FACULTAD DE INGENIERIA – UNA
LABORATORIO DE MATERIALES DE CONSTRUCCION
Diseño de mezclas de hormigón. Método de ACI 211.1(Modificado para HAC)
1- PROCEDIMIENTO Las cantidades de material en kg/m3 de hormigón, pueden ser calculadas a través de los siguientes pasos.
Paso 1. Tamaño máximo del agregado grueso. Las mayores exigencias en cuanto a materiales para la confección de hormigón autocompactante están en el AG. A pesar que no existe limitación en cuanto a su naturaleza, sí existen limitaciones con el tamaño máximo y el coeficiente de forma. El tamaño máximo del árido se limita a 25mm, aunque es preferible limitarlo a 19mm. Evidentemente, el tamaño máximo del árido deberá guardar relación con la distancia entre armaduras, pero dado el caso que fuera posible trabajar con tamaños superiores a 19-25 mm, no deberá excederse este tamaño ya que implica un elevado riesgo de bloqueo y segregación de la masa. De todas formas, los mejores resultados globales se consiguen empleando tamaños máximos entre 12-16 mm. En cuanto al coeficiente de forma, este debe ser lo más bajo posible ya que las mejores propiedades autocompactables sin bloqueos y elevada fluencia del hormigón se consiguen con gravas rodadas. Las formas lajosas dificultan que el hormigón fluya adecuadamente y aumentan el riesgo de bloqueo
Paso 2. Consumo aproximado de agua y cantidad aire aprisionado. La cantidad de agua total empleada debe guardar relación con el volumen de finos empleado a razón de una relación 0.9-1.05. Relaciones Relaciones volumétricas agua/finos (R A/F) inferiores a 0.9 generan hormigones demasiado cohesivos, que necesitan mucho volumen para autocompactarse. Contrariamente, R A/F superiores a 1.05 implican un elevado riesgo de exudación. Si se emplea aditivo modulador de viscosidad, la relación del contenido de agua con el volumen de finos es más flexible en el aspecto que es posible incrementar el contenido de agua (R A/F superiores a 1.05) ya que el modulador de viscosidad, gracias a su efecto cohesionante, actúa como elemento corrector. La dosificación de agua y el cálculo de la R A/C deben considerar la cantidad y el tipo de adición. Por ejemplo al trabajar con cantidades elevadas de cenizas, estas deben considerarse en el agua reactiva. Esto implica considerar más la relación agua/ligante (R A/L) que la propia relación A/C en el caso de emplear cenizas. En general, y como en el hormigón convencional, la R A/C (o R A/L dado el caso) es fundamental sobre la durabilidad y resistencia mecánica del hormigón. Puede existir, sin embargo, un problema en la calidad de los acabados si se emplean R A/C extremamente bajas sin no se toman precauciones adicionales.
El volúmen de agua no debe ser menor a 150lts/m3HAC ni mayor a 210lts/m3HAC. El volúmen de aire adoptado es de 2,0% debido a que se utilizará un aditivo superplastificante de alto rango. Paso 3. Calculo de la resistencia media del hormigón. En el proyectos de estructuras de Hº Aº, se recomienda que el hormigón debe tener una resistencia media a la compresión (fcm), mayor que la resistencia característica (fck) especificada, de modo a minimizar la probabilidad de existan resistencias menores a fck.
FACULTAD DE INGENIERIA – UNA
LABORATORIO DE MATERIALES DE CONSTRUCCION Criterio Americano. La resistencia media del hormigón utilizada puede ser determinada a través de la Tabla 3 TABLA 3 VALORES ORIENTATIVOS DE LA RESISTENCIA MEDIA EN FUNCION DE LA RESISTENCIA CARACTERISTICA Codigo
Valor de f ck que se desea en Valor de f cm que se desea en
Codigo Modelo Codigo ACI
2
2
kg/cm fck
kg/cm
fcm = fck + 80
fck < 2
fcm = fck + 70
2 fck
fcm = fck + 85
fck > 3
fcm = fck + 100
Paso 4. Relación Agua/Cemento Considerando que agregados y cementos diferentes producen, generalmente, diferentes resistencias para una misma relación agua/cemento, es deseable conocer las relaciones entre resistencia y la relación agua/cemento para los materiales a ser efectivamente utilizados. La tabla 4 nos da una correspondencia entre la relación agua/cemento y la resistencia media a la compresión del hormigón. TABLA 4 Correspondencia entre relacion agua/cemento o agua/ materiales cementicios y la resistencia a la compresion del Hormigón Relacion agua/cemento en masa Resistencia a la Hormigón sin Hormigón con compresion a los 28 dias aire incorporado aire incorporado Kg/cm2 420 350 280 210 140
0,41 0,48 0,57 0,68 0,82
0,40 0,48 0,59 0,74
Paso 5. Consumo de cemento. El consumo de cemento en kilogramos es igual al cociente del consumo de agua (Paso 2) y la relación agua/cemento (Paso 4).
Paso 6. Consumo de agregado grueso. Se adopta un consumo de 0.5 m3AG/ m3HAC PAG = PUCAG x 0.5 m3AG/ m3HAC Paso 7. Consumo de agregado fino. Para la determinación del consumo de agregado fino se utilizara el método del volumen absoluto. Para obtener el volumen requerido de agregado fino, el volumen ocupado por los constituyentes hasta ahora determinados (agua, cemento, agregado grueso, aire), debe ser sustraído de la unidad de volumen de hormigón. Ese valor puede ser convertido en peso a través de la multiplicación del volumen obtenido por la densidad seca del material. Va + Vc + Vaf + Vag + Vaire = 1000 lts.
