Informe 1

5/16/2018 Informe 1 - slidepdf.com

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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE CONSTRUCCIÓN CIVIL

LABORATORIO DE HORMIGÓN

CCL1216-4

“Diseño de mortero y hormigón”

POR:

NICOLÁS AEDO.FRANCISCO CALVO

JUAN ANDRÉS CANALES.DANITZA CISTERNAS.

FEDERICO PFINGSTHORN

PROFESOR: NAIGUEL ARIEL ARBUCH MEZA

AYUDANTES: CARLA MUÑOZ CARRASCO MARÍA TERESA SOTOMAYOR BARROS

12 DE ABRIL DE 2012SANTIAGO DE CHILE



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1. DESCRIPCIÓN

Durante el presente laboratorio se realizará el diseño de un mortero y un hormigón,calculando teóricamente los materiales que componen sus dosificaciones, siendoregulados por la NCh 170 y la NCh 2256, en donde aparecen los requisitos generalesde la dosificación de hormigón y mortero respectivamente. El diseño del hormigónpuede realizarse respecto a durabilidad o resistencia, en el caso del mortero, se puederealizar por proporción en volumen, proporción en peso o resistencia. En este informese diseñara tanto el hormigón como el mortero en relación a su resistencia. Para elmortero, se siguió los pasos explicados en clases que son avalados por la NCh 2256,en el diseño por resistencia llegando a una dosificación apropiada según la norma. Parael hormigón, se siguieron los pasos que, tal como sucedió con el mortero, fueronexplicados durante la clase, pasos que se respaldan con la NCh 170, también fue

diseñado en base a su resistencia, respetando las condiciones y las tablas de cantidadde la norma.



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2. OBJETIVOS

Objetivo general:

Realizar teóricamente una dosificación de un mortero y de un hormigón. Además deprofundizar en el proceso de producción de estos.

Objetivos específicos

Conocer los conceptos básicos que están relacionados con la dosificación.

Determinar la cantidad de los distintos materiales (agua, cemento, aridos, etc)que se necesita para realizar la dosificación pedida.

Profundizar sobre los métodos de dosificación, para mortero y para hormigón,vistos en clases.

Determinar en terreno las condiciones de un laboratorio (DECON).

Conocer los distintos pasos que debe tener una dosificación, para que cumplacon lo pedido en la norma.



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3. MARCO TEÓRICO

Fórmula 3.1: Cálculo módulo de finura (ver paso 2, dosificación de morteros; paso 9dosificación de hormigón)

∑

Donde: – Módulo de finura∑ - Sumatoria de porcentajes de material retenidoacumulado en los tamices

Fórmula 3.2: Interpolación (Ver paso 3 y paso 5 dosificación de morteros; paso 3dosificación de hormigón)

Ej: Paso 3, dosificación de morteros

Fórmula 3.3: Resistencia Media Requerida fr (Ver paso 4 dosificación de morteros;paso 2 dosificación de hormigón)

Donde:fm – Resistencia media requerida en MPafc – Resistencia especificada por calculista en MPa

Fórmula 3.4: La suma de los componentes debe ser igual a 1m3 (ver paso 5,dosificación de morteros)

Cemento + Agua + Cal + Arena + Aire = 1000L (1m3)



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Fórmula 3.5: Razón Agua Cemento (Ver paso 6, dosificación de morteros; paso 5,dosificación de hormigón)

Fórmula 3.6: Determinación de banda del árido (Ver paso 7, dosificación dehormigón)

() () ()

Fórmula 3.7: Densidad del árido combinado (Ver paso 10, dosificación de hormigón)

Fórmula 3.8: Volumen de áridos combinados (Ver paso 11, dosificación dehormigón)

Despejando variables en formula 3.4

Fórmula 3.9: Densidad (Ver paso 12, dosificación de hormigón)

gravagravillaarenaAridoComb γ*Grava%γ*Gravilla%γ*Arena%γ

aireaguacementoáridosVVV1000V



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4. DEFINICIONES

Hormigón: Material que resulta de la mezcla de agua, arena, grava, cemento,eventualmente aditivos y adiciones, en proporciones adecuadas que, al fraguar yendurecer, adquiere resistencia.

