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- Tecnología del Hormigón - UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL DOCENTE: Ing. M. Fernanda Carrasco Ingeniería Civil – 2019 DISEÑO DE MEZCLAS PARA HORMIGONES Y MORTEROS U N I D A D 10 U N I D A D 1 0 METODO ICPA Ejemplo para Exposición C1 - Tecnología del Hormigón - DOSIFICACION DE HORMIGONES Objetivos •Permite a los proyectistas poder especificar la clase de hormigón para que sus propiedades, tales como resistencia, durabilidad, etc, respondan a las condiciones de proyecto. •Permite a los directores de obra confeccionar hormigones que cumplan con las propiedades especificadas. Definición Dosificar es “pronosticar” presuponiendo que mezclando ciertos materiales de características más o menos conocidas en determinadas proporciones, la mezcla se comportará, tanto en estado fresco como endurecido y dentro de un cierto margen de error, de acuerdo con las condiciones prefijadas. - Tecnología del Hormigón - METODOS DE DOSIFICACION Porqué existen métodos de dosificación? •Proyectista: •Define resistencia de cálculo •Define secciones de elementos •Define cantidad de armadura a utilizar. •Constructor: •Adquiere los materiales •Adquiere los métodos de colocación •Adquiere los métodos de compactación •Usuario: •Exige que lo construido tenga resistencia adecuada •Exige que lo construido tenga durabilidad adecuada - Tecnología del Hormigón - METODOS DE DOSIFICACION Clasificación de los métodos de dosificación. Métodos empíricos: son aquellos procedimientos en que los materiales componentes se proporcionan por unidad de volumen o de peso, sin estudiar ni tener en cuenta las características de los materiales componentes. Métodos semi-empíricos: cuando en las dosificaciones se fija la relación agua/cemento en peso mientras que los agregados se proporcionan mediante tanteos sucesivos utilizando pastones de prueba, hasta conseguir trabajabilidad y consistencia adecuadas Métodos racionales: se basan también en datos empíricos, en las que además de fijar la relación agua/cemento en peso, se determinan los contenidos óptimos para cada uno de los componentes en base al estudio de las características físicas de los agregados. Aunque muchas de las propiedades de los hormigones son importantes, la mayoría de los métodos están dirigidos a la obtención de cierta resistencia a la compresión con una consistencia determinada. Se asume que, si esto se logra con éxito y el hormigón está bien especificado, las otras propiedades también serán satisfactorias - Tecnología del Hormigón - METODOS DE DOSIFICACION APLICACIÓN DEL MÉTODO DE ICPA CARGA “REAL” A APLICAR 130 kN (13 t) H30 s/CIRSOC 201/2005 • Aceros: ADN 420 MPa - Tecnología del Hormigón - METODOS DE DOSIFICACIONETAPAS 1.Elección del cemento a emplear (categorización por resistencia: CP30 – CP40 – CP50 ) 2.Elección de una consistencia adecuada. 3.Decidir si se incorporará aire en forma intencional. 4.Distribución granulométrica de agregados - a) Seleccionar una curva o ámbito granulométrico apropiado para el agregado total b) Selección y ajuste de las fracciones disponibles para ajustarse a lo seleccionado en 4.a (Mezcla de las distintas fracciones) c) Cálculo del Módulo de Finura (MF) del Agregado Total, contemplando los retenidos sobre los tamices de la serie normal 5. Estimación de la cantidad de agua de amasado, en función del asentamiento elegido y el MF del agregado total. 6. Cálculo de la resistencia de diseño, f’cm, en función de la resistencia especificada (f’ce) y el desvío estándar (S). Verificación del cumplimiento de la f´cm mínima por razones de durabilidad. 7. Estimación de la relación a/c. a) Determinación de la relación agua/cemento necesaria en función de la resistencia media a la edad de 28 días para las distintas categorías de cemento. b) Verificación del cumplimiento de eventual relación agua/cemento máxima por razones de durabilidad. 