TEMA V DOSIFICACIÓN DE MEZCLAS DE HORMIGÓN OBJETIVO DE LA UNIDAD TEMÁTICA.El estudiante al terminar la unidad temática debe ser capaz de: Seleccionar los materiales adecuados y determinar las cantidades para realizar la combinación más económica de los componentes (Ceeme (C ment nto, o, agu gua, a, ag agrreg egaado doss), pa parra el elab abor oraar un ho horrmi migó gónn qu quee cumpla con las especificaciones técnicas requeridas, teniendo en cuenta tres factores fundamentales: La resistencia, durabilidad y consistencia.
5.1. MÉTODOS DE DOSIFICACIÓN DE MEZCLAS DE HORMIGÓN.Al dosificar un hormigón se tienen que tener en cuenta tres factores fundamentales: la resi resiste stenci ncia, a, la consistencia y el tamaño máximo de los áridos . Estos factores están relacionados con una variable que prác pr áctitica came ment ntee de dete term rmin inaa la lass ca carrac acte terí ríst stic icas as fifina nale less de un ho horm rmig igón ón;; es esta ta var aria iabl blee es la relación Agua/Cemento.
Existen varios métodos y reglas para determinar teóricamente las cantidades a mezclar de los componentes del hormigón, hormigón, los cual cuales es son orie orientati ntativos vos,, pues se basa basann en pruebas de labor laborator atorio io y de camp campo. o. Es por ello quee la qu lass pr prop opor orci cion ones es de me mezc zcla lado do de defifini nititiva vass se de debe benn en enco cont ntra rarr en ba base se a en ensa sayo yoss de la labo bora rato tori rio, o, introduciendo luego en obra o bra las correcciones necesarias. Antes de dosificar una mezcla, se debe tener conocimiento de la siguiente información: Los materiales. vaciar, tamaño y forma de las estructuras. ♦ El elemento a vaciar, ♦ Resistencia a la compresión requerida. ♦ Condiciones ambientales durante el vaciado. ♦ Condiciones a la que estará expuesta la estructura. ♦
A continuación se presenta presenta un esquema básico básico del proceso de Dosificación:
5.1. MÉTODOS DE DOSIFICACIÓN DE MEZCLAS DE HORMIGÓN.Al dosificar un hormigón se tienen que tener en cuenta tres factores fundamentales: la resi resiste stenci ncia, a, la consistencia y el tamaño máximo de los áridos . Estos factores están relacionados con una variable que prác pr áctitica came ment ntee de dete term rmin inaa la lass ca carrac acte terí ríst stic icas as fifina nale less de un ho horm rmig igón ón;; es esta ta var aria iabl blee es la relación Agua/Cemento.
Existen varios métodos y reglas para determinar teóricamente las cantidades a mezclar de los componentes del hormigón, hormigón, los cual cuales es son orie orientati ntativos vos,, pues se basa basann en pruebas de labor laborator atorio io y de camp campo. o. Es por ello quee la qu lass pr prop opor orci cion ones es de me mezc zcla lado do de defifini nititiva vass se de debe benn en enco cont ntra rarr en ba base se a en ensa sayo yoss de la labo bora rato tori rio, o, introduciendo luego en obra o bra las correcciones necesarias. Antes de dosificar una mezcla, se debe tener conocimiento de la siguiente información: Los materiales. vaciar, tamaño y forma de las estructuras. ♦ El elemento a vaciar, ♦ Resistencia a la compresión requerida. ♦ Condiciones ambientales durante el vaciado. ♦ Condiciones a la que estará expuesta la estructura. ♦
A continuación se presenta presenta un esquema básico básico del proceso de Dosificación:
5.1. MÉTODOS DE DOSIFICACIÓN DE MEZCLAS DE HORMIGÓN.-
5.1. MÉTODOS DE DOSIFICACIÓN DE MEZCLAS DE HORMIGÓN.Se presentan a continuación el desarrollo de los métodos más difundidos en nuestro medio: 1°MÉTODO DE GARCIA BALADO. 2°MÉTODO O´REILLY 3°MÉTODO DE LA A.A.S.H.T.O. (American Association of State Highway and Transportation Officials – Asociación Norteamericana de Trabajadores del Transporte Estatal por carretera) 4°MÉTODO AMERICANO A.C.I. (American Concrete Institute)
