Dosificación del Hormigón al peso, Dosificación del Hormigón al volumen y Dosificación del Hormigón con aditivo

1.- Introducción

Hormigón

Hormigón o Concreto, material artificial utilizado en ingeniería que se obtiene mezclando cemento Portland, agua, algunos materiales bastos como la grava y otros refinados, y una pequeña cantidad de aire.

El hormigón es casi el único material de construcción que llega en bruto a la obra. Esta característica hace que sea muy útil en construcción, ya que puede moldearse de muchas formas. Presenta una amplia variedad de texturas y colores y se utiliza para construir muchos tipos de estructuras, como autopistas, calles, puentes, túneles, presas, grandes edificios, pistas de aterrizaje, sistemas de riego y canalización, rompeolas, embarcaderos y muelles, aceras, silos o bodegas, factorías, casas e incluso barcos.

Otras características favorables del hormigón son su resistencia, su bajo costo y su larga duración. Si se mezcla con los materiales adecuados, el hormigón puede soportar fuerzas de compresión elevadas. Su resistencia longitudinal es baja, pero reforzándolo con acero y a través de un diseño adecuado se puede hacer que la estructura sea tan resistente a las fuerzas longitudinales como a la compresión. Su larga duración se evidencia en la conservación de columnas construidas por los egipcios hace más de 3.600 años.
  
Composición

Los componentes principales del hormigón son pasta de cemento Portland, agua y aire, que puede entrar de forma natural y dejar unas pequeñas cavidades o se puede introducir artificialmente en forma de burbujas. Los materiales inertes pueden dividirse en dos grupos: materiales finos, como puede ser la arena, y materiales bastos, como grava, piedras o escoria. En general, se llaman materiales finos si sus partículas son menores que 6,4 mm y bastos si son mayores, pero según el grosor de la estructura que se va a construir el tamaño de los materiales bastos varía mucho. En la construcción de elementos de pequeño grosor se utilizan materiales con partículas pequeñas, de 6,4 mm. En la construcción de presas se utilizan piedras de 15 cm de diámetro o más. El tamaño de los materiales bastos no debe exceder la quinta parte de la dimensión más pequeña de la pieza de hormigón que se vaya a construir.

Al mezclar el cemento Portland con agua, los compuestos del cemento reaccionan y forman una pasta aglutinadora. Si la mezcla está bien hecha, cada partícula de arena y cada trozo de grava queda envuelta por la pasta y todos los huecos que existan entre ellas quedarán rellenos. Cuando la pasta se seca y se endurece, todos estos materiales quedan ligados formando una masa sólida.

En condiciones normales el hormigón se fortalece con el paso del tiempo. La reacción química entre el cemento y el agua que produce el endurecimiento de la pasta y la compactación de los materiales que se introducen en ella requiere tiempo. Esta reacción es rápida al principio pero después es mucho más lenta. Si hay humedad, el hormigón sigue endureciéndose durante años. Por ejemplo, la resistencia del hormigón vertido es de 70.307 g/cm2 al día siguiente, 316.382 g/cm2 una semana después, 421.842 g/cm2 al mes siguiente y 597.610 g/cm2 pasados cinco años.

Las mezclas de hormigón se especifican en forma de relación entre los volúmenes de cemento, arena y piedra utilizados. Por ejemplo, una mezcla 1:2:3 consiste en una parte por volumen de cemento, dos partes de arena y tres partes de agregados sólidos. Según su aplicación, se alteran estas proporciones para conseguir cambios específicos en sus propiedades, sobre todo en cuanto a resistencia y duración. Estas relaciones varían de 1:2:3 a 1:2:4 y 1:3:5. La cantidad de agua que se añade a estas mezclas es de 1 a 1,5 veces el volumen de cemento. Para obtener hormigón de alta resistencia el contenido de agua debe ser bajo, sólo el suficiente para humedecer toda la mezcla. En general, cuanta más agua se añada a la mezcla, más fácil será trabajarla, pero más débil será el hormigón cuando se endurezca.

El hormigón puede hacerse absolutamente hermético y utilizarse para contener agua y para resistir la entrada de la misma. Por otra parte, para construir bases filtrantes, se puede hacer poroso y muy permeable. También puede presentar una superficie lisa y pulida tan suave como el cristal. Si se utilizan agregados pesados, como trozos de acero, se obtienen mezclas densas de 4.000 kg/m3. También se puede fabricar hormigón de sólo 481 kg/m3 utilizando agregados ligeros especiales y espumas. Estos hormigones ligeros flotan en el agua, se pueden serrar en trozos o clavar en otras superficies.

Para pequeños trabajos o reparaciones, puede mezclarse a mano, pero sólo las máquinas mezcladoras garantizan una mezcla uniforme. La proporción recomendada para la mayoría de usos a pequeña escala —como suelos, aceras, calzadas, patios y piscinas— es la mezcla 1:2:3.

Cuando la superficie del hormigón se ha endurecido requiere un tratamiento especial, ya sea salpicándola o cubriéndola con agua o con materiales que retengan la humedad, capas impermeables, capas plásticas, arpillera húmeda o arena. También hay pulverizadores especiales. Cuanto más tiempo se mantenga húmedo el hormigón, será más fuerte y durará más. En época de calor debe mantenerse húmedo por lo menos tres días, y en época de frío no se debe dejar congelar durante la fase inicial de endurecimiento. Para ello se cubre con una lona alquitranada o con otros productos que ayudan a mantener el calor generado por las reacciones químicas que se producen en su interior y provocan su endurecimiento.


Técnicas de Construcción

El hormigón se moldea de muchas maneras. Para construir los cimientos de pequeños edificios se vierte directamente en zanjas cavadas en la tierra. Para otros tipos de cimientos y algunos muros, se vierte entre los soportes o encofrados de madera o de hierro, que se eliminan cuando el hormigón se ha secado. En la construcción con losas prefabricadas, las planchas que forman techos y suelos se montan en el suelo y después se elevan con gatos hidráulicos y se fijan las columnas a la altura precisa. Los encofrados deslizantes se utilizan para formar columnas y los núcleos de los edificios. Se van moviendo hacia arriba de 15 a 38 cm por hora mientras se vierte el hormigón y se colocan los refuerzos. El método de fraguar hacia arriba se suele utilizar en la construcción de edificios de una o dos plantas. Las paredes se fraguan en tierra o en la planta correspondiente y se sitúan con grúas. Después se fijan las paredes por sus extremos o entre ellas a unas columnas de hormigón. Para pavimentar carreteras con hormigón se utiliza una máquina pavimentadora de cimbra móvil. Esta máquina arrastra una estructura con dos guías metálicas separadas. Se vierte una capa de hormigón entre las dos guías y la máquina va avanzando lentamente. Las guías de los laterales mantienen el hormigón en su sitio hasta que éste se seca. Estas pavimentadoras pueden forjar una capa continua de pavimento de hormigón de uno o dos carriles.

En ciertas aplicaciones, como la construcción de piscinas, canales y superficies curvas, el hormigón puede aplicarse por inyección. Con este método el hormigón se pulveriza a presión con máquinas neumáticas sin necesidad de utilizar encofrados. Así se elimina todo el trabajo de los moldes de hierro y madera y se puede aplicar hormigón en lugares donde los métodos convencionales serían difíciles o imposibles de emplear.

El hormigón con aire ocluido es hormigón en el que se introducen pequeñas burbujas de aire en la mezcla con el cemento, durante su fabricación, preparación o en la fase de mezclado con la arena y los agregados. La presencia de estas burbujas aporta propiedades favorables al hormigón, tanto cuando está fresco como cuando se ha endurecido. Cuando está fresco y recién mezclado las burbujas de aire actúan como lubricante; hacen la mezcla más manejable por lo que reducen la cantidad de agua necesaria para hacerla. Este sistema de aire también reduce la cantidad de arena necesaria.

El aire presente en el hormigón endurecido reduce radicalmente los ajustes que derivan de la utilización de productos químicos anticongelantes en calles y carreteras. También previene los daños que producen en los pavimentos las heladas y deshielos. Las burbujas de aire funcionan como diminutas válvulas de seguridad que proporcionan espacio al agua para expandirse si la temperatura baja y se hiela.


Albañilería con hormigón

En todos los tipos de construcción de albañilería se utilizan ladrillos o bloques de hormigón. Se emplean por ejemplo en muros de carga y paredes, malecones, bardas o cortafuegos; como refuerzo de paredes de ladrillo, piedra o enlucidas con estuco o yeso; para proteger del fuego estructuras de acero y recintos como huecos de escaleras y ascensores, y para construir muros de contención, chimeneas y suelos.

