laboratorio de suelos y hormigones ii - dosificación y resistencia mecanica

8/19/2019 Laboratorio de Suelos y Hormigones II - Dosificación y Resistencia Mecanica

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Asignatura: Lab de suelos y hormigones II

Código: TTLB02/Dosificación y Resistencia mecánica

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Unidad de Aprendizaje N°3:

Comportamiento de los suelos, Resistencia Real del hormigón.

Aprendizajes Esperados

1. Aplica técnicas de dosificación de Hormigones

1.0 OBJETIVO.

Mostrar a los estudiantes el método de dosificación sugerido por la NCh 170 of 1985 y enseñar a calcular la resistenciapotencial de los hormigones

Preparación del hormigón Preparación probetas de hormigón

2.0 ANTECEDENTES GENERALES.

Hormigón según la NCh 170 se define como “Material que resulta de la mezcla de agua, arena, grava, cemento yeventualmente aditivos y adiciones, en proporciones adecuadas que, al fraguar y endurecer, adquiere resistencia.”

Esas proporciones adecuadas corresponden a la dosificación del hormigón la cual corresponde a determinar medianteun algoritmo las diferentes cantidades ya se en masa o en volumen que conforman un determinado volumen dehormigón.


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La dosificación se calcula para cumplir ciertos requisitos especificados entre los que se destacan:

Por resistencia mecánica a compresión uniaxial. Por dosis de cemento especificada.

Por razón agua cemento especificada.

Por dosis de cemento especificada.

Existen muchos métodos para dosificar hormigones, algunos de ellos corresponde a métodos empíricos dado queutilizan para dosificar valores previamente tabulados a partir de investigaciones experimentales (praxis), otroscorresponden a métodos racionales donde el análisis analítico se enfoca principalmente en la distribucióngranulométrica de los áridos y el cemento y por últimos están los prácticos basados principalmente en ensayo y error.De los métodos mencionados están:

Método de Fuller (Racional)

Método de Bolomey (Racional) Método de Faury (Racional)

Método de Vallette (Práctico)

Método ACI (Empírico)

Método Normado NCh 170 (Empírico)

En esta guía práctica, se enseña a dosificar hormigones mediante el método de la NCh 170 of 1985. Para cumplir conresistencia mecánica a compresión y dosis de cemento especificada.

3.0 Especificación del Hormigón

En Chile la especificación del tipo de hormigón, se realiza conforme a la NCh 170 of 1985 la cual clasifica el hormigón

según su resistencia mecánica en:

3.1 Resistencia Mecánica a la compresión

Grado Resistencia especificada, FcMpa Kgf/cm²

H5 5 50H10 10 100H15 15 150H20 20 200H25 25 250H30 30 300H35 35 350

H40 40 400H45 45 450H50 50 500

Esta especificación del hormigón es para cumplir con resistencia mecánica a la compresión un axial en probeta cubicanormal de 20 cm de arista.


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3.2 Resistencia mecánica a la flexotracción

Grados de Flexotracción Resistencia Especificada FtMpa Kgf/cm³

HF 3.0 3.0 30HF 3.5 3.5 35HF 4.0 4.0 40HF 4.5 4.5 45HF 5.0 5.0 50HF 5.5 5.5 55HF 6.0 6.0 60

3.3 Por CLASE

Valores promedio, Kgf/cm²Clase de hormigón según NCh 170 of 52 Resistencia

Media

Desviación

estándar

Resistencia Característica fc

Para niveles de confianzaindicados

Designación Resistencia mínimaKgf/cm²

Resistenciamedia

Desviaciónestándar

80% 90% 95%

A 120 150 30 125 110 100B 160 190 35 160 145 130C 180 222 41 190 170 155D 225 277 48 235 215 200E 300 346 51 300 280 260

Las Exigencias por resistencia mecánica pueden complementarse con otros requisitos tales como;

Resistencia al Hendimiento Dosis de cemento

Docilidad

Tamaño máximo nominal del árido

Tipo de aditivo

Durabilidad

Permeabilidad

Resistencia a edades distintas que 28 días

4.0 Especificación del hormigón según NCh 1924 of 92

Los hormigones prefabricados para su compra se deben especificar incluyendo al menos las siguientes características:

Resistencia especificada

Fracción defectuosa o nivel de confianza

Tamaño máximo nominal del árido

Docilidad del hormigón según asentamiento en el cono de Abrams


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4.1 H30 (10)20/6

Corresponde a un hormigón con resistencia especificada a la compresión de 30 MPa a los 28 días en probeta cubica de20 cm de arista, con un 10% de fracción defectuosa o un 90 % de nivel de confianza, con un tamaño máximo nominal del

árido grueso de 20 mm, docilidad de 6 cm de asentamiento de cono y sin especificaciones especiales.