5.1.1. MÉTODO GARCIA BALADO.El método de Balado se aplica en la dosificación de mezclas plásticas donde el principio fundamental es la ley de Abrams o ley de la Resistencia – Relación agua/cemento. Esta ley expresa: “Que para mezclas plásticas, con agregados límpios y de buena calidad, la resistencia y otras propiedades del hormigón, en las condiciones dadas de la obra, es una función de las cantidades netas de agua de mezclado por unidad de cemento”. PASOS A SEGUIR PARA DOSIFICAR UN HORMIGÓN: 1°elegir la relación A/C para producir la resistencia y dura bilidad requerida. 2°Seleccionar la consistencia adecuada, la deberá tener un asentamiento lo más reducido y compatible con la apropiada puesta en obra del hormigón. 3°Determinar el tamaño máximo del árido. 4°Determinar el volumen compactado del árido grueso por met ro cúbico de hormigón y ajustarlo a las condiciones de trabajabilidad y puesta en obra; con éste valor se calcula el volumen absoluto del árido grueso. 5°Determinar la cantidad de agua de mezclado para áridos sat urados y superficie seca, y ajustarlo para la consistencia elegida. 6°Con los datos de los pasos 1 y 6, se calcula la cantidad de cem ento por metro cúbico de hormigón y luego se determina el volumen de la pasta de cemento. 7°Se calcula el volumen absoluto de los áridos como la difere ncia entre 1 m3 y el volumen de la pasta de cemento, también se calcula volumen absoluto del árido fino por metro cúbico de hormigón. 8°Se convierten los volúmenes componentes del m3 de hormigó n en peso, multiplicando los volúmenes absolutos de los áridos por el peso específico (saturado y superficie seca), correspondiente a cada uno de ellos.
5.1.2. MÉTODO O’REILLY.Este método fue desarrollado por el Dr. Vitervo O’Reilly, el cual parte de la ecuación de Bolomey, la cual consideraba la influencia de la calidad de la piedra en la resistencia del hormigón; ampliandola con la determinación de la Característica “A” de los áridos y la consistencia de la mezcla del hormigón El procedimiento para la dosificación de un hormigón mediante éste método es el siguiente: 1°Determinar, experimentalmente, la relación óptima de la mezcla de arena y árido grueso: Se determina el porcentaje de vacíos y la superficie específica mínima, para lo cual hay que ensayar las mezclas de los áridos con las proporciones en peso siguientes:
60:40
45:55
50:50
55:45
Se determina el peso unitario compactado (PUCm) y el peso específico corriente (PECm) de las mezclas citadas. En base a estos ensayos, se puede determinar el porcentaje de vacíos de la mezcla de los áridos, según la siguiente relación:
% vacios = [(PECm – PUCm) / PECm] x 100 Se elige la combinación de mezcla que tenga el menor % de vacios.
5.1.2. MÉTODO O’REILLY.2°Determinar la Característica “A” de los áridos: (Método P ráctico) Con la mezcla óptima ya determinada, se determina en base a la experiencia o recurriendo a tablas la cantidad de cemento y la cantidad de agua para obtener una resistencia requerida del hormigón. Se determina con éstos datos la cantidad requerida de materiales para elaborar 6 probetas de hormigón. Inicialmente se fija una cantidad menor de agua a la fijada, se mide el asentamiento con la ayuda del cono de Abrams, que es de esperar que sea menor al asumido. Luego se incrementa la cantidad de agua y se controla el asentamiento hasta que por aproximación se determine la cantidad de agua para la consistencia elegida. Esta cantidad de agua debe ser corregida de acuerdo a la humedad superficial de la arena. Con la mezcla encontrada, se deben elaborar 6 probetas y se determina la resistencia a los 7 y 28 días. En base a los ensayos realizados (3 series), se calculan los siguientes valores:
M1 = 4.6259 – 0.0604 As M2 = e0.0283 As – 1.3125 V = 0.434294 ln w Donde: w = Relación agua/cemento. As = Asentamiento (cm). M1 y M2 = Valores dependientes de la consistencia del hormigón. V = Valor dependiente de la relación agua/cemento.
5.1.2. MÉTODO O’REILLY. En base a los resultados obtenidos, se determina la Característica “A” de los áridos mediante la siguiente ecuación:
A = Rh / (Rc (M1V + M2) Donde: Rc = Resistencia a la compresión del cemento a los 28 días. Rh = Resistencia promedio a la compresión de las probetas ensayadas a los 28 días. .
5.1.2. MÉTODO O’REILLY.2°Determinar la Característica “A” de los áridos: (Método F ísico - matemático) Se seleccionan 20 partículas del árido a determinar, las cuales deben tener cantidades proporcionales a las fracciones que las componen.
5.1.2. MÉTODO O’REILLY.Se toman fotografías de las 20 partículas debidamente ordenadas por tamaños en dos posiciones, según sus dos ejes ortogonales sobre un fondo negro de 18 x 27 cm., que definen mejor los contornos de las partículas. La película será de 35 mm, abarcando todo el área del papel negro, posteriormente la película se amplia en papel mate de 16 x 24 cm.
5.1.2. MÉTODO O’REILLY.Se toman fotografías de las 20 partículas debidamente ordenadas por tamaños en dos posiciones, según sus dos ejes ortogonales sobre un fondo negro de 18 x 27 cm., que definen mejor los contornos de las partículas. La película será de 35 mm, abarcando todo el área del papel negro, posteriormente la película se amplia en papel mate de 16 x 24 cm.
5.1.2. MÉTODO O’REILLY.2°Determinar la Característica “A” de los áridos: (Método F ísico - matemático) Con la ayuda de una plantilla de círculos, se determinan los diámetros y radios de todos las partículas y se procede a tabular los datos.
5.1.2. MÉTODO O’REILLY.-
Se determinan los factores de esferidad y coeficiente de redondez, mediante las siguientes relaciones:
φ = d / D
P = (1 + Σ r / R) / (1 + n) Donde: φ = Factor de esferidad propuesto por Wadell.
d = Diámetro del círculo de igual superficie que la que tiene la sección de la partícula. D = Diámetro del circulo circunscrito con la máxima longitud. P = Coeficiente de redondez. propuesto por Wadell y ajustado por Schaffner. r = Radio de redondez de las aristas en el plano de la sección de los granos. R = Radio mayor del círculo inscrito en la sección transversal de la partícula. n = Cantidad de aristas en la sección de la partícula en los cuales r < R En base a los resultados obtenidos, se determina la Característica “A” de los áridos mediante la siguiente ecuación:
A = (P + φ + 4) / 10
5.1.2. MÉTODO O’REILLY.-
5.1.2. MÉTODO O’REILLY.3°Determinación de la cantidad de cemento: Con la característica “A” de los áridos calculada, se puede determinar una mezcla para cualquier resistencia con la ayuda de la siguiente ecuación:
V= ((Rh/Rc A) – M2)/ M1 Donde: V = Valor dependiente de la relación agua/cemento A = Característica “A” de los áridos. M1 y M2 = Valores dependientes de la consistencia del hormigón. Rh = Resistencia del hormigón a la compresión que se quiere obtener (Mpa.) Rc = Resistencia del cemento a la compresión que se esta utilizando (Mpa.)
La cantidad de cemento se determina de las siguiente relación: c=a/w w = e (V / -0.434294)
Donde: c = Cantidad de cemento a = Cantidad de agua en litros. w = Relación de agua/cemento calculada.
Con los datos obtenidos se establece la composición óptima de la mezcla de hormigón, la cual sometida a pruebas de resistencia en probetas cilíndricas, dan un valor muy aproximado al supuesto.
5.1.3. MÉTODO A.C.I..Este procedimiento propuesto por el comité ACI 211.1 (Proporcionamiento de mezclas), está basado en el empleo de tablas cuya secuencia de diseño es la siguiente: a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) m) n)
Selección de la resistencia requerida (f’cr) Selección del TMN del agregado grueso. Selección del asentamiento TABLA 6.3.1. Seleccionar el contenido de aire atrapado TABLA 6.3.3. Seleccionar el contenido de agua TABLA 6.3.3. Selección de la relación agua/cemento sea por resistencia a compresión o por durabilidad. TABLAS 6.3.4.(a – b) Cálculo del contenido de cemento (e)/(f) Seleccionar el peso del agregado grueso (TABLA 6.3.6) proporciona el valor de b/bo, donde bo y b son los pesos unitarios secos con y sin compactar respectivamente del agregado grueso). Calcular la suma de los volúmenes absolutos de todos los materiales sin considerar el agregado fino. Cálculo del volumen del agregado fino. Cálculo del peso en estado seco del agregado fino. Presentación del diseño en estado seco. Corrección del diseño por el aporte de humedad de los agregados. Presentación del diseño en estado húmedo.
5.1.3. MÉTODO A.C.I..A continuación se expone un ejemplo de dosificación mediante el método A.C.I. 211:
5.1.3. MÉTODO A.C.I..Cálculo de la dosificación Para vigas: Exposición a la intemperie en condiciones normales (Clima benigno) Asentamiento ( cm) = 7.5 (De Tabla 6.3.1) Tamaño Nominal Máximo (mm) = 38 1 1/2" Contenido de Aire(%) = 1 (De Tabla 6.3.3.) Agua de mezclado(lt/m3) = 181 (De Tabla 6.3.3.) Resistencia de diseño: (Se elige el mayor valor) Desviación standart "ds" (kg/cm2) = 20 fcr(kg/cm2)= fck + 1.34ds = 276.80 fcr(kg/cm2)= fck + 2.33ds - 35 = 261.60 Relación agua / cemento= 0.575 (De Tabla 6.3.4.a) Contenido de cemento: Cemento (kg / m3) = 314.77 Volumén de agregado grueso por volumen unitario de concreto: Volumén agregado grueso[VAG] = 0.765 (De Tabla 6.3.6.-Entrando MF agr.fino) Peso agregado grueso (kgr/m3) = 1269.90 (Peso= (VAG*bo) Volumen de materiales sin considerar A. fino (m3):
Material Peso seco P. específico Volumen Agua (lit/m3) = 181.00 1000 0.1810 Cemento (kgr/m3) = 314.77 3150 0.0999 Grava (kgr/m3) = 1269.90 2500 0.5080 Aire (%) = 1 0.0100 Total [i]: 0.7989 Determinación del volumen de agregado fino: Vol. agregado fino (m3) = 1 - i = 0.2011 Determinación agregado fino: Peso agregado fino (kgr/m3) = 532.95
5.1.3. MÉTODO A.C.I..-
����� 6.3.1. ������������� ������������ ���� �������� ����� �� ������������. ����� �� ������������ ����� �� ����������� � �������. (����������) �������, ������� �� ����������� �
������������ ���� ������* ������ 7.5 2.5 7.5
2.5
����� �� �������������� ���������. ����� � ����� ����������.
10
2.5
�������� ���� ���������.
10
2.5
���������� � �����. �������� ������.
7.5
2.5
7.5
2.5
* �� ����� ��� �������� ������ � � ������� ��� ����� �������� . �� ����� ���� ������� 2.5 �� ��� ��� � �� ������� �� ������������ �� ���� �������� �������.
����� 6.3.3. ���������� ����������� �� ���� �� �������� � ��������� �� ���� ���� ���������� ������������� � ������� ������� ��������� ��� ��������. ������������ ����
2.5 � 5 7.5 � 10 15 � 17.5 �������� ���������� �� ����
���� �� ��/�3 ���� �� �������� ��� �������� �� ��� ���� 9.5 12.5 19 25 38 50 75 150 �������� ��� ���� �������� 207 199 190 179 166 154 130 113 228 216 205 193 181 169 145 124 243 228 216 202 190 178 160 � 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0.3 0.2
�� �������� ��� ���� �������� �%�
�������� ��� ���� �������� 181 175 168 160 150 142 122 107 7.5 � 10 202 193 184 175 165 157 133 119 15 � 17.5 216 205 197 184 174 166 154 � �������� ����������� �� ��������� �� ���� �����, ����� �� ���� � �� ����������. �%� ���������� ������. 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 ���������� ��������. 6 5.5 5 4.5 4.5 4 3.5 3 ���������� ������. 7.5 7 6 6 5.5 5 4.5 4 2.5 � 5
5.1.3. MÉTODO A.C.I..����� 6.3.4. (�): ��������������� ����� �� �������� �/� � �� ����������� � �� ���������� ��� ��������. ����������� � �� �������� �/� ��� ����. ���������� � ��� 28 ���� �������� �������� 2 �� ��/�� ��� ���� ��� ���� �������� �������� 420 0.41 � 350 0.48 0.40 280 0.57 0.48 210 0.68 0.59 140 0.82 0.74
����� 6.3.4. (�): ���������� �/� ������� ����������� ���� �������� ������ � ������������ �������. ���� �� ���������� ���������� ������������� ���������� �������� ������ � �������������� � ���� �� ��� � �������� � ������������� ��������. � ��������. ��������� �������� (������, ���������, �������� � �������� ������������) � ��������� ��� �����
0.45
0.40
0.50
0.45
�� 5 �� �� ������������� ����� �� ��������. ����� ��� �����������.
����� 6.3.6. ������� �� �������� ������ ��� ������� �������� �� ��������.
������ ������ ������� ��� �������� ���� 9.5 12.5 19 25 37.5 50 75 150
������� �� �������� ������ ��������� �� ����, ��� ������� �������� �� �������� ���� ��������� ������� �� ������ �� �� �����. 2.40 2.60 2.80 3.00 0.50 0.48 0.46 0.44 0.59 0.57 0.55 0.53 0.66 0.64 0.62 0.60 0.71 0.69 0.67 0.65 0.75 0.73 0.71 0.69 0.78 0.76 0.74 0.72 0.82 0.80 0.78 0.76 0.87 0.85 0.83 0.81
5.1.3. MÉTODO A.C.I.. DISEÑO EN ESTADO SECO: Material
Agua (lit/m3) = Cemento (kgr/m3) = Grava (kgr/m3) = Arena (kgr/m3) = Aire (%) =
Relaciones de Mezcla: Cemento : Arena 1 1.69
Pes o seco
181.00 314.77 1269.90 532.95 1
Corrección por humedad: para agregados: Peso agregado fino (kgr/m3) = Peso agregado grueso (kgr/m3) = para agua : Agua en agregado fino (lit/m3) = Agua en agregado grueso (lit/m3) = Total agua corregida (lit/m3) = Cantidad de material para 1 probeta: Vol=
Agua (lit/prob) = Cemento (kgr/prob) = Arena (kgr/prob) = Grava (kgr/prob) =
0.676 1.668 2.966 6.932
559.60 1308.00 -22.917 -30.478 127.605 0.0053015 m3
:
Grava 4.03
5.1.4. MÉTODO DE LA A.A.S.H.T.O..Este procedimiento está basado en el empleo de tablas; la secuencia de diseño se detalla en el siguiente ejemplo:
5.1.4. MÉTODO DE LA A.A.S.H.T.O..Este procedimiento está basado en el empleo de tablas; la secuencia de diseño se detalla en el siguiente ejemplo:
5.1.4. MÉTODO DE LA A.A.S.H.T.O..-
5.1.4. MÉTODO DE LA A.A.S.H.T.O..-
5.1.4. MÉTODO DE LA A.A.S.H.T.O..-
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5.1.4. MÉTODO DE LA A.A.S.H.T.O..-
5.1.5. DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD SUPERFICIAL DEL AGREGADO FINO.-
