PREGRADO AUTORES
:
Téc. Jony C. Gutiérrez Abanto Ing. Ana V. Biondi Shaw
DOCENTES
:
Biondi Shaw, Ana María Virginia Sotomayor Cruz, Cristian Daniel Álvarez Cangahuala, Cangahuala , José
TÍTULO
:
Manual de Laboratorio de Tecnología del Concreto
FECHA
:
Junio 2014
CURSO
:
Tecnología del Concreto
CODIGO
:
CI97
CARRERA
:
Ingeniería Civil
CICLO
:
2014-2
MANUAL DE LABORATORIO DE TECNOLOGÍA DEL CONCRETO UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS (UPC) Carrera de Ingeniería Civil Primera edición
Formuló
Revisó
Aprobó
Téc. Jony C. Gutiérrez Abanto Responsable de Laboratorios
Ing. Manuel Silvera Lima Coordinador de la Línea de Tránsito
Ing. Manuel Enrique García-Naranjo García-Nara njo Director de la Escuela de Ingeniería Civil y Construcción
MANUAL DE LABORATORIO DE TECNOLOGÍA DEL CONCRETO UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS (UPC) Carrera de Ingeniería Civil Primera edición
Formuló
Revisó
Aprobó
Téc. Jony C. Gutiérrez Abanto Responsable de Laboratorios
Ing. Manuel Silvera Lima Coordinador de la Línea de Tránsito
Ing. Manuel Enrique García-Naranjo García-Nara njo Director de la Escuela de Ingeniería Civil y Construcción
INTRODUCCIÓN Aprender sobre los materiales utilizados en la dosificación de mezclas de concreto requiere no solo de la asimilación de conceptos teóricos, sino también de conocer y adquirir habilidades de desarrollo operativo como la ejecución de ensayos en laboratorio para el reconocimiento de las propiedades físicas y de calidad de cada material para con estos resultados optimizar una mezcla de concreto. Para evaluar las habilidades adquiridas, al término de cada laboratorio se presentan algunos problemas propuestos los cuales el alumno debe resolver y entregar al docente durante los últimos 30 minutos de cada sesión para poder ser evaluados posteriormente. Te recomendamos prestar suma atención a los procedimientos, cálculos y toma de datos, a su vez deberás leer previamente antes de cada sesión de laboratorio los temas correspondientes en este manual.
INDICE
TEMAS
Pág.
LABORATORIO N° 1: Ensayos en concreto fresco Ensayo de temperatura del concreto fresco
2
Ensayo de asentamiento en concreto fresco
3
Peso unitario del concreto
5
Contenido de aire por el método de presión
6
Moldeo y curado de probetas cilíndricas de concreto
9
Moldeo y curado de prismas de concreto
11
Problemas propuestos del Laboratorio N° 1
13
LABORATORIO N° 2: Métodos de dosificación de mezclas de concreto Método del comité del ACI 211
20
Método Walker
21
Método Módulo de fineza de la combinación de agregados
21
Problemas propuestos del Laboratorio N°2
24
LABORATORIO N° 3: Ensayos en concreto endurecido Compresión de probetas cilíndricas
26
Tracción por compresión diametral
30
Flexión en prismas de concreto
33
Esclerometría
36
Extracción y compresión de núcleos de concreto endurecido
37
Problemas propuestos del Laboratorio N° 3
38
LABORATORIO N° 4: Dosificación de concretos especiales Consideraciones para la dosificación de concretos especiales
40
Tarea del Laboratorio N° 4
41
LABORATORIO N° 1
ENSAYOS EN CONCRETO FRESCO
DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE UNA MEZCLA DE CONCRETO NORMA: ASTM C-1064 / NTP 339.184
DEFINICIÓN .- Este ensayo tiene por objetivo determinar la temperatura del concreto en estado plástico.
EQUIPOS A SER EMPLEADOS Para este ensayo se emplea lo siguiente: .
Termómetro, blindado, con un rango de -5°C a 50°C.
.
Recipiente, que albergue el concreto de tal forma que cuando se introduce el termómetro, éste quede cubierto 3” de mezcla en todas sus direcciones.
PROCEDIMIENTO: Colocar el concreto en un recipiente e introducir la sonda del termómetro a una profundidad de 3”, dejar 2 minutos o hasta la lectura estabilizada y registrar la temperatura con aproximación a 0.5°C. Si la mezcla de concreto tiene agregado grueso con TMN mayor a 3”, esta muestr a se debe estabilizar por lo menos en 20 minutos, luego determinar la temperatura.
TEMPERATURAS EXTREMAS. La temperatura de la mezcla de concreto no debe ser menor a 10°C ni mayor a 32°C. La temperatura ambiente en el cual se va a vaciar el concreto no debe ser menor a 5°C ni mayor a 28°C. Si la temperatura del concreto o del ambiente está fuera de este rango, se tomarán las medidas necesarias para evitar complicaciones.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 2
DETERMINACIÓN DE LA CONSISTENCIA DE UNA MEZCLA DE CONCRETO FRESCO MEDIANTE EL CONO DE ABRAMS NORMA: ASTM C-143
DEFINICIÓN .- Este ensayo se realiza para determinar la consistencia o fluidez de una mezcla de concreto en estado fresco. La consistencia no es sinónimo de trabajabilidad, viene a ser la fluidez de la mezcla como consecuencia del agua que contiene. Esta mezcla es solo aplicable a asentamientos verdaderos, no es aplicable a mezclas secas o muy fluidas. Este ensayo también se le conoce con los siguientes nombres: Slump, revestimiento, asentamiento, revenimiento y prueba de ordenamiento.
EQUIPOS A SER EMPLEADOS Para este ensayo se emplea lo siguiente: .
Cono de Abrams, de 4” de diámetro superior, 12” de altura y 8” de diámetro inferior.
.
Varilla compactadora, de 60 cm. De longitud, acero liso, de 5/8” de diámetro y punta de bala.
.
Plancha metálica, de ¼” de espesor y con suficiente dimensión para colocar la base inferior del cono.
.
Guincha, o regla metálica con aproximación a ¼”.
.
Herramientas varias
PROCEDIMIENTO: Humedecer el cono, la base metálica y la varilla compactadora con una franela húmeda. Ubicar el equipo en una superficie nivelada, libre de vibración, fijar el cono (esto se logra pisando las aletas del cono con las puntas de los pies). Llenar el molde con concreto fresco en tres capas, aproximadamente de igual volumen, compactar cada capa a razón de 25 chuseadas con la varilla. En la primera capa, la chuseada no debe tocar fuertemente la base, luego se procede a llenar la segunda capa y se chusea de tal forma que la varilla penetre 1” aproximadamente en la capa inferior, se llena la última capa en exceso y se procede a chusear, si durante este chuseo, la mezcla baja por debajo del nivel del cono, puede hacerse una pausa y adicionar más mezcla, luego se completa las chuseadas de tal forma que cuando se termine exceda el volumen del cono. Enrazar la parte superior del cono con ayuda de una plancha de albañil, inmediatamente se procede a limpiar el exterior del cono, levantar verticalmente en un tiempo de 5 + 2 segundos, medir el asentamiento de la mezcla con ayuda de una guincha o regla en pulgadas.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 3
Se mide el asentamiento en el centro del área superior que ha quedado deformado. Si la mezcla falla por corte se repite el ensayo y si vuelve a fallar nuevamente por corte, quiere decir que la mezcla carece de cohesión y que el ensayo ya no es aplicable. El tiempo máximo que debe transcurrir desde la obtención de la última parte de la muestra y el término del ensayo no debe ser mayor de 5 minutos. El tiempo máximo que debe transcurrir desde la el inicio del ensayo hasta la finalización no debe ser mayor a 2.5 minutos.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 4
DETERMINACIÓN DEL PESO UNITARIO DEL CONCRETO FRESCO NORMAS: ASTM C-138 / NTP 339.046
DEFINICIÓN.- Este ensayo se realiza para determinar el peso del concreto fresco en 1m3, con fines de verificación del rendimiento del concreto diseñado.
EQUIPOS A SER EMPLEADOS Para este ensayo se emplea lo siguiente: .
Balanza, de 50 Kg. de capacidad
.
Varilla compactadora, de 60 cm. De longitud, acero liso, de 5/8” de diámetro y punta de bala.
.
Moldes, de ½ pie3 o ¼ de pie3.
.
Martillo de goma
.