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Cemento
Tabla de resultados de materiales componentes del hormigón 3 Peso (kg) para 1m de hormigón Arena 6ta 5ta 4ta Agua
Aditivo
Paso 8. Ajuste del agua debido a la humedad de los agregados. Generalmente el almacenamiento de los agregados es a la intemperie y estos, en la práctica están humedos. Sin una corrección de la humedad la relación de agua/cemento efectiva podrá ser mayor o menor a aquella seleccionada, así como las masas efectivas de los agregados.
Materiales
Correccion de humedad Peso seco C (%) H (%) (kg)
Agua (kg)
Peso Natural (kg)
Sumatoria de agua: Obs.: Agua = ((C - H)/100 ) x Ps Peso Natural = Ps x (H/100 +1) Peso final de agua = Peso de agua mas sumatoria de agua
Paso 9. Aditivos El aditivo superplastificante es imprescindible para la confección de hormigón autocompactante. No todos los tipos son utilizables. Los aditivos basados en naftalensulfonatos o condensados de melamina no ofrecen suficiente poder reductor de agua y en consecuencia, los únicos tipos utilizables son los basados en éter policarboxílico modificado, capaces de reducir agua en valores superiores al 35%. Independientemente del poder reductor de agua, las características del aditivo deben ajustarse a las características de cada aplicación (en función de si se demanda elevada resistencia inicial, prolongado mantenimiento de la consistencia, etc) y en correspondencia al tipo de cemento, adición y áridos empleados. En este aspecto, si se emplean las adiciones más adecuadas para cada aplicación el efecto del aditivo sobre el desarrollo de resistencia o sobre el fraguado no es tan acusado, especialmente en el caso de emplear cenizas, donde éstas colaboran de forma muy importante en el mantenimiento de la consistencia y dejan las particularidades del aditivo en segundo plano. Este razonamiento no es válido en los casos donde se demanda elevada resistencia inicial. Ante estas situaciones las particularidades del aditivo en el desarrollo de resistencia sí son muy trascendentes.
El volumen de aditivo a ser utilizado dependerá de las indicaciones del fabricante.
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LABORATORIO DE MATERIALES DE CONSTRUCCION Paso 10 Relacion entre agregados para HAC El esqueleto de un hormigón autocompactante debe estar constituido por una di stribución continua de áridos con tamaño máximo limitado en una matriz de pasta (agua, cemento y adición, o finos de tamaño inferior a 0.1 mm) que permita que la masa sea capaz de fluir por la acción de su propio peso y que mantenga la masa homogénea bajo cualquier acción. Para obtener un hormigón con estas propiedades existen unos requisitos básicos en cuanto a la formulación del hormigón:
Componente
Rangos
Finos(<0,1mm) Pasta Agua Áridos Gruesos Áridos Finos/Mortero Relación Agua/Finos
380 – 600 kg/m3 300 – 380 lts/m3 150 – 210 lts/m3 750 – 1000 kg/m3 45 – 55 % 0.90 – 1.05
En Volúmen(lts/m3)
En Peso (kg/m3)
Paso 11. Mezclas experimentales. Debido a muchas de las hipótesis básicas expresadas anteriormente, el proporcionamiento real de los materiales que serán usados, necesitan ser ajustados y confirmado a través de mezclas experimentales en hormigoneras de laboratorio, empleando un volumen reducido de hormigón del orden de 15 a 30 litros.
Ensayos de Control en el Hormigón Autocompactante Fresco Slump-flow
Este test determina y cuantifica la fluidez de la masa y se relaciona también con la viscosidad de éste. El ensayo consiste en rellenar el cono de Abrams sin compactar ni picar, levantar el cono sobre una placa no absorbente húmeda (no encharcada) y controlar la expansión diametral de la masa y el tiempo de fluencia. - (diámetro de la masa descargada) = 60-80 cm. - T50 (tiempo en el que la masa alcanza los 50 cm) = 3-6 seg. El hormigón debe fluir libremente sin indicios de exhudación y formando una "torta" circular. V-Funnel
El test V-Funnel cuantifica la deformabilidad del hormigón en estado fr esco que se relaciona con la capacidad del hormigón para acomodarse a la geometría del encofrado. El test consiste en rellenar hasta enrase y sin compactar el embudo de dimensiones indicadas, controlando el tiempo de descarga: t (tiempo de descarga) = 5-12 seg. La descarga de la masa debe producirse de manera continua, sin interrupciones. L-Box
Este test se relaciona con la resistencia a la segregación del hormigón al traspasar zonas de armadura. El procedimiento de ensayo consiste en rellenar hasta enrase la caja en
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LABORATORIO DE MATERIALES DE CONSTRUCCION forma de L de dimensiones indicadas y levantar la compuerta de tal modo que el hormigón descargue libremente. Se controla su capacidad autonivelante en presencia de ob stáculos, el bloqueo en las barras y el tiempo de fluencia. - bloqueo en las barras. Sin indicios de bloque. - H2/H1 (autonivelación) >= 0.8. - t20 (tiempo de fluencia) < 1.5 seg. - T40 (tiempo de fluencia) < 3.5 seg.
Ensayo T50 (Slump – Flow) Diametro Final (Slump – Flow) T Funnel (V- Funnel) T20 (L-Box) T40 (L-Box) H2/H1
Resultado
Rango 3 – 6 s. 60-80 cm. 5-12 s. <1.5s. <3,5s. ≥0.8