8. Cálculo del contenido unitario de cemento y verificación del cumplimiento de eventual contenido de cemento mínimo por razones de durabilidad. 9. Determinación de la cantidad de agregado (fino y grueso) por diferencia a 1000 de los volúmenes de agua, cemento y aire estimado. Ese volumen se integra con los agregados en las proporciones establecidas en el paso 4.b Se construye una tabla que sirve para afectar a estas cantidades por la absorción de los agregados y, en general, las proporciones de la mezcla se expresan para éstos en condición de saturados a superficie seca. - Tecnología del Hormigón - METODOS DE DOSIFICACION Se incorporará aire en forma intencional? Como valores tentativos, puede estimarse una pérdida de resistencia del 5 % por cada 1 % de aire por encima del 1 %. Expresado como una ecuación, queda: Df’cm = - 0,05 x (Aire % - 1). f´cm En lo que respecta a la disminución en la demanda de agua, puede estimarse que se debe reducir en un 2 a 3% el agua de mezclado por cada 1 % de incremento en el contenido de aire. DAgua = -0,025 x (Aire % - 1).Agua 160 l - Tecnología del Hormigón - DETERMINACIÓN TAMAÑO MÁXIMO AGREGADO DE ACUERDO A CIRSOC 201/2005 EL TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL ADMISIBLE PARA EL AGREGADO GRUESO ES: Inciso 3.2.4.2. El tamaño máximo nominal del agregado grueso debe ser menor que: 1/3 del espesor en una losa, ó 1/5 de la menor dimensión lineal en cualquier otro elemento estructural. Menor dimensión del elemento = 200 mm ⇒ 200 mm /5 = 40 mm 3/4 de la mínima separación libre horizontal o vertical entre dos barras contiguas de armaduras, o entre grupos de barras paralelas en contacto directo que actúen como una unidad. Mínima separación libre horizontal entre dos barras contiguas de armaduras de la viga = (130 mm – 2 x 20 mm - 3 x 12 mm – 2 x 6 mm) = 42 mm ⇒ 3 * 42 mm/4 = 31,5 mm Mínima separación libre vertical entre dos barras contiguas de armaduras de la viga = ⇒ 3 * 60 mm/4 = 45 mm ⇒ TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL ADMISIBLE PARA EL AGREGADO = 38 mm - Tecnología del Hormigón - METODOS DE DOSIFICACION APLICACIÓN DEL MÉTODO DE ICPA Granulometría A. Grueso TMN = 38 mm Abertura Retenido Acumulado Pasante % Acumulado % Pasante 1” 25 0,00 0,00 1021,76 0,00 100,00 ¾” 19 122,57 122,57 899,19 12,00 88,00 ½” 12,5 585,19 707,76 314,00 69,27 30,73 3/8” 9,5 127,72 835,48 186,28 81,77 18,23 Nº4 4,75 169,66 1005,14 16,62 98,37 1,63 Nº 8 2,36 10,89 1016,03 5,73 99,44 0,56 Nº 16 1,18 0,47 1016,50 5,26 99,49 0,51 Nº 30 0,6 0,50 1017,00 4,76 99,53 0,47 Nº 50 0,3 2,76 1019,76 2,00 99,80 0,20 Nº 100 0,15 2,00 1021,76 0,00 100,00 0,00 Fondo 0,00 1021,76 0,00 100,00 0,00 MF 6,90 - Tecnología del Hormigón - METODOS DE DOSIFICACION APLICACIÓN DEL MÉTODO DE ICPA Granulometría A. Grueso 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,1 1 10 100 26.5 a 4.75 mínimo 26.5 a 4.75 máximo Granulometría AG - Tecnología del Hormigón - METODOS DE DOSIFICACION APLICACIÓN DEL MÉTODO DE ICPA Granulometría A. Fino Abertura Retenido Acumulado Pasante % Acumulado % Pasante 3/8" 9,5 0,00 0,00 499,18 0,00 100,00 Nº 4 4,75 0,92 0,92 498,26 0,18 99,82 Nº 8 2,36 2,09 3,01 496,17 0,60 99,40 Nº 16 1,18 5,95 8,96 490,22 1,79 98,21 Nº 30 0,6 53,37 62,33 436,85 12,49 87,51 Nº 50 0,3 337,84 400,17 99,01 80,17 19,83 Nº 100 0,15 95,55 495,72 3,46 99,31 0,69 Fondo 3,46 499,18 0,00 100,00 0,00 MF 1,95 - Tecnología del Hormigón - METODOS DE DOSIFICACION APLICACIÓN DEL MÉTODO DE ICPA Granulometría A. Fino 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,1 1 10 Pa sa nt e (% ) Abertura tamiz (mm) Curva C Curva A Agregado fino Curva B - Tecnología del Hormigón - METODOS DE DOSIFICACION APLICACIÓN DEL MÉTODO DE ICPA Seleccionar una curva o ámbito granulométrico apropiado La parábola de Fuller está determinada por la siguiente ecuación: % Pasa (un tamiz de abertura d) = 100 (d / T.M.)0,5 siendo T.M. el tamaño máximo del agregado - Tecnología del Hormigón - METODOS DE DOSIFICACION APLICACIÓN DEL MÉTODO DE ICPA Granulometría A. Grueso 3-9 - Tecnologíadel Hormigón - METODOS DE DOSIFICACION APLICACIÓN DEL MÉTODO DE ICPA Granulometría A. Grueso 3-9 - Tecnología del Hormigón - METODOS DE DOSIFICACION APLICACIÓN DEL MÉTODO DE ICPA Seleccionar una curva o ámbito granulométrico apropiado La parábola de Fuller está determinada por la siguiente ecuación: % Pasa (un tamiz de abertura d) = 100 (d / T.M.)0,5 siendo T.M. el tamaño máximo del agregado - Tecnología del Hormigón - METODOS DE DOSIFICACION Seleccionar una curva o ámbito granulométrico apropiado En nuestro caso, el ajuste de las proporciones de agregado condujo a lo siguiente: 56 % de piedra partida (4-25), 14 % de piedra partida (3-9), y 30 % de arena fina. Abertura Tamiz Mezcla de TM Nominal (mm): 25,0 IRAM (mm) Agregados Límites según Norma: IRAM Fuller A B C 63 100,0 100 100 100 100,0 50 100,0 100 100 100 100,0 37,5 100,0 100 100 100 100,0 25,0 100,0 95 98 100 100,0 19,0 93,3 75 82 94 87,2 12,5 60,9 55 66 87 70,7 9,5 53,5 48 58 81 61,6 4,75 37,4 35 43 69 43,6 2,36 31,8 27 38 56 30,7 1,18 30,5 19 33 44 21,7 0,600 27,1 10 22 31 15,5 0,300 6,5 4 9 18 11,0 0,150 0,5 1 2 5 7,7 MF de la Mezcla: 5,19 - Tecnología del Hormigón - METODOS DE DOSIFICACION Otros datos de los materiales - CEMENTO CPC40 - Densidad absoluta: 2850 kg/m3 a 3000 kg/m3 ⇒ adopto 2935 kg/m3 - AGREGADO FINO: - Peso específico S.S.S.: 2540 kg/m3 - Absorción: 0,80 % - AGREGADO GRUESO 1: Piedra partida granítica - PUV seco Agregado grueso: 1556,6 kg/m3 - Peso específico S.S.S.: 2710 kg/m3 - Absorción: 1,07 % - AGREGADO GRUESO 2: Piedra partida granítica - PUV seco Agregado grueso: 1575 kg/m3 - Peso específico S.S.S.: 2850 kg/m3 - Absorción: 0,48 % - Tecnología del Hormigón - METODOS DE DOSIFICACION Determinación de la consistencia - Tecnología del Hormigón - DETERMINACIÓN DE CONTENIDO DE AGUA - Tecnología del Hormigón - DETERMINACIÓN DE CONTENIDO DE AGUA Contenido de agua = 172 l/m3 Dado que se utiliza una piedra granítica se debe incrementar en 5 a 10 %, elegimos 7 %: 172 l/m3 X 1.07 = 184 l/m3 Como utilizamos DARACEM 19 que reduce 12 %, cómo mínimo, debemos reducir 12 %, entonces sería 162 l/m3 Si utilizamos aire incorporado, por ejemplo 5 %, debemos reducir 2 %, por cada % de aire por encima de 1 %, sería 149 l/m3 1 m³ de hormigón A = 0.149 m³ - Tecnología del Hormigón - DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA MEDIA Según Cirsoc 201 : 2005 Modo de control 1 Modo de control 2 σ´bm = (σ´bk + 5) + 1,34 x s Cuando no se conoce la desviación estándar Resistencia especificada σ´bk [MPa] Resistencia de diseño de la mezcla σ´bm [Mpa] Igual o menor que 20 σ´bk + 7.0 Entre 20 y menor que 35 σ´bk + 8.5 Mayor de 35 σ´bk + 10.0 σ´bm = σ´bk + 1,34 x s σ´bm = σ´bk + 2.33 x s – 3.5 - Tecnología del Hormigón - DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA MEDIA Condiciones de elaboración - Medición de componentes Desvío estandar Cemento Agua Agregados Aditivos MPa en peso en peso o volumen con precisión, descontando aporte de agua de los agregados en peso con corrección por humedad y absorción en peso o volumen con precisión 4,0 en peso en peso o volumen con precisión, descontando aporte de agua de los agregados en volumen, ajustando por humedad y esponjamiento en peso o volumen con precisión 5,5 en peso (por bolsas enteras) por volumen, ajustando por la cantidad necesaria para mantener constante la consistencia en volumen No recomendado 7.0 Tabla 1 : Desvíos estandar típicos para distintas condiciones de elaboración y control - Tecnología del Hormigón - DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA MEDIA σ´bm = σ´bk + 1,34 x s = 30 + 1.34 x 4.0 = 35.36 MPa σ´bm = σ´bk + 2.33 x s – 3.5 = 30 + 2.33 x 4.0 – 3.5 = 35.82 MPa 10 % del universo σ´bk = 30 MPa 1.34 s - Tecnología del Hormigón - DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA MEDIA σ´bm = σ´bk + 8,5 MPa = 38,5 MPaσ´bk = 30 MPa - Tecnología del Hormigón - DETERMINACIÓN a/c POR RESISTENCIA Abaco 2: Relación a/c vs Resistencia del hormigón a la edad de 28 días para distintas categorías de cemento 0 10 20 30 40 50 60 70 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Relación agua/cemento R es is te nc ia d el h or m ig ón a 2 8 dí as [M Pa ] CP 30 CP 40 CP 50 * Válido para Canto Rodado; con Piedra Partida, las resistencias aumentan un 20 %. * El aire incorporado ( A%) reduce las resistencias en 5 % por cada (A%-1). Máxima relación a/c admisible por resistencia 0.41 Como utilizamos piedra partida, 38,5 x1,20/1.20 = 38,5 MPa - Tecnología del Hormigón - DETERMINACIÓN a/c POR DURABILIDAD Máxima relación a/c admisible por durabilidad 0.45 - Tecnología del Hormigón - CONTENIDO DE CEMENTO La máxima razón a/c determinada fue 0.41 El contenido de cemento resulta de: C = Contenido de agua / razón a/c = 149 kg /0,41 C = 363,4 kg Este contenido de cemento ocupa un volumen sólido de C = c = 363,4 kg = 0,124 m³ γcem 2935 kg/m³ VOLUMEN SÓLIDO DE CEMENTO 1 m³ de hormigón A = 0.149 m³ C = 0,124 m³ 5.1.5.2. A los efectos de proteger las armaduras contra la corrosión, el contenido mínimo de cemento debe ser igual a 280 kg/m³ de hormigón fresco compactado tanto en el hormigón armado como en el pretensado. - Tecnología del Hormigón - CONTENIDO DE AGREGADOS Ya determinamos el volumen ocupado por cemento y agua: El volumen restante para completar 1 m³ de hormigón se completa con agregados: 1m³ – vol agua – vol Cemento – vol Aire – vol adit = Vol Agregados 1m³ - 0.149 m³ – 0,124 m³ - 0.05 m3 – 363,4 kg x 0.01/1.18 kg/ dm3 = 1m³ - 0.149 m³ – 0.124 m³ - 0.05 m3 – 0,003 m3= 0,674 m³ VOLUMEN SÓLIDO DE AGREGADOS 1 m³ de hormigón A = 0.149 m³ C = 0,124 m³ - Tecnología del Hormigón - CONTENIDO DE AG. FINO Y GRUESO Para determinar los volúmenes de cada agregado Si PeAG1≠ PeAG2 ≠ PeAF1, entonces se plantea el siguiente sistema de ecuaciones, para trabajar en volúmenes: Volumen total de agregados = 1000 litros – 326(1) Volumen total de agregados = Σ Vai = PesoAG1/2,71 + PesoAG2/2,85 + PesoAF1/2,54 (2) Volumen total de agregados = Σ Vai = Ptotal [0.56*1.0107/2.71 + 0,14*1.0048/2,85 + 0,30*1.008/2,54] (3) Igualando (1) con (3) se obtiene el Ptotal del agregado, el que se distribuye luego según los porcentajes de participación en la mezcla (% AG1, % AG2, ... , % AFn) PTotal = 1786,5 kg PAG1 = PTotal x % AG1/100 = 1786,5 x 0.56 = 1000,44 kg PAG2 = PTotal x % AG1/100 = 1786,5 x 0.14 = 250,11 kg PAF1 = PTotal x % AG2/100 = 1786,5 x 0.30 = 535,95 kg 1 m³ de hormigón A = 0.149 m³ C = 0.124 m³ Pesos secos! - Tecnología del Hormigón - DETERMINACIÓN DE PROPORCIONES EN PESO AF1 = 535,95 kg x (1+0.008) =540,24 kg AG1 = 1000,44 kg x (1+0.0107) =1011,14 kg AG2 = 250,11 kg x (1+0.0048) =251,31 kg C = 0.124 m³ x 2935 kg/m³ = 363,4 kg A = 0.149 m³ x 1000 kg/m³ = 149 kg Aditivo = 363,4 kg x 0.01 = 3,63 kg Para calcular las proporciones en peso utilizo los pesos específicos de los materiales, y para los agregados en condición SSS La sumatoria de estos pesos es el PUV del hormigón en estado fresco = 2318,72 kg/m³ 1 m³ de hormigón A = 0.149 m³ C = 0.124 m³ Para calcular el PUV en estado fresco del hormigón consideramos los PSS de los agregados, empleando la fórmula Pss = Ps (1 + A%/100)
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