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Dosificación de hormigones de alta resistencia con material pétreo triturado y la utlilización de aditivos ADITEC

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UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE

LOJA

0

:026

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

DOSIFICACION DE HORMIGONES DE ALTA

RESISTENCIA CON MATERIAL PETREO

TRITURADO V LA UTILIZACION DE

ADITIVOS ADITEC

Tesis de Grado previa a la obtenciôn del Titulo de INGENIERO CIVIL.

AUTOR:

Medardo Alexander Martinez Carranza

DIRECTOR:

Ing. Victor Fabian Armijos Cuenca

(3)

Loja, 26 de julio de 2006

Ingeniero.

Jorge Luis Palacios.

DIRECTOR DE LA ESCUELA

DE INGENIERIA

CIVIL

DE

LA

UNIVERSIDAD

TECNICA PARTICULAR DE LOJA.

Yo,

Medardo Alexander Martinez Carranza

egresado de la Escuela de

lngenier!a Civil, me dirijo a usted con la finalidad de

entregar

los borradores del

proyecto de tesis titulado

"DOSIFICACION DE HORMIGONES DE ALTA RESISTENCIA CON MATERIAL PETREO TRITURADO Y LA UTILIZACION

DE ADITIVOS ADITEC",

para las revisiones pertinentes.

(4)

Loja, 25 de julio de 2006.

I ngen iero

Victor Fabian Armijos Cuenca.

DOCENTE INVESTIGADOR DE LA UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA.

CERTIFICA:

Que he revisado y dirigido la tesis "DOSIFICACION IDE HORMIGONES DE

ALTA RESISTENCIA CON MATERIAL PETREO TRITIJRAQO V LA

UTILIZACION DE ADITIVOS ADITEC", elaborada por el egresdo Medardo Alexander Martinez Carranza, cumple con los requisitos metodologicos, teóricos, prácticos y de investigacion.

Por tal motivo autorizo su presentaciOn al Honorable Consejo de Escuela para los fines legales corisiguientes.

Ing. Victor Fabian Armijos Cuenca. DOCENTE INVESTIGADOR

(5)

CESION DE DERECHOS

Yo, Medardo Alexander Martinez Carranza, declaro conocer y aceptar la disposiciOn del Art. 67 del Estatuto Orgánèco de la Universdad Técnica Particular de Loja que en su parte pertinente Textualmente dice: "Forman parte del Patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de Investigaciones; Trabajos cientIficos o técnicos y Tesis de grado que se realicen a través, o con el apoyo financiero, académico o institucional operativo de la Universidad"

(6)

AUTORIA

Las ideas, resultados, conclusiones y recomendaciones vertidas en la presente tesis son de responsabilidad exciusiva del autor.

Medardderartinezcarranza

(7)

AGRADECIMIENTO

Expreso un sincero agradecimiento a la Universidad Técnica Particular de Loja, especialmente a la Escuela de Ingenieria Civil y a la Unidad Civil Geominera (U.C.G), por los conocimientos impartidos durante nuestra carrera universitaria.

Al Ing. Victor Fabian Armijos Cuenca, que con su apoyo desinteresado supo guiar la presente investigaciOn en calidad de Director.

A nuestros maestros, companeros y a todas las personas que han contribuido a la culminaciOn del presente proyecto investigativo.

(8)

DEDICATORIA

A Dios que me guió e ilumino para Ilegar a la feliz culminación de una etapa más de ml vida.

A mis padres quienes con su respaldo, cariño y amor supieron gularme por el buen camino para Ilegar al término de la presente tesis.

A mis hermanas que siempre me dieron su amistad, cariño y confianza.

A mis amigos y familiares que siempre me brindaron su amistad y cariño para la terminación de ml carrera.

Medardo

(9)

INTRODUCCION

En los ültimos años ha crecido en el ámbito mundial la tendencia a investigar nuevas tcnicas cle cfosificación para obtener hormigones de alta resistencia. La definiciôn de alta resistencia cambia a lo largo de los años a medida que la resistericia de hormigOn empleado en las obras aumenta, asI como la utilizaciOn de aditivos para mejorar las propiedades del hormigOn.

En nuestra ciudad, existe poco conocimiento acerca de dosificaciones para hormigon de alta resistencia, se emplean metodologias tradicionafes en (a dosificaciôn de hormigones y no se tierie un conocimierito profundo acerca de las nuevas técnicas de dosificaciôn, orientadas a como utilizar materiales que puedan aumentar la resistencia del hormigon, y asI, poder disminuir volUmenes de hormigôn y obtener elementos mas esbeltos, ya que de este depende la vida titil de las obras, tanto en resistencia como en servicio.

La incorporaciôn de nuevas técnicas de dosificaciôn de hormigones y el uso de materiales alternativos como aditivos, mejoran algunas de las propiedades de( hormigan. Mediante la variaciOn del porcentaje de sus componentes habituales y la incorporación de aditivos en el hormigon se logra obtener hormigones con alta resistencia; y, no existiendo un estudio en nuestra provincia sobre los mismos con material pétreo triturado que Ilegue a resistencias mayores a 500 Kg/cm 2, es necesario realizar nuevas investigaciones acerca de este tipo de hormigones.

(10)

INDICE CARATULA

CE RTIFICAC ION

CESION DE DERECHOS AUTORA

AGRADECIMIENTO DEDICATORIA INTRODUCCION

CAPITULO

I

1. GENERALJDADES 11 lntroducción.

1.2. Componentes del Hormigon de Alta Resistencia (HAR). 1.2.1. Cemento.

1.2.2. Material cementante suplementarlo. 1.2.3. Agregados.

1.2.4. Agua de amasado. 13.4. Aditivos

1.3. Factores a considerar en un hormigOn de alta resistencia. 1.4. Principales usos del HAR.

CAPITULO 2

2. ADITIVOS

21. Generalidades. 2.2. ClasificaciOn.

2.3. Tipos principales de aditivos.

2.3.1. Plastificantes reductores de agua. 2.3.2. Superplastificante o fluidificante. 2.3.3. Incorporador de aire.

234 Expansores - estabilizadores 2.3.5. Aceleradores de fraguado. 2.3.6. Retardadores.

2.3.7. HidrOfugos de masa. 2.3.8. Aditivos combinados.

2.3.9. Agentes formadores de espuma.

(11)

2.4. Dosificación. 22

CAPiTULO 3

3. ESTUDIO DE LOS MATERIALES A UTILIZARSE EN EL DISEFiO DE HAIR 24

3.1. Cemento. 24

3.1.1. Tipos de cemento POrtland. 24

3.1.2. Principles propiedades fisicas y mecánicas del cemento. 24

3.2. Agregados. 25

3.2.1. GranulometrIa de los agregados. 26

3.2.2. Masa especIfica relativa. 27

323. Masa volumétrica (masa unitaria) y vacios 27 3.2.4. Porosidad, absorciOn y contenido de humedad. 28

3.2.5. Resistencia al desgaste. 29

3.2.6. Pureza de los áridos. 29

3.2.7. Agregado grueso. 30

3.2.3. Agregado fino. 30

32 Aditivos. 31

CAPITULO 4

4. DOSIFICACION DEL HORMIGON DE ALTA RESISTENCIA 33

4.1. Relación grava-arena. 33

4.2. RelaciOn agua-cemento. 33

4.3. Consideraciones en las proporciones de mezcla. 37

4.4. DosificaciOn. 38

4.4.1. Método del American Concrete Institute. 39 4.4.1. Método del PCA proporcionamiento con mezclas de prueba 48

CAPITULO 5

5. PROCEDIMIENTO DE ELABORACION Y ENSAYOS REALIZADOS EN EL

HAIR 52

5.1. Elaboración del HAIR 52

5.1.1. Equipo. 52

(12)