Alrededor del 60% de los productos de hormigón para albañilería, como los bloques de escoria, se elaboran con agregados ligeros. Los más utilizados son arcillas tratadas, escoria de altos hornos, esquisto micáceo, agregados volcánicos naturales y cenizas. El tamaño de estos bloques, que se utilizan para construir paredes, tanto por debajo como por encima del suelo, suele ser de 20 × 20 × 40 cm. Estos bloques se colocan de forma horizontal y no suelen ser macizos para reducir peso y para que se forme una cámara de aire aislante. Se han desarrollado otros tipos de bloques de hormigón con dibujo que se utilizan sin revestimiento en casas, centros comerciales, escuelas, iglesias e instalaciones públicas.

La medida de los bloques está ya estandarizada: se pueden conseguir bloques específicos para cualquier trabajo sin tener que cortar y ajustar. También hay moldes para producir bloques con dibujos y relieves para paredes interiores y exteriores. Es posible conseguir cualquier color o tipo de textura.


Hormigón Armado
                                              
En la mayoría de los trabajos de construcción, el hormigón se refuerza con armaduras metálicas, sobre todo de acero; este hormigón reforzado se conoce como ‘hormigón armado’. El acero proporciona la resistencia necesaria cuando la estructura tiene que soportar fuerzas longitudinales elevadas. El acero que se introduce en el hormigón suele ser una malla de alambre o barras sin desbastar o trenzadas. El hormigón y el acero forman un conjunto que transfiere las tensiones entre los dos elementos.

El hormigón pretensado ha eliminado muchos obstáculos en cuanto a la envergadura y las cargas que soportan las estructuras de hormigón para ser viables desde el punto de vista económico. La función básica del acero pretensado es reducir las fuerzas longitudinales en ciertos puntos de la estructura. El pretensado se lleva a cabo tensando acero de alta resistencia para inducir fuerzas de compresión al hormigón. El efecto de esta fuerza de compresión es similar a lo que ocurre cuando queremos transportar una fila de libros horizontalmente; si aplicamos suficiente presión en los extremos, inducimos fuerzas de compresión a toda la fila, y podemos levantar y transportar toda la fila, aunque no se toquen los libros de la parte central.

Estas fuerzas compresoras se inducen en el hormigón pretensado a través de la tensión de los refuerzos de acero antes de que se endurezca el hormigón, aunque en algunos casos el acero se tensa cuando ya se ha secado. En el proceso de pretensado, el acero se tensa antes de verter el hormigón. Cuando el hormigón se ha endurecido alrededor de estos refuerzos tensados, se sueltan las barras de acero; éstas se encogen un poco e inducen fuerzas de compresión al hormigón. En otros casos, el hormigón se vierte alrededor del acero, pero sin que entre en contacto con él; cuando el hormigón se ha secado se ancla un extremo del refuerzo de acero al hormigón y se presiona por el otro extremo con gatos hidráulicos. Cuando la tensión es la requerida, se ancla el otro extremo del refuerzo y el hormigón queda comprimido.


Aplicaciones del hormigón

Ø Presa

Presa, barrera artificial que se construye en algunos ríos para embalsarlos y retener su caudal. Los motivos principales para construir presas son concentrar el agua del río en un sitio determinado, lo que permite generar electricidad (véase Energía hidráulica), regular el agua y dirigirla hacia canales y sistemas de abastecimiento, aumentar la profundidad de los ríos para hacerlos navegables, controlar el caudal de agua durante los periodos de inundaciones y sequía, y crear pantanos para actividades recreativas. Muchas presas desempeñan varias de estas funciones.

La primera presa de la que se tiene constancia se construyó en Egipto en el 4000 a.C. para desviar el cauce del Nilo y proporcionar más terreno a la ciudad de Menfis. Muchas presas de tierra antiguas, como las construidas por los babilonios, formaban parte de un complejo sistema de riego que transformaba regiones no productivas en fértiles vegas capaces de mantener a grandes poblaciones. Muy pocas de más de un siglo de antigüedad se mantienen en pie debido a los destrozos de las inundaciones periódicas. La construcción de presas de altura y capacidad de almacenamiento considerables, casi indestructibles, se hizo posible gracias al desarrollo del cemento Portland, del hormigón, y al uso de máquinas para mover tierra y equipamiento para el transporte de materiales

El control y la utilización del agua mediante presas afecta de modo importante las posibilidades económicas de grandes áreas.


Ø Tipos de cimientos

Los tipos de sistemas de cimentación más comunes se clasifican en profundos y superficiales. Los sistemas superficiales se encuentran a poca distancia bajo la base del edificio, como las losas continuas y las zapatas. Los cimientos profundos se extienden a varios metros bajo el edificio, como los pilotes y los pozos de cimentación (figura 1). La elección de los cimientos para un edificio determinado dependerá de la fortaleza de la roca y el suelo, la magnitud de las cargas estructurales y la profundidad del nivel de las aguas subterráneas.

Los cimientos más económicos son las zapatas de hormigón armado, empleados para edificios en zonas cuya superficie no presenta dificultades especiales. Estos cimientos consisten en planchas de hormigón situadas bajo cada pilar de la estructura y una plancha continua (zapata continua) bajo los muros de carga.

Los cimientos de losa continua se suelen emplear en casos en los que las cargas del edificio son tan grandes y el suelo tan poco resistente que las zapatas por sí solas cubrirían más de la mitad de la zona de construcción. Consisten en una losa de hormigón armado, que soporta el peso procedente de los soportes. La carga que descansa sobre cada zona de la losa no es excesiva y se distribuye por toda la superficie. En las cimentaciones bajo edificios de gran envergadura, las cargas se pueden repartir por medio de nervaduras o muros cruzados, que rigidizan la losa.

Los pilotes se emplean sobre todo en zonas en las que las condiciones del suelo próximo a la superficie no son buenas. Están fabricados con madera, hormigón o acero y se colocan agrupados en pilares. Los pilotes se introducen a determinada profundidad dentro de la roca o suelo y cada pilar se cubre con una capa de hormigón armado. Un pilote puede soportar su carga tanto en su base como en cualquier parte de su estructura por el rozamiento superficial. La cantidad de pilotes que debe incluirse en cada pilar dependerá de la carga de la estructura y la capacidad de soporte de cada pilote de la columna. Los pilotes de madera o vigas son troncos de árboles, con lo que su longitud resulta limitada. En cambio, un pilote de hormigón puede tener una altura aceptable y se puede introducir por debajo del nivel freático. En edificios muy pesados o muy altos se emplean pilotes de acero, llamados por su forma pilotes en H, que se introducen en la roca, a menudo hasta 30 m de profundidad. Con estos pilotes se alcanza más fácilmente una mayor profundidad que con los pilotes de hormigón o madera. Aunque los pilotes de acero son mucho más caros, su coste está justificado en los grandes edificios, que suelen representar una importante inversión financiera.

Los cimientos de zapatas rígidas se emplean cuando hay un suelo adecuado para soportar grandes cargas, bajo capas superficiales de materiales débiles como turba o tierra de relleno. Un cimiento de zapatas rígidas consiste en unos pilares de hormigón construidos en forma de cilindros que se excavan en los lugares sobre los que se asentarán las vigas de la estructura. Estos cimientos soportan las cargas del edificio en su extremo inferior, que suele tener forma de campana.

Ø Vigas

Viga (construcción), elemento constructivo horizontal, sensiblemente longitudinal, que soporta las cargas constructivas y las transmite hacia los elementos verticales de sustentación. Las solicitaciones típicas de las vigas son a flexión y a cortante, de modo que se necesitan materiales que resistan bien los esfuerzos de tracción, como la madera o el acero.

Las vigas principales de madera suelen llamarse carreras, una denominación que también se puede aplicar a las de acero, construidas con perfiles industriales simples o combinados entre sí. La piedra tan sólo ha intervenido como viga en dinteles o arquitrabes, limitada a pequeñas distancias y con la necesidad de grandes cantos, mientras que el hormigón armado se ha generalizado gracias al trabajo de sus armaduras interiores de acero.

En un edificio intervienen diversos tipos de vigas, clasificadas según su cometido. Se denominan jácenas (especialmente en acero y hormigón armado) o vigas maestras, en las estructuras de entramados reticulados, cuando salvan la luz entre dos pilares y sustentan una serie de vigas secundarias o una losa. Los zunchos suelen ser vigas perimetrales que realizan la función de atado de un forjado. Las viguetas se encargan de recoger el peso de los suelos y sus cargas de uso y transmitirlas hacia las jácenas, los muros de carga o los brochales, vigas secundarias que se utilizan para crear huecos de paso (escaleras, chimeneas o conductos de ventilación). Las zancas son vigas inclinadas sobre las que descansa la estructura de la escalera.