4.2 HF 4.5 (20) 40/4

Este caso corresponde a un hormigón con una resistencia especificada a la flexo tracción de 4,5 MPa a los 28 días enprobetas prismática de 15 x 15 x 53 o 60 cm, con un 20 % de fracción defectuosa o 80 % de nivel de confianza, tamañomáximo nominal del árido grueso de 40 mm, docilidad de 4 cm de asentamiento de cono y sin especificacionesespeciales.

5.0 Glosario de Términos.

Hormigón: Material que resulta de la mezcla de agua, arena,grava, cemento, eventualmente aditivos y adiciones, enproporciones adecuadas que, al fraguar y endurecer, adquiere resistencia.

Aditivos: materiales activos agregados al hormigón en pequeñas cantidades para modificar alguna de sus propiedadespor acción física o química.

Adiciones: materiales solidos inertes que se agregan al hormigón.

Dosificación: El la cantidad de los distintos materiales expresadas en masa o en volumen que constituyen undeterminado volumen de hormigón.

Agua de amasado o agua libre: agua que contiene el hormigón fresco descontada el agua absorbida por los áridosabsorbida por los áridos hasta la condición de saturado superficialmente secos

Razón agua cemento: Cuociente entre la masa de agua libre y de aditivos líquido y la masa de cemento

Resistencia media requerida o de dosificación, Fr: Valor medio estimado de los resultados de la resistenciamecánica que se necesita alcanzar para satisfacer la resistencia especificada.

Resistencia media del hormigón, Fm: promedio aritmético de los resultados de la resistencia mecánica del hormigónde un mismo grado y edad.

Nivel de confianza: Fracción, expresada en porcentaje o en fracción decimal, de resultados iguales o mayores que un

valor especificado.

Fracción defectuosa: Fracción, expresada en porcentaje o en fracción decimal, de los resultados menores que un valorespecificado.

Resistencia mecánica: tensión máxima que soporta el hormigón ( de compresión, tracción de flexión, de hendimiento)expresada en MPa o kgf/cm² ( 1 MPa = 10 kgf/cm² ).


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Resistencia potencial: Resistencia de una muestra de hormigón extraída según NCh 171, confeccionada según NCh1017 y ensayada según NCh 1037, expresada como resistencia a los 28 dias, cuyas condiciones de curado , edad ygrado son según NCh 170.

6.0 Aparatos.

- Balanza capacidad 50 kg

Con una sensibilidad de 5 gr

Foto catalago mecsuelo

- Betonera capacidad 250 litros

Foto catalogo Homecenter


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Carretilla y pala punta de huevo


Balde concretero


Vibrador de inmersión

Foto Catalogo Homecenter


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Prensa ensayo de compresión y Flexotracción

Foto catalogo mecsuelo

7.0 Dosificación de Hormigón Según NCh 170 of 1985

I. Etapa definición del requisito

H30 (10)20/6

II. Etapa Calcular la resistencia media requerida o de de dosificación Fr

La resistencia media requerida o de dosificación es el valor medio estimado de los resultados de la resistenciaque se necesita alcanzar según especificación, La resistencia media requerida tiene que ser mayor que la resistenciaespecificada en el proyecto Fc, a fin de que absorba cualquier variación en el proceso de fabricación. La resistenciamedia requerida se calcula como:

Donde

Fr: Resistencia madia RequeridaFc: Resistencia especificadat: Factor estadístico que depende del nivel de confianza.s: Desviación Estándar.


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Factor t

Nivel de confianza % t

95 1,645

90 1,282

85 1,036

80 0,842

Factor S

Condiciones previstas para laejecución de la obra

s Mpa

≤ H 15 > H 15

Regulares 8 -

Media 6 7

Buenas 4 5

Muy buenas 3 4

Muy Buenas: Dosificaciones en pesoBuenas: Dosificaciones en peso o en volumen controladoMedias: Dosificaciones en volumen controladoRegulares: Cuando no hay control y en caso de hormigones inferiores a H15

III. Etapa determinar la razón agua cemento

La razón agua cemento se puede obtener por resistencia o por durabilidad o por ambas condiciones.

De preferencia la razón agua cemento debe obtenerse a partir de resultados obtenidos de muestras de prueba. Sepuede también obtener a partir de la resistencia media requerida.