5.2. Ensayos del hormigon fresco 57

52.1. Trabajabilidad. 58

5.2.2. Masa volumétrica y rendimiento. 61 5.2.3. Especimenes pare resistencia. 62

CAPITULO 6

6. ANALISIS DE RESUSLTADOS Y EVALUACION DE COSTOS DE

ELABORAC ION 65

6.1. Presentación y análisis de resultados 65 6.2. Análisis de costos. 75 621. Análisis de costos para relacián a/c = 0.32 y 650 m!/saco de Aditivo 75 6.2.2. Análisis de costos para relacióri a/c = 0.32 y 750 mI/saco de Aditivo 76 6.2.3. Análisis de costos para relación a/c = 0.35 y 650 mI/saco de Aditivo 77 6.2.4. Análisis de costos para relaciOn a/c = 0.35 y 750 mI/saco de Aditivo 78 6.2.5. Análisis de costos para hormigon f'c = 210 Kg/cm2 79

CAPiTULO 7

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 80

7.1. Conclusiones. 80

7.2. Recomeridaciories. 81

ANEXO A 83

ANEXO B 90

ANEXO C 95

ANEXO D 100

ANEXO E 104

(13)
(14)

CAP lTULOO 1 I;

.' GENERALIDADES

1. GENERALIDADES.

1.1 INTRODUCCION

Los hormigones de alta resistencia (HAR), con una resistencia a la compresión mayor a los 50 MPa, surgieron par la necesidad de poder construir edificios de gran altura, en donde el tamaño de las columnas del tercio más bajo de estos eran demasiado grandes cuando se utilizaban hormigones convencionales. Además de los ahorros en el costo de los materiales, los ingenieros constructores descubrieron que la elecciOn de los hormigones de alta resistencia les permitia ahorros adicionales debido a la mayor velocidad en la construcciOn en comparacion con las estructuras met6licas.1

La definiciôn de alta resistencia cambia a lo largo de los años a medida que la resistencia del concreto empleado en las obras aumenta. Por ejemplo, hay en dia el 90% del concreto premezclado (elaborado, preparado, industrializado) tiene una resistencia especificada a los 28 dias que varIa de 210 a 420 kg/cm2 o 20 a 40 MPa (3000 a 6000 lb/pulg2), con la mayorEa de ellos entre 280 y 350 kg/cm2 o 28 a 35 MPa (4000 a 5000 lb/pulg2). Par lo tanto, se considera un concreto de alta resistencia aquél que tenga, por lo menos, una resistencia de diseno de 500 kg/cm2 a 50 MPa (7,000 lb/pulg2).2

Estos hormigones, con una relaciOn agua/cemento par debajo de 0,40 son realizados utilizando generalmente un buen superplastificante. Debido a Ia baja relaciOn agua/cemento el producto presenta no solo alta resistencia, sino que tamblén una muy alta impermeabilidad, la cual es la cave para una alta durabilidad a largo plazo en un medio ambiente agresivo. Actualmente, para el diseño de estructuras de consideraciOn, además de tenerse en cuenta la resistencia a la compresiOn, cada vez es más importante el criteria de durabilidad de la estructura aplicado al hormigon.

www.hormigonelaborado.com

(15)

480 in

420

360

300

240

Sit) Superfluiclificante Cot

311 Sout Wacker Dr Water Tower Place Like Pont

ui IL

Tower 60 89 MPa MPa

180 Executive 120 House

60

-CAPITULOI

GENERALIDADES

Como una constante en las areas metropolitanas, los hormigones con fuerzas de compresión de 100 a 130 MPa están disponibles como un material de rutina. Cuãntas cosas han cambiado, el aumento rápido en la fuerza especIfica disponible es principalmente sobre todo debido al desarrollo de superplastificantes y la aplicaciôn de mezclas minerales, especialmente el humo de silice.

Desde 1965, se han construido muchos edificios elevados que contienen este tipo de hormigOn, cuyas resistencias a la compresion se encontraban entre los 50 MPa y

130 MPa. (Fig.1).

80 rviPa

Eittel Tower

0 Chicago Chicago Chicago Chicago Kuala Lumpur Paris

1959 1968 1975 1989 1996 1889

[image:15.549.112.466.255.508.2]

113 m 197 in 262 m 295 in 451 m 300 m

Fig. I EvoluciOn de la resistencia del hormigOn y de la altura de los edificios.3

El HAR representa solo un fragmento pequeno de producciôn especifica. Sin embargo, ofrece ingenieria importante y ventajas econOmicas en estructuras que pueden incorporar secciones más pequenas asequibles con un material de resistencia más alto. Las aplicaciones comerciales más tempranas del HAIR involucran su uso en columnas para edificios de grandes alturas. La fuerza de compresiôn aumentada permitiO reducciones mayores en secciones de columnas, proporcionando area de suelo más utilizable. Tan importante era esta ventaja que el

(16)

CAPITULOI GENERALIDADES

plan de estructuras enteras se cambiô del acero estructural a hormigon reforzado, aunque la mayoria de las estructuras (zapatas y vigas) consiste en hormigon de resistencia normal; sin el uso del HAIR, la construcción de hormigOn reforzado no habrIa sido considerada en muchas de estas aplicaciones. Cuanto tiempo ha progresado, el HAIR ha visto una aplicaciôn más amplia, incluyendo su uso en la construcción de muros de cortante en edificios altos y tabiques, y en vigas de puentes, sobre todo en puentes de longitud largos donde el espesor del refuerzo es controlado a través de fuerza especifica. Las ventajas económicas similares no están disponibles para las zapatas y vigas en edificios, porque la fuerza más alta no puede usarse para modificar las dimensiones de estos miembros apreciablemente. Y finalmente, se usa HAIR cada vez más en estructuras sujetadas a condiciones de exposiciôn extrema, como las superficies de puentes, estribos de puentes, etc. La durabilidad más alta (principalmente debido a la permeabilidad más baja) viene con la relaciOn agua-cemento

(wic)

mas baja, necesitada en el HAIRproducido.4

1.2. COMPONENTES DEL HORMIGON DE ALTA RESISTENCIA (HAR).

La producción del HAR que de forma consistente reUne requisitos para la trabajabilidad y el desarrollo de la fuerza, propone requisitos más severos de selección de material que para hormigones de baja resistencia. Se necesitan materiales de mejor calidad, donde las caracterIsticas técnicas requieren entrar en vigor. Se ha producido hormigOn de alta resistencia usando una gama amplia de materiales de calidad basada en los resultados de mezclas de ensayo.

1.2.1. CEMENTO.

El cemento es un ligante hidráulico, o sea una sustancia que mezclada con el agua, está en condiciones de endurecer ya sea al aire, como debajo del agua. La piedra de cemento en via de formaciOn presenta resistencias elevadas y no se disuelve en el agua.5

(17)

91

CAPITULOI GENERALIDADES

La selección del cemento para el concreto de alta resistencia no se debe basar solo en pruebas de cubos de mortero, sino que también debe incluir resistencias comparativas del concreto a los 28, 56 y 91 dIas. Es preferible un cemento que Ileve a altas resistencias a edades avanzadas (91 dias). Para el concreto de alta resistencia, el cemento debe producir cubos de mortero con resistencia minima a los 7 dIas de 310 kg/cm 2 o 30 MPa (4350 lb/cm2).