Gracias a la resistencia de los aceros industriales han aparecido diversos tipos de vigas trianguladas. Con ellas se consiguen elementos de gran canto (y con ello una gran capacidad a flexión) y muy poco peso, ideales para salvar grandes luces estructurales. Este mismo concepto, aplicado a las tres dimensiones, ha dado lugar a las estructuras estéreas o retículas trianguladas espaciales, con las que se pueden cubrir grandes superficies sin necesidad de apoyos intermedios.


Ø Puentes modernos


Los puentes actuales se identifican por el fundamento arquitectónico utilizado, como cantilever o de tirantes, colgantes, de arco de acero, de arco de hormigón, de arco de piedra, de vigas trianguladas o de pontones. Cuando es necesario respetar el paso de barcos por debajo del puente y no es posible construirlo a la altura precisa se construyen puentes móviles. A continuación se indican algunos ejemplos importantes de los diferentes tipos de puentes.

Este tipo de puente se caracteriza porque los tramos no se sujetan por sus extremos, sino cerca del centro de sus vigas. El puente de Normandía, de 2.200 m de longitud, inaugurado en 1995, atraviesa el estuario del Sena desde Le Havre a Honfleur, en Francia. Su tramo central tiene una longitud de 856 m. Está diseñado para soportar vientos de hasta 120 kilómetros por hora. El puente de Forth, sobre el estuario de Forth en Queensferry, Escocia, es un puente ferroviario de acero con dos tramos principales de 520 m cada uno, y una longitud total de 1,6 km; fue construido entre 1882 y 1890 por los ingenieros John Fowler y Benjamin Baker. El puente de Quebec, sobre el río San Lorenzo (Quebec, Canadá), terminado en 1917, tiene un tramo principal de 550 m; soporta una carretera y una vía de tren de dos carriles. El puente de Carquinez Strait, cerca de San Francisco, Estados Unidos, terminado en 1927, tiene dos tramos de 335 m y unos tramos de anclaje de 152 m; fue diseñado para resistir terremotos. El puente Howrah, sobre el río Hooghly en Calcuta, la India, tiene un tramo principal de 457 m, y se inauguró en 1943. El Gran Puente de Nueva Orleans (1958) sobre el río Mississippi (Estados Unidos) tiene un tramo principal de 480 m. El puente de Barrios de Luna sobre el embalse de Barrios de Luna, en España, es el mayor puente del mundo atirantado de hormigón. Entró en funcionamiento en 1985 y cubre una luz de 440 metros.
Cemento

Cemento, sustancia de polvo fino hecha de argamasa de yeso capaz de formar una pasta blanda al mezclarse con agua y que se endurece espontáneamente en contacto con el aire.

Tiene diversas aplicaciones, como la obtención de hormigón por la unión de arena y grava con cemento Portland (es el más usual), para pegar superficies de distintos materiales o para revestimientos de superficies a fin de protegerlas de la acción de sustancias químicas. El cemento tiene diferentes composiciones para usos diversos. Puede recibir el nombre del componente principal, como el cemento calcáreo, que contiene óxido de silicio, o como el cemento epoxiaco, que contiene resinas epoxídicas; o de su principal característica, como el cemento hidráulico o el cemento rápido. Los cementos utilizados en la construcción se denominan en algunas ocasiones por su origen, como el cemento romano, o por su parecido con otros materiales, como el caso del cemento Portland, que tiene cierta semejanza con la piedra de Portland, utilizada en Gran Bretaña para la construcción. Los cementos que resisten altas temperaturas se llaman cementos refractantes.

El cemento se fragua o endurece por evaporación del líquido plastificante, como el agua, por transformación química interna, por hidratación o por el crecimiento de cristales entrelazados. Otros tipos de cemento se endurecen al reaccionar con el oxígeno y el dióxido de carbono de la atmósfera.



Cemento Pórtland

Los cementos Portland típicos consisten en mezclas de silicato tricálcico (3CaO·SiO2), aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3) y silicato dicálcico (2CaO·SiO2) en diversas proporciones, junto con pequeñas cantidades de compuestos de hierro y magnesio. Para retardar el proceso de endurecimiento se suele añadir yeso.

Los compuestos activos del cemento son inestables, y en presencia de agua reorganizan su estructura. El endurecimiento inicial del cemento se produce por la hidratación del silicato tricálcico, el cual forma una sílice (dióxido de silicio) hidratada gelatinosa e hidróxido de calcio. Estas sustancias cristalizan, uniendo las partículas de arena o piedras —siempre presentes en las mezclas de argamasa de cemento— para crear una masa dura. El aluminato tricálcico actúa del mismo modo en la primera fase, pero no contribuye al endurecimiento final de la mezcla. La hidratación del silicato dicálcico actúa de modo semejante, pero mucho más lentamente, endureciendo poco a poco durante varios años. El proceso de hidratación y asentamiento de la mezcla de cemento se conoce como curado, y durante el mismo se desprende calor.

El cemento Portland se fabrica a partir de materiales calizos, por lo general piedra caliza, junto con arcillas, pizarras o escorias de altos hornos que contienen óxido de aluminio y óxido de silicio, en proporciones aproximadas de un 60% de cal, 19% de óxido de silicio, 8% de óxido de aluminio, 5% de hierro, 5% de óxido de magnesio y 3% de trióxido de azufre. Ciertas rocas llamadas rocas cementosas presentan en su composición estos elementos en proporciones adecuadas y se puede obtener cemento a partir de ellas sin necesidad de emplear grandes cantidades de otras materias primas. No obstante, las cementeras suelen utilizar mezclas de diversos materiales.

En la fabricación del cemento se trituran las materias primas mezcladas y se calientan hasta que se funden, formando el “clínquer”, que a su vez se tritura hasta lograr un polvo fino. Para el calentamiento se suele emplear un horno rotatorio de más de 150 m de largo y más de 3,2 m de diámetro. Estos hornos están ligeramente inclinados, y las materias primas se introducen por su parte superior, ya sea en forma de polvo seco de roca o como pasta húmeda hecha de roca triturada y agua. A medida que desciende a través del horno, se va secando y calentando con una llama situada al fondo del mismo. Según se acerca a la llama se separa el dióxido de carbono y la mezcla se funde a temperaturas entre 1.540 y 1.600 ºC. El material tarda unas seis horas en pasar de un extremo a otro del horno. Después de salir del horno, el clínquer se enfría con rapidez y se tritura, transportándose a una empaquetadora o a silos o depósitos de almacenamiento. El material obtenido tiene una textura tan fina que el 90% o más de sus partículas podría atravesar un tamiz o colador con 6.200 agujeros por centímetro cuadrado.

En los hornos modernos se pueden obtener de 27 a 30 kg de cemento por cada 45 kg de materia prima. La diferencia se debe sobre todo a la pérdida de agua y dióxido de carbono. Por lo general, en los hornos se quema carbón en polvo, consumiéndose unos 450 kg de carbón por cada 900 g de cemento fabricado. También se utilizan gases y otros combustibles derivados del petróleo.

Para comprobar la calidad del cemento se llevan a cabo numerosas pruebas. Un método común consiste en tomar una muestra de argamasa de tres partes de arena y una de cemento y medir su resistencia a la tracción después de una semana sumergida en agua.


Cementos especiales

Mediante la variación del porcentaje de sus componentes habituales o la adición de otros nuevos, el cemento Pórtland puede adquirir diversas características de acuerdo a cada uso, como el endurecimiento rápido y resistencia a los álcalis. Los cementos de fraguado rápido, a veces llamados cementos de dureza extrarrápida, se consiguen aumentando la proporción de silicato tricálcico o mediante una trituración fina de modo que el 99,5% logre pasar un filtro de 16.370 aberturas por centímetro cuadrado. Algunos de estos cementos se endurecen en un día como los cementos ordinarios lo hacen en un mes. Sin embargo, durante la hidratación producen mucho calor y por ello no son apropiados para grandes estructuras en las que esa cantidad de calor puede provocar la formación de grietas. En los grandes vertidos se suelen emplear cementos especiales de poco calor de fraguado, que por lo general contienen mayor cantidad de silicato di cálcico. En obras de hormigón expuestas a agentes alcalinos (que atacan al hormigón fabricado con cemento Pórtland común) se suelen utilizar cementos resistentes con bajo contenido en aluminio. En estructuras construidas bajo el agua del mar se emplean normalmente cementos con un contenido de hasta un 5% de óxido de hierro, y cuando se precisa resistencia a la acción de aguas ricas en sulfatos se utilizan cementos con una composición de hasta un 40% de óxido de aluminio.