Dosificación: Las cantidades de los distintos materiales expresados en masa ovolumen que constituyen un determinado volumen de hormigón.

Agua de amasado o agua libre: Agua que contiene el hormigón fresco, descontada elagua absorbida por los áridos hasta la condición de saturado superficialmente secos.

Razón Agua Cemento: Cuociente entre la masa de agua libre y de aditivos liquido y lamasa de cemento.Muestra: Fracción de hormigón extraída de una amasada de acuerdo con la normaNCh171 para determinar alguna de sus propiedades.

Resultado: Valor obtenido del ensayo o del promedio de los ensayos realizados sobreuna muestra, que sirve para medir una propiedad del hormigón.

Resistencia mecánica: Tensión máxima que soporta el hormigón (de compresión, detracción, de flexión, de hundimiento, etc.). Se expresa en MPa.

Resistencia media requerida o de dosificación fr: Valor medio estimado de losresultados de la resistencia mecánica que se necesita alcanzar para satisfacer laresistencia especificada.

Resistencia media del hormigón fm: Promedio aritmético de los resultados de laresistencia mecánica del hormigón de un mismo grado y edad.

Nivel de confianza: Fracción expresada en porcentaje o en fracción decimal, deresultados iguales o mayores que un valor especificado.

Resistencia especificada fc y ft: A compresión y flexotraccion respectivamente,establecidas en el proyecto sobre probetas normal con un determinado nivel deconfianza.

Resistencia característica fk: Valor calculado estadísticamente a partir de losresultados obtenidos en los ensayos que corresponde a un nivel de confianzadeterminado, considerando una distribución normal.



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Mortero: Mezcla constituida por cemento, arena y eventualmente otro materialconglomerante que con adición de agua reacciona y adquiere resistencia. Tambiénpuede tener algún otro producto para mejorar sus propiedades siempre que cumpla losrequisitos según su uso.

Conglomerante: Producto que al reaccionar químicamente con agua, generalmente enforma estable e irreversible, endurece y adquiere resistencia (por ejemplo: cementohidráulico, cemento de albañilería, cales hidráulicas)

Consistencia: Grado de fluidez de un conglomerante fresco que dependefundamentalmente de la fase liquida y del contenido y características de loscomponentes sólidos y que se mide como Extendido en la Mesa de Sacudidas segúnNCh2257/1

Árido: Material pétreo compuesto de partículas duras, de forma y tamaño estable

(Glosario Laboratorio Nacional de Vialidad. MOP)

Asentamiento de Cono: Descenso del cono que experimenta una muestra dehormigón fresco ensayada de acuerdo con método normalizado y que se utiliza comoindicador de la docilidad. (Glosario Laboratorio Nacional de Vialidad. MOP)

Cemento: Material pulverizado que por adición de una cantidad conveniente de agua,forma una pasta conglomerante capaz de endurecer tanto en el aire como bajo el agua.(NCh 148)

Chancado: Partícula pétrea que tiene dos o más caras fracturadas y que por ello posee

al menos una arista. No se consideran como chancado aquellas partículas que aúnteniendo dos o más caras fracturadas, presenten cantos redondeados. (Glosario Laboratorio Nacional de Vialidad. MOP)

Cono de Abrams: Tronco de cono metálico de altura de 30 cm., base inferior de 20 cm.y base superior de 10 cm., que es llenado de hormigón por la base superior. Aldesmoldar se mide el asentamiento que se produce, comparándolo con la altura delmolde, permitiendo controlar la cantidad de agua que contiene el hormigón según eldestino que éste tenga. (Apuntes de Tipologías de Construcción)

Granulometría: Distribución porcentual en masa de los distintos tamaños de partículas

que constituyen un árido, determinada de acuerdo con Método de normalizado deAgregados Pétreos. (Apuntes Curso Mecánica de Suelos, Profesor Raúl Espinace)

Control de granulometría: Ensayo que permite conocer los diferentes porcentajes desuelo que pasa por distintos tamices de diferentes grillas o mallas. (Apuntes de clases Obras de Construcción, Profesor Alexander Fritz Durán)