Herramientas varias
PROCEDIMIENTO: Para fines de cálculo, determinar el volumen del recipiente en m3 o determinar su constante de acuerdo a la norma ASTM C-29. Colocar el molde el molde en una superficie plana y libre de vibraciones. Llenar el molde en tres capas de igual volumen aproximadamente, compactando cada capa a razón de 25 chuseadas en forma de espiral de fuera hacia el centro del molde, luego dar de 10 a 15 golpes el exterior de la probeta en tres partes diferentes con ayuda del martillo de goma, esto nos ayudará a cerrar los vacíos dejados por el paso de la varilla al momento de compactar, la segunda y tercera capa se llenan de la misma forma, teniendo en cuenta que el chuseado de estas debe penetrar 1” aproximadamente con respecto a la capa infer ior, luego enrazar, dar un buen acabado superior con una plancha de pulir. Debemos registrar el peso del molde húmedo antes del ensayo y el peso del molde + el concreto fresco en Kg.
CALCULOS PESO UNITARIO DEL = Peso del Concreto fresco Kg. CONCRETO Volumen del molde m3
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 5
DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE AIRE EN EL CONCRETO POR EL MÉTODO DE PRESIÓN NORMA: ASTM C-231 / NTP 339.083 DEFINICIÓN.- Este ensayo tiene por objetivo determinar la cantidad de aire atrapado en una muestra de concreto fresco expresado en porcentaje. Este método de ensayo esta intentando usarse con concretos y morteros hechos con agregados relativamente densos; No es aplicable a concretos hechos con agregados ligeros, escoria de altos hornos, o agregados de alta porosidad. En estos casos, debería ser utilizado el método de ensayo C 173 de la ASTM. Este método tampoco es aplicable a concreto no plástico tal como el comúnmente usado en la construcción de tubos y unidades de albañilería de concreto.
EQUIPOS A SER EMPLEADOS Para este ensayo se emplea lo siguiente: Medidor de aire, tipo B, pressur meter. . .
Tazón de medición, de forma cilíndrica, hecho de acero, metal duro, u otro material duro no fácilmente atacado por la pasta de cemento, teniendo un diámetro mínimo igual a 0.75 a 1.25 veces su altura, y una capacidad de por lo menos 0.20pies 3 (0,006m3). Será maquinado o construido de manera de prever una presión de ajuste hermético entre el tazón y la cubierta de montaje. Las superficies interiores del tazón y las superficies de lados, bordes, y de otras piezas comprendidas serán lisas y pulidas a máquina. El tazón de medición y la cubierta de montaje serán suficientemente rígidos para limitar el factor de expansión, D, del ensamblaje del aparato, no más de 0.1% del contenido del aire en la escala del indicador de presión bajo funcionamiento normal.
.
Cubierta de montaje, hecha de acero, metal duro, u otro material duro no fácilmente atacado por la pasta de cemento. Será maquinada o construida de manera de prever una presión de ajuste hermético entre el tazón y la cubierta de montaje y tendrá rebajado a máquina el contorno de las superficies interiores para proporcionar un espacio de aire encima del nivel de la cresta del tazón de medición.
.
Varilla, de acero lizo de 5/8” de diámetro, punta semiesféric a y 40 cm de longitud.
.
Plancha, de albañil o plancha de pulir
.
Martillo de goma, que pese aproximadamente 1.25 +/- 0,50lb (0.57 +/- 0,23kg) para el
uso con medidas de 0,5ft3 (14dm3) o menores, y un mazo que pesa aproximadamente 2.25 +/0,50lb (1.02 +/- 0,23kg) para su uso con medidas mayores de 0,5 pie3.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 6
PROCEDIMIENTO: Humedezca el interior del tazón de medida y póngalo en una superficie plana, llana, firme. Coloque una muestra representativa del concreto, Coloque el concreto en el tazón en tres capas de volumen aproximadamente igual. Consolidar cada capa con 25 golpes de la barra de apisonamiento distribuidos uniformemente sobre la sección transversal. Después de consolidar cada capa, golpee ligeramente las caras de la medida 10 a 15 veces con el mazo de cerrar cualquier vacío dejado por la barra de apisonamiento y liberar cualquier burbuja de aire que pudiera haber sido atrapada. Chucee la capa inferior sin que la barra golpee fuertemente el fondo de la medida. En la segunda y capa final utilice solamente la fuerza necesaria para hacer que la barra penetre la superficie de la capa anterior 1 pulgada (25mm). Agregue a la capa final la menor cantidad de concreto que permita sobrepasar ligeramente el borde del recipiente. Enrazar y alisar la superficie del molde con ayuda de una plancha de pulir (albañil). Limpiar los bordes con un paño húmedo de modo que cuando la cubierta se afiance con abrazadera se obtenga sello hermético. Ensamble el aparato. Cierre la válvula de aire entre la cámara de aire y el tazón de medida y abra ambas llaves de purga en la cubierta. Con una jeringuilla de goma, inyecte el agua a través de una llave de purga hasta que el agua emerge de la llave de purga opuesta. Sacuda el medidor suavemente hasta que todo el aire se expele de esta misma llave de purga. Cierre la válvula de la cámara de aire y bombee aire hasta que la aguja del dial llegue a la línea de presión inicial. Permita algunos segundos para que el aire comprimido se enfríe a la temperatura normal. Estabilice la aguja del dial en la línea de presión inicial por bombeo o liberación del aire, como sea necesario, golpeando el dial ligeramente con la mano. Cierre ambas llaves de purga de la cubierta. Abra la válvula de la cámara de aire. Golpee ligeramente las caras del tazón con el mazo para liberar restricciones locales. Golpee ligeramente el dial a mano para estabilizar la aguja. Lea el porcentaje del aire en el dial. El defecto de cerrar la válvula principal de aire antes de liberar la presión del envase o de la cámara de aire dará lugar a la introducción de dentro de la cámara de aire, introduciendo error en medidas subsecuentes. En el caso que el agua ingrese a la cámara de aire, debe ser extraída de la cámara de aire a través de la válvula de purga por varios movimientos de la bomba para soplar hacia fuera de los rastros pasados del agua. Libere la presión abriendo ambas llaves de purga antes de quitar la cubierta.
EXPRESIÓN DE RESULTADOS: Los resultados del ensayo se deben reportar con aproximación al 0.1%.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 7
DETALLE DEL EQUIPO
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 8
ELABORACIÓN DE PROBETAS CILÍNDRICAS NORMALIZADAS NORMAS: ASTM C-31 / NTP. 339.033
OBJETIVO.- Esta norma tiene por objetivo dar a conocer la forma adecuada de la elaboración y curado de probetas cilíndricas de concreto para su posterior rotura.
EQUIPOS A SER EMPLEADOS Para este ensayo se emplea lo siguiente: .
Probetas cilíndricas, normalizadas de 6” x 12” de diámetros interiores y altura, fabricados con planchas de ¼” de espesor.
.
Varilla compactadora, de 60 cm. De longitud, acero liso, de 5/8” de diámetro y punta de bala.
.
Martillo de goma,
.
Herramientas varias
PROCEDIMIENTO: La muestra mínima que se debe obtener para la elaboración de probetas no debe ser menor a 30 litros o 1 pie3, la muestra debe ser moldeada sin exceder los 15 minutos desde la última obtención de la muestra hasta el inicio de la elaboración de la probeta. Colocar la probeta en un lugar libre de vibraciones, que no entorpezca el tránsito vehicular y peatonal, protegido de la lluvia y de la evaporación excesiva (protegerlo del sol). Llenar el molde en tres capas de igual volumen aproximadamente, compactando cada capa a razón de 25 chuseadas en forma de espiral de fuera hacia el centro del molde, luego dar de 10 a 15 golpes el exterior de la probeta en tres partes diferentes con ayuda del martillo de goma, esto nos ayudará a cerrar los vacíos dejados por el paso de la varilla al momento de compactar, la segunda y tercera capa se llenan de la misma forma, teniendo en cuenta que el chuseado de estas debe penetrar 1” aproximadamente con respecto a la capa inferior, luego enrazar, dar un buen acabado superior con una plancha de pulir.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 9
El curado inicial de la probeta es a una temperatura comprendida de 16° a 27°C por espacio de 16 a 32 horas, desmoldar la probeta dentro del lapso indicado, identificar con fecha de vaciado, resistencia, elemento al que pertenece o cualquier otro dato que se crea importante. Dentro de la media hora que ha sido desencofrado llevarlo a mano a la posa de curado (solución saturada a razón de 2 gr. De cal hidratada por 1 litro de agua, temperatura de curado 23 + 2°C) hasta el día de la rotura.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 10
ELABORACIÓN Y CURADO DE PRISMAS DE CONCRETO NORMAS: ASTM C-31 / NTP. 339.044
OBJETIVO.- Esta norma tiene por objetivo establecer el procedimiento para la elaboración y curado de prismas de concreto los cuales serán ensayados a flexión para determinar el Módulo de Rotura (MR), resultado utilizado para la medición de la resistencia de los pavimentos rígidos elaborados de concreto.