Aunque ciertos tipos de cementos hidráulicos eran conocidos desde la antigüedad, sólo han sido utilizados a partir de mediados del siglo XVIII. El término cemento Portland se empleó por primera vez en 1824 por el fabricante inglés de cemento Joseph Aspdin, debido a su parecido con la piedra de Portland, que era muy utilizada para la construcción en Inglaterra. El primer cemento Portland moderno, hecho de piedra caliza y arcillas o pizarras, calentadas hasta convertirse en clínquer y después trituradas, fue producido en Gran Bretaña en 1845. En aquella época el cemento se fabricaba en hornos verticales, esparciendo las materias primas sobre capas de coque a las que se prendía fuego. Los primeros hornos rotatorios surgieron hacia 1880. El cemento Portland se emplea hoy en la mayoría de las estructuras de hormigón.

La mayor producción de cemento se produce, en la actualidad, en los países más poblados y/o industrializados, aunque también es importante la industria cementera en los países menos desarrollados. La antigua Unión Soviética, China, Japón y Estados Unidos son los mayores productores, pero Alemania, Francia, Italia, España y Brasil son también productores importantes


Agregados

Son materiales q provienen de la roca.

Roca: - Combinación de uno o mas minerales. (masa amorfa)
          - Duras y durables. 

Los agregados constituyen alrededor del 75% en volumen, de una mezcla típica de concreto. El término agregados comprende las arenas, gravas naturales y la piedra triturada utilizada para preparar morteros y concretos.

La limpieza, sanidad, resistencia, forma y tamaño de las partículas son importantes en cualquier tipo de agregado. En nuestro laboratorio nos enfocaremos en esta última, teniendo como propiedad la granulometría.
La granulometría y el tamaño máximo de los agregados son importantes debido a su efecto en la dosificación, trabajabilidad, economía, porosidad y contracción del concreto.

A los agregados se los se los clasifica por su tamaño:

Ø    Agregado fino:      5 micrones a 5 mm (aprox)
Ø    Agregado grueso:  5 mm a 3 pulg max


Granulometría de los agregados

- La granulometría de una base de agregados se define como la distribución del tamaño de sus partículas.
- La granulometría nos ayuda a determinar el porcentaje del material que es retenido en cada uno de los tamices.
- Tenemos diferentes tipos de granulometría:

Ø    Bien Granulada.-  Se obtiene cuando el agregado presenta una distribución uniforme de mayor a menor.  Su gráfico es una línea continua.

Ø    Mal Granulada.-  No hay una continuidad entre el porcentaje de cada tamiz, es decir, la curva graficada presentara desviaciones.

Ø    Uniforme.-  Se presenta cuando el agregado tiene partículas del mismo tamaño.

Ø    Abierta o Discontinua.-  Se produce cuando en ciertos tamices no se ha retenido material, la curva es discontinua, presenta interrupciones.

Esta granulometría se determina haciendo pasar una muestra representativa de agregados por una serie de tamices ordenados, por abertura, de mayor a menor.
Los tamices son básicamente unas mallas de aberturas cuadradas, que se encuentran estandarizadas por la Norma ASTM.
La denominación en unidades inglesas ( tamices ASTM) se hacía según el tamaño de la abertura en pulgadas para los tamaños grandes y el número de aberturas por pulgada lineal para los tamaños grandes y el numeral de aberturas por pulgada lineal para tamices menores de 3/8 de pulgada.
La serie de tamices utilizados para agregado grueso son  2", 1½", 1", ¾", ½", 3/8", # 4 y para agregado fino son # 4, # 8, # 16, # 30, # 50, # 100.
La serie de tamices que se emplean para clasificar agrupados para concreto se ha establecido de manera que la abertura de cualquier tamiz sea aproximadamente la mitad de la abertura del tamiz inmediatamente superior, que cumplan con la relación 1 a 2.

La operación de tamizado debe realizarse sobre una cantidad de material seco, previamente cuarteado. El manejo de los tamices se puede llevar a cabo a mano o mediante el empleo de la máquina adecuada como fue nuestro caso.

Después de tamizar correctamente se toma el material retenido en cada tamiz y lo se pesa.

 % Retenido =  masa de material retenido en tamiz   * 100
                                               masa total de la muestra

             % PASA = 100 – % Retenido Acumulado

Los resultados de un análisis granulométrico también se pueden representar en forma gráfica y en tal caso se llaman curvas granulométricas.
Estas gráficas se representan por medio de dos ejes perpendiculares entre sí, horizontal y vertical, en donde las ordenadas representa el porcentaje que pasa y en el eje de las abscisas la abertura del tamiz cuya escala puede ser aritmética, logarítmica o en algunos casos mixta.

Las curvas granulométricas permiten visualizar mejor la distribución de tamaños dentro de una masa de agregados y permite conocer además que tan grueso o fino es.
En consecuencia hay factores que se derivan de un análisis granulométrico como son:



Módulo de Finura ( MF )

El módulo de finura es un parámetro que se obtiene de la suma de los porcentajes retenidos acumulados de la serie de tamices especificados que cumplan con la relación 1:2 desde el tamiz # 100 en adelante hasta el tamaño máximo presente y dividido en 100



MF = å% Retenido Acumulado
                                                           100


PARA AGREGADO FINO.

Se considera que el MF de una arena adecuada para producir concreto debe estar entre 2, 3, y 3,1 o, donde un valor menor que 2,0 indica una arena fina; 2,5 una arena de finura media y más de 3,0 una arena gruesa.


PARA AGREGADO GRUESO.

Tamaño máximo ( TM)
 
 Se define como la abertura del menor tamiz por el cual pasa el 100% de la muestra.

Tamaño Máximo Nominal (TMN)

El tamaño máximo nominal es otro parámetro que se deriva del análisis granulométrico y está definido como el siguiente tamiz que le sigue en abertura (mayor) a aquel cuyo porcentaje retenido acumulado es del l5% o más. La mayoría de los especificadores granulométricos se dan en función del tamaño máximo nominal y comúnmente se estipula de tal manera que el agregado cumpla con los siguientes requisitos.

El TMN no debe ser mayor que 1/5 de la dimensión menor de la estructura, comprendida entre los lados de una formaleta.

El TMN no debe ser mayor que 1/3 del espesor de una losa.

El TMN no debe ser mayor que 3/45 del espaciamiento libre máximo entre las barras de refuerzo.



2.- Descripción de los ensayos

Ø FABRICACIÓN Y CURADO DE MUESTRAS DE ENSAYO DE HORMIGÓN EN EL LABORATORIO

C Preparación

·         Temperatura; los materiales deben estar a la temperatura ambiental del laboratorio, aproximadamente entre 20 a 25ºC.
·         Cemento; se debe resguardar de la humedad antes de usar.
·         Agregados; deben tener la gradación deseada, y deben encontrar en estado de saturación pero con la superficie seca.

C Preparación

MEZCLADO DEL HORMIGÓN
·         Los materiales se pueden mezclar ya sea manualmente o por medio de una mezcladora; la cantidad de hormigón que se prepare, debe ser tal, que sobre aproximadamente un 10% después de llenar los moldes.

·         El mezclado manual no es aplicable para hormigones con aire incluido y hormigones secos.

MEZCLA MANUAL

·         En una charola previamente humedecida con una franela húmeda; se vierte la arena; se extiende y sobre ella se vierte el cemento.

·         Se mezclan los materiales, hasta que el conjunto presente un color uniforme.

·         Se extiende la mezcla de arena y cemento, y se vierte sobre ella agregado grueso.

·         Se mezclan en seco todos los materiales.

·         La mezcla se dispone en forma de torta, con una oquedad en el centro para verter en ella el agua de mezclado.

·         Se agrega el agua y se mezclan con los otros materiales, hasta obtener una mezcla homogénea de la consistencia deseada; el tiempo mínimo de mezclado es de 2 minutos.

MEZCLA MECÁNICA

·         Se determinan las cantidades adecuadas de cada uno de los materiales que se necesitan para la fabricación de hormigón.

·         Se mide cuidadosamente el agua de mezclado.
·         Se disponen convenientemente todos los equipos que se van a utilizar para determinar las características del hormigón  ya mezclado (consistencia de aire atrapado).