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5. CALCULOS Y RESULTADOS

Dosificación de Mortero

Paso 1: Consideraciones Previas

Previo al diseño de mortero, se definirá las propiedades de la mezcla en función de lasexigencias a las que será sometida. En este caso, se diseña un mortero M20 con 15%de cal y una fluidez media. A continuación se presentan las propiedades de loscomponentes de la mezcla:

Tabla 1.3: Granulometría de Cemento y CalTAMIZ %RETENIDO %ACUMULADO

10 0 05 4 4

2,5 5 9

1,250 6 15

0,625 8 23

0,315 32 55

0,160 35 90

R 10 100

Tabla 3.2: Densidades Aparente y Real de Arena, Cal

y CementoDENSIDAD ARENA CAL CEMENTO

APARENTE 1,81 0,65 1,20

REAL 2,73 2,45 3,00

Tabla 3.3: Granulometría de ArenaTamiz % que pasa % Ret. Acum.

20 100 0

10 100 0

5 94 6

2,5 75 251,25 59 41

0,625 44 56

0,315 21 79

0,160 8 92



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Paso 2: Determinar Módulo de Finura

Luego, con éstas especificaciones (Granulometría Arena en específico), damos inicio alcálculo del Módulo de Finura (Mf) de la arena.

Formula 3.1: Cálculo de Módulo de Finura

∑

Donde: – Módulo de finura∑ - Sumatoria de porcentajes de material retenidoacumulado en los tamices

Paso 3: Determinación de Dosis de Agua de Amasado y Aire atrapado

La granulometría cumple con las especificaciones requeridas, según norma NCh2256/1,ya que ésta indica un Módulo de Finura entre 2,15 y 3,38. Utilizando la misma fórmulase calcula el Mf del cemento y la cal dando un valor de 1,96 para ambos (poseen igualgranulometría). Con este dato podemos mirar en la tabla siguiente y obtener la cantidadde agua y aire correspondiente:

Tabla 3.4: Dosis de Agua de Amasado (L)Mf=3,20 Mf=2,70 Mf=2,20 Mf=1,80

H

% Cal <25 25-50 >50 <25 25-50 >50 <25 25-50 >50 <25 25-50 >50Tamaño Máximo Nominal 40mmFluidez Dosis de agua y aire (L/m3)Baja 260 265 270 280 285 290 310 315 320 350 355 360 30Media 270 275 280 290 295 300 320 325 330 360 365 370 30Alta 290 295 300 310 315 320 340 345 350 380 385 390 40MuyAlta

310 315 320 330 335 340 360 365 370 400 405 410 40

Tamaño Máximo Nominal 20mmBaja 295 300 305 315 320 325 345 350 355 385 390 395 40Media 305 310 315 325 330 335 365 370 375 405 410 415 40

Alta 325 330 335 345 350 355 375 380 385 415 420 425 50MuyAlta

345 350 355 365 370 375 395 400 405 435 440 445 50

Fuente: NCh2256 De la tabla se deriva que para una fluidez media el mortero debe tener 30 L de aire ensu composición. Como la cantidad de agua no aparece exactamente para el Mfcalculado anteriormente, se debe interpolar los valores ya conocidos, para un 15% decal y una fluidez media.



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Fórmula 3.2: Interpolación

Por lo tanto, para el mortero diseñado, se utilizarán 344 L de agua y 30 L de aire

Paso 4: Determinar Resistencia Media Requerida

Como el mortero será diseñado en base a su resistencia, lo segundo que se debecalcular es la resistencia media requerida para un mortero M20, remplazando lafórmula:

Fórmula 3.3: Resistencia Media Requerida fm

Donde:fm – Resistencia media requerida en MPafc – Resistencia especificada por calculista en MPa

Entonces:

Paso 5: Determinar Razón Agua-Cemento

Obteniendo la resistencia media requerida se puede obtener la relación agua-cemento(Ra/c) que tendrá este mortero:

Tabla 3.5: Razón agua-cemento enfunción de fm para morteros

Razón a/c Resistencia0,40 31,0

0,50 26,5

0,60 22,50,70 19,0

0,80 16,0

0,90 13,0

1,00 10,5

1,10 8,5

1,20 7,0

Fuente: NCh2256/1



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El punto exacto de esta resistencia media no aparece en ella, por lo tanto, paraconseguir la Ra/c se debe interpolar de la siguiente forma:


Una vez que se obtiene la Ra/c se puede comenzar a dosificar recordando que siemprese debe cumplir la siguiente ecuación:

Formula 3.4: La suma de los componentes debe ser igual a 1m3


Paso 6: Determinar Dosis de Cemento y Cal

Gracias a los procesos anteriores, ya se obtuvo la cantidad de aire y de agua que senecesitarán. Con los datos de agua y Ra/c se puede calcular la cantidad de cemento (enbase a fórmula 3.5) y con ella la de cal que será utilizado, nótese que la cantidad de calcorresponde al 15% del peso del cemento, por lo tanto se puede tomar el valor buscadocomo 1,15 C (C + 0,15C), entonces:

Fórmula 3.5: Razón Agua-Cemento

Luego:



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Paso 7: Determinar Dosis de Arena

Hasta el momento se ha obtenido cantidad de agua, cantidad de aire, cantidad de

cemento y cal, lo que restaría calcular es la cantidad de arena contenida en el mortero.Remplazando en fórmula 3.4:


Volumen que multiplicado por su densidad se obtiene los kilos de arena:

Paso 8: Dosificación Final

Finalmente la dosificación de un mortero M20, con 15% de cal y una fluidez media es lasiguiente:

Tabla 3.6: Dosificación para un M20 con 15% y Fluidez MediaMATERIAL PESO V.APARENTE V.ABSOLUTOCEMENTO 534 Kg 445 L 178 L

AGUA 344 Kg 344 L 344 L

CAL 80 Kg 123 L 33 L

ARENA 1132,95 Kg 626 L 415 L

AIRE 0 Kg 30 L 30 L

TOTALES 2090,95 Kg 1568 L 1000 L



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Dosificación de Hormigón H25(80)20-8

Paso 1: Consideraciones Previas

Condiciones de obra: Muy buenas (Lab. DECON)

Tabla 3.7: Granulometría Arena Grava y Gravilla

Máx nominal 20mm

Arena Gravilla Grava

Tamiz Arena Gravilla Grava

40 100

20 100 84

10 99 36

5 56 -

2.5 100 35

1.25 94 -

0.625 75

0.315 59

0.160 44

Modulo Finura (%)

Tamaño máx.absoluto –

Nominal (mm) 10 - 5 25 - 20 40

Tabla 3.8: Densidades Aparente y Real de Áridos

Máx nominal 20 mm Arena Gravilla Grava

Densidad Aparente Compactada(kg/m3) 1.870 1.630 1.670

Densidad Real S.S.S. (kg/m3) 2.660 2.660 2.670



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Paso 2: Determinar Resistencia media requerida (fr)

De acuerdo a la Fórmula 3.3 mencionada anteriormente, se procede a calcular laresistencia media requerida, para un hormigón H25, en condiciones Muy buenas (s:

4,0MPa) y un nivel de confianza del 80% (t: 8,042)

Paso 3: Determinar Resistencia Razón Agua-Cemento

Tabla 3.9: Razón Agua-Cemento enfunción de fr, para hormigones

RazónAgua

Cemento

Resistencia Media Requerida

CementoGrado

Corriente

CementoGrado AltaResistencia

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,700,75

0,80

0,85

34

29

25

21

18

1614

12

10

41

36

31

26

23

2017

15

13

Fuente: NCh170

Sea la Resistencia Media Requerida igual a 28,4 MPa para un hormigón grado corrienteH25, se procede a interpolar entre razón agua-cemento 0,50 y 0,55.




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Paso 4: Determinar Volumen de Agua

Dado un asentamiento de cono de 8 cm y un Tamaño máximo nominal de árido de 40mm

Tabla 3.10: Agua de Amasado según Asentamiento de Cono y TamañoMax. Nominal

Tamañomáximo

nominal, mm

Docilidad según asentamiento de cono, cm

0 - 2 3 - 5 6 - 9 10 - 15 16

63

50

40

25

20

12

10

135

145

150

170

175

185

190

145

155

160

180

185

200

205

155

165

170

190

195

210

215

165

175

180

200

205

220

230

170

180

185

205

210

230

240

Fuente: NCh 170

Luego, cantidad de agua de amasado = 170 L

Paso 5: Determinar dosis de cemento

Fórmula 3.5: Razón Agua-Cemento

Se transforma la fórmula 3.5, para despejar y calcular la variable del Cemento:

Luego, la Dosis de Cemento equivale a 112 Litros



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Paso 6: Cálculo del Volumen de Aire

Como se mencionó anteriormente, dado un tamaño máximo nominal de 40 mm, seprocede a calcular el volumen de aire en función de la siguiente tabla.

Tabla 3.11: Volumen medio de aire atrapado enfunción del Tamaño Máximo Nominal

Tamaño máximonominal, mm

Volumen medio de aireatrapado, l

63

50

40

25

20

12

10

3

5

10

15

20

25

30

Luego, volumen medio de aire atrapado es 20 L

Paso 7: Determinación del árido combinado

Para determinar el árido combinado, se escogen porcentajes de arena, gravilla y grava,los cuales al ser combinados cumplen con la banda recomendada por la norma chilena,para ello se escogen en que porcentaje se van a mezclar los distintos áridos, lo cualvariar según las características que se le desee dar al hormigón que se estáelaborando.

Formula 3.6: Banda del árido () () ()

Donde:%g1: Porcentaje de Arena – Banda (g1): Banda de la Arena%g2: Porcentaje de Gravilla – Banda (g2): Banda de la Gravilla%g3: Porcentaje de Grava – Banda (g3): Banda de la Grava

Al utilizar esta fórmula se debe procurar que cada una de las bandas resultantes paracada tamaño de áridos cumpla con la norma y este dentro de los valores señalados porla banda recomendada.

0.35 * 100 + 0.30 * 35 + 0.35 *00 = 45.5 se encuentra en el intervalo [40 - 61]



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Paso 8: Gráfico árido combinado

Grafico 3.1: Árido Combinado y Banda Recomendad

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50

Árido combinado

Banda mín

Banda máx

Tamiz Arena Gravilla Grava TOTAL Banda

Recomendada

50 100

40 100 100 100

20 100 84 94.4

10 99 36 77.3 60-80

5 56 - 51.8

2.5 100 35 45.5 40-61

1.25 94 - 32.9 24-48

0.625 75 26.3 15-370.315 59 20.7 10-28

0.16 44 15.4 6-19

PORCENTAJE 21 7.4 3-11



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Paso 9: Determinar módulo de finura Mf

Como se mencionó anteriormente (morteros), el módulo de finura se calcula segúnfórmula 3.1:

∑ ( )

∑

MF = 6 – [100 + 94 + 75 + 59 + 44 + 21 + 8] / 100MF = 1.99 ~ 2

Paso 10: Cálculo de la Densidad del Árido Combinado

Fórmula 3.7: Densidad del Árido Combinado

Y AridoComb = 0.35 * 2.660 + 0.30 * 2.660 + 0.35 *2.660 = 2664 [Kg / m 3]

Paso 11: Cálculo del Volumen de Áridos Combinados

Fórmula 3.8: Volumen de áridos

V cemento = 112 LV agua = 170 LV aire = 10 LV áridos = 1000 L – 112 L – 170 L – 10 L = 708 L

Paso 12: Cálculo de la Masa de Áridos

V áridos = 708 LDensidad AridoComb = 2.664 [Kg / m3]

Fórmula 3.9: Densidad

gravagravillaarenaAridoComb γ*Grava%γ*Gravilla%γ*Arena%γ

aireaguacementoáridos VVV1000V



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Despejando la Variable desconocida (Masa), se multiplica la densidad del árido por suvolumen:

Masa áridos = 708 * 2,664 = 1.886 ~ 1886 Kg

Luego, una vez obtenida la masa del árido combinado, se multiplica cada una por sucantidad (en porcentaje) para calcular las masas de los áridos de forma separada:

Masa Arena = 1,886 Kg * 0.35 = 660,1 Kg ~ 660 KgMasa Gravilla = 1,886 Kg * 0.30 = 565,8 Kg ~ 566 KgMasa Grava = 1,886 Kg * 0.35 = 660.1 Kg ~ 660 Kg

Paso 13: Cálculo del Volumen de Áridos

Masa Arena = 660 KgMasa Gravilla = 566 KgMasa Grava = 660 Kg

Volumen Arena = 660 Kg / 2.66 = 248,12 L ~ 248 LVolumen Gravilla = 566 Kg / 2.66 = 212,78 L ~ 213 LVolumen Grava = 660 Kg / 2.67 = 247.19 L ~ 247 L



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Paso 14: Dosificación Final

PESO V.AP. V. ABS.

CEMENTO 335 kg 279 l 112 l

AGUA 170 Kg 170 l 170 l

ARENA 660 kg 353 l 248 l

GRAVILLA 566 kg 347 l 213 l

GRAVA 660 kg 395 l 247 l

AIRE 0 Kg 10 l 10 l

TOTAL kg l 1000 l



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6. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

Análisis de resultados.

En este laboratorio se puede observar la dosificación de un hormigón y un mortero. Cadauno con distintas proporciones según sus especificaciones y propósito final y distintascaracterísticas.En el caso del mortero, sabemos que es un M20, o sea que dentro de sus característicasesta que resiste 20 MPa de presión. Además sabemos que tiene un 15% de cal, según laespecificación del laboratorio, elemento que proporciona manejabilidad a la mezcla yretarda su fraguado.

En el caso del hormigón, sabemos que es un H25, o sea que dentro de suscaracterísticas esta que resiste 25 MPa de presión luego de los 28 días de fraguado.Se puede observar también de esta dosificación que hay que poner especial cuidado alrealizar las mezclas ya que cualquier paso mal realizado puede llevar a errores deejecución que comprometan la integridad estética o estructural de un proyecto. Comouna mala elección del tamaño del árido puede obstruir el paso del hormigón por laestructura estancándolo generando que este no se esparza de forma uniforme.



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7. CONCLUSIONES Y LIMITACIONES

Conclusiones

Una de las cosas más importantes para la correcta realización de cualquier obra deconstrucción civil es saber realizar bien los pasos de cada etapa del proyecto. Es poresto que debido a la gran importancia que tiene el hormigón dentro de los variadosproyectos de construcción, nos resulta fundamental saber bien los distintos pasos aseguir para su correcta dosificación y preparación.

La norma Chilena es muy exigente en cuanto a los requisitos que tienen que cumplir

tanto los hormigones como los morteros, especialmente en resistencia. Es por esto quees muy importante que todo y cada uno de los pasos que se deben realizar se hagan deuna manera correcta, para eso es fundamental guiarse por las dos normas que seutilizan en este laboratorio (NCh2256 y NCh170) para una correcta confección tantodel mortero como del hormigón, y que estos cumplan con todo lo pedido, tanto enresistencia como en los otros factores. Por los resultados obtenidos, se puede apreciarque están dentro del margen de erros, por lo que no debería haber ningún error en loscálculos de las dosificaciones.

Es importante señalar que a pesar de ser un laboratorio teórico se sacan buenosdividendos de lo aprendido, ya que ayuda a profundizar lo visto en clases. En los

siguientes laboratorios se vera de una forma más práctica lo señalado en este informe.

Limitaciones

El hormigón y el mortero calculado, solo han sido calculados de forma teórica, por lo

que no se sabe si cuando se someta a pruebas cumpla con lo establecido en lasnormas. Por lo que de cierta forma el informe entregado es solo teórico y le falta la partepráctica para poder comprobar si lo calculado, es igual o similar a los que nos da enterreno.



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8. BIBLIOGRAFÍA

Instituto Nacional de Normalización (2001). Morteros. Parte 1: Requisitos generales NCh2256 . Santiago, Chile.

Instituto Nacional de Normalización (1985). Hormigones: Requisitos generales NCh170 . Santiago, Chile.

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