masa de hormigón. El hormigón autocompactante

es una buena alternativa como respuesta a

algunas dificultades que presenta el hormigón convencional con relación a las labores de compactación tradicionales. 3.1.

Situación actual.

Actualmente en la ciudad de La Paz, El Alto y en provincias se construyen grandes obras de infraestructuras viales, puentes, alcantarillas muros de hormigón armado, tanques de agua y entre otras. Estas obras son construidas con hormigón convencional en la mayoría, por lo que generalmente en este tipo de estructuras nos encontramos con problemas del vibrado del hormigón y trabajabilidad en adecuada.

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Por qué las estructuras que se mencionan tienen condiciones especiales para su ejecución tales como: Profundidades de hormigonado elevadas, largos tiempos para puesta en obra, colocación por debajo de nivel freático, y cuantía de armaduras considerables; obligan a exigir al hormigón una serie de características especiales. El hormigón que se utilice en muros de hormigón armado y estructuras afines debe tener elevada plasticidad, excelente cohesión, gran fluidez e importante capacidad de compactación sin ayuda de vibradores además debe ser muy trabajable y de difícil segregación. 3.2.

Planteamiento del problema. Uno de los problemas más usuales que se dan al momento de construir estructuras de hormigón especiales, es la falta de buenas prácticas de compactación, que conllevan a inconvenientes por los vacíos que quedan y las vacuolas producidas por la evaporación del agua; además existe mucha dificultad para que los instrumentos para consolidar el concreto lleguen a lugares de difícil acceso debido a su configuración arquitectónica, esbeltez, congestionamiento en el reforzamiento, etc. Es por ello que se crea el Hormigón Autocompactante ya que este tiene la capacidad de facilitar la colocación del hormigón fresco en este tipo de estructuras. El hormigón autocompactante por sus características, es ideal para la construcción de muros de hormigón armado y estructuras afines, por que fluyen grandes distancias, incluyendo movimiento alrededor de las esquinas en las formaletas, y proporciona buena adherencia con acero de refuerzo. Por lo que será evaluada para su aplicación en muros de concreto armado para considerar si es pertinente el hormigón autocompactante para este tipo de estructura.

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3.3.

Formulación del problema. ¿Es viable, económica y técnicamente realizar el diseño de hormigón autocompactante para que mejore la calidad de las estructuras de muros de concreto armado?

3.4.

Delimitación del problema. El estudio efectuará el diseño de hormigón autocompactante, por lo que será necesario realizar ensayos de laboratorio, en el proceso de dosificación de la mezcla y para analizar el concreto en estado fresco y endurecido.

4. NECESIDADES QUE GENERA EL PROYECTO. La necesidad que genera el proyecto de DISEÑO DE HORMIGÓN AUTOCOMPACTANTE PARA MUROS DE CONCRETO ARMADO, es debido al avance tecnológico en la industria de la construcción, cada vez tienden a mejorar la calidad del hormigón, sin necesidad de aportación de energía (vibración), rellenando los encofrados y escurriendo entre las armaduras sin que se produzca sangrado de la lechada ni bloqueo del árido grueso. 5. OBJETIVOS. 5.1.

Objetivo General. Diseñar hormigón autocompactante para estructuras de muros de concreto armado y estructuras afines.

5.2. 

Objetivos específicos. Obtener las características que deben tener los agregados para realizar un hormigón autocompactante.



Obtener mezclas de hormigón autocompactante con la inclusión de aditivo superplastificante, con cuya resistencia de 250 Kg/cm2.

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

Evaluar las propiedades de hormigón autocompactante en estado fresco para muros de concreto armado.



Comprobar la resistencia a la compresión del hormigón autocompactante en estado endurecido de tal manera que cumpla con la f´c de diseño