·         Se disponen en lugar fijo los moldes necesarios para cilindros de prueba, debidamente engrasados y ordenados.

·         Se asegura que el mecanismo o funcionamiento  de la mezcladora sea correcto; al mismo tiempo se humedece una olla de mezclado y se escurre totalmente el agua sobrante.

·         Se vierten en la olla los materiales que se vana a integrar el hormigón; en el siguiente orden: ripio, arena y cemento.

·         Se mezclan los materiales durante un minuto.

·         Se vierte la totalidad de agua de mezclado y se continúa con el mezclado durante dos minutos.

·         Para eliminar la segregación del hormigón originada al sacarlo de la olla, el contenido se debe depositar en un recipiente y remezclarlo por medio de un palustre o pala.


Ø  DETERMINACIÓN DE LA RESITENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS DE HORMIGÓN

C Preparación

  • Los cilindros se deben ensayar tan pronto como sea posible después de sacarlos del agua, con el fin de que consérvenla humedad se debe cubrir con una toalla húmeda.

  • Se determina la masa del cilindro; se mide varios diámetros y alturas, se promedian y se registran.

  • Se centra el disco en el cilindro y en la máquina.

C Procedimiento

  • Se coloca el cilindro en la máquina y se centra con relación a la placa superior; se pone en contacto la placa superior de la máquina con el espécimen.

  • Se va aplicando la carga uniformemente a razón de 140kg/cm2/min.  Hasta que falle el espécimen; se debe anotar la carga aplicada

C Curado en los cilindros de Prueba

  • A todas las muestras les quitamos del molde a las 24 horas luego de haberlas mezclado, se debe tener cuidado en no lastimar la muestra evitando no golpearla.

  • Marcamos con la identificación correspondiente (número de serie y fecha de moldeo) luego completamos con  la edad de prueba y fecha de ejecución.

  • Colocamos a las muestras en el cuarto de humedad hasta esperar el momento de su prueba.

Ø  AIRE CONTENIDO EN EL HORMIGÓN FRESCO POR LE MÉTODO DE PRESIÓN.

  • Se llena el recipiente con hormigón fresco en tres capas iguales; cada capa se compacta con la varilla golpeando uniformemente  por toda la superficie por 25 veces consecutivas.

  • Se quita el exceso de hormigón con una regla metálica y se envasa cuidadosamente a los bordes superiores del recipiente.

  • Con un paño se limpia perfectamente el borde del recipiente.

  • Se coloca una tapa cónica sobre el recipiente, cuidando, antes de hacerlo, de que la junta de caucho adherida a ella esté limpia y en su sitio.

  • Se colocan las abrazaderas y se ajustan las mariposas opuestas; una vez echo esto, se aprieta la superficie para evitar fugas a través de las juntas, pero sin llegar a forzar las roscas.

  • Se quita la parte superior de la tapa y se vierte agua hasta llenar la mitad de la altura del tubo de vidrio.

  • Se pone la mano sobre la parte superior de la columna y apoyando el dispositivo sobre su base, inclinada a 30º de la vertical y se describen círculos llevando con la mano el tubo con el índice de vidrio, al mismo tiempo se golpea ligeramente la pared cónica de la tapa, para hacer salir las burbujas de aire que hayan quedado adheridas a la superficie interior.

  • Se regresa el dispositivo a su posición vertical y se llena con agua el tubo con índice de vidrio, hasta la marca más arriba del cero.

  • Mediante la válvula de purga, se hace descender el nivel del agua hasta que coincida con el menisco inferior exactamente con la marca cero.

  • Se coloca la tapa del tubo, apretando lo suficiente para que no haya fugas.

  • Se conecta la bomba, y se cierra la válvula de aire.

  • Luego con la bomba se levanta uniformemente la presión hasta 16lb/pulg2 (1.12kg/cm2).
  • Mediante la válvula de inyección, se expulsa aire hasta hacer coincidir la aguja del manómetro exactamente con el valor de 15 libras por pulgada cuadrada (1.05kg/cm2).

  • Con la aguja del manómetro marcando el valor de 15lb/pulg (1.05kg/cm2), se hace la lectura de la columna de agua a la altura del menisco inferior, con aproximación de 0.10, este es el correspondiente a h1 y se debe registrar.

  • Se afloja la válvula de inyección, para bajar la presión poco a poco, hasta llegar  a la marca de 1lb/pulg2 (0.07kg/cm2), y en el transcurso de 60 segundos se debe abrir completamente la válvula de inyección.

  • Luego de hacer una nueva lectura del nivel de agua, sobre la escala graduada del vidrio, con aproximación de 0.1 este valor corresponde a h2, y se debe registrar.

  • El porcentaje aparente de aire incluido (A1) en el hormigones: A1= h1 – h2.

  • Repetimos el proceso descrito de 10 a 16 inclusive, sin establecer el aforo encero hasta que dos determinaciones consecutivas de aire incluido aparente no varíe en más del 0.2% y se toma como % de aire incluido el último valor.

Procedimiento para el Factor de Corrección del Agregado

  • En distintas bandejas y por 5 minutos se ponen a sumergir en agua los agregados que se vayan a ensayar, en proporción igual de arena y grava que se tendrá para formar el hormigón.

  • Alos cinco minutos se retira el exceso de agua.

  • Se llena el recipiente con agua, hasta una tercera parte del volumen.

  • Se colocan alternativamente una capa de arena y dos de grava hasta llenarlo.

  • Una vez lleno el recipiente se golpea la pared del mismo, de tal manera que salga el aire atrapado; luego, se elimina la espuma y el agua sobrante.

  • Se realizamos el proceso para determinar el aire contenido.

  • El factor de corrección del agregado (G) es: G= h1 – h2.


Ø  PENETRACIÓN DE LA BOLA EN EL HORMIGÓN FRESCO

  • Utilizando la llama de madera , se debe alisar y nivelar la superficie del hormigón ; durante este proceso se debe evitar la formación de capas de mortero.

  • También se debe evitar la vibración , choque o agitación del hormigón.

  • Se pone la base del aparato sobre una superficie nivelada de hormigón, con el mango en posición vertical y libre  para deslizar a través del estribo.

  • Se baja despacio la carga metálica y libre para deslizar a través del estribo .

  • Se baja despacio la carga metálica, hasta que tome contacto con la superficie del hormigón.

  • Luego se suelta la capa hasta que llegue al estado de reposo.

  • Se registra la penetración  al ¼’’ (6.3mm).

  • Se debe tomar mínimo tres lecturas por muestra; estas deben ser tomadas con el pie del estribo a una distancia mayor de 150m del punto del borde el pie descansó en el ensayo previo

  • Si la diferencia entre las lecturas empulgador y menor es mas de 25 mm. Se deben hacer las lecturas adicionales hasta que 3 lecturas sucesivas hayan sido obtenidas con una concordancia dentro de los 25 mm

  • Se debe considerar que la bola viene con las medidas empulgadas, y aproximaciones a 1/4 “”, para el informe se debe considerar una pulgada igual a 25 mm, la aproximación de ¼ “” igual a 6.3 mm

  • Los valores reportados serán el promedio de las 3 o más lecturas las cuales deben concordar dentro de los 25 mm de distancia.


Ø  ASENTAMIENTO DEL HORMIGÓN

  • Se coloca el molde sobre la superficie plana, rígida y no absorbente

  • Separa sobre las orejas del molde y se sujeta sobre los pies.

  • Usando la pala, se vierte el hormigón fresco al interior del molde, hasta que ocupe una tercera parte de su volumen.

  • Luego, con la varilla se comparte mediante 25 golpes, que se deben distribuir uniformemente sobre la superficie.

  • Se llena el cono hasta los 2/3 de su volumen y luego completamente en cada capa se repite el procedimiento descrito anteriormente; la varilla no debe penetrar más de 25 mm en la capa colocada interiormente.

  • Terminando el compactado en la tercera capa se enraza con la misma varilla y se retira la mezcla que haya caído exteriormente.

  • Luego, se sujeta las asas del molde y se levanta verticalmente de forma continua, en este paso se deben evitar movimientos laterales o de torsión impartidos al hormigón

  • Se coloca el molde a un lado de la muestra del hormigón, utilizando la varilla y la regla graduada determinamos la diferencia de altura entre el molde y el centro de la superficie de la muestra de hormigón; registramos el asentamiento del hormigón

  • Si sucede un derrumbamiento o desprendimiento del hormigón de un lado o porción de la masa repetimos el procedimiento con otra muestra de ensayo.