EQUIPOS A SER EMPLEADOS Para este ensayo se emplea lo siguiente: .
Moldes prismáticos,.
.
Varilla compactadora, de 60 cm. De longitud, acero liso, de 5/8” de diámetro (16 mm) y punta roma o de 10 mm de diámetro (3/8”), 60cm de longitud, punta roma. El tipo de varilla se elige en función al área del molde.
.
Martillo de goma, de 600g + 200g
.
Herramientas varias
PROCEDIMIENTO: Llenar el prisma de acuerdo a la siguiente tabla:
Área Superior cm2
Diámetro de la varilla (mm)
N° de capas
Golpes o chuseo x cada capa
< 160 160 – 320 > 320
10 10 16
3 3 3
25 veces 1 x cada 6.5 cm 1 x cada 13 cm
. Si el concreto tiene asentamiento menor a 1”. Se tendrá que confinar por vibración externa o interna. Si el Slump se encuentra entre 1” a 3” se podrá confinar por vibración o chuseo . Si el Slump es mayor a 3”, la muestra se confinará por chuseo.
TIPOS DE PRISMAS 10cm x 10cm x 40cm para agregados hasta Ø1” de TMN 15cm x 15cm x 65cm para agregados hasta Ø2” de TMN 20cm x 20cm x 75cm para agregados hasta Ø3” de TMN El curado debe realizarse bajo las mismas condiciones de humedad y temperatura que el curado de cilindros de concreto endurecido.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 11
LABORATORIO DE TECNOLOGÍA DEL CONCRETO CONTROL DE MEZCLAS DE CONCRETO FRESCO LABORAT. Nº
:
M uestra
:
Realizado por
:
Planta
:
Ciclo
:
Lugar
:
T éc. A cargo
:
F echa de ens ay o :
PESO UNITARIO DEL CONCRETO ASTM C-138 / NTP 339.049
(1) Peso del molde (2) Volumen del molde
: :
Kg. m3
(3) Peso del molde + concreto
:
Kg.
(4) Peso del concreto
:
Kg.
:
Kg./m3
(3) - (1)
(5) Peso Unitario del Concreto (4) / (2)
NORMAS DE ENSAYO TEMPERATURA DEL CONCRETO ASTM C-1064
ELABORACIÓN DE PROBETAS CILINDRICAS
ASENTAMIENTO DEL CONCRETO ASTM C-143
ASTM C-71 / NTP 339 .033
CONTENIDO DE AIRE ASTM C-231 / NTP 339.083
ENSAYO DE COMPRESIÓN ASTM C-39 / NTP 339.034
T° Ambiente
:
T° de la mezcla
:
Slump (")
:
% piedra utilizada
:
% de aire total
:
% arena utilizada
:
N° de probetas
:
Peso cemento x m3 :
R a/c
:
F'cr
:
APUNTES
Observaciones:
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
Revisado por :
[email protected]
Página | 12
PROBLEMAS PROPUESTOS DEL LABORATORIO N°1 1.
2.
¿Por qué es importante medir la temperatura en el concreto? (2)
a) el termómetro para medir la temperatura debe tener una aproximación de___ °C y quedar cubierto de concreto en toda dirección al menos _____plg b) el tiempo que debe permanecer el termómetro en el concreto será de al menos_______minutos c) el concreto debe compactarse antes de medir la temperatura V F d) el ensayo debe completarse en un tiempo máximo de____minutos después de obtenida la mezcla. (2)
3.
¿Cómo y de qué volumen mínimo debe ser la porción de mezcla para realizar los ensayos?, ¿Cuándo se utilizará una mezcla compuesta y cómo se hará? (2)
4.
¿Qué propiedad del concreto fresco mide básicamente el ensayo de asentamiento con el cono de Abrams y porqué es importante? (3)
5.
a) el ensayo de medida del asentamiento puede aplicarse a mezclas con agregado grueso de tamaño máximo hasta de _____pulg. b) las dimensiones del cono de Abrams son: h=___cm, d mayor=____cm y d menor=____cm c) la varilla compactadora debe ser_____ de ____pulg. de diámetro y -------c m de longitud. d) el cono debe llenarse en ____ capas de igual_____con ____golpes de la varilla en cada capa e) el asentamiento se mide y reporta con aproximación de ____pulg. (3)
6.
¿Cuál es la finalidad de medir el peso unitario del concreto? (2)
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 13
7.
a) para un recipiente de medida de menos de ½ pie3, se debe llenar éste en ____capas con ____ golpes por capa y con ayuda del __________ b) al realizar el ensayo de peso unitario en un molde de 0.007m3, el peso de concreto resulta ser 33.6kg, el peso unitario del concreto será__________kg/m3. c) el peso unitario en concretos de peso normal se encuentra alrededor de_____________________kg/m3 (2)
8.
¿Por qué se utiliza aire incorporado en el concreto? (2)
9.
a) El ensayo de determinación del contenido de aire mide el aire total en el concreto V b) el aire atrapado en el concreto se produce debido al______________ c) el aire incorporado de debe a la acción de ________________________ d) el aire total está entre está entre _____% y _____% (2)
F
10. a) El moldeo de probetas de concreto debe realizarse con un tiempo máximo de ______ minutos. b) Las dimensiones de la varilla para compactar testigos de 6” x 12” deben ser de ___ cm de longitud, diámetro de ___ pulg y punta ______________. c) El tiempo máximo requerido para ejecutar todos los ensayos en concreto fresco debe ser de ___ minutos. d) Después de compactar el concreto con una varilla en el ensayo de asentamiento, se procede a golpear de 10 a 15 veces el exterior del cono V F (2)
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 14
LABORATORIO N° 2
MÉTODOS DE DOSIFICACIÓN DE MEZCLAS DE CONCRETO (DISEÑOS DE MEZCLA)
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 15
DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO Para poder realizar adecuadamente un diseño de mezcla de concreto debemos conocer las propiedades que se esperan en el concreto tanto en estado fresco como en estado endurecido las que se definen a continuación:
A) Trabajabilidad: Claramente un concreto apropiadamente diseñado debe permitir ser colocado y compactado apropiadamente con el equipamiento disponible. El acabado que permite el concreto debe ser el requerido y la segregación y sangrado deben ser minimizados. Como regla general el concreto debe ser suministrado con la trabajabilidad mínima que permita una adecuada colocación. La cantidad de agua requerida por trabajabilidad dependerá principalmente de las características de los agregados en lugar de las características del cemento. Cuando la trabajabilidad debe ser mejorada, el rediseño de la mezcla debe consistir en incrementar la cantidad de mortero en lugar de incrementar simplemente el agua y los finos (cemento). Debido a esto es esencial una cooperación entre el diseñador y el constructor para asegurar una buena mezcla de concreto. En algunos casos una menos mezcla económica podría ser la mejor solución. Y se deben prestar oídos sordos al frecuente pedido, en obra, de “más agua”.
B) Resistencia y durabilidad: En general las especificaciones del concreto requerirán una resistencia mínima a compresión. Estas especificaciones también podrían imponer limitaciones en la máxima relación agua cemento (w/c) y el contenido mínimo de cemento. Es importante asegurar que estos requisitos no sean mutuamente incompatibles. Como veremos en otros capítulos, no necesariamente la resistencia a compresión a 28 días será la más importante, debido a esto la resistencia a otras edades podría controlar el diseño. Las especificaciones también podrían requerir que el concreto cumpla ciertos requisitos de durabilidad, tales como resistencia al congelamiento y descongelamiento ó ataque químico. Estas consideraciones podrían establecer limitaciones adicionales en la relación agua cemento (w/c), el contenido de cemento y en adición podría requerir el uso de aditivos. Entonces, el proceso de diseño de mezcla, envuelve cumplir con todos los requisitos antes vistos. Asimismo debido a que no todos los requerimientos pueden ser optimizados simultáneamente, es necesario compensar unos con otros; (por ejemplo puede ser mejor emplear una dosificación que para determinada cantidad de cemento no tiene la mayor resistencia a compresión pero que tiene una mayor trabajabilidad). Finalmente debe ser recordado que incluso la mezcla perfecta no producirá un concreto apropiado si no se lleva a cabo procedimientos apropiados de colocación, acabado y curado.
1.
DATOS PREVIOS
Antes de dosificar una mezcla de concreto además de conocer los datos de la obra o estructura que se va a construir y de las condiciones de transporte y colocación, también se deben conocer las propiedades de los materiales con los que se va a preparar la mezcla.