Establecer

el

costo

referencial

por

metro

cúbico

de

hormigón

autocompactante diseñado, comparando con el costo del hormigón convencional. 6. JUSTIFICACIÓN. El estudio y tecnología de hormigón autocompactante es relativamente nuevo en nuestro medio, por la cual existe insuficiencia de información sobre el tema, para producir hormigón extremadamente fluido y cohesivo, de tal manera que su fluidez hace que sea fácil de vaciar, rellenar sin requerimiento de vibrado para su colocación y compactación, obteniendo las propiedades estructurales igual o mayor a la requerida y una vida útil igual o superior a la de un concreto compactado por vibración y de la misma forma evitar las fallas comunes en las estructuras densamente armadas o encofrado de difícil acceso para el vibrado, por lo tanto el hormigón autocompactante reflejará una mayor seguridad y eficiencia en las estructuras, lo que da como resultado mejores beneficios, económicos y ambientales. A nivel social, este trabajo presentara un aporte a todas las personas que, por interés o necesidad, requieran de hormigones de mejor calidad y que pueden ser implementados en otro tipo de obras, como las viviendas. Finalmente es de interés de estudiantes y docentes de las universidades, así como de profesionales de la Ingeniería Civil, impulsar la investigación y aplicación de nuevas técnicas de construcción que ayuden a optimizar los recursos necesarios al construir una estructura, como es el de Hormigón Autompactante. INGENIERIA CIVIL – UPEA

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6.1.

Alcances y Metas. El presente trabajo comprende el diseño de mezclas de hormigón cuya resistencia sea mayor igual a 250 kg/cm2, y los tipos de agregados a utilizar serán provenientes de la planta de áridos existentes en nuestra ciudad respectivamente; el cemento a utilizar será Cemento Viacha Tipo IP-30; y se utilizarán aditivos Sika Viscocrete, disponible en nuestro medio, que permitan lograr en la mezcla las características autocompactables requeridas.

6.2.

Soluciones Planteadas. Como solución planteada para el presente estudio; con los resultados de las directrices de diseño, y las características de los materiales que se desarrollará en el diseño de un hormigón autocompactante, se podrá obtener un hormigón con alta fluidez y evitar la segregación. Por tanto utilizando el diseño de hormigón autocompactante, nos permitirá dar solución a aquellas estructuras densamente armada, alta complejidad de encofrado, elementos de sección estrecha, columnas, vigas, muros, losas, alcantarillas y tanques de agua donde el acero de refuerzo hace difícil el vibrado, en el caso del estudio se aplicara a muros de concreto armado, y cualquier elemento donde se desee garantizar una adecuada compactación del concreto.

7. MARCO TEÓRICO. 7.1.

Historia del hormigón autocompactante. El hormigón autocompactante ha surgido en estas últimas décadas, debido a que se han presentado propuestas y complejidades nuevas en al ámbito de la construcción que el hormigón convencional no pudo resolver, así como el congestionamiento de la armadura de refuerzo, una adecuada compactación y encofrados no tradicionales.

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El hormigón autocompactante tuvo su origen en la Universidad de Tokio (Japón) en 1986, siendo su desarrollo motivado por preocupaciones respecto a la homogeneidad y la consolidación del hormigón colocado en estructuras intrincadas y muy reforzadas. Más allá de lo esperado, el hormigón autocompactante pronto mostró claras ventajas en estado fresco (fluidez, cohesión, viscosidad, homogeneidad, trabajabilidad), ofrece unas excelentes propiedades en estado endurecido (resistencia, durabilidad, etc.), además en la construcción de muros delgados y de elementos con acceso limitado, ahorros al reducir requisitos de equipo y mano de obra e incluso mejoras en el comportamiento de los elementos. 7.2.

Definición del hormigón autocompactante. Es un hormigón capaz de fluir en el interior del encofrado o molde, llenándolo de forma natural, pasando entre las barras de armadura y consolidándose únicamente bajo la acción de su peso propio, sin ayuda de medios de compactación, y sin que se produzca segregación de sus componentes, para lo cual su fluidez, viscosidad y cohesión deben se apropiadas en la mezcla. Las características mecánicas del hormigón autocompactante son similares a las del hormigón convencional de igual resistencia a compresión. En ambos casos se dan, para distintos tipos de hormigón, variaciones de los valores que las definen, aunque todos ellos tengan en común el mismo valor de la resistencia a compresión.

7.3.

Marco legal. Este proyecto de investigación está respaldado en: la Norma EHE-08, Norma española (UNE), American Society for Testing and Materials (A.S.T.M), Código American, Concrete Institute (A.C.I.) y las Directrices Europeas para el Hormigón Autocompactante – 2006

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7.4.

Categorías fundamentales de hormigón.