1.2.2. MATERIAL CEMENTANTE SUPLEMENTARIO.

Ceniza volante, humo de silice o escoria normalmente son obligatorios en la producciOn del concreto de alta resistencia, pues el desarrollo de la resistencia, obtenida con estos materiales no se puede lograr solamente con el incremento del contenido de cemento. Estos materiales cementantes suplementarios normalmente se adicionan en una dosis del 5 a! 20%, o más, de masa total del material cementante. Algunas especificaciones solo permiten el uso de hasta 10% de humo de sIlice, a menos que hayan evidencias indicando que el concreto producido con dosis mayores va a tener resistencia, durabilidad y estabilidad de volumen satisfactorios. Se debe ajustar la relaciôn agua-material cementante para que la trabajabilidad sea la base de comparaciôn entre las mezclas de prueba. Para cada conjunto, habrã un contenido Optimo de cemento más material cementante suplementario, a partir del cual el aumento de este contenido no resulta en resistencias mayores y la mezcla se vuelve demasiado pegajosa para su manejo adecuado. Se pueden utilizar en la producción del concreto de alta resistencia cementos adicionados conteniendo ceniza volante, humo de slilce, escoria o arcilla calcinada con o sin la adiciOn de materiales cementantes suplementarios.6

1.2.3. AGREGADOS.

En el HAR, debe haber una atenciOn especial at tamaño, forma, textura superficial, mineralogia y limpieza de los agregados. Para cada fuente de agregado y nivel de resistencia del hormigôn, hay un tamaño de agregado ideal que proporciona la

(18)

CAPITULOI

GENERALIDADES

mayor resistencia a compresión por unidad de cemento. Para encontrar el tamaño ideal, se deben producEr mezclas de prueba con agregados de 19 mm (3/4 pulg.) o menores y contenidos variables de cemento. Muchos estudios han demostrado que el tamaño maxima nominal de 9.5 mm a 12.5 mm (3'8 a 1i2 pulg.) resulta en resistencias más elevadas.

En el HAR, la resistencia del agregado y la uniOn o adherencia entre la pasta y el agregado son factores importantes. Pruebas han mostrado que los agregados triturados producen resistencias a compresiôn mayores en el hormigOn que el canto rodado, usándose el mismo tamaño de agregado y el mismo contenido de material cementante. Esto se debe probablemente a la mejor union pasta-agregado, cuando se usa un material triturado, angular y aspero.

Los agregados gruesos, usados en el HAR, deben estar limpios, es decir, libres de recubrimientos perjudiciales de polvo y arcilla. La remociOn del polvo es importante pues afecta la cantidad de finos y consecuentemente la demanda de agua del concreto. La arcilla puede afectar la adherencia agregado-pasta. Puede ser necesario el lavado de los agregados gruesos.

Se recomienda la combinaciôn de tamaños de agregado para producir Ia granulometria requerida, para el control más rigido y la disminuciOn de la variabilidad del hormigOn.

La cantidad de agregado grueso en el HAIR debe ser la maxima compatible con los requisitos de trabajabilidad. Debido al alto porcentaje de material cementante en el hormigOn de alto desempeno, es necesarlo y permitido el aumento de la cantidad de agregado grueso aruba de valores recomendados en las normas para hormigon de resistencia normal.

Debido a la gran cantidad de material cementante en el HAR, el papel del agregado fino (arena) en dar trabajabilidad y caracterIsticas de buen acabado no es tan crucial como en el caso del hormigOn de resistencia convencional. La arena con mOdulo de finura (ME) de 3.0 se ha mostrado satisfactoria para producir una buena trabajabilidad y alta resistencia a compresiOn. Para resistencias especificadas de

(19)

CApITULOnI GENERALIDADES

700 kg/cm2 o 70 MPa (10,000 lb/cm2) o mayores, el MF debe estar entre 2.8 y 3.2 y no debe variar más que 0.10 del MF seleccionado para Ia duración del proyecto. Arenas más finas, con MF entre 2.5 y 2.7, pueden producir resistencias más bajas y mezclas más pegajosas.7

1.2.4. AGUA DE AMASADO.

Los requisitos para la calidad de agua para hormigOn de alta resistencia no son más severos que aquellos para hormigOn convencional. Normalmente, se especifica que para hormigon la calidad de agua debe ser potable. Sin embargo, pueden encontrarse casos donde el agua que debe usarse es de mãs baja calidad. En tales casos, debe hacerse hormigon de prueba con el agua y debe compararse con hormigon hecho con agua destilada, o puede hacerse morteros segün la norma ASTM C 109. En cualquier caso, deben probarse especimenes a la compresiOn a 7 y 28 das. Si aquéllos producidos con el agua en cuestiôn es por Ic menos igual a 90% de la fuerza de compresián de los especimenes hecho con agua destilada, el agua puede ser considerada aceptable.

Además se entiende por agua de amasado la cantidad de agua total contenida en el hormigon fresco. Esta cantidad es utilizada para el cálculo de Ia relaciôn agua/cemento (a/c). El agua de amasado está compuesta por:8

El agua agregada a Ia mezcla.

Humedad superficial de los agregados.

• Una cantidad de agua proveniente de los aditivos.

El agua de amasado cumple una doble función en la tecnologIa del hormigOn: por un lado permite la hidrataciOn del cemento y por el otro es indispensable para asegurar la trabajabilidad y la buena compactación del hormigOn.

(20)

CAPITULO I

GENERALIDADES

1.2.5. ADITIVOS

Es necesario el uso de aditivos quimicos, tales como reductores de agua, retardador, reductor de agua de alto rango o superplastificantes. Ellos aumentan la eficiencia de las altas cantidades de material cementante en el hormigOn de alta resistencia y ayudan a obtener una relaciOn agua-material cementante la más baja posible. La eficiencia de los aditivos quimicos se debe evaluar a través de la comparaciOn de la resistencia de las mezclas de prueba. Se debe investigar también la compatibilidad entre cemento y material cementante suplementario, bien como reductores de agua y otros aditivos. A través de estas mezclas de prueba es posible la determinaciôn de la trabajabilidad, tiempo de fraguado y la cantidad de reduccián de agua para una determinada dosis de aditivo y el momento de adici6n.9

1.3 FACTORES A CONSIDERAR EN UN HORMIGON DE ALTA RESISTENCIA

a. Para analizar las condiciones que debe cumplir un HAR es conveniente tomar como referencia los mecanismos por los cuales se produce la falla a compresión del hormigOn.

b. Falla por rotura del mortero del hormigOn: para superar este tipo de fallas es necesario elevar al máximo posible Ia resistencia del mortero, para lo cual deben tomarse ]as siguientes medidas:

• Optimizar el tamaño máximo del árido grueso.

• Utilizar la misma relación agua cemento con la minima cantidad de cemento posible.

• Cuidadosa compactaciOn para eliminar aire atrapado. . Utilizar arena gruesa.

c. Falla por rotura del árido grueso: Esta falla no es muy comün y para preverla es necesarlo que el árido presente una adecuada resistencia a la compresiOn.

Diseño y Control de Mezclas de Concreto. Steven H. Kosmatka. Portland Cement Association (PCA).

(21)

CAPITULO GENERALIDADES

d. Falta por falta de adherencia entre ärido grueso y el mortero: es el más difIcil de mejorar, para esto se requiere que el agregado tenga una superficie rugosa, limpia, forma perfectamente cübica.

Las condiciones señaladas indican adicionalmente que la mantenciOn de las caracteristicas exigidas a un hormigon de alta resistencia hacen necesario un permanente control de calidad, pues, especialmente cuando la resistencia especificada es alta, cualquier falla en el cumplimiento del estas condiciones pone en peligro su mantención en forma permanente.

1.4.

PRINCIPALES USOS DEL HAIR

Entre los princi pales usos que se le da al HAIR tenemos:

1. Para colocar el concreto en servicio a una edad mucho menor, por ejemplo dar tráfico a pavimentos a 3 dIas de su colocaciOn.

2. Para construir edificios altos reduciendo la secciOn de las columnas e incrementando el espaclo disponible,

3. Para construir superestructuras de puentes de mucha luz y para meoca= Ia.

durabilidad de sus elementos.

(22)
(23)

CAPITULO II

ADITIVOS

2. ADITIVOS

2.1. GENERALIDADES

Los aditivos son sustancias que se agregan al hormigOn, a través de sus acciones qulmicas y/o fIsicas, estas sustancias modifican determinadas caracteristicas del hormigon fresco y del endurecido, como el fraguado, la trabajabilidad, el endurecimiento, se presentan en forma de polvo, liquido o pasta y la dosis varia segün el producto y el efecto deseado entre un 0.1 % y 5 % del peso del cemento.