1.1. Datos de la obra Los datos que se deben conocer de la obra son:
Máxima relación agua/cemento Tamaño máximo nominal del agregado Asentamiento (consistencia) recomendado
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 15
Mínimo contenido de cemento Dimensión mínima del elemento a construir Espaciamiento del acero de refuerzo Condiciones a que estará expuesta la estructura Resistencia a la compresión mínima necesaria por consideraciones estructurales. Densidad mínima para pesas de gravedad y estructuras similares.
Generalmente la totalidad de estos datos se obtiene de planos y especificaciones de la obra y la norma sismo resistente.
1.2 Datos de los materiales De las propiedades de los materiales que se van a utilizar se debe conocer:
Granulometría Módulo de fineza de la arena Tamaño máximo de la piedra Peso específico de la piedra y de la arena Absorción de la piedra y de la arena Peso unitario compactado de la piedra Humedad de los agregados inmediatamente antes de hacer las mezclas. Peso específico del cemento.
1.3 MÉTODOS DE DOSIFICACIÓN Se puede apreciar que para el diseño de mezclas se recurre tanto a datos reales como a datos empíricos o de experiencia que con la ayuda de tablas, gráficas y ábacos, se obtiene una guía para alcanzar combinaciones óptimas de los materiales. La optimización de las proporciones de la mezcla de concreto que cumpla con las características deseadas con los materiales disponibles, se logra mediante el sistema de ajuste y reajuste. Existen varios métodos de diseño de mezcla los cuales no están exigidos en su uso ya que pueden variar según las condiciones de la obra, tipo de materiales, posición geográfica, clima y otros factores.
1.3.1. Elección del asentamiento Los valores de asentamiento se eligen de acuerdo al elemento que se desea llenar. Hay que tener en cuenta que los valores de asentamiento indicados se usan cuando el método de compactación utilizado es la vibración. Cuando se empleen otros métodos diferentes se deben aumentar en 2.5 cm.
1.3.2. Elección del tamaño máximo nominal (TMN) El TMN está limitado por las dimensiones de la estructura teniéndose presente que en ningún caso debe exceder de un quinto la menor dimensión entre los lados de la formaleta, de un tercio el espesor de las losas, ni de las tres cuartas partes del espaciamiento libre entre varillas individuales de Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 16
refuerzo, haces de varillas o cables pretensados. Estas restricciones se pueden evitar, si a juicio del ingeniero, la trabajabilidad y los métodos de compactación son tales que el concreto se puede colocar sin que se produzcan cangrejeras o vacíos. De otra parte, los agregados con una buena granulometría y con mayor TMN tienden a formar masas más compactas y con menos vacíos que los de menor TMN; en consecuencia, si se aumenta el TMN de los agregados en una mezcla de concreto para un asentamiento dado, tanto el contenido de agua como de cemento se disminuyen, con lo que se consiguen concretos más económicos y con menor retracción por fraguado. Sin embargo cuando se desea obtener concreto de alta resistencia, se debe reducir el TMN de los agregados, debido a que estos producen mayores resistencias con una determinada relación agua cemento. En algunas ocasiones la elección del TMN puede no estar limitada por la dimensión mínima del elemento a construir sino de otros factores como el equipo disponible para mezclar o el método de colocación del concreto que se requiera.
1.2.3. Estimación del contenido de aire Con el objeto de tener un mejor criterio acerca de la cantidad de aire en el concreto, en una tabla se enseñan los valores que recomienda la norma técnica para varios grados de exposición. Es importante anotar que cuando se prevea que la estructura no estará expuesta a ambientes severos, la incorporación de aire incluido es notoriamente menor. El aire incluido beneficia la manejabilidad y la cohesión de la mezcla con la mitad de los valores de contenido de aire que se recomienda para concretos con aire incorporado.
1.2.4. Estimación de la cantidad de agua de mezclado (a) Se puede anotar que la cantidad de agua por volumen unitario de concreto que se requiere para producir un asentamiento dado depende del tamaño máximo del agregado, la forma y textura de las partículas así como de la gradación de los agregados, de la cantidad de aire incluido y de los aditivos reductores de agua (cuando son utilizados). De tabla se pueden obtener estimativos aproximados de la cantidad de agua de mezclado. Las curvas que aparecen están en función del TMN del agregado, del asentamiento deseado y de la forma y textura de las partículas de agregado. Es necesario hacer hincapié en que al valor encontrado en la tabla hay que sumarle el agua de absorción de los agregados o restarle el agua libre de los mismos. Esto se debe a que la cantidad de agua calculada asume que los agregados son lisos y no absorbentes, o sea que están en la condición saturada y superficialmente seca (sss). De allí la importancia de medir el contenido de humedad de los agregados con la mayor exactitud posible inmediatamente antes de colocarlos en la mezcladora.
De otra parte, cuando se hacen mezclas de prueba para establecer relaciones de resistencia o para verificar la capacidad de producción de resistencia de una mezcla, se debe usar la combinación menos favorable de agua de mezclado y contenido de aire. Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 17
En otras palabras, se debe utilizar el máximo contenido de aire permitido o el que probablemente ocurra, y el concreto se debe calcular con el asentamiento más alto permisible. Con estas precauciones se evita que se haga una estimación demasiado optimista de la resistencia, bajo la suposición de que las condiciones promedio más que las extremas son las que predominan en el campo.
1.2.5. Elección de la relación agua/cemento (a/c) La relación agua/cemento, medida en peso, es uno de los factores más importantes en el diseño de mezclas de concreto y por lo tanto se le debe prestar mucha atención a su selección, la relación agua/cemento requerida se determina básicamente por requisitos de resistencia, durabilidad, impermeabilidad y acabado. Puesto que los diferentes agregados y cementos producen generalmente resistencias distintas con la misma relación agua/cemento y además cuando no se le ejerce un control a la durabilidad, la selección de la relación agua/cemento se debe hacer con base en el desarrollo de gráficas en donde se relacione la resistencia a la compresión y la relación agua/cemento. De otro lado, cuando se prevean condiciones severas de exposición, la elección de la relación agua/cemento debe ser lo más baja posible, aun cuando los requisitos de resistencia puedan cumplirse con un valor más alto.
1.2.6. Cálculo del contenido de cemento El cálculo de la cantidad de cemento por metro cúbico de concreto es muy sencillo. Simplemente, como ya se tienen la relación agua/cemento y el contenido de agua, calculados en los dos pasos inmediatamente anteriores se despeja el contenido de cemento (c)
1.2.7. Verificación de las especificaciones granulométricas Un buen concreto fresco y endurecido depende en gran medida de la granulometría de los agregados. Por este motivo, antes de dosificar las cantidades de arena y grava es necesario verificar que su distribución de tamaños esté comprendida dentro de un rango prestablecido y no obtener proporciones de agregado grueso y fino, no conveniente. La verificación se lleva a cabo bien sea elaborando una curva granulométrica de los agregados de que se dispone y compararla con la recomendada en la norma (ASTM C 33), o bien tabulando. Dependiendo de sí están o no dentro del rango granulométrico recomendando, la dosificación de grava y arena se puede lograr por uno de los métodos siguientes:
1.2.8.2. Ajuste de la cantidad de agua de mezclado debido a la humedad de los agregados Las partículas de agregado, debido a la porosidad de los granos, siempre tendrán algún grado de humedad, recordándose que el secado total se logra únicamente mediante un horno a 110°C las 24 horas. De otra parte la estimación de la cantidad de agua de mezclado, se hizo tomando como base que los agregados están en condición sss, lo cual no Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 18
se logra sino en el laboratorio. En consecuencia, con respecto a la condición sss, siempre tendrá un exceso de agua (agua libre) o un defecto, cantidad que no es independiente del agua de mezclado y por lo tanto se debe o restarle la cantidad de exceso o sumarle la cantidad en defecto. Para determinar el sobrante o faltante de agua se puede utilizar la siguiente expresión.
A M (H ± Abs) =
De donde A M H Abs
= = = =
Agua en exceso o defecto respecto a la condición sss. Peso de la muestra seca, en kg Humedad del agregado en tanto por uno Absorción del agregado en tanto por uno
Cuando la humedad es mayor que la absorción, indica que el agregado tiene agua en exceso y está aportando agua a la mezcla, de tal forma que hay que restarle agua a la mezcla y por lo tanto se debe usar el signo menos (-). Por el contrario, cuando la absorción es mayor que la humedad indica que el agregado necesita más agua para llegar a la condición sss, entonces hay que agregarle agua a la mezcla puesto que hay defecto de ésta, por lo tanto hay que usar el signo positivo (+).