7.4.1. Tipos de hormigón. Los hormigones se clasifican en 3 tipos: no estructurales, estructurales y especiales. a) Hormigones no estructurales. Aquellos hormigones que no aportan responsabilidad estructural a la construcción pero que colaboran en mejorar las condiciones durables del hormigón estructural o que aportan el volumen necesario de un material resistente para conformar la geometría requerida para un fin determinado. b) Hormigones estructurales. El Hormigón estructural, en su acepción más amplia, comprende todo hormigón utilizado con propósitos estructurales, incluyendo hormigón en masa, armado y pretensado. c) Hormigones especiales. Los hormigones especiales son todos aquellos a los que se agregan materiales diferentes a los utilizados en un hormigón tradicional para mejorar una propiedad específica. Se clasifican en:

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

Hormigones livianos.



Hormigones de alta resistencia.



Hormigones autocompactantes.



Hormigones de contracción compensada.



Hormigones reforzados con fibras.



Hormigones conteniendo polímeros.



Hormigones de elevada densidad.



Hormigones masivos.



Hormigones compactados a rodillo. Pág. 10

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En el presente trabajo investigará el hormigón autocompactante. 7.4.2. Hormigones Autocompactantes. A medida que las estructuras se vuelven más amplias y complejas, se requieren elementos estructurales más densamente armados. A modo de respuesta, los hormigones autocompactantes permiten obtener una gran trabajabilidad y fluidez, sin los inconvenientes de elevadas relaciones agua/cemento y de la segregación. Estos hormigones de gran trabajabilidad, no requieren una compactación mecánica y por lo tanto han extendido las fronteras de aplicación del hormigón.” (Carrasco, 2012) 7.5.

Componentes de diseño de hormigón autocompactante. El hormigón autocompactante contiene como materiales necesarios para su mezcla los siguientes: alta cantidad de finos (áridos finos y filler), cemento, agua, superfluidificantes y dependiendo del diseño, un agente de viscosidad. (Ramirez Ordoñez & Salazar Narvaez, 2008)

7.5.1. Adiciones Se pueden emplear adiciones en lugar de filler mineral para dar cohesión y trabajabilidad a la mezcla evitando la segregación de los áridos gruesos y la exudación del agua. (Bermejo Nuñez, 2009) Los superplastificantes o reductores de alta actividad son aditivos cuyo fin es reducir el agua permitiendo una elevada trabajabilidad con una baja relación agua/cemento. El empleo de este tipo de aditivos es imprescindible en el hormigón autocompactante, especialmente de los superplastificantes de nueva generación, basados en policarboxilatos, que son capaces de reducir el agua hasta en un 40%.” (Bermejo Nuñez, 2009).

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8. MARCO METODOLÓGICO. Para el desarrollo de este proyecto de investigación se realizarán las siguientes actividades que se describen a continuación: 8.1.

Recolección de material bibliográfico. Se recolectará material bibliográfico (libros, manuales y revistas), que describa sobre antecedentes, información sobre las diferentes metodologías utilizadas para el diseño de hormigón autocompactante.

8.2.

Recolección de materiales a utilizar. Los materiales a ser utilizados para el diseño del hormigón autocompactante son:

8.3.



Cemento



Superplastificante (ViscoCrete)



Agregado fino



Agregado grueso

Ensayo de laboratorio para la caracterización de los agregados. Los ensayos de laboratorio de los agregados serán realizados de acuerdo a la norma boliviana y su correspondiente ASTM, para ser usados en el hormigón.

8.4.



Humedad



Granulometría de los agregados



Porcentaje de finos que pasan el tamiz No 200



Peso específico y absorción del agregado



Peso Unitario

Diseño del hormigón autocompactante. Para diseñar hormigón autocompactante se desarrollará un procedimiento conceptual luego se verificará su validez con pruebas de laboratorio y para

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que cumpla con los requisitos mínimos de autocompactabilidad se realizaran varias mezclas, para cumplir con parámetros básicos como; fluidez, cohesión, y bajo contenido de aire. Para evaluar las propiedades del HAC en estado fresco se utilizaran cuatro ensayos (escurrimiento, anillo japonés, caja en L, embudo V) específicos que garantizan la autocompactabilidad del hormigón. Así mismo se realizará la evaluación de hormigón en estado endurecido obteniendo cilindros de hormigón, posteriormente serán ensayadas a compresión. Los ensayos necesarios para la elaboración del presente estudio serán realizados en los laboratorios de LABOMAT y en los laboratorios de la carrera de Ingeniería Civil de la Universidad Pública de El Alto. 8.4.1. Dosificación del hormigón autocompactante. Para realizar una dosificación adecuada del HAC en la presente investigación se efectuara según los criterios y requisitos de las metodologías de diseño de la ACI y la EFNARC. 