Ø  DOSIFICACIÓN AL PESO DEL HORMIGÓN

  • Preparamos todos los materiales  con los pasos indicados.

  • Limpiamos la mezcladora

  • Colocamos el agua y el agregado grueso en la mezcladora para que lo lave.

  • Ponemos el cemento y mezclamos.

  • Apagamos y ponemos el agregado fino y prendemos nuevamente la mezcladora  por 4 minutos aproximadamente.

  • Sacamos el material de la mezcladora.

  • Determinamos el asentamiento con el cono de Abrams; para lo cual humedecemos el cono e introducimos en el la mezcla compactamos con una varilla cuando este a 1/3 de la altura golpeando por 25 veces (12 alrededor y 13 en espiral); luego compactamos los 2/3 y también cuando ya este lleno el cono y enrasamos con la varilla.

  • Retiramos el cono e inmediatamente le damos la vuelta y con la varilla medimos el asentamiento el cual nos dio 5.8cm.

  • Medimos el molde y obtuvimos : diámetro= 15.2cm, h= 30.6cm, Peso= 7234gr.

  • Llenamos en el cilindro 1/3 del molde y compactamos con 25 golpes (12 alrededor y 13 en espiral), se llena los 2/3 y se vuelve a compactar de la misma manera, cada vez que compactamos damos 25 golpes alrededor del cono.

  • Con un vailejo enrasamos y obtuvimos un asentamiento de 5cm.

  • Calculamos el peso unitario.

  • Calculamos la reestimación para obtener un asentamiento de 14cm que es lo requerido para nuestro hormigón.
  • Luego de obtener el asentamiento de 14cm hacemos la mezcla grande  para tres cilindros y una vigueta

  • Repetimos el proceso hasta llenar nueve cilindros y una vigueta con:

Agua de Mezcla = 8213
Cemento = 16955
Af(N) = 17943
AG(N) = 23808

  • Una vez que llenamos los cilindros y las viguetas dejamos en reposo por 24 horas.

  • Luego de transcurridas las 24 horas desencoframos el hormigón con cuidado y llevamos al cuarto húmedo donde lo sometemos al proceso de curado y lo dejamos ahí por 28 días.


Ø  DOSIFICACIÓN AL VOLUMEN DEL HORMIGÓN

  • Determinamos la Humedad Natural de los agregados.

  • Determinamos el Peso Unitario de los Agregados.

  • Calculamos en volumen el peso de la dosificación.

  • Determinamos el volumen de la caja.

  • Con los agregados medimos el volumen colocando en la mezcladora; utilizando: 7+2 litros de agua (estimamos el agua necesaria para la mezcla), tres cajonetas de agregado grueso, 7200gr de cemento y tres cajonetas de agregado fino.

  • Mezclamos hasta que la mezcla adquiera una consistencia normal la cual comprobamos con el Cono de Abrams.

  • Llenamos 9 muestras en los cilindros y 3 en la viguetas.


Ø  DOSIFICACIÓN CON ADITIVO DEL HORMIGÓN

  • Para la dosificación con aditivo utilizamos el plastificante BV 40.

  • Pesamos el agua; la cual se pone el 80% y el 20% restante se usa para aditivo, entonces se disminuye el agua.

  • Con el 80% de agua y el 0.5% de cemento con aditivo ponemos en la mezcladora.


80% de agua = 8213gr
Aditivo =84.78gr
Cemento = 16955gr
Arena(NAT) = 17943gr
Ripio(NAT) = 23808gr
Agua de Mezcla = 6570.4gr

  • Si no da la consistencia requerida aumentamos la cantidad de agua del dato parcial (98.71% - 95.05%)

  • Una vez obtenida la consistencia requerida llenamos 9 cilindros y 3 viguetas.

Modulo de elasticidad:

·         Se pesaron los cilindros de dosificación al peso y se tomaron sus medidas ( diámetro y altura)
·         Al  tercer cilindro se lo sometió primero a una carga de golpe, esto se lo realizo con el esclerómetro, dando 12 golpes a una superficie liza ( se lija un poco la superficie y luego se golpea) y tomamos los valores de las cargas
·         Se rompe el cilindro para saber la resistencia que aproximadamente tendrán los cilindros 
·         Tomamos los dos cilindros restantes, se los pone a cada uno el aparato de modulo, asegurándose que la distancia de los tornillos  a los extremos del cilindro sea igual
·          Se mide los ejes E y ER de los cilindros con respecto al aparato (las distancias del aparato hasta la mitad del cilindro)
·         Tomando en cuenta que al aparato hay que encerarlo, se lo encera con una carga del 40% de la carga de ruptura del primer cilindro ensayado. Al momento de descargar el aparato debe quedar encerado
·         Una vez encerado, se le da una carga constante, hasta la ruptura, anotando la deformación de los cilindros cada 25 KN 


3.- Operaciones y cálculos

 Diseño de hormigón


Dosificación al Peso

  • Diseño hormigón = 300 kg/cm2

  • Asentamiento = 14 cm

  • Porcentaje de Seguridad = 0%

  • Porcentaje de Aire = 1%

  • Gravedad Especifica

    • Grueso = 2,35
    • Fino = 2,24
    • Cemento = 3,03

  • Porcentaje de Absorción

    • Grueso = 6,93 %
    • Fino = 7,08  %

  • Porcentaje de Humedad Natural

    • Grueso = 2,74 %
    • Fino = 7,08 %

  • Peso Unitario

  • Grueso =  1480 kg/m3
  • Fino = 1280 kg/m3


Relación Agua / Cemento (A/C)

RESISTENCIA
RELACIÓN AGUA / CEMENTO A/C
120
0.62
210
0.56
280
0.45
350
0.37


A/C = (50)*(0,08) / 70 = 0,057

A/C = 0,45 + 0 057

A/C = 0,427


2) Agua Neta y Aire                    Se ingresa con asentamiento y TM
                                                          (Hormigón sin aire) (Tablas)
Agua Neta = 210 kg
Aire = 1%

3) Cemento = Agua Neta
                           A/C

Cemento =    210
                     0,427

Cemento =  492 kg/m3

4) Porcentaje de agregados

  • Fino = 42%
  • Grueso = 58%

-       Peso Unitario del Hormigón:

Um = 10Ga(100-A) + Cm(1 – Ga/Gec) – Agua Neta(Ga-1)

Ga = Ge(f) + Ge(g)
                  2

Ga = 2,24 + 2,35
                 2

Ga = 2,295

Um = 10 * 2.40 * (100 -1) + 410.5 * (1 – 2.40/3.15) – 204 * (2.40 – 1)

Um = 2119 kg/M3

-  Agregados saturados con superficie seca:

Asss = Um – Agua Neta – Cemento

Asss = 2119 – 210 - 492

Asss =  1417 kg/m3


-  Arena(sss) = (%Finos/100) * Agregado(sss)

Arena (sss) = 595 kg/M3

-  Grueso(sss) = (%Finos/100) * Agregado(sss)

Grueso (sss) = 822 kg/M3

-  Masa seca

Fino = Masa(sss) / (1 + %Absorción/100)

Fino = 556 kg/M3

Grueso = Masa(sss) / (1+ %Absorción/100)

Grueso = 769 kg/M3

-  Masa Natural

Fino = Masa seca * (1 + %Hum.Natural/100)

Fino = 595,4 kg/M3

Grueso = Masa seca * (1 + %Hum.Natural/100)

Grueso = 790,1 kg/M3

-  Agua de Mezcla = Agua Neta + Arena Seca * (%Abs - %H.N)/100) + Ripio Seco * (%Abs - %H.N)/100

Agua de Mezcla = 242,2 kg/M3


Primera Mezcla:




Kg / m3
Agua mezcla
217
Cemento
755
Arena
806
Ripio
410.5
å
2188.5


Peso Unitario (real)del Hormigón:

Datos de Cilindro

H = 30,6 cm
D = 15.2 cm
W = 7.9894 kg
V = 0.00541 m3

Asentamiento (D): 5 cm

PuH (real) =   2192 kg/m3   
                  

-      Primera Reestimación:

F1 = åmateriales2119  =  0,966812
           PuH (real)       2192


Segunda Mezcla:



Kg / m3
Agua mezcla
267,2
Cemento
550,7
Arena
590,6
Ripio
783,7
å
2192


Peso Unitario del Hormigón:

Datos de Cilindro

H = 30 cm
D = 15.2 cm
W = 7.9894 kg
V = 0.00541 m3

Asentamiento (D): 13 cm

PuH (real) = 2 159 kg/m3   
                   

Segunda Reestimación:

F1 = åmateriales2192  =  1,015469
           PuH (real)      2159


Tercera Mezcla:



Kg / m3
Agua mezcla
264,9
Cemento
546,9
Arena
578,8
Ripio
768
å
2159



Dosificación al Volumen


Agregado GRUESO
Agregado FINO

PU  = (23296 – 9902) / 8584

PU = 1560,34 Kg / m3

HN = 2,15 %


PU = ( 8826-5062) / 2980

PU = 1263,09  Kg / m3

HN = 7,08 %



Kg / m3
Kg / saco ó parada
Agua de mezcla
264,9 / n
8,33
Cemento
546,9 / n
17,2
Arena (Nat)
578,8 / n
18,2
Ripio  (Nat)
768,0 / n
24,15


n = 546,9 / 17,2

n = 31,8

Fino
Vs = 18,2 / 1263,09 = 0,0144

Grueso
Vs = 24,15 / 1560,34 = 0,0154
Fino
Vc = 0,014 / 3 = 0,005


Grueso
Vc = 0,015 / 3 = 0,005


Vc = b2 h

b = 0,17 m

hf = 0,17

hg = 0,17


(1: 3 : 3)


Dosificación con Aditivo

  • Se calcula del mismo modo los porcentajes de agua, agregados y cemento.
  • Se determina la cantidad de aditivo a añadirse, debe ser del 0.8% al 1% del peso del cemento.
  •  Se utilizó Plastiment (plastificante)

Cantidad de aditivo = 84,78 gr



Kg / m3
Agua mezcla
6570,4
Cemento
16955
Arena
17943
Ripio
23808
å (gr.)
65276,4



Ø Dosificación al Peso

·         Resistencia a la compresión a los 7 días (Cilindros)

Muestra
1
2
3
Fecha de Fabricación
20/05/2005
20/05/2005
20/05/2005
Fecha de Ensayo
27/05/2005
27/05/2005
27/05/2005
Edad (días)
7
7
7
Diámetro (mm.)
146.2
145.55
146.75
Altura (mm.)
300.9
294.5
299.2
Área (mm²)
16787.4
16638.5
16914
Volumen(cm³)
5051.34248
4900.03972
5060.66618
Peso (gr.)
11862
11796
11772
Peso Unitario
2.35
 2.41
2.33
Carga (N)
456000
573000
562000
Resistencia(MPa)
27.16
34.44
33.23

·         Resistencia a la compresión a los 28 días (Cilindros)


Muestra
1
2
3
Fecha de Fabricación
20/05/2005
20/05/2005
20/05/2005
Fecha de Ensayo
27/05/2005
27/05/2005
27/05/2005
Edad (días)
28
28
28
Diámetro (mm.)
152.0
153.0
153.7
Altura (mm.)
298.3
305.2
304.9
Área (mm²)
18145.8
18385.4
18554.0
Volumen(cm³)
5412.89214
5611.224
5657.115
Peso (gr.)
11250
11710
11800
Peso Unitario
2.08
2.09
2.09
Carga (N)
664000
813000
82800
Resistencia (MPa)
36.59
44.22
44.63

                                                                                                    

·         Resistencia a la flexión  a los 28 días (Viguetas)


1
2
3
Ancho (mm)
152,2
152,5
153,7
Altura (mm)
151,6
156,0
153,3
Peso (gr.)
2687
2775
2733
Caga (KN)
26,3
25,2
23,3


Ø Dosificación al VOLUMEN
                

·         Resistencia a la compresión a los 7 días (Cilindros)


Peso(gr)
Diámetro(mm)
Altura(mm)
Carga(N)
PU(gr/cm³)
1
11858
145.6
298.9
 606000
2.46
2
11762
145.45
299.2
462000
2.37
3
11922
146
300.2
539000
2.37


Resistencia a los 7 días (36.40+ 27.81 + 32.20)/3

Resistencia a los 7 días = 32.14MPa

Resistencia a los 7 días = 327.83 kg/cm²



·         Resistencia a la compresión a los 28 días (Cilindros)


Peso(gr)
Diámetro(mm)
Altura(mm)
Carga(N)
PU(gr/cm³)
1
11730
152.9
306.1
819000
2.09
2
11710
152.7
307.4
508000
2.08
3
11700
152.2
304.2
566000
2.11


Resistencia a los 28 días (44.60+ 27.74 + 31.11)/3

Resistencia a los 28 días = 351.73 kg/cm²


·         Resistencia a la tracción a los 28 días (Método Brasilero)


Peso(gr)
Diámetro(mm)
Largo (mm)
Carga(N)
PU(gr/cm³)
1
11670
152.3
302.5
195000
2.12
2
11520
152.4
304.4
190000
2.07
3
11990
154.8
304.1
239000
2.09



Resistencia a los 28 días (2.69 + 2.61 + 3.23)/3

Resistencia a los 28 días = 2.84 MPa

Resistencia a los 28 días = 29.00 kg/cm²



·         Resistencia a la flexión  a los 28 días (Viguetas)


Peso(gr)
Altura (mm)
Ancho (mm)
Carga(N)
1
25690
144.5
154.4
24700
2
20020
114.8
152.7
23400
3
24570
151.7
152.1
20500




Resistencia a los 28 días (3.45 + 5.26 + 2.64)/3

Resistencia a los 28 días = 3.78 MPa

Resistencia a los 28 días = 38.59 kg/cm


Ø Dosificación con ADITIVO


·         Resistencia a la compresión a los 7 días ( cilindros)


Peso (gr)
Diámetro(mm)
Altura(mm)
Carga(N)
PU(gr/cm3)
1
12056
146
301.6
474000
2,39
2
11944
146.7
301.7
482000
2,34
3
11966
147.7
295.2
506000
2,37


Resistencia = Carga / área


Resistenc1=474000/16741,55

Resistencia 1 =28.31  Mpa
Resistencia2=482000/16902,47

Resistencia 2 =28.52 Mpa
Resistencia3=506000/17133,69

Resistencia 3 =29.53 Mpa


Resistencia a los 7 días = (28,31+28,52+29,53) / 3


Resistencia a los 7 días = 293,66 kg/cm2



  • Resistencia a la compresión a los 28 días ( cilindros)


Peso (gr)
Diámetro(mm)
Altura(mm)
Carga(N)
PU(gr/cm3)
1
11380
151,9
295,7
834000
2,12
2
11750
156,1
300,9
739000
2,04
3
11440
152
305
773000
2,07


Resistencia = Carga / área

Resistencia1=834000/18121,97

Resistencia 1 = 46,02 Mpa
Resistencia2=739000/19137,96

Resistencia 2 = 38,61Mpa
Resistencia3=773000/18145,84

Resistencia 3 = 42,6 Mpa


Resistencia a los 28 días = (46,02+38,61+42,6) / 3

Resistencia a los 28 días = 473,38 kg/cm2



  • Resistencia a la tracción a los 28 días (Método brasilero)


Peso (gr)
Diámetro(mm)
Largo(mm)
Carga(N)
PU(gr/cm3)
1
11810
152,7
305,4
255000
2,11
2
11720
152
305,6
191000
2,11
3
11740
151,7
306,1
172000
2,12


Resistencia = 2 P / P D L


Resistencia 1 = 3,48 Mpa

Resistencia 1 = 35,5 kg/cm2


Resistencia 2 = 2,62 Mpa

Resistencia 1 = 26,72 kg/cm2


Resistencia 3 = 2,36 Mpa

Resistencia 1 = 24,07 kg/cm2



Resistencia a los 28 días = (35,5+26,72+24,07) / 3


Resistencia a tracción 28 días = 28,76  kg/cm2



  • Resistencia a la flexión a los 28 días (viguetas)


Peso (gr)
Altura(mm)
Ancho(mm)
Luz(mm)
Carga(N)
1
27340
153,4
154,1
450
28500
2
27310
153,2
156,1
450
30600
3
25320
144,1
153,7
450
30200