1.2.8.3. Ajustes a las mezclas de prueba El diseño explicado anteriormente para calcular las proporciones de los diferentes materiales que componen el concreto, permite conocer unas cantidades que teóricamente producen un concreto con las propiedades deseadas. Sin embargo, existen algunos factores de los materiales que no se detectan en los ensayos y que traen como consecuencia un concreto con propiedades algo diferentes a las esperadas. Por esto es necesario comprobar las cantidades teóricas por medio de mezclas de prueba La mezcla de prueba se debe efectuar de acuerdo con la norma. A dicha mezcla se le verifica el peso unitario y el rendimiento volumétrico del concreto (Norma ASTM C 138) así como el contenido de aire. También se debe observar que el concreto tenga la trabajabilidad y el acabado adecuado y que no se presente exudación ni segregación. De acuerdo a ello, se puede llevar a cabo los ajustes pertinentes con las proporciones de las mezclas subsecuentes siguiendo el procedimiento sugerido por el ACI y que se indica a continuación: • Se estima de nuevo la cantidad de agua de mezclado necesaria por metro cúbico de concreto, dividiendo el contenido neto de agua de mezclado de la mezcla de prueba entre el rendimiento de la mezcla de prueba en metros cúbicos. Si el asentamiento de la mezcla de prueba no fue el correcto, se aumenta o se disminuye la cantidad estimada de agua en 2 kg por cada centímetro de aumento o disminución del asentamiento requerido. • Si el contenido de aire que se obtuvo no es el deseado (para concreto con aire incluido), se estima nuevamente el contenido de aditivo requerido para el contenido adecuado de aire, y se aumenta o se reduce el contenido de agua de mezclado indicando en el párrafo (a) en 3 kg / m 3 por cada 1 % de contenido de aire que deba disminuirse o aumentarse en la mezcla de prueba previa.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 19
• Se calculan los nuevos pesos de la mezcla partiendo de la elección de la relación agua/ cemento. Si es necesario, se modifica el volumen de agregado grueso mostrado en la tabla 1 1.9. (ver anexos) con el objeto de lograr una trabajabilidad adecuada.
1.2.8.4. Cálculo del peso unitario y rendimiento volumétrico El peso unitario del concreto consiste en determinar el volumen del concreto producido a partir de una mezcla de cantidades conocidas de los materiales componentes con el fin de verificar la correcta dosificación y rendimiento de los materiales.
Donde: PUC: Peso unitario del concreto PMC: Peso del molde más concreto compactado PM: Peso del molde VM: Volumen del molde
Donde: R: Rendimiento del concreto PUT: Peso unitario teórico (suma de pesos húmedos de los materiales) PUC: Peso unitario compactado
PROCEDIMIENTO DE LOS PRINCIPALES MÉTODOS DE DISEÑO DE MEZCLA DE CONCRETO METODO ACI 211 Este procedimiento propuesto por el comité ACI 211, se basa en el empleo de tablas las cuales han sido elaboradas en base a experimentos en laboratorio. Secuencia: 1. Selección de la resistencia requerida (f’cr) f’cr = f’cr + 1.33σ f’cr = f’cr + 2.32 σ - 35 2. Selección del TMN del agregado grueso 3. Selección del asentamiento 4. Seleccionar el contenido de agua TABLA 01 5. Seleccionar en contenido de aire atrapado TABLA 02 6. Selección de la relación agua/cemento sea por resistencia a compresión o por durabilidad. TABLAS 05 y 07 7. Cálculo del contenido de cemento Agua/Relación ac 8. Seleccionar el peso del agregado grueso TABLA 04 proporciona el valor de b/bo, donde bo y b: son los pesos unitarios secos con o sin compactar respectivamente del agregado grueso. 9. Calcular la suma de los volúmenes absolutos de todos los materiales sin considerar el agregado fino. 10. Cálculo del volumen del agregado fino. Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 20
11. Presentación del diseño en estado seco. 12. Corrección del diseño por el aporte de humedad de los agregados. 13. Presentación del diseño en estado húmedo.
MÉTODO WALKER Secuencia: 1. Selección de la resistencia requerida (f’cr) f’cr = f’c + 1.33σ f’cr = f’c + 2.32 σ - 35 2. Selección del TMN del agregado grueso 3. Selección del asentamiento 4. Seleccionar el contenido de agua TABLA 09 5. Seleccionar en contenido de aire atrapado TABLA 02 6. Selección de la relación agua/cemento sea por resistencia a compresión o por durabilidad. TABLAS 05 y 07 7. Cálculo del contenido de cemento Agua/Relación ac 8. Calcular la suma de los volúmenes absolutos de todos los componentes sin incluir los agregados. 9. Determinar el volumen del agregado total. 10. Calcular el porcentaje del agregado fino TABLA 08 11. Calcular el volumen del agregado grueso. 12. Cálculo de los pesos de los agregados gruesos y finos. 13. Presentación del diseño en estado seco. 14. Corrección del diseño por el aporte de humedad de los agregados. 15. Presentación del diseño en estado húmedo.
MÉTODO DEL MODULO DE FINEZA DE LA COMBINACIÓN DE LOS AGREGADOS Secuencia: 1. Selección de la resistencia requerida (f’cr) f’cr = f’c + 1.33σ f’cr = f’c + 2.32 σ – 35 2. Selección del TMN del agregado grueso 3. Selección del asentamiento 4. Seleccionar el contenido de agua TABLA 01 5. Seleccionar en contenido de aire atrapado TABLA 02 6. Selección de la relación agua/cemento sea por resistencia a compresión o por durabilidad. TABLAS 05 y 07 7. Cálculo del contenido de cemento Agua/Relación ac 8. Calcular la suma de los volúmenes absolutos de todos los componentes sin incluir los agregados. 9. Cálculo del módulo de fineza de la combinación de agregados. TABLA 03 10. Cálculo del porcentaje de agregado fino (rf)
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 21
11. 12. 13. 14.
Cálculo de los volúmenes absolutos de los agregados. Cálculo de los pesos secos de los agregados. Presentación del diseño en estado seco. Corrección del diseño en estado húmedo.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 22
Factor de incremento cuando no se conoce Ds F.c F´cr < 210 kg/cm2 210 – 350 kg/cm2 2 > 350 kg/cm
+ 70 kg/cm2 + 84 kg/cm2 2 + 96 kg/cm
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 23
PROBLEMAS PROPUESTOS DEL LABORATORIO N°2 1.
Contamos con los siguientes datos de materiales usados en una dosificación A: Piedra TMN: 3/4": PE: 2710 kg/m3, ABS: 1%, CH: 0.5%, MF: 6.7 Arena PE: 2690 kg/m3, ABS: 1.5%, CH: 8%, MF: 2.8 a) Indique los pesos Húmedos corregidos del diseño seco A: (5) MATERIAL DISEÑO DISEÑO SECO HÚMEDO Cemento 420 kg Agua 230 L Piedra 960 kg Arena 780 kg
E spacio para solución:
b) Al realizar la prueba de asentamiento del diseño anterior, se obtuvo como res ultado 4” de asentamiento. Inicialmente se había previsto diseñar para un asentamiento de 6”. Halle la nueva cantidad de agua y de cemento para corregir el diseño. (2)
c) Si la proporción de agregados para esta dosificación (relación Arena/Piedra) fue de 54% / 46%, calcule el módulo de fineza de la combinación de los agregados y el Peso específico total. (3)
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 24
2.
Sabiendo que los incrementos aproximados de la resistencia a la compresión son los siguientes: Edad % F´c 3 días 50 7 días 70 14 días 80 21 días 90 28 días 100 a) Calcule la resistencia a la compresión y el f’cr a 7 días de un concreto cuyo f´c= 210 kg/cm2 a 28 días. (3)
b) Si en una obra se pidió inicialmente diseñar concreto de f´c= 175 kg/cm 2 a 14 días, pero por factores de tiempo, se desea entregar la obra a 7 días. Calcule usted la resistencia a la compresión requerida para la cual diseñaría este concreto. Justifique (4)
c) En diseño de mezcla dado se decide ensayar a compresión 2 probetas al 7mo día de edad cuyo resultado promedio fue de 170 kg/cm2. Calcule cuánto será la resistencia al día 28. (3)
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 25
LABORATORIO N° 3
ENSAYOS EN CONCRETO ENDURECIDO
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 26
ENSAYO DE COMPRESIÓN EN PROBETAS CILÍNDRICAS DE CONCRETO ASTM C39 / NTP 339.034 1.- RECOMENDACIONES:
Las probetas cilíndricas para la aceptación deben tener un tamaño de 6 x 12 pulgadas (15 x 30 cm) ó 4 x 8 pulgadas (10 x 20 cm), cuando así se especifique. Las probetas más pequeñas tienden a ser más fáciles de elaborar y manipular en campo y en laboratorio. El diámetro del cilindro debe ser como mínimo 3 veces el tamaño máximo nominal del agregado grueso que se emplee en el concreto. El registro de la masa de la probeta antes de de colocarles tapa, constituye una valiosa información en caso de desacuerdos. Con el fin de conseguir una distribución uniforme de la carga, generalmente los cilindros se tapan (afrentan) con mortero de azufre (ASTM C 617) o con tapas de almohadillas de neopreno (ASTM C 1231). Las cubiertas de azufre se deben aplicar como mínimo 2 horas antes y preferiblemente 1 día antes de la prueba. Las cubiertas de almohadilla de neopreno se pueden utilizar para medir las resistencias del concreto entre 1500 y 7000 PSI. (105 – 492 Kg./cm2). Para resistencias mayores de hasta 12000 (844 Kg./cm2), se permite el uso de tapas de almohadillas de neopreno siempre y cuando hayan sido calificadas por pruebas con cilindros compañeros con tapas de azufre. Los requerimientos de dureza en durómetro varían desde 50 a 70 dependiendo del nivel de resistencia sometido a ensayo. Las almohadillas se deben sustituir si presentan desgate excesivo. No se debe permitir que los cilindros se sequen antes de la prueba. Es importante antes de la prueba verificar el diámetro con aproximación a 0.01” (0.25mm), la perpendicularidad con respecto al eje axial no debe ser mayor a 5° los especímenes que no tengan los extremos planos, se pulirán o cortarán antes de ser capeados, la longitud debe ser medida con precisión de 1mm en tres lugares espaciados alrededor de la circunferencia.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 26
2.- PROCEDIMIENTO:
El diámetro del cilindro se debe medir con un micrómetro en dos sitios en ángulos rectos entre sí a media altura de la probeta y deben promediarse para calcular el área de la sección. Si los dos diámetros medidos difieren en más del 2%, no se debe someter a prueba el cilindro. Los extremos de las probetas no deben presentar desviación con respecto a la perpendicular del eje del cilindro en más 0.5% y los extremos deben hallarse planos dentro de un margen de 0.002 pulgadas (0.05mm). Los cilindros se deben centrar en la máquina de ensayo de compresión y cargados hasta completar la ruptura. El régimen de carga con máquina hidráulica se debe mantener en un rango de 20 a 50 PSI/s. (1.5 a 3.5 Kg./cm2/s) durante la última mitad de la fase de carga. Se debe anotar el tipo de ruptura. La fractura cónica es un patrón común de ruptura. La resistencia del concreto se calcula dividiendo la máxima carga soportada por la probeta para producir la fractura, entre el área promedio de la sección. La norma ASTM C 39 presenta los factores de corrección en caso de que la relación altura-diámetro del cilindro se halle entre 1.75 y 1.00, lo cual es poco común. Se someten a prueba por lo menos dos cilindros de la misma edad y se reporta la resistencia promedio como el resultado de la prueba, al intervalo más próximo de 10 PSI. (1 Kg./cm2). Los resultados de las pruebas realizadas en diferentes laboratorios para la misma muestra de concreto no deberán diferir en más de 13% aproximadamente del promedio de los dos resultados de las pruebas. Si 1 ó 2 de los conjuntos de cilindros se fracturan a una resistencia menor a f’c, evalúe si los cilindros presentan problemas obvios y retenga los cilindros sometidos a ensayo para examinarlos posteriormente. A menudo, la causa de una prueba malograda puede verse fácilmente en el cilindro, bien inmediatamente o mediante examen petrográfico. Si se desechan o botan estos cilindros se puede perder una oportunidad fácil de corregir el problema. En algunos casos, se elaboran cilindros adicionales de reserva y se pueden probar si un cilindro de un conjunto de fractura a una resistencia menor.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 27
Una prueba a los 3 ó 7 días puede ayudar a detectar problemas potenciales relacionados con la calidad del concreto o con los procedimientos de las pruebas de laboratorio pero no constituye el criterio para rechazar el concreto. La norma ASTM C 1077 exige que los técnicos del laboratorio que participan en el ensayo del concreto deban ser certificados. Los informes o reportes sobre las pruebas de resistencia a la compresión son una fuente valiosa de información para el equipo del proyecto actual o para proyectos futuros. Los reportes se deben remitir lo más prontamente posible al productor del concreto, al contratista y al representante del propietario.
FACTORES DE CORRECCIÓN POR RELACIÓN ALTURA-DIAMEDRO
Altura/diámetro 2.00 1.75 1.50 1.25 1.00
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
ASTM 1.00 0.98 0.96 0.93 0.87
[email protected]
Página | 28
TIPOS DE FALLAS EN CILINDROS DE CONCRETO
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 29
ENSAYO DE TRACCIÓN POR COMPRESIÓN DIAMETRAL TRACCIÓN INDIRECTA (MÉTODO POR BRASILERO) NTP 339.084 / ASTM C496 La resistencia a la tracción del concreto es una forma de comportamiento de gran interés para el diseño y control de calidad en todo tipo de obras y en especial las estructuras hidráulicas y de pavimentación. Sin embargo en razón de que los métodos de ensayo a la tracción aparecen tardíamente, en la década de los cincuenta, la resistencia a la comprensión mantiene su hegemonía como indicador de la calidad, principalmente por el largo tiempo de aplicación que ha permitido acumular valiosa experiencia. Inicialmente la determinación de la resistencia a la tracción del concreto se efectúo por ensayos de flexo tracción. Posteriormente, se han desarrollado dos métodos de prueba conocidos como ensayos de tracción directa por hendimiento, también denominado de comprensión diametral. El método de ensayo de tracción directa consiste en someter a una solicitación de tracción axial un espécimen, cilíndrico o prismático, de relación de h/d, entre 1.6 a 1.8 resultante del aserrado de las extremidades de una probeta moldeada, para eliminar las zonas de mayor heterogeneidad. Los especímenes se pagan por sus extremos, mediante resinas epóxicas, a dos placas de acero que contienen varillas de tracción, centradas y articuladas mediante rótula, las mismas que se sujetan a los cabezales de una máquina de ensayos de tracción convencional (fig. 1a). El método de tracción directa si bien es representativo del comportamiento del concreto, requiere una operación compleja, por lo que se ha firmado únicamente en el ámbito de los laboratorios. El ensayo de tracción por hendimiento consiste en romper un cilindro de concreto, del tipo normalizado para el ensayo de comprensión, entre los cabezales de una prensa, según generatrices opuestas. Este método fue desarrollado con Lobo Carneiro y Barceles en Brasil en 1943, cuando verificaban el comportamiento del concreto, destinado a rellenar cilindros de acero a utilizarse en el desplazamiento de una antigua iglesia. En el mismo año en Japón T. Azakawa, realizó una tesis de doctorado desarrollando el método.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 30
Ensayo de tracción por hendimiento En el estudio de la distribución de tensiones principales de tracción y composición en una pala circular bajo la acción de fuerza diametralmente opuestas, distribuidas a lo largo de dos generatrices situadas en el mismo plano diametral (estado plano de deformaciones). Ha sido efectuado originalmente por Timoshenko. Asimismo, han sido objeto de análisis por método fotoeslástico.(Fig. 2).
Al solicitar diametralmente por compresión un cilindro a l o largo de la generatriz, un elemento, ubicado a una distancia “I” a una de las caras, queda sometido a un esfuerzo de compresión, que tiene como valor:
Siendo P la fuerza total de compresión: D el diámetro y L la longitud del cilindro. Esta tensión se incrementa a partir del centro y tiende al infinito en la aproximación de las generatrices de contacto. Sin embargo, en la práctica, esto produce en una banda de contacto con la platina de los cabezales de la maquina de ensayo, en un ancho “a”, de donde resulta, una perturbación local y el valor máximo de la tensión principal de compresión es de:
Además a todo lo del plano diametral donde están situadas las generatrices sobre las cuales actúa la compresión, las tensiones normales de tracción se distribuyen uniformemente y son iguales a:
Sin embargo, la tensión principal de tracción decrece en la vecindad de la banda de contacto, resulta nula y cambia de signo transformándose en una tensión de compresión (Fig. 3).
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 31
Estos valores son validos hasta el momento de la rotura, que no se encuentra en el dominio de la teoría de la elasticidad pase a la existencia de una tensión principal de compresión la rotura se produce por separación, según un plano normal a la tensión principal de tracción, en el momento que éste alcanza el valor del concreto es generalmente cinco veces menor que la de compresión.
Ventajas del método Las ventajas del método, normalizado en numerosos países, se encuentran en los siguientes factores: a)
Se utilizan los mismos moldes, sistemas de curado, y prensa que en el ensayo de compresión.
b)
Constituye un ensayo simple, económico y de fácil ejecución.
c)
Los ensayos pueden realizarse sobre corazones extraídos del concreto endurecido cuando tiene regular.
Como limitación, podemos señalar que sus resultados son superiores a los que se obtiene por el ensayo de tracción directa, en razón que en el ensayo de compresión diametral, existe una zona de fractura predeterminada, que no revela las fallas que pueden presentarse en otro lugar del espécimen.
Condiciones de ensayo La norma establece las condiciones que rigen el procedimiento de ensayo, debemos incidir en algunas disposiciones significativas: a.
Luego del curado de los especímenes de ensayo y antes de la prueba, debe procederse a determinar su longitud, por el promedio de tres medidas y el diámetro por el promedio de dos medidas. Asimismo, deberá marcarse las caras del espécieme, determinando las generatrices de carga.
b.
Si las dimensiones de las placas de apoyo de la maquina de compresión, son menores que la longitud del cilindro, debe interponerse una platina suplementaria de acero maquinado, de por lo menos 50 mm de ancho y espesor no menos que la distancia entre el borde de las placas.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 32
PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN EN VIGAS DE CONCRETO ENDURECIDO ASTM C-78 1.- OBJETIVO.Determinar la resistencia a la flexión del concreto que se utilizará en pavimentos u ot ros donde esté sometido a flexión.
2.- EQUIPOS: Máquina de flexión. Huincha o vernier Herramientas varias.
3.- PROCEDIMIENTO.- Extraer la viga de la cámara de curado y con ayuda de una espátula quitarle las rebabas que pudiera tener, medir la viga y marcar el centro y los tercios de luz. Colocar la viga sobre los rodillos y hacer contacto entre la viga y los rodillos de aplicación de carga. Si no se logra contacto completo, será necesario lijar o suplementar con tiras de cuero. Se podrá utilizar tiras de cuero solamente en la superficie de la viga en contacto con las placas o rodillos que difieran en no más de 0.5 mm. Las tiras de cuero serán de un espesor uniforme (6mm), de 25 a 50 mm de ancho y se extenderá a todo el ancho de la probeta. Antes de dar inicio al ensayo se determinará las dimensiones de la probeta prismática con aproximación a 1 mm (luz, ancho, altura). Se ensayará la probeta con una carga constante suave hasta la rotura.
4.- CÁLCULOS MR = PL / bh2 Donde: MR = Módulo de rotura. P = Carga Kg. L = Luz cm. b = Ancho promedio cm. h = Altura promedio cm.
Esta fórmula se aplica cuando la falla ocurre en el tercio central. Si la falla ocurre fuera del tercio, pero no mayor del 5% de la luz libre, se aplica la siguiente fórmula.
MR = 3Pa / bh2 Donde: a = Distancia entre la línea de falla y el apoyo más cercano medido sobre el largo de la línea central de la superficie inferior de la viga (cm) Si la falla ocurre fuera del tercio central y a una distancia mayor del 5% de la luz libre se descarta el ensayo.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 33
Detalle del equipo de ensayo
FORMATO DE COMPRESIÓN IDENTIFICACIÓN DIAMETRO PROM. (cm)
AREA (cm2)
FUERZA FUERZA ESFUERZO ESFUERZO MÁXIMA MAXIMA MAXIMO PROMEDIO (Lbf) (Kgf) (Kgf/cm2)
FORMATO DE TRACCIÓN INDIRECTA IDENTIFICACIÓN DIAMETRO PROM. (cm)
LONGITUD FUERZA FUERZA ESFUERZO ESFUERZO PROMEDIO MÁXIMA MAXIMA MAXIMO PROMEDIO (cm) (Lbf) (Kgf) (Kgf/cm2)
FORMATO DE FLEXIÓN IDENTIFICACIÓN
ALTURA PROM. (cm)
ANCHO PROM. (cm)
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
LUZ LIBRE (cm)
FUERZA FUERZA MÁXIMA MAXIMA (Lbf) (Kgf)
[email protected]
MODULO DE ROTURA (Kgf/cm2)
MODULO DE ROTURA PROM.
Página | 34
ENSAYO DE COMPRESIÓN EN PROBETAS CILINDRICAS DE CONCRETO ENDURECIDO A
A`
B
C
D
AREA (cm2)
Se calcula de la siguiente forma:
MUESTRA
EDAD (días)
DIAMETRO (cm)
ALTURA (cm)
Número de muestra o tipo de diseño
Desde la fecha de vaciado
Promedio de dos lecturas
Promedio de tres lecturas
π*(B/2)
E
2
F
G
H
CARGA (Lb)
CARGA (Kg)
ESFUERZO A LA COMPRESIÓN (Kg/cm2)
OBSERVACIONES
Dato obtenido de la máxima carga en el equipo
Se obtiene de la siguiente forma: E*0.4536
Se obtiene de la siguiente forma: F/D
Tipo de falla, causas de error, etc.
ENSAYO DE TRACCIÓN POR COMPRESIÓN DIAMETRAL EN PROBETAS CILINDRICAS DE CONCRETO ENDURECIDO (MÉTODO BRASILERO) A
A`
B
C
D
E
F
G
OBSERVACIONES
Tipo de falla, causas de error, etc.
MUESTRA
EDAD (días)
DIAMETRO (cm)
LONGITUD (cm)
CARGA (Lb)
CARGA (Kg)
ESFUERZO A LA TRACCIÓN (Kg/cm2)
Número de muestra o tipo de diseño
Desde la fecha de vaciado
Promedio de dos lecturas
Promedio de tres lecturas
Dato obtenido de la máxima carga en el equipo
Se obtiene de la siguiente forma: E*0.4536
Se obtiene de la siguiente forma: (2*E)/(Π*C*B)
ENSAYO DE RESISTENCIA A LA FLEXIÓN EN VIGUETAS NORMALIZADAS DE CONCRETO ENDURECIDO A
A`
B
C
D
E
F
G
H
MUESTRA
EDAD (días)
ANCHO (cm)
ALTURA (cm)
LUZ LIBRE (cm)
CARGA (Lb)
CARGA (Kg)
MÓDULO DE ROTURA (Kg/cm2)
OBSERVACIONES
Número de muestra o tipo de diseño
Desde la fecha de vaciado
Promedio de dos lecturas
Promedio de tres lecturas
Distancia entre puntos de apoyo
Dato obtenido de la máxima carga en el equipo
Se obtiene de la siguiente forma: E*0.4536
Se obtiene de la siguiente forma: (F*D)/(B*C2)
Tipo de falla, causas de error, etc.
[email protected]
ENSAYO DE ESCLEROMETRÍA ASTM C805 1.- DEFINICIÓN.Este ensayo se realiza generalmente para determinar la uniformidad del concreto, puntos críticos o de baja calidad en una estructura y conjuntamente con otros ensayos no destructivos contribuyen a la evaluación de la estructura. Este ensayo no debe ser usado para determinar la resistencia del concreto por muchos factores que inciden en la prueba (carbonatación del concreto, temperatura del cemento, humedad del concreto, temperatura del equipo, tipo de encofrado, tipo de agregado, etc.) ya que posee una dispersión muy grande.
2.- TIPOS DE ESCLERÓMETROS: Existen 3 tipos: TIPO N: Se utiliza para obras civiles normales (columnas, pisos, etc.) TIPO L: Se utiliza para concretos de dimensiones reducidas y sensibles a los golpes. TIPO M: Se utiliza para estructuras masivas o de gran volumen.
3.- PROCEDIMIENTO.- Preparar un área de 6” de diámetro en el elemento que se desea ensayar. Desgastar con la piedra abrasiva (carburo de silicio) por lo menos 5mm de concreto. Realizar 10 disparos con una separación de por lo menos 1” de disparo a disparo. Obtener el promedio de las 10 lecturas y si una o dos lecturas individuales difieren en más de 7 unidades, el promedio se descarta y se obtiene el nuevo promedio. Si son más lecturas las que difieren a 7 unidades del promedio se descarta la prueba.
NOTA: La edad mínima para realizar el ensayo es de 14 días.
ENSAYO DE ESCLEROMETRÍA ASTM C805 1.- DEFINICIÓN.Este ensayo se realiza generalmente para determinar la uniformidad del concreto, puntos críticos o de baja calidad en una estructura y conjuntamente con otros ensayos no destructivos contribuyen a la evaluación de la estructura. Este ensayo no debe ser usado para determinar la resistencia del concreto por muchos factores que inciden en la prueba (carbonatación del concreto, temperatura del cemento, humedad del concreto, temperatura del equipo, tipo de encofrado, tipo de agregado, etc.) ya que posee una dispersión muy grande.
2.- TIPOS DE ESCLERÓMETROS: Existen 3 tipos: TIPO N: Se utiliza para obras civiles normales (columnas, pisos, etc.) TIPO L: Se utiliza para concretos de dimensiones reducidas y sensibles a los golpes. TIPO M: Se utiliza para estructuras masivas o de gran volumen.
3.- PROCEDIMIENTO.- Preparar un área de 6” de diámetro en el elemento que se desea ensayar. Desgastar con la piedra abrasiva (carburo de silicio) por lo menos 5mm de concreto. Realizar 10 disparos con una separación de por lo menos 1” de disparo a disparo. Obtener el promedio de las 10 lecturas y si una o dos lecturas individuales difieren en más de 7 unidades, el promedio se descarta y se obtiene el nuevo promedio. Si son más lecturas las que difieren a 7 unidades del promedio se descarta la prueba.
NOTA: La edad mínima para realizar el ensayo es de 14 días. El elemento que se desea ensayar debe tener una dimensión mínima de 10cm o 4”, si se desea realizar el ensayo en probetas cilíndricas, fijarlas en los cabezales de la máquina de compresión (con aproximadamente 5000lb). No es recomendable realizar esta prueba en concretos menores del f’c 140 kg/cm 2 y en concretos que tengan agregados gruesos con TM mayores a 2”. Si se desea determinar la uniformidad del concreto esta debe ser por lo menos realizada en cuatro elementos y los cuatro ensayos con el mismo ángulo de disparo.
4.- CLIBRACIÓN DEL EQUIPO.- Se recomienda calibrar el equipo cada 200 determinaciones o cuando se presentan lecturas erróneas. Se dice que el esclerómetro está calibrado cuando tiene una lectura de 80+2 determinado en el yunque de calibración que tiene una resistencia de 500kg/mm 2, el disparo se da de arriba hacia abajo (promedio de 10 lecturas).
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 36
EXTRACCIÓN Y ENSAYO DE TESTIGOS DIAMANTINOS ASTM C42 / NTP 339.059
1.- DEFINICIÓN.La extracción de testigos diamantinos se realiza generalmente cuando la calidad del concreto se encuentra en duda como consecuencia de una resistencia menor al f’c especificado en probetas cilíndricas normalizadas y curadas bajo condiciones de laboratorio. Se realiza también cuando no se cuenta con información sobre la resistencia del concreto, cuando una estructura ha sufrido incendio, cuando a una estructura se le ha aplicado cargas a edades tempranas, etc. 2.- GEOMETRÍA DE LA PROBETA: El espécimen extraído, el cual se va a ensayar a compresión para determinar la f’c debe tener una relación altura/diámetro igual a 2.
La elección de la broca con la cual se extraerá el testigo será como sigue:
Si el concreto tiene agregado grueso de TMN mayor a 1 ½”, la broca debe ser preferentemente 3 veces el TMN, pero nunca menor a 2 veces el TMN. Si el concreto tiene agregado grueso de TMN menor a 1 ½”, se debe usar brocas de 3 ¾” de diámetro, no se permitirá el uso de brocas de menor diámetro, salvo que no se pueda penetrar en el concreto.
3.- EXTRACCIÓN.- La extracción debe ser realizada por personal calificado, el testigo debe ser extraído de la parte central del elemento, evitando el acero de refuerzo.
La edad mínima para la extracción de un testigo debe ser 14 días, a menos que se estipule lo contrario se podrá extraer los testigos a edades menores. 4.- ENSAYO.- Una vez extraído el testigo, se procede al tallado o acerrado, de tal forma que el testigo quede alineado verticalmente y las áreas se encuentren paralelas entre si. Para la rotura del espécimen se tendrán en cuenta los siguientes criterios:
Antes del ensayo determinar la geometría de la probeta con aproximación a 0.1cm, el área con aproximación a 0.5cm2 y la relación altura diámetro al 0.001. Cuando no cumpla con los criterios antes mencionados de relación altura/diámetro, se tendrá que corregir la resistencia obtenida multiplicando por los siguientes factores de corrección.
La altura del espécimen se mide una vez refrendado (con todo caping). 4.- INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.- De acuerdo al Reglamento del ACI, el concreto de la zona representada por las pruebas de corazones, se considera estructuralmente adecuada si el promedio de los tres corazones es por lo menos igual al 85% de la resistencia especificada (f´c) y ningún corazón tiene una resistencia menor del 75% de la resistencia especificada (f´c). A fin de comprobar la precisión de las pruebas, se pueden volver a probar zonas representativas de resistencias erráticas de los corazones.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 37
PROBLEMAS PROPUESTOS DEL LABORATORIO N°2 1.- ¿Cuáles son las dimensiones de los moldes normalizados para vaciar los especímenes de concreto para la resistencia a la compresión? a)
b)
2.-A su criterio ¿por qué es tan importante el ensayo de resistencia a la compresión del concreto?
3.-Cite tres cuidados importantes que deben tenerse en el proceso de rotura de especímenes de compresión del concreto. a)
b)
c)
4.-En qué caso debe controlarse el concreto mediante ensayos de flexión, ¿cuál es el parámetro que se calcula en este ensayo? a)
b)
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 38
5.- ¿Qué ventaja tiene el ensayo de tracción por compresión diametral, respecto a la de flexión?
6.- ¿Es posible mediante el esclerómetro conocer la resistencia a la compresió n del concreto? Explique.
7.- ¿En qué caso o casos se debe extraer y ensayar testigos d el concreto?
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 39
LABORATORIO N° 4
DOSIFICACIÓN DE CONCRETOS ESPECIALES
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 40
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE MEZCLA DE ALGUNOS CONCRETOS ESPECIALES Consideraciones para el diseño de concreto pigmentado o coloreado: Para diseñar concreto pigmentado se debe tener en cuenta lo siguiente: 1) Para obtener una mayor intensidad del color del concreto se recomienda trabajar con cemento blanco y agregados claros. 2) La cantidad máxima de cemento gris para un metro cúbico debe ser de 450kg. 3) La cantidad de cemento blanco debe ser igual o mayor a 350kg para un metro cúbico de concreto. 4) Suele definirse un relación A/C = 0.5 como norma para un buen concreto. 5) Para un concreto coloreado, utilizando óxidos colorantes, la cantidad de agua también tiene influencia sobre el tono final. El color se pone más claro cuando la relación A/C es mayor. 6) Con concreto coloreado, asegúrese de que el aditivo sea compatible con el color y resista a los rayos U.V. del sol. 7) En el caso de concretos coloreados, se tomará la precaución de comprobar si el color del aditivo no tiene influencia sobre el color final, o si no se descolorará con el tiempo. 8) Lo máximo descrito para dosificar la proporción de un pigmento debe ser igual o menor que 10% del peso del cemento. 9) Para obtener mejores resultados de uniformidad en el color se deben mezclar primero los agregados con el agua y el pigmento, posteriormente el cemento o aditivos. 10) Los aditivos a utilizar no deberán contener cloruros.
Consideraciones para el diseño de concreto Autocompactante: Se considera concreto aurtocompactante a cuyo concreto presenta una fluidez tal que su extensibilidad debe ser como mínimo 50cm presentando buena cohesión entre finos y agregados. 1) 2) 3) 4) 5) 6)
Se utilizará aditivos súper plastificantes a base de policarboxilatos modificados. El TMN del agregado grueso deberá ser como máximo 3/8” Relación agua/finos El cementante o finos deberá dosificarse entre 500 y 600 kg/m3 La relación piedra/arena debe estar entre 0.72 y 0.80 Se agregará micro sílice o filler.
Consideraciones para el diseño de concreto de Alta resistencia: Se considera concreto de alta resistencia a cuyo concreto presenta un f’c mayor a los 423kg/cm2 a los 28 días. La resistencia a la compresión se mide en cilindros de 4”x8” o en cilindros de 6”x12” a los 56 o 90 días de edad. 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)
Se utilizará aditivos súper plastificantes a base de policarboxilatos modificados. El TMN del agregado grueso debe ser menor a ½” o 3/8”. El MF del agregado fino debe ser mayor a 3.2 para compensar el exceso de finos de los cementantes. Se adicionará microsílice como material cementante con una cantidad máxima de 8% al 30% del peso del cemento. El peso total de materiales cementantes por metro cúbico deben estar entre 425 y 650kg/M 3. La R A/C debe estar entre 0.23 y 0.35 El peso del cemento por metro cúbico debe ser entre 400 y 550kg/M3. Relación arena/piedra 45%/55% o hasta ajustar a una mejor proporción.
Autor: Jony C. Gutiérrez Abanto
[email protected]
Página | 40