Establecer las características de diseño utilizando las tablas de ACI y de la ENFARC

8.5.



Modificación del contenido de agua



Diseñar y ajustar la composición de la mezcla



Verificar el rendimiento en laboratorio

Mezclado. Para el mezclado del hormigón autocompactante se utilizará el equipo mecánico. (mezcladora)

8.6.

Elaboración de probetas. Una vez obtenida la mezcla se procederá al llenado de hormigón a las probetas cilíndricas de 15x30 cm.

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8.7.

Ensayo de resistencia a la compresión. Las probetas cilíndricas de hormigón de estado endurecido se someterán a las pruebas de resistencia a la edad de 7, 14 y 28 días.

8.8.

Análisis de los resultados. Establecida todos los parámetros de diseño de hormigón atocompactante, se analizará las pruebas realizadas a los agregados, posteriormente se efectuará el análisis de las varias mezclas que se elaborarán para cumplir con las propiedades de autocompactabilidad del hormigón en estado fresco y así mismo se tomarán una serie de muestras cilíndricas de cada una de las mezclas, para ser ensayados a 7, 14 y 28 días de edad, para comprobar la resistencia requerida del hormigón en estado endurecido.

8.9.

Análisis de precios unitarios. Para realizar el precio unitario referencial de las muestras elaboradas en este proyecto, será elaborado de acuerdo al Modelo Base de contratación para la contratación de obras en la modalidad de licitación pública, aprobado por el Ministerio de Economía y Finanzas Publicas.

9. BENEFICIARIOS. Con este trabajo se quiere dar un aporte a la industria de la construcción, de manera específica a, aquellos que practican diseño de hormigones y edificaciones, quienes dan soluciones estructurales y conducen a actividades constructivas, y proponer como solución a proceso de compactación sin necesidad de las técnicas de vibración, optimización de mano de obra, capacidad de paso para las estructuras densamente armada, reducción del riesgo de caídas al eliminar la necesidad del vibrado y mejores acabados. Así mismo esta investigación beneficiará a profesionales y estudiantes de Ingeniería Civil y otras ramas afines quienes podrán conocer el diseño de hormigón autocompactante para muros de hormigón armado.

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10. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES. DISEÑO DE HORMIGÓN AUTOCOMPACTANTE PARA MUROS DE CONCRETO ARMADO N

Sep.

° 1

GESTION 2017-2018

ACTIVIDAD Oct.

Nov.

Dic.

Ene.

Feb.

Presentación Formal de perfil a HCC

2

Reunión con Tutor

3

Correcciones a perfil de proyecto

4

Aprobación de perfil de proyecto.

5

Desarrollo del objetivo planteado

6

Desarrollo de la metodología planteada

7

Análisis de resultados

8

Conclusiones

9

Presentación de trabajo en borrador

10

Presentación de trabajo final

11

Defensa de proyecto de grado

11. PRESUPUESTO GENERAL DEL PROYECTO DE GRADO. El presupuesto general del proyecto de grado será adjuntado una vez concluida. 12. ENTIDAD COOPERANTE. No existe una entidad cooperante. 13. FUENTE DE FINANCIAMIENTO. El financiamiento del presente Proyecto de Grado es propio, ya que ninguna institución financiará para el desarrollo del presente trabajo.

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14. BIBLIOGRAFÍA. 

Código Boliviano de Hormigón CBH-87.



Sika Bolivia S.A.



ASTM. (s.f.). American Section of the International Association for Testing Materials.



12. Comité ACI, (2014, 8 de enero). Concreto autocompactante. [ACI 237.R07] de: https://es.scribd.com/doc/105755617/59020140-ACI-237R-07-SelfConsolidating-Concrete-1



EFNARC – European federation dedicated to specialist construction chemicals and concrete systems (2002): Specification and Guidelines for self Compacting Concrete”. Usa: Biblioteca Asocem.



UNE 83361:2007. Hormigón autocompactante. Caracterización de la fluidez. Ensayo de escurrimiento.



UNE 83362:2007. Hormigón autocompactante. Caracterización de la fluidez en presencia de barras. Ensayo del escurrimiento con el anillo japonés.



UNE 83363:2007. Hormigón autocompactante. Caracterización de la fluidez en presencia de barras. Método de la caja en L.



UNE 83364:2007. Hormigón autocompactante. Determinación del tiempo de flujo. Ensayo del embudo en V.

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