Diseño Mezclas De Hormigon

DISEÑO MEZCLAS DE HORMIGON

OBJETIVO

Es la determinación de las proporciones de los distintos componentes, considerando un adecuado balance entre la economía y los requerimientos de la faena, como trabajabilidad, resistencias mecánicas, durabilidad, densidad y apariencia, entre otras.

Las condiciones generales para el proceso de dosificación de un hormigón en una faena son de:

Diseño

Uso en Obra

Durabilidad

Desde el punto de vista diseño del hormigón, el aspecto más importante son las resistencias mecánicas, ya sea compresión y / o flexotracción, para lo cual debe tomarse en cuenta el tipo y cantidad de cemento y especialmente la razón A / C. Con relación a las necesidades de faena lo importante por una parte es la trabajabilidad, la que depende de la dosis de agua, tipo de aditivo, granulometría total y las características del elemento para fijar el tamaño máximo.

Aunque muchas de las propiedades del hormigón son importantes, prácticamente todos los métodos de dosificación, están orientados a la obtención de las resistencias mecánicas, para una consistencia determinada, asumiéndose que logrando éste objetivo y la especificación del hormigón está buena, las otras propiedades se logran. La excepción a lo mencionado son entre otros aspectos los fenómenos de:

• Resistencia a los ciclos hielo deshielo.

• Corrosión de las armaduras.

• Durabilidad

Respecto a la durabilidad se deben considerar las condiciones ambientales y especialmente los ataques agresivos que tendrá la estructura de hormigón, situaciones quee merecen un proceso de dosificación más detallado y específico, determinando con ello el tipo y dosis de cemento, uso de aditivos entre otros aspectos.

Los costos de una faena de hormigón está conformado por el costo de los materiales componentes, costo de la mano de obra y de los costos del equipamiento necesario, aspectos que siempre deben considerarse durante el proceso de dosificación.

Considerando el costo de los materiales componentes el mas relevante es la del cemento, por lo que se debe tener especial cuidado en su cálculo, a fin de tener la mínima cantidad necesaria sin sacrificar la calidad final de éste, para lo cual conviene tener presente los siguiente conceptos:

• Se debe seleccionar la mezcla de consistencia mas baja, compatible con una buena colocación, considerando los sistemas de consolidación disponibles en la faena.

• Se debe optar por el tamaño máximo del árido considerando las dimensiones del elemento a hormigonar, la disposición de las armaduras y el recubrimiento mínimo recomendado por razones de durabilidad.

• Debe optimizarse la relación entre el árido fino y grueso.

ANTECEDENTES REQUERIDOS PREVIOS A LA DOSIFICACIÓN.

Además de los antecedentes propios de los áridos como: granulometría, densidades, se deben considerar los siguientes antecedentes.

ANTECEDENTES ASPECTOS MÁS RELAVANTES

Resistencia Especificada La Resistencia Especificada debe contener el Nivel de Confianza asociada al proyecto.

Característica de los elementos Las características que influyen son, el tamaño de los elementos, su forma y el espaciamiento entre las barras, con el fin de determinar el tamaño máximo del agregado.

Condiciones Ambientales y tipo de exposición Este antecedente es relevante para determinar el tipo y cantidad de cemento, además del recubrimiento necesario.

Características particulares de la ejecución de la obra

Nivel de control que se tiene previsto en la faena.

Tipo de dosificación: en peso o volumen

Método de colocación y vibrado.

Tipo de elemento

Las fases que deben seguirse en un proceso de dosificación deben ser:

• Obtención de los antecedentes de obra, como las resistencias mecánicas especificadas y las características de los elementos a llenar.

• Extracción de las muestras de los distintos áridos con los que se trabajará, lo más representativo posible.

• Un estudio analítico de las características físicas de cada uno de ellos.

• Diseñar los hormigones.

• Ajustar las dosificaciones teóricas en el laboratorio con la confección de hormigones de prueba.

• Ajustar las dosificaciones a las condiciones de la obra.

• Control de calidad en faena, para hacer los ajustes necesarios de los valores adoptados en el estudio analítico del diseño, como la desviación estándar, resistencia media, etc.

La proporción optima de los materiales, debe considerar un balance óptimo entre el cumplimiento de las especificaciones y la economía. Respecto a la durabilidad se deben considerar los siguientes valores respecto al agua de amasado.

VALORES DE RAZÓN A / C

CONDICIONES SEVERAS 0,40 - 0,49

EXPUESTOS AL AIRE 0,53

SISTEMA DOSIFICACION A. C. I.

Este método de dosificación proporciona una primera aproximación de las distintas proporciones de los materiales constituyentes del hormigón, los que deben ser verificados con los hormigones de prueba en laboratorio, a fin de hacer las modificaciones que se requieren, tanto para cumplir con los requisitos tanto del hormigón fresco como endurecido.

El hormigón esta compuesto por agregados pétreos, cemento, agua aire, y aditivos, los que deben dosificarse a fin de tener un equilibrio entre aspectos económicos y los requisitos que debe cumplir, como lo son:

- trabajabilidad

- resistencias mecánicas

- durabilidad.

- densidad

- apariencia

El método ACI se basa en la aplicación de tablas empíricas mediante las cuales se determinan las condiciones iniciales y la dosificación.

TABLA N o 1. - RECOMENDACION DE ASENTAMIENTO DE CONO PARA TIPOS DE ESTRUCTURAS.