Resistencia = P L / ancho * h2


Resistencia1= 3,54 Mpa

Resistencia 1 = 36,11 kg/cm2

Resistencia2= 3,76 Mpa

Resistencia 2 = 38,35 kg/cm2

Resistencia 3 = 4,26 Mpa

Resistencia 3 = 43,45 kg/cm2



Resistencia a los 28 días = (36,11+38,35+43,45) / 3


Resistencia a los 28 días = 39,3 kg/cm2



Resistencia comparativa 7-28 días a la Compresión al Peso


 Resistencia comparativa 7-28 días a la Compresión al Volumen





 Resistencia comparativa 7-28 días a la Compresión con Aditivo




Tabla comparativa en porcentaje con respecto a la compresión




Resistencia a la Compresión (28 días)
Resistencia a la Flexión (viguetas)
Resistencia a la Tracción ( Método Brasilero)
Al Peso
426,496  =   100 %
31,80    =  7,456 %
----
Al Volumen
351,73    =   100 %
38.59    =  10,97 %
29.00    =  8,244 %
Con Aditivo
473,38    =   100 %
39,3      =    8,3 %
28,76    =  6,075 %



Ø Módulo de Elasticidad


carga
deformación
deformación
(KN)
cilindro 2 (microm)
cilindro 1 (microm)
25
24
20
50
48
46
75
75
73
100
103
100
125
123
124
150
145
148
175
168
175
200
187
198
225
212
225
250
233
247
275
256
275
300
280
300
325
300
325
350
320
346
375
344
368
400
365
392
425
395
415
450
427
441
475
460
466
500
495
495
525
520
519
550
551
550
575
585
585
600
618
628
625
655
670
650
685
705
675
730
756
700
775
807
725
820
864
750
856
925
775
915
1010
800
970

825
1048

850


875


900


carga máxima
845
782




Cilindro # 3:

Carga de golpe: 895(KN)

Carga para encerar: 358(KN)

disparos(Mpa)
32
30
30
28
28
28
30
30
30
28
28
26












Promedio= 29.27 Mpa

Cilindro # 1:

Eje E = 120.25 mm.         Eje ER =117.17mm

                        E+ER =237.42mm
Cilindro # 2:

Eje E = 117.72 mm.         Eje ER =119.83mm

                        E+ER =237.55mm




Cilindro 1


DL
E
f
0,01008
3,29735E-05
14,13
0,0232
7,58914E-05
28,27
0,03682
0,000120445
42,4
0,05044
0,000164998
56,53
0,06255
0,000204612
70,67
0,07466
0,000244226
84,8
0,08828
0,00028878
98,93
0,09988
0,000326726
113,06
0,1135
0,000371279
127,2
0,1246
0,000407589
141,33
0,13872
0,000453778
155,46
0,15133
0,000495028
169,6
0,16394
0,000536277
183,73
0,17454
0,000570952
197,86
0,18563
0,000607229
212
0,19774
0,000646843
226,13
0,20934
0,000684789
240,26
0,22246
0,000727707
254,4
0,23507
0,000768956
268,53
0,2497
0,000816814
282,66
0,26181
0,000856428
296,79
0,27744
0,000907556
310,93
0,2951
0,000965325
325,06
0,31679
0,001036277
339,19
0,33798
0,001105594
353,33
0,35563
0,00116333
367,46
0,38136
0,001247498
381,59
0,40708
0,001331632
395,73
0,43584
0,001425711
409,86
0,46608
0,001524632
423,99
0,50949
0,001666634
438,13







Cilindro 2


DL
E
f
0,0118
3,84866E-05
13,99
0,0237
7,72994E-05
27,97
0,037
0,000120678
41,96
0,0508
0,000165688
55,94
0,0607
0,000197978
69,93
0,0716
0,000233529
83,91
0,0829
0,000270385
97,9
0,0923
0,000301044
111,88
0,1046
0,000341161
125,87
0,115
0,000375082
139,85
0,1263
0,000411937
153,84
0,1382
0,00045075
167,82
0,14805
0,000482877
181,81
0,15792
0,000515068
195,79
0,16977
0,000553718
209,78
0,18013
0,000587508
223,76
0,19494
0,000635812
237,75
0,21073
0,000687312
251,73
0,22702
0,000740444
265,72
0,24429
0,000796771
279,7
0,25663
0,000837019
293,69
0,27193
0,000886921
307,67
0,28871
0,00094165
321,66
0,30499
0,000994749
335,64
0,32325
0,001054305
349,63
0,33806
0,001102609
363,61
0,36025
0,001174984
377,6
0,38247
0,001247456
391,58
0,40468
0,001319896
405,57
0,42245
0,001377854
419,55
0,45157
0,001472831
433,54
0,47871
0,00156135
447,52
0,5172
0,001686888
461,51











Ø Extracción del NÚCLEO (cilindro dentro una vigueta)


·         Altura = 7,1 cm

·         Diámetro = 15,42 cm

·         Carga = 23 800 kg


Resistencia = Carga / área

Resistencia = 23 800 / 186,75

Resistencia = 127,44 kg/cm2




Ø Ensayo de docilidad ( bola de kelly)

·         Penetración = 3 cm.

·         Asentamiento = 12 cm.



Ø % De aire en el hormigón

·         Lectura Inicial = 1,5 %

·         Lectura final = 1,5 %


% Aire en el hormigón = 1,5 %



4.- Conclusiones y Recomendaciones

Ø  La resistencia a compresión del hormigón es mucho mayor que la resistencia a la flexión, tal como lo pudimos apreciar en el laboratorio, ya que la resistencia a la flexión equivale al 7,46%, 10,97% y 8,3% de la resistencia a la compresión para la dosificación al peso, volumen y con aditivo respectivamente.

Ø  La resistencia a compresión del hormigón es mucho mayor que la resistencia a la tracción (método brasilero), tal como lo pudimos apreciar en el laboratorio, ya que la resistencia a la tracción equivale al 8,24% y 6,08%  de la resistencia a la compresión para la dosificación al volumen y con aditivo respectivamente.

Ø  El hormigón es muy resistente cunado se lo ensaya a compresión pero no trabaja con tal efectividad cundo se trata de flexión, por lo que es necesario colocar un acero de refuerzo en el hormigón para que éste absorba los esfuerzos y así el hormigón sea más resistente y durable.

Ø  A los 7 días se obtuvo el 75,6 % de la resistencia a la compresión del hormigón obtenida a los 28 días con una dosificación al peso.

Ø  A los 7 días se obtuvo el 93,18 % de la resistencia a la compresión del hormigón obtenida a los 28 días con una dosificación al volumen.

Ø  A los 7 días se obtuvo el 62 % % de la resistencia a la compresión del hormigón obtenida a los 28 días en la dosificación con aditivo.

Ø  En nuestro ensayo la mayor resistencia a los 7 días comparándola con la obtenida a los 28 días fue con una dosificación al volumen.

Ø  En nuestro ensayo la peor resistencia a los 7 días comparándola con la obtenida a los 28 días fue la dosificación con aditivo.

Ø  Para controlar la contracción plástica es necesario un buen curado, el cual debe ser un proceso continuo e indefinido, porque el agua cada ½ hora se evapora.

Ø  La relación agua cemento, calidad del cemento y agregados, granulometría de los agregados, textura de los agregados y tamaño máximo son algunos de los muchos factores que inciden directa en la resistencia a la compresión del hormigón.

Ø  Para el evitar la deformación del hormigón que sufre con el pasar del tiempo sin que exista un incremento de carga (flujo plástico) es necesario colocar un acero de compresión.

Ø  Las deformaciones unitarias son proporcionales a los esfuerzos, tal como se lo pudo apreciar en el laboratorio al momento de calcular el módulo de elasticidad.

Ø  El módulo de elasticidad depende de la dureza del agregado grueso.

Ø  El % de aire incluido en el hormigón ayuda a tener una mejor manejabilidad y colabora en el mejoramiento de la consolidación. El % de aire incluido en nuestros hormigón fue 1,5 %.

Ø  A mayor temperatura ambiente el hormigón fragua mas rápido que en temperaturas bajas, por el calor de hidratación.

Ø  Mientras más fino es el cemento se obtiene se obtiene un mejor fraguado y una mayor resistencia.

Ø  El diseño de un hormigón no es un simple proceso matemático, sino la puesta en práctica de todos los criterio aprendidos.

Ø  Es nuestra responsabilidad cumplir y hacer cumplir con los requerimientos que se exigen para el diseño de un hormigón, porque son seres vivos a los que se les va ha facilitar las cosas con nuestro trabajo.


5.- Bibliografía

·         MANUAL DEL LABORATORIO DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN.  Pontificia Universidad Católica del Ecuador.

·         Normas INEN.

·         Encarta 2005

·         Ensaye e inspección de los materiales en ingeniería, Davis troxell

·         Apuntes de clases, Materiales de Construcción 1, Ing. Laura Lara.

2 comentarios:

  1. Buenas talvez me podrian ayudar con la elaboracion del capin para cilindros de hormigon, su colocacion y que elementos lo conforman gracias

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