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Determinación de la razón agua cemento por resistencia media requerida.

Razón agua-cemento en masaResistencia media requerida, ft, Mpa

Cemento grado corriente Cemento grado alta resistencia0,45 34 43

0,50 29 36

0,55 25 31

0,60 21 26

0,65 18 23

0,70 16 20

0,75 14 17

0,80 12 150,85 10 13

Nota: Interpolar valores intermedios.

Razón agua cemento por durabilidad para casos de exposición severa

Tipo de estructura Estructura continua o frecuentementehúmeda o expuesta a los ciclos hielo-deshielo

Estructura expuesta a aguaagresivas, en contacto con el suelo oambientes salinos

Secciones delgadas (e≤ 20 cm) ysecciones con recubrimiento < a 2cm.

0.45 0.40

Toda otra estructura 0.50 0.45

IV. Eleccion de la docilidadLa docilidad se puede elegir de acuerdo a la tabla Nº 5, cuando esta no este especificada.

Tipo de estructura Asentamiento de cono para compactación porvibración , en cm

Hormigón armado 4 a 10Hormigón sin armar 2 a 8Pavimentos Inferior a 5


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V. Dosis de agua

De preferencia se debe adoptar aquella obtenida de hormigones de prueba, de no existir se puede utilizar la siguientetabla, según tamaño máximo nominal del árido.

Volumen estimado de agua de amasado en (m³)

Tamaño máximonominal, mm

Docilidad según descenso de cono, cm

( 0 - 2 ) ( 3 - 5 ) ( 6 - 9 ) ( 10 - 15 ) ( 16 )

63 0,135 0,145 0,155 0,165 0,170

50 0,145 0,155 0,165 0,175 0,180

40 0,150 0,160 0,170 0,180 0,185

25 0,170 0,180 0,190 0,200 0,205

20 0,175 0,185 0,195 0,205 0,210

12 0,185 0,200 0,210 0,220 0,230

10 0,190 0,205 0,215 0,230 0,240

VI. Dosis de cemento

Se deben respetar las dosis mínimas de cemento, cuando el caculo de este de resultadosinferiores a los indicados

Hormigón armado protegido de la intemperie: 270 kg/m³ Hormigón armado expuesto a la intemperie : 270 kg/m³

Calcular la cantidad de cemento en kg, despejando la razón agua cemento como:

/(A/C)

Donde:

C= Cemento en kgA = agua en litrosA/C= Razón agua cemento


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VII.

Aire atrapadoSe obtiene a partir del tamaño máximo nominal. En la siguiente tabla

Tamaño máximo nominal del áridoen mm

Volumen medio de aire atrapado,m³

63 0,003

50 0,005

40 0,010

25 0,015

20 0,020

12 0,025

10 0,030

VIII. Proporción de los materiales, áridosDespejando la ecuación de compacidad con aquellos valores ya conocidos, se puede obtener el valor de losáridos en m³

C = CementoW= Agua

U= AireG= GrabaA= Arena

IX.

Conocidos todos los componentes del hormigón se puede ahora indicar la dosificación en masa yvolumen para 1m³ de hormigón.

X.

La dosificación debe ajustarse según condiciones de humedad real ( ver ejemplo)


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8.0 Ejemplo de dosificación

Dosificación de H 20(90)20/6

I Datos

Hormigón a compresión

Resistencia de proyecto especificada a la compresión en MPa de 20 ó 200 Kgf/cm2 Nivel de confianza 90% o 10 % de fracción defectuosa. Tamaño máximo nominal de árido 20 mm. Docilidad medida en el cono de Abram 6.0 cm

II Fr: Resistencia Requerida o de dosificación.

Fr = 200 + (t x s)Fr = 200 + (1,282 x 50)Fr = 264 Kgf/cm²

Factor T

Nivel de confianza % t

90 1,282

Factor S

Condiciones previstas para laejecución de la obra

s Mpa

≤ H 15 > H 15

Buenas 4 5

III Razón Agua Cemento.W/C según tabla

Razón agua-cemento en masaResistencia media requerida, ft, Mpa

Cemento grado corriente Cemento grado alta resistencia

0,50 29 36

0,55 25 31


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IV Docilidad

6.0 centímetros según especificación.

V Dosis de agua (W)

Según tabla, para un cono 6.0 cm y un tamaño máximo nominal de 20 mm

W = 0,195 m³

Tamaño máximonominal, mm

Docilidad según descenso de cono, cm

( 0 - 2 ) ( 3 - 5 ) ( 6 - 9 ) ( 10 - 15 ) ( 16 )

20 0,175 0,185 0,195 0,205 0,210

VI Dosis de cemento

/(A/C)

/0,53lt/kg


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VII Aire atrapado

Tamaño máximo nominal del árido enmm

Volumen medio de aire atrapado, m³

20 0,020

VIII Áridos

Árido = 0,122 m³ + 0,195 m³ + 0,020 m³

Árido = 0,663 m³

Antecedentes granulométricos y constante áridos para mezcla gravilla y arena

Tamiz % EN PESO QUE PASAmm ASTM Arena Gravilla50 2”

401 ½”

25 1” 20 3/4” 10012,5 1/2” 6510 3/8” 100 285 #4 79 12,5 #8 54 -1,25 #16 37 -0,630 #30 22 -0,315 #50 11 -0,160 #100 4 -Fino por lavado NCh 1223 of. 77 1,0 -Módulo de finura 3,38 6,71

ρRSSS; Kg/m³ 2659 2663ρRT; Kg/m³ 2571 2625Absorción % 3,6 1,5Humedad real % 6.4 2.2ρac Kg/m³ 1744 1541ρas Kg/m³ 1618 1433% de Huecos 36,4 41,3Desgaste de los ngeles % ----- -----Chancado % ----- -----


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Mezcla por tanteo

Tamiz % EN PESO QUE PASA

mm ASTM Arena GravillaMezcla Mezcla

50 % -50%

45 % -55%

50 2”

40 1 ½”

25 1”

20 3/4” 100 100 100 100

12,5 1/2” 100 65 82,5 84,25

10 3/8” 100 28 64 67,6

5 #4 79 1 40 43,9

2,5 #8 54 0 27 29,71,25 #16 37 0 18,5 20,35

0,630 #30 22 0 11 12,1

0,315 #50 11 0 5,5 6,05

0,160 #100 4 0 2 2,2

Fino por lavado NCh 1223 of. 77 1 -

Módulo de finura 3,38 6,71

Mezcla en banda granulométrica sugerida según NCh 163


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Nota: Se puede mezclar de otras maneras como utilizando los módulos de finura en un sistema de ecuaciones

3.38 (X/100)+6.71(Y/100)= MF BandaX+Y = 100

IX Dosificación para 1 m³ de hormigón

Arido total = 0,663 m³

Gravilla = 663 lt *55% = 365 lt = 365 lt * 2,659 kg/lt = 970 kgArena = 663 lt* 45% = 298 lt = 298 lt * 2,663 kg/lt = 794 kg

Dosificación final para 1m³ en masa en condición SSS

Ajustes en masa considerando la humedad natural indicada en

Estado Árido Seco SSS Húmedo

Cemento kg 368 368 368

Agua de docilidad lt 195 19570-442 =28

195-28= 167 lt

Agua de absorción (14 +28) = 42 ------ 42

Agua de humedad ------ ------ 70

Gravilla kg 956 970 977

Arena kg 766 794 815

Densidad kg/m³ 2327 2327 (368+167+977+815)=2327

1m³Kg Litros

CEMENTO 368 ------

AGUA TOTAL 195

GRAVILLA 970 677ARENA 794 491Densidad del Hormigón 2327 kg/m³


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9.0 Resistencia Mecánica

Es la capacidad que tiene el Hormigón para soportar las cargas para las cuales fue diseñado sin que evidencie algunapatología como agrietarse o de laminaciones u otras.

La resistencia mecánica es diferente según el tipo de esfuerzos de que se trate las cuales pueden ser de compresión oflexo tracción, existen equivalencia entre sus resistencias tanto entre ellas como entre las probetas que se utilicen pararegistrarla. Un ejemplo de esto es su resistencia a la compresión que es unas diez veces mayor que su resistencia aflexo tracción.

Desde el momento en que los granos del cemento inician su proceso de hidratación comienzan las reacciones deendurecimiento en el hormigón, que se manifiestan inicialmente con el “atiesamiento” del fraguado y continúan luego conuna evidente ganancia de resistencias, al principio de forma rápida y disminuyendo la velocidad a medida que transcurreel tiempo.

La edad en que las normas miden la resistencia mecánica del hormigón es a los de 28 días, Es frecuente determinar laresistencia mecánica en periodos de tiempo distinto a los de 28 días, pero suele ser con propósitos informativos. Lasedades más usuales en tales casos pueden ser 1, 3, 7, 14, 28 y 90 días. En algunas ocasiones y de acuerdo a lascaracterísticas de la obra, esa determinación no es solo informativa, si no normativa, o según necesidades comoadelantar el descimbre de alzaprimas, destensar en casos de hormigones pretensados, permitir el tránsito de vehículoscundo corresponde a pavimentos u otros,

En general se especifica unas probetas a 7 días y 2 a 28 días cuando no hay condiciones especiales.

Los factores que influyen en la Resistencia del hormigón son

La dosis de cemento

Las relación agua cemento y el contenido de aire

Contenido de finos bajo 0.08 mm en los agregados

Fraguado , humedad y temperatura

La compactación .Densidad


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9.1 Resistencia potencial a la compresión

En Chile la norma Chilena NCh 170 of 1985 indica que el hormigón debe medir su resistencia mecánica a compresiónuniaxial en probetas cubicas de 20 cm de arista y permite utilizar alternativas como la cilíndrica o cubica de diferentes

aristas tales como la de 10 cm, 15 cm 25 cm y 30 cm respectivamente.No obstante se pueden convertir las resistencias obtenida en probetas distintas a la normal(Cubica de 20 cm de arista) utilizando los factores de conversión siguientes.

Cuando una especificación es concebida en el extranjero, hay que tener especial cuidado con el tipo de probetaespecificada dado que en general son resistencias especificadas en probetas cilíndricas las cuales en sus países deorigen son consideradas normales. Así por ejemplo si la especificación indica hormigón en probeta cilíndrica de 20 Mpaen Chile debes solicitar un Hormigón de 25 Mpa (250 kgf/cm²) el cual equivale a una de 20 Mpa en probeta cilíndrica.

Esto significa en la práctica que cuando especificamos un hormigón al proveedor la resistencia esta en probeta cubicanormal de 20 cm de arista a 28 días, cuando el esfuerzo al cual estará sometido es de compresión.

Por otra parte cuando la especificación es de flexo tracción la probeta utilizada y considerada normal es la prismática de15 cm x 15 cm x 53 o 60 cm

Factor de conversión de probetas cubicas distintas de 20 cm

Fuente NCh 170 of 85


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Factores de conversión de probeta cilíndrica a cubica normal

Fuente NCh 170 of 85

Factores de conversión de probeta cilíndrica a cubica normal

9.2 Resistencia mecánica a la compresión

Donde

R= Resistencia mecánica a la compresión expresada en Kgf/cm², Mpa, N/mm²P = Carga de rotura en KN o kgfS = Sección de ensayo mm o cm


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Área o Sección Volumen

Área o Sección Volumen


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9.3 Resistencia a flexo tracción con P/2, en los límites del tercio central

Esquema NCh 1038

Donde

R= tensión de rotura, N/mm² (kgf/cm²)

P= Carga Máxima aplicada, N (kgf)L= luz de ensayo de la probeta, mm (cm)b = ancho promedio de la probeta en la sección de rotura, mm (cm)h = Altura promedio de la probeta en la sección de rotura, mm (cm)a = Distancia entre sección de rotura más próxima, medido a lo largo de la línea central de la superficie inferior de laprobeta, cm.


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9.3 Resistencia a la flexo tracción Con carga en el punto medio de la luz de ensaye

Donde:

R= tensión de rotura, N/mm² (kgf/cm²)P= Carga máxima aplicada, N (kgf)L= luz de ensayo de la probeta, mm (cm)b = ancho promedio de la probeta en la sección de rotura, mm (cm)h = Altura promedio de la probeta en la sección de rotura, mm (cm)


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Ejercicios

Con los siguientes antecedentes calcule la resistencia a compresión y convierta a cubo normal

N° Dimensióncm

Peso gr Carga deruptura KN

Carga deRuptura Kgf

Densidad de laprobetagr/cm³

Resistencia acompresión

DirectaKgf/cm²

Resistencia acompresiónCubo normalKgf/cm²

878 20 x 20 x 20 19900 1190989 20 x 20 x 20 19900 1245547 15 x 15 x 15 8225 764547 15 x 15 x 15 8235 7541 Ǿ= 15; h=30 12500 386

1 Ǿ= 15; h=30 12300 377

Con los siguientes antecedentes calcule la resistencia a flexo tracción, considere luz de 45 cm y carga en L/3

N° Dimensionescm

Peso gr Carga de rupturaKN

Carga de RupturaKgf

Densidad de laprobetagr/cm³

ResistenciaA Flexo traccióngr/cm²

1 15 x 15 x 53 28700 402 15 x 15 x 53 29000 45

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