TIPO DE CONSTRUCCIÓN RANGO DE ASENTAMIENTO

DE CONO (cm)

Fundaciones armadas, zapatas y bases 2 - 8

Fundaciones de hormigón simple y muros de subestructuras 2 - 8

Vigas y muros armados 2 - 10

Columnas de edificios 2 - 10

Pavimentos y losas 2 - 8

Hormigón masivo 2 - 8

TABLA N o 2 .- DETERMINACION DEL TAMANO MAXIMO ARIDO

Moldaje 1 / 5 menor dimensión

Losa o pavimentos 1 / 3 del espesor

Armaduras 3 / 4 menor espacio entre armaduras

TABLA N o 3.- DETERMINACION DE LA RAZÓN AGUA / CEMENTO POR CONDICIONES DE RESISTENCIA

Razón

Agua / Cemento

en masa Resistencia media requerida a compresión, cúbicas expresada en MPa

Cemento Grado Corriente Cemento Grado Alta Resistencia

NCh 170 Laboratorio NCh 170 Laboratorio

0,35 50,0 53,0

0,40 43,5 46,0

0,45 34,0 38,0 43,0 41,0

0,50 29,0 33,5 36,0 40,0

0,55 25,0 29,0 31,0 34,0

0,60 21,0 25,0 26,0 29,5

0,65 18,0 21,0 23,0 27,0

0,70 16,0 17,5 20,0 24,0

0,75 14,0 14,5 17,0 21,0

0,80 12,0 15,0

0,85 10,0 13,0

TABLA N o 4.- DETERMINACIÓN DE LA RAZÓN AGUA / CEMENTO POR CONDICIONES DE DURABILIDAD.

Tipo De Estructura Estructura continua o frecuentemente húmeda o expuesta a ciclos de hielo deshielo Estructura expuesta a aguas agresivas, en contacto con el suelo o ambiente salino

Secciones delgadas (e<20 cm) y recubrimiento menor a 2 cm 0,45 0,40

Toda otra estructura 0,50 0,45

Es importante considerar las razones agua / cemento mencionadas en el cuadro, por cuanto tienen directa relación con la impermeabilidad y la consiguiente durabilidad de los elementos.

Generalmente para lograr el requisito mencionado deben emplearse aditivo reductores de agua como plastificante o superplastificantes.

En el caso de hormigones sometidos a ciclos continuos de congelamiento y deshielo debe considerarse la incorporación de aire, para proteger al hormigón de las expansiones que genera el agua al congelarse y los esfuerzos de tracción que se producen en los capilares.

TABLA N o 5.- TAMAÑO MÁXIMO RECOMENADO EN FUNCIÓN DE LAS DIMENSIONES MÍNIMAS DEL MOLDAJE.

Dimensión mínima

de la sección (cm) Tamaño máximo recomendado en (mm)

Muros armados, vigas y pilares Muros sin armaduras Losas muy armadas Losas débilmente armadas o sin armaduras

6 - 12 12,5 - 20,0 20,0 20,0 - 25,0 20,0 - 40,0

14 - 28 20,0 - 40,0 40,0 40,0 40,0 - 75,0

30 – 74 40,0 - 75,0 75,0 40,0 - 75,0 75,0

> 76 40,0 - 75,0 150,0 40,0 - 75,0 75,0 - 150,0

Éstas recomendación dicen relación con la facilidad de colocación del hormigón sin la ocurrencia de nidos de piedra, producto del tamaño máximo inadecuado de los áridos.

TABLA N o 6.- ESTIMACION DE LA CANTIDAD DE AGUA Y AIRE (l/m3).

Esta tabla entrega la cantidad de agua en función del tamaño máximo del agregado y de la consistencia del hormigón.

Asentamiento

(cm) TAMAÑO MÁXIMO DEL AGREGADO (mm)

10,0 12,5 20,0 25,0 40,0 50,0 75,0 150,0

Hormigón sin aire incorporado

0 178 168 158 148 138 128 - -

0 188 183 168 158 148 138 128 -

0 - 2 198 193 178 168 158 148 139 -

2 - 6 208 198 183 178 163 154 144 124

8 - 10 228 218 203 193 178 168 158 139

16 - 18 243 228 213 203 188 178 168 148

Cantidad de aire aproximada 30 25 20 15 10 5 3 2

Hormigón con aire incorporado

0 158 148 138 133 123 - - -

0 168 158 148 138 133 120 - -

0 - 2 178 168 158 148 138 128 - -

2 - 6 183 178 163 153 143 133 123 109

8 - 10 203 193 178 168 158 148 139 119

16 - 18 213 203 88 178 168 150 148 129

Cantidad de aire recomendada 80 70 60 50 45 40 35 30

DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE CEMENTO.

La dosis de cemento se determina considerando la dosis de agua y la razón agua/cemento definida en tablas anteriores, según la siguiente formula.

TABLA N o 7 .- VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO POR UNIDAD DE VOLUMEN.

Tamaño máximo del árido (mm) Volumen aparente compactado seco de árido grueso para diferentes

Módulos de Finura de la arena

2,40 2,60 2,80 3,00

10,0 460 440 420 400

12,5 550 530 510 490

20,0 650 630 610 590

25,0 700 680 660 640

40,0 760 740 720 700

50,0 790 770 750 730

75,0 840 820 800 780

150,0 900 880 860 840

Los valores mencionados pueden ser aumentados en un 10 % en caso de hormigones de pavimentos, en caso de hormigones bombeados que requieren de un mayor contenido de mortero pueden disminuirse en un 10 %.

TABLA N o 8 .- ESTIMACION DE LA DENSIDAD DEL HORMIGON FRESCO.

Tamaño máximo

del árido (mm) Primera estimación de la densidad del hormigón fresco

Sin Aire Incorporado

(kg / m3) Con Aire Incorporado

(Kg./m3)

10,0 2280 2200

12,5 2310 2230

20,0 2345 2275

25,0 2380 2290

40,0 2410 2350

50,0 2445 2345

75,0 2490 2405

150,0 2530 2435

...