Su empleo se ha ido generalizando hasta el punto de constituir actualmente un componente habitual del hormigOn. Sin embargo SU empleo debe ser considerado cuidadosamente, siendo importante verificar cual es su influencia en otras caracteristicas distintas de las que se desea modificar.

En primera aproximaciOn, su proporción de empleo debe establecerse de acuerdo a ]as especificaciones del fabricante, debiendo posteriormente verificarse segUn los resultados obtenidos en obra a, preferentemente, mediante mezclas de prueba.

El empleo de los aditivos permite controlar algunas propiedades del hormigOn, tales como las siguientes:

• Trabajabilidad y exudación en estado fresco.

• Tempo de fraguado y resistencia inicial de la pasta de cemento. • Resistencia, impermeabilidad y durabilidad en estado end urecido.1

(24)

MOMI,

CAPITULO II

ADITIVOS

2.2. CLASIFICACION

La norma ASTM C 494-99 "Standard Specification for Chemical Admixtures for Concrete" (Especificación de norma para aditivos quimicos para hormigon), distingue siete tipos:2

• TIPO A: Reductor de Agua • TWO B: Retardador de Fraguado

TIPO C : Acelerador de Fraguado

• TIPO D: Red uctor de agua y Retardador. • TIPO E: Red uctor de Agua y Acelerador. • TIPO F: Reductor de Agua de Alto Efecto.

• TIPO G: Reductor de Agua de Alto Efecto y Retardador

Los aditivos incorporadores de aire se encuentran separados de este grupo, e incluidos en Ia norma ASTM C260 "Especifications for Air Entraining Admixtures for Concrete" (Especificación de norma para los aditivos inclusores de aire para hormigon).

2.3. TIPOS PRINCIPALES DE ADITIVO

2.3.1. PLASTIFICANTES REDUCTORES DE AGUA

Se definen como aditivos que permiten, para una misma docilidad, una reducciôn de la cantidad de agua en un hormigOn dado o que, para una misma cantidad de agua aumentan considerablemente esta docilidad o, incluso permiten obtener estos dos efectos simultáneamente.

El aumento de docilidad permite la colocaciOn del hormigon en estructuras complicadas, con alta densidad de armadura o con efectos superficiales especiales sin necesidad de incrementar cantidad de agua de amasado y por consiguiente la dosis de cemento para obtener las resistencias especificadas.

2 NORMA ASTM C494-99. "Standard Specification for Chemical Admixtures for Concrete" (Especificación de

norma para aditivos qulmicos para hormigon)

(25)

6

CAPITULOII ADITIVOS

La disminuciôn de la dosis de agua y en consecuencia de la razOn agua-cemento, manteniendo una determinada trabajabilidad, permite aumentar la compacidad del hormigOn y, por consiguiente, su resistencia, impermeabilidad y durabilidad. Por la misma razOn, la retracciOn y en consecuencia, la tendencia a la fisuraciOn se yen disminuidas.

La acciOn de los aditivos plastificantes puede ser causada por el efecto combinado de tipo fisico, qulmico y fIsico-quimico, dependiendo de la preponderancia de alguna de ellas en su composiciOn.

La acciOn fisica deriva principalmente de la incorporación de aire que producen algunos aditivos, cuyas burbujas, al actuar como especies de rodamientos entre las partIculas sôlidas, disminuyen la fricciOn interna.

La acciOn quimica proviene principalmente de una disminuciOn de la velocidad de hidrataciOn de los constituyentes del cemento, especialmente de los aluminatos. Se obtiene de este modo una acciOn mas completa (mejor mojado) de los granos de cemento, 10 que permite también disminuir el roce interno entre las particulas.

El principal efecto producido por los aditivos plastificadores - reductores de agua incide sobre la trabajabilidad del hormigOn en su estado fresco. Este efecto puede traducirse en una reducciOn de la dosis de agua, si se mantiene constante la docilidad o fluidez del hormigOn, o en un aumento de su docilidad, si se mantiene constante la dosis de agua del hormigon.

2.3.2. SUPERPLASTIFICANTE 0 FLUIDIFICANTE

(26)

6

CAPITULO U

ADITIVOS

Esto se traduce en un enorme aumento de la trabajabilidad del hormigon, sin modificar Ia cantidad de agua. El resultado es un hormigon muy fluido (autonivelante), de baja tendencia a la segregación.

Pueden utilizarse también como reductores de agua, siendo posible en este caso, dada su apreciable efecto, alcanzar disminuciones en la cantidad de agua entre 20% y 30%. Elio permite obtener un fuerte incremento en las resistencias, especialmente en las primeras edades, par lo que pueden utilizarse como aceleradores de endurecimiento o aditivos para hormigones de alta resistencia.

[image:26.552.179.403.330.593.2]

Los fluidificantes y los superplastificantes decididamente son los aditivos más utilizados para la elaboraciOn del hormigOn. La eficacia de estos aditivos estä claramente representada en Ia fig. 2.1.

Figura. 2. 1. Efecto de tin superplastificante o fluidificante.

65 - - -

-I

/

(9

.2

02

05 - 0,6 — 0,7

RELACION A/C

Fuente: www. GrupoMinetti. corn

De la figura 2.1 se puede observar:

• Los superplastificantes mejoran la trabajabilidad del hormigon en presencia de una relación a/c constante(cantidad de agua de mezcla inalterada) ("1");

C

9 60 -z uJ F— >c uJ

55 I

50

45

0 40

35

(27)

6

CAP1TULO ii ADITIVOS

• Por otro lado, si se desea conservar el nivel de trabajabilidad, los fluidificantes permiten reducir la cantidad de agua necesaria y en consecuencia la relación a/c ('2"). En este caso aumentan la resistencia y la impermeabilidad;

• Se puede además, si bien en forma controlada, conjugar los dos efectos, mejorando la trabajabilidad y reduciendo la relaciOn a/c ('3").

- Efectos

El efecto sobre la trabajabilidad del hormigOn se mantiene entre 30 y 60 minutos segUn el aditivo, caracteristica que hace conveniente agregarlo inmediatamente antes del termino del amasado y obliga a una rápida colocaciOn.

El efecto se termina una vez transcurrido el tiempo senalado, volviendo el hormigOn a su docilidad inicial. Eventualmente puede agregarse una nueva dosis, remezclando el hormigOn con elfin de prolongar el efecto por otro periodo.

Los hormigones fluidos obtenidos con estos aditivos pueden ser colocados con gran facilidad, pues son practicamente autonivelantes y por lo tanto se reduce el trabajo de colocaciOn y se elimina la necesidad de vibrar salvo en zonas densamente armadas.

Cuando los aditivos superplastificantes se emplean como reductores de agua se obtiene un incremento de algunas caracteristicas del hormigon endurecido, especialmente su resistencia, durabilidad e impermeabilidad.

Por otra parte, debido a que no producen incorporación de aire, el efecto en las resistencias es superior al obtenido con los plastificantes-reductores de agua, especialmente en las primeras edades, 10 que resulta muy conveniente para su empleo en hormigones pretensados, prefabricados y obras en que se requiere desarrollo rápido de resistencias.

(28)

6

CAPITULOII ADITIVOS

masa compacta y dura, mientras el agua de amasado sube a la superficie del horm igOn.

Finalmente y no par esto de menor importancia, se citan la ventaja econômica, la mejor trabajabilidad y las mejores caracteristicas finales del hormigOn que derivan del agregado de superplastificantes.

Un posible efecto secundarlo que se puede dar seguidamente al uso de fluidificantes es una cierta demara en el fraguado. Aqul entran en juego las caracteristicas del cemento y de los agregados usados. Par esto se recomienda verificar la compatibilidad entre los constituyentes y las aditivos, sobre todo en el caso de dosificaciones elevadas de aditivo o también cuando se trabaja con más de un aditivo simultáneamente.

2.3.3. INCORPORADOR DE AIRE

Están destinados a producir la incorporaciOn de aire en forma de pequenas burbujas, en su mayorIa de un tamano comprendido entre 0.01 y 1 mm, con una distribuciOn unifarme de las masas del hormigon.

La proporciOn de burbujas recomendable depende del tamaño máximo del árido más grueso del hormigOn, empleandose por regla general los siguientes valores:

Tab/a 2.2. % do Aire Recomendado

Tamaño máximo 40 mm 20 mm 10 mm

% aire recomendado 14 15 17

Fuente: www.ucn.

El empleo de las incorporadores de aire esta orientado básicamente a aumentar la resistencia del hormigOn frente a los ciclos alternados de temperaturas bajo y sobre cero (hielo y deshielo), que puedan conducir al congelamiento del agua contenida en el hormigon.

Sin embargo, hacen también efecto sabre otras prapiedades del harmigon, entre las cuales pueden citarse las siguientes:

ReducciOn de la permeabllldad del agua y liquidas en general.

(29)

M

I.-le

CAPITULO Ii ADITIVOS

• Aumento de la consistencia del hormigon, en una forma similar al obtenido por la adición de granos finos.

• Aumento de la fluidez del hormigOn.

• Disminuciôn de la exudación del agua de amasado del hormigôn. Disminuciôn de la resistencia.

Este Ultimo efecto debe ser especialmente considerado, pues la disminuciOn de la resistencia provocada por la incorporaciOn de burbujas no alcanza a ser compensada por la disminuciôn de la cantidad de agua de amasado posible de prod ucir per efecto de la mayor fluidez.

2.3.4. EXPANSORES - ESTABILIZADORES

Estos aditivos forman burbujas de gas por reacción de algunos de sus compuestos entre si o con los productos de la hidratación del cemento. Esta reacción se produce en el interior del hormigon mientras este se mantiene fresco, de manera que, al quedar atrapadas ]as burbujas producidas, se genera una expansiOn del hormigon, motivo por el cual el empleo de este tipo de aditivos se puede orientar a producir dos efectos:

• Si el hormigOn esta libre para expandirse, el aumento de volumen generado permite compensar la disminuciOn de volumen que normalmente experimenta el hormigOn por efecto de la retracciOn hidráulica.

• Si el hormigón esta confinado, el aumento de volumen puede generar un efecto de compresiôn, el cual puede compensar las tensiones de tracciOn que experimenta el hormigOn pci efecto de la retracciOn hidráulica.

2.3.5. ACELERADORES DE FRAGUADO

Son productos que adelantan el inicio de fraguado y aceleran el endurecimiento, permitiendo la obtención de resistencias más altas a edades tempranas.

(30)

6

CAPITULOII ADITIVOS

también la del aluminato tricãlcico, como ocurre con algunos aceleradores capaces de producir un fraguado casi instantáneo.

Los aceleradores producen un aumento de la resistencia inicial del hormigon, principalmente en los primeros dias, acortando, además, los tiempos inicial y final de frag uado.

Por estas caracterIsticas, los aceleradores son utilizados con los siguientes fines: • Cuando se desea reducir el periodo de espera para la puesta en servicio de

un elemento estructural.

• Para atenuar el efecto retardador producido sobre las resistencias iniciales del hormigon en los periodos de baja temperatura.

El efecto producido por un acelerador depende de Ia dosis de cemento, por lo que no es posible dar valores medics sobre su efecto, el cual debe ser estudiado en cada case en particular.

- Efecto sobre el tiempo de fraguado

Tab/a 2.3. Tiempo de Fraguado

% Ca C12 ____________Tiempo de fraguado Principio (h) Fin (h)

0 4.45 11.0

1 3.0 8.0

2 1.5 5.0

Fuente: www. ucn. T9.htm

- Efecto sobre las resistencias

Tab/a 2.4. Resistencia a la compresiOrl Resistencias a la compresiOn (kg/cm2)

/o CaCl2 A las edades y temperaturas que se indican

1 dia 7 dias

5°C 20°C 5°C 20°C

0 7 80 375 495

1 40 130 420 530

2 70 160 425 540

Fuente: www.ucn.cI/Facultadeslnstitutosllaboratorio/fraql9.htm

(31)

6

CAPITULOII

ADITIVOS

superiores (7 dias), pci Ic que puede preverse que tenderán a igualarse a edades superiores, pudiendo incluso esperarse resistencias mas bajas a edades sobre 28 dIas.

2.3.6. Retardadores

Su función principal es retardar el principio de fraguado de la pasta de cemento, manteniendo constante, en lo que sea posible, el tiempo de fraguado y las resistencias en las distintas edades.

El mecanismo de acciOn de los retardadores no es totalmente conocido. Sin embargo se supone que el aditivo es absorbido por los granos de cemento, produciéndose una capa relativamente impermeable, la cual posterga el proceso de hidrataciOn normal, en particular del aluminato tricalcico.

Esta capa es finalmente penetrada por el agua, iniciándose el fraguado de acuerdo a su mecanismo habitual.

El efecto varia segün el producto y la dosis empleada como se aprecia en Ia siguiente tabla 2.5.

Tab/a 2.5 Efecto del aditivo

P^Principio de Fin de fraguado

Producto Dosis

fraguado (h) (h)

Sin aditivo 0 3,10 7,00

0,5% 5,30 13,00

Sacarosa

1,0% 10,00 16,00

1,0% 9,00 15,00

Glucosa

2,0% 14,00 22,30

0,5% 4,5 12,00

AcidofosfOrico 1,0% 6,0 14,00

2,0% 8,0 20,00

(32)

- rt1

r

.1'

a

1

6

CAPITULOII

ADITIVOS

Los antecedentes presentados permiten observar que el efecto de cada tipo de aditivo retardador es significativamente diferente, lo cual confirma la recomendaciOn de estudiar cada aditivo en las condiciones que se va a utilizar.

En general, las experiencias demuestran que el calor desprendido en ]as primeras 24 horas es tanto mas bajo cuanto mayor haya sido el retardo producido. Sin embargo, el calor total desarrollado es igual después de algunos dIas y a los 7 dias puede ser incluso superior el del mortero con el retardador que sin él.

Las experiencias indican que las resistencias mecánicas son inferiores hasta los 3 dIas, pero después de esta edad tienden a igualarse para superarse a los 28 y 90 dias, efecto que es tanto más notorio cuanto mayor sea el retardo.

[image:32.551.168.413.404.578.2]

Los retardadores tienen un efecto plastificante sobre el hormigOn fresco, mejorando la docilidad o permitiendo una reducciOn del agua de amasado.

Figura. 2.2. Resistencia mecánica de/ hormigOn: efecto de los retardadores y de los acelerarites.

Fuente: www.GrupoMinetti.com

Las principales aplicaciones de los retardadores son las siguientes: • Hormigonado a temperaturas elevadas.

• Transporte a larga distancia.

• Hormigonado de grandes volUmenes 0 superficies extensas.

• SupresiOn de las juntas de trabajo en caso de pausas de trabajo programadas (ninguna discontinuidad entre las etapas de trabajo).

(33)

1 MOM

1

CAPITULO II

ADITIVOS

• Atenuaciôn de la liberación de calor derivado de Ia hidratación en el hormigon masivo.

2.3.7. HIDROFUGOS DE MASA

Los hidrofugos están destinados a reducir la penetraciôn a paso de agua a través del mortero u hormigón. Se denomina hidrofugo de masa aquel que se incorpora en el mortero u hormigOn en el momento del amasado. Se excluyen, por lo tanto, los productos aplicados superficial mente, los que se denominan impermeabilizantes superficiales.

El agua puede incorporarse en la masa de una estructura por dos procesos diferentes: presiOn hidrostática a capilaridad. En el primero, el agua tiende a atravesar la masa del hormigOn, escurriendo a través de las discontinuidades que este posee en su interior en forma de fisuras y poros intercomunicadas. En la capilaridad el desplazamiento del agua se produce debido a la existencia de microfisuras de tamaño capilar, que permiten la ascensiOn del agua por efecto de su tension superficial. Por este motivo, la altura alcanzada por el agua que asciende a través de los capilares es mayor cuanto más finos son.

Por las caracteristicas senaladas, para aumentar la impermeabilidad del hormigon es necesarlo obturar las fisuras, microfisuras y poros que posee normalmente y que derivan de la generaciOn de tensiones internas de tracción durante el proceso de hidrataciOn y endurecimiento y de la evaporaciOn de parte del agua de amasado, incorporada para lograr una adecuada trabajabilidad mientras esta aun en estado fresco.

(34)

6

CAPITULOII

ADITIVOS

En general, los hidrOfugos se recomiendan para hormigones con dosis moderadas de cemento, puesto que en ellos pueden desarrollar su efecto obturador de los poros, microfisuras y fisuras capitares que poseen.

En hormigones con dosis alta de cemento el efecto de obturaciOn lo produce este ultimo componente, por 10 que para obtener un mayor efecto es conveniente el uso de aditivos plastificantes - reductores de agua y/o incorporadores de aire, los que contribuyen a aumentar la compacidad del hormigOn y, en consecuencia, su impermeabilidad.

Debe tenerse presente que no es posible lograr impermeabilidad sobre la base de hidrofugos en hormigones defectuosos con un gran volumen de huecos, poros o nidos de piedra.

Los hidrOfugos se comercializan en forma de polvo o liquido mas o menos pastoso y se utilizan en dosis del que varFan de un 0.5% al 5% del peso del cemento.

Finalmente, debe considerarse también que indirectamente los plastificantes -reductores de agua también tienen caracteristicas impermeabilizantes, pues, at disminuir la dosis de agua manteniendo la docilidad del hormigón, producen un aumento en la compacidad.

Por su parte, los incorporadores de aire también contribuyen a la impermeabilidad frente a la capilaridad at interponer burbujas de aire, que disminuyen el efecto de la tensiOn superficial del agua, en las vias de filtraciOn que constituyen las fisuras y microfisuras.

El efecto principal de los hidrofugos se relaciona con la disminuciOn de la permeabilidad de los hormigones y morteros.

Las experiencias obtenidas con el uso de hidrófugos indican que estos, además de reducir la permeabilidad del hormigOn, pueden tener efectos sobre las propiedades.

(35)

6

CAPITULOH ADITIVOS

Pueden producir un retardo del fraguado de la pasta de cemento, especialmente si contiene lignosulfatos con azucares.

Aumentan la docilidad del hormigOn Disminuye la exudaciOn

Pueden disminuir las resistencias mecánicas, especialmente si el hidrOfugo incorpora aire.

Pueden producir un aumento de Ia retracciôn hidráulica.

Por este motivo, antes de emplear un hidrOfugo de masa es conveniente solicitar informaciones sobre los efectos secundarios que pueden derivar de su empleo.

2.3.8. ADITIVOS COMBINADOS

Estos productos combinan los efectos de dos o mãs de los aditivos antes descritos, destacándose entre ellos: Plastificantes retardadores, plastificantes -aceleradores, plastificantes - incorporadores de aire, etc.

Para ellos son validos los mismos conceptos que se han dado sobre cada uno independientemente. Presentan la ventaja de actuar simultáneamente sobre distintas propiedades del hormigOn, sin tener que recurrir al empleo de dos aditivos en forma conjunta, lo que puede inducir a errores de aplicación, especialmente cuando su dosis es muy diferente.

Sin embargo, coma consecuencia de los efectos secundarios que se derivan de los aditivos componentes, deben ser formulados para que su efecto sea más bien moderado. Ella puede constituir una IimitaciOn para algunos casos particulares en que sea necesario un efecto mayor de uno de los aditivos componentes, no siendo posible actuar independientemente sobre él.

(36)

V I

VIIII,

CAPITULO H ADITIVOS

2.3.9. AGENTES FORMADORES DE ESPUMA

Se utilizan para confeccionar hormigones celulares, incluyendo burbujas de diámetro entre 0.5 y 4 mm que reemplazan a los áridos con elfin de obtener una mezcla de baja densidad. Con este procedimiento la densidad puede variar de 0.4 a 1.0 kg/dm3 segUn sea la cantidad de espuma incorporada.

Los agentes espumantes deben producir burbujas estables y resistentes a la presión que par sobre ellos ejercen los componentes del hormigOn durante el periodo en que este permanece en estado fresco.

Los espumantes, al ser agitados en agua, producen espuma, la cual al ser dispersada durante el amasado en la masa del hormigOn, incorpora las burbujas, de aire para disminuir la densidad.

Para lograr este objetivo, los morteros u hormigones celulares se confeccionan agregando primero la espuma, preparada agitando el aditivo espumante en agua, a una lechada de cemente a a un mortero fino, a los cuales posteriormente se les agrega el resto de los componentes del hormigon.

La incorporaciôn de las burbujas de aire tiene como consecuencia que las resistencias mecánicas disminuyan considerablemente, en funciOn de la dosis de aditivo y, consecuentemente, de la densidad aparente resultante.

2.4. DOSIFICACION

Los aditivos son agregados generalmente en forma lIquida en pequenas cantidades, en el momenta del mezclado. Su parcentual en peso con respecto al cemento se sitUa habitualmente entre 0,2 y 2 %. De todos modos la dosificaciOn debe hacerse siguiendo las indicaciones del productor.

En la preparacion de la formula del hormigOn será necesarlo tener en cuenta la parte de lIquido introducida para dosificaciones superiores a 1 %. De igul forma se tendrá presente la cantidad de aire introducida a la mezcla par media de aireadores. Es

(37)

6

CAPIiULOl ADITIVOS

(38)
(39)

CAPITULO III MATERIALES

3. ESTUDIO DE LOS MATERIALES A UTILIZARSE EN EL

D(SEfIO DE HAR.

3.1. CEMENTO.

El cemento POrtland es el principal cemento hidráulico; entendiéndose como tal al que fragua y se endurece at contacto con el agua. Hay otras dos variedades: el natural y el puzolánico o de escoria.

En la práctica, el material de mayor interés es la pasta de cemento, la cual es et producto de la reacciOn de cemento con agua. En presencia de agua, los silicatos y aluminatos del cemento Portland forman productos de hidrataciOn o hidratos, que resultan en una masa firme y dura.

3.1.1. TIPOS DE CEMENTO PORTLAND.

En Ecuador existen 2 normas para los Cementos Portland. La más reciente, INEN 490, que cubre los cementos Portland compuestos, Ilamados asI porque contienen un componente adicional de tipo mineral con gran potencial hidráulico, como son la puzolana y la escoria, las cuales mejoran las propiedades y el comportamiento del cemento. La segunda norma, INEN 152, la norma antigua, cubre los cementos simples que contienen clinker y yeso solamente, se puede estimar que la producciOn de cementos Portland compuestos a nivel mundial está en el orden del 90% del total.

Bajo la norma moderna de cementos, INEN 490, se producen los tipos IP. IPM y P1,

en la actualidad la mayor producciOn nacional de cemento es el Portland Puzolánico tipo IP.

3.1.2. PRINCIPALES PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS EL CEMENTO.

(40)

C III MATERIALES

a) Peso especifico.

El peso especifico real varla muy poco de unos cementos a otros, oscilando entre 3 y 3.15 gr/cm 3 . El valor del peso especifico no indica la calidad de un tipo de cemento, sino que su valor es usado para el diseño de la mezcla. Con el valor del peso especifico se pueden encontrar otras caracteristicas del concreto.2

b) Resistencias mecánicas.

Las pruebas de resistencia no se hacen en la pasta simple de cemento debido a las dificultades para obtener buenas muestras y para probarlas con Ia consiguiente variabilidad de resultados. Para determinar la resistencia del cemento se emplea la norma ASTM C109, la cual especifica elaborar un mortero de cemento-arena, hecho con materiales especificos y en condiciones estrictamente controladas.

La resistencia de un hormigOn se ye afectada directamente a la resistencia del cemento empleado, es decir, tanto mayor sea Ia resistencia del cemento se puede lograra hormigones con mayor resistencia.

3.2. AGREGADOS.

Como agregado para confección de hormigones pueden emplearse arenas y gravas naturales a procedentes de trituraciOn, que reünan en igual o superior grado las caracterIsticas de resistencia y durabilidad que se le exijan al hormigOn.

En importantes regiones de nuestra provincia y pals no se cuentan con agregados que se encuadren dentro de los requisitos de calidad establecidos por las normas y reglamentos de construcciOn, esto no impide que las construcciones civiles se realicen utilizando hormigones elaborados con agregados de menor calidad. Entonces, por cuestiones técnico-econOmicas es necesario efectuar estudios experimentales a fin de optimizar la calidad de los hormigones y promover el incremento de la durabilidad de las estructuras.

wv.v.e!horrngon.com

(41)

CAPITULO III MATERIALES

Los agregados pueden ser rodados o triturados. Los primeros proporcionan hormigones más dôciles y trabajables, requiriendo menos cantidad de agua que los segundos, para un mismo revenimiento.

Al emplear agregado rodado suelto se tiene la garantia que se trata de piedras duras y limpias, salvo contaminaciOn de la gravera. Pero si se encuentra mezclado con arcilla es imprescindible lavarlo, para eliminar la camisa que envuelve a los granos y que haria disminuir grandemente su adherencia con la pasta. Este lavado debe ser energico, realizado con mãquinas de lavar, no sirviendo de nada el simple rociado en obra.

El agregado triturado debe estar desprovisto del polvo de trituraciôn, que supone su incremento de finos en el hormigOn y, por tanto, mayor cantidad de agua de amasado, baja resistencia y mayor riesgo de fisuras en las primeras edades.

3.2.1. GRANULOMETRIA DE LOS AGREGADOS

[image:41.552.173.424.521.687.2]

La distribución de los distintos tamaños de los granos que componen un agregado tiene una importancia decisiva en las caracterIsticas del hormigOn. El estudio de dicha distribuciOn suele efectuarse mediante la curva granulometrica, que se determina cribando el agregado a través de una serie normalizada de cribas y tamices. La variaciOn del tamaño de particulas se muestra en la Figura 3.1.

Figura. 3.1. Varios tamaños de particulas que Se encuentran en los agregados para uso en concreto (1MG 12320)

" ., •,. .

A . .

,

(42)

CAPITULO III MATERIALES

Los parámetros que determinan las caracteristicas granulométricas de los agregados son fundamentalmente tres: el tamaño del árido, la compacidad y el contenido de granos finos.

La compacidad de un agregado es la relación existente entre su volumen real y su volumen aparente. Cuanto mayor sea su compacidad, menor será el volumen de huecos que deja el agregado y, por tanto, será menor la cantidad de pasta de cemento necesaria para rellenarlos.

Por otra parte al aumentar el contenido de granos finos, disminuye la compacidad del árido y seré necesario aumentar las cantidades de cemento y agua del hormigon.

3.2.2. MASA ESPECIFICA RELATIVA

La masa especfica relativa (densidad relativa, gravedad especifica) de Un agregado es la relaciOn entre su masa y la masa de agua con el mismo volumen absoluto. Normalmente no se la usa como una medida de la calidad del agregado.3

Para medir la masa especifica relativa se utilizan las normas: ASTM C 127 y ASTM C 128, para agregado fino y agregado grueso respectivarnente.

Para determinar la masa especIfica relativa de un agregado se lo hace en condición seca al horno o saturada con superficie seca.

La masa especIfica (densidad) de las particulas que se usa en los cálculos de proporcionamiento se determina por la multiplicaciOn de la masa especfica relativa de los agregados por la densidad del agua.

3.2.3. MASA VOLUMETRICA (MASA UNITARIA) Y VACIOS

La masa volumétrica (masa unitaria) de un agregado es la masa o el peso del agregado necesario para Ilenar un recipiente con un volumen unitarlo especificado.

(43)

CAPITULO Ill MATERIALES

El volumen a que se refiere aqul es aquel ocupado por los agregados y por los vaclos entre las particulas de agregado.4

La cantidad de vacIos entre las particulas afecta la demanda de pasta en el diseno de la mezcla.

La norma ASTM C 29 establece el procedimiento para su determinación.

3.2.4. POROSIDAD, ABSORCION Y CONTENIDO DE HUMEDAD.

La porosidad, Ia permeabilidad y la capacidad de absorciôn del agregado influyen en la adherencia con la pasta de cemento, lo cual afecta la resistencia del hormigôn.

Algunos poros del agregado están totalmente dentro de la partIcula, pero otros se abren en la superficie, de modo que el agua puede penetrar en ellos; la cantidad y la proporciOn de la penetraciôn dependerán del tamaño y de la continuidad del volumen total de los poros.

La absorciôn de agua se determina midiendo la disminuciôn de masa de una muestra saturada y de superficie seca después de secarla en un horno durante 24 horas. La relaciôn de la disminuciOn de masa respecto a la masa de la muestra seca, expresada como porcentaje, se denomina absorciOn.

Puesto que la absorciOn representa el agua contenida en agregado en condiciOn saturada y de superficie seca, podemos definir el contenido de humedad como el exceso de agua en un estado saturado y con una superficie seca. Asi, el contenido total de agua de un agregado hUmedo será igual a la suma de la absorciôn y del contenido de humedad.

(44)

CAPITULO III MATERIALES

amasada a la otra, resultando en la variación de otras propiedades, tales como la resistencia a compresiOn y la trabajabilidad.

Los procedimientos regulares se describen en la norma ASTM C 70.

3.2.5. RESISTENCIA AL DESGASTE.

El valor de abrasion del agregado se define como el porcentaje de perdida del volumen sometido a abrasion, de manera que un valor alto denota baja resistencia a la abrasiOn.

La prueba de Los Angeles combina los procesos de desgaste y abrasiOn, y sus resultados muestran una buena correlaciOn no sOlo con el desgaste real del agregado en el concreto, sino con las resistencias a la flexiôn y compresiOn de concretos hechos con el mismo agregado.

Para estimar cualquier posibilidad de degradaciOn de un agregado fino no conocido, debido a una mezcla prolongada del concreto fresco, es recomendable una prueba de abrasiOn hümeda, para determinar cuánto material menor de 75 jim (malla nom. 200) se produce. Sin embargo, la prueba de Los Angeles no es muy adecuada para este ültimo requerimiento y, de hecho, no existe un aparato estándar disponible.

3.2.6. PUREZA DE ARIDOS.

El árido no debe contener materias perjudiciales que puedan disminuir las propiedades esenciales del hormigOn y del acero (hormigOn armado). Se puede distinguir dos categorias:

1. Las impurezas tolerables (en porcentaje limitado):

Elementos minerales inertes (arcillas, limo, fango, etc.); Las materias organicas.

Los sulfatos y sulfuros. 2. Las impurezas a evitar:

Lignito, carbOn, residuos de carbOn;

(45)

CAPITULO Ill

MATERIALES

• Escorias;

• Arcillas en terrones.

3.2.7. AGREGADO GRUESO

Se denomina agregado grueso a la fracción mayor de 5 mm y menor de 90 mm; y esta formado por canto rodado, roca triturada o una mezcla de los dos que cumpla con los requisitos de la norma ASTM C 33. En el HAR, el tamaño máximo es cerca de 19 mm (3/4 pulg.). Las resistencias más elevadas también se pueden lograr con el empleo de piedra triturada en vez de grava redondeada.

En los estudios realizados para la obtenciOn de HAR se utilizo agregado grueso triturado procedente de la Malacatos, con un tamaño máximo nominal de 19 mm, con las siguientes caracteristicas (ver anexo A):

Tab/a 3.1. CaracterIsficas de agregado grueso.

PROPIEDADES U CARACTERISTICA REQUISITO

Tamaño MAximo Nominal mm 19 9.5-25

Densidad Real (Dsss) gr/cm3 2.64

-Densidad Seca (Ds) gr/cm3 2.613

-Densidad Aparente (D) grlcm3 2.686

-Densidad Aparente en Estado Compactado grIcm 1.594 -Densidad Aparente en Estado Suelto grlcm3 1.426 -Porcentaje de AbsorciOn (Pa) % 1.06 0.2-4

Porcentaje de Abrasion % 27.8 <50

t-uenw: t; iuror

3.2.8. AGREGADO FINO.

(46)

CAPITULO III

MATERIALES

En los estudios realizados para la obtención de HAR se utilizo arena gruesa, limpia, de No con un mOdulo de finura superior a 3, procedente de Chingalamaca, con las siguientes caracterIsticas (ver anexo A):

Tab/a 3.2. CaracterIsficas de agregado fino.

PROPIEDADES U CARACTERISTICA REQUISITO

Modulo de Finura % 2.9 2.8 - 12

Densidad Real (Dsss) gr1cm3 2.676

-Densidad Seca (Ds) grlcm3 2.665

-Densidad Aparente (D) gr/cm3 2.695

-Densidad Aparente en Estado Compactado gr/cm3 1.861 -Densidad Aparente en Estado Suelto gr/cm3 1.753 -Porcentaje de AbsorciOn (Pa) % 0.41 0.2-2

t-uente: L-i /-uro,

3.3. ADITIVOS

En el estudlo realizado para la obtención de HAR se utilizo un aditivo reductor de agua de alta eficiencia, denominado Aditec SF 104

Aditec SF 104 es un aditivo liquido superplastificante, reductor de agua de alto rango y economizador de cemento. No contiene cloruros, no es corrosivo.5

Usos

• ADITEC SF- 104 es recomendado para producir hormigones de alta plasticidad, con fraguado normal y desarrollo rápido de resistencias asI como para elaborar hormigones autonivelantes.

• Mejora el desempeño del hormigon preforzado, prefabricado y rehoplástico. • Permite una reducción del 15 al 45% del agua de la mezcla manteniendo la

consistencia, se obtiene asI un incremento de las resistencias a todas las edades.

• Donde se necesite mezclas de consistencia fluida para facilitar su colocaciOn haciendo fãcil el bombea.

www.aditec-ec.com

(47)

CAPITULO III MATERIALES

Se puede aprovechar el incremento de las resistencias para reducir la cantidad de cemento, obteniéndose un diseno mäs econOmico.

Beneficios:

• En climas medios y frios mantiene la manejabilidad del hormigOn.

• Puede ser usado para elaborar hormigOn o mortero fluido para adicionarla a una mezcla de consistencia normal.

• Produce hormigones impermeables y durables. • Evita la segregaciOn, aumenta la cohesividad. • Facilita el bombeo del hormigOn.

• Aumenta notablemente la resistencia inicial y final del hormigOn por la reducciOn del agua.

Densidad.- 1,18 ± 0.01g/cm3

Dosificación.- Se recomienda entre el 0.70 al 2% del peso del cemento (300 a 850 cc por saco de cemento de 50 Kg).

Método de aplicación:

Adicionarlo al hormigOn o mortero con la ültima parte del agua de amasado y extender el tiempo de mezclado un minimo de 5 minutos hasta obtener una mezcla fluida. Nunca anadir directamente al cemento o a los agregados secos.

Recomendaciones:

• Se recomienda hacer ensayos con los materiales a usar y en las condiciones de la obra para determinar la dosis Optima.

• La dosificaciOn dependera del incremento de asentamiento y resistencia requeridos.

• La elaboraciOn del hormigOn fluido exige una buena distribuciOn granulométrica del agregado.

Precauciones:

(48)
(49)

CAPI11AO Iv DOSI FICACIÔN

4. DOSIFICACION DEL HORMIGON DE ALTA

RESISTENCIA.

4.1. RELACION GRAVA-ARENA

La parte granular está formada por los agregados que son elementos inertes, generalmente mãs resistente que Ia pasta cementante y además económicos. Por Ia tanto conviene colocar la mayor cantidad posible de agregados para lograr un hormigon resistente, que no presente grandes variaciones dimensionales y sea econôm I Co.

Pero hay un limite en el contenido de agregados gruesos dado por la trabajabilidad del hormigon. Si la cantidad de agregados gruesos es excesiva la mezcla se volverá difIcil de trabajar y habrá una tendencia de los agregados gruesos a separarse del mortero (segregacion). Liegado este caso se suele decir que el hormigon es "áspero", "pedregoso" y "poco dOcil". En el hormigón fresco, es decir recién elaborado y hasta que comience su fraguado, la pasta cementante tiene la funciOn de lubricar las particulas de agregado, permitiendo la movilidad de la mezcla. En este aspecto tamblén colabora el agregado fino (arena).

La arena debe estar presente en una cantidad minima que permita una buena trabajabilidad y brindle cohesiOn a la mezcla. Pero no debe estar en exceso porque perjudicará las resistencias. Se debe optimizar la proporciOn de cada material de forma tal que se logren las propiedades deseadas al minimo costo.

4.2. RELACION AGUA-CEMENTO

(50)

CAPITULOIV DOSIFICACION

agua de un hormigOn determinado a través de los cambios en su consistencia. Con cierta experiencia, este método ofrece una precision aceptable.

La elección de Ia relaciOn a/c depende principalmente de la agresividad del ambiente al que estará expuesto el hormigon y de los requisitos mecánicos que el hormigon endurecido debe satisfacer. La práctica muestra que es rnás bien dificil obtener una relaciOn a/c menor a 0,45 y una trabajabilidad normal, por ello se hace necesario el uso de un aditivo plastificante.

[image:50.551.219.363.455.658.2]

Una dosificaciOn de cernento suficiente protege la armadura de la corrosiOn. Esta protecciOn es asegurada por la fuerte alcalinidad que proporcionan los álcalis y el hidrOxido de calcio que se forma durante Ia hidrataciOn y también por una reducida porosidad del hormigOn. Esta dosificaciOn puede ser a veces reducida a 200 Kg/m:1 para los elementos de hormigOn masivo armado que no están expuestos a medios agresivos y cuyos recubrimientos de arrnaduras igualan o superan los 10 cm. Para el hormigOn a la vista o tarnbién cuando se usan agregados triturados, se recomienda aurnentar la dosificaciOn de cemento en el orden del 10%.

Figura. 4. 1 Influencia de ía relaciOn a/c sobre las caracterIsticas del hormigOn.

Reladón a/c baja

Reastenda mecãnica

- - - - elevada

Relaaôn a/c eevada

baja,

-Absordon capilar

- - débil eIevada

-4H

(51)

CAPITUIO IV DOSIFICACION

Contraction

débil elevada r

-r a

-Segregación

débil elevada. -- ExudaciOn

HorrnigOn fresco

Durabilidad

resquebrajadura buena de a

conservación superficie de Is

superficie

Fuente: www.grupominetti.com.ar

La resistencia (compresiôn o flexión) es el indicador de la calidad del hormigon más universalmente utilizado. A pesar de ser una caracterIstica importante, otras propiedades, tales como durabilidad, permeabilidad y resistencia al desgaste se reconocen hay en dia como de igual importancia o, en algunos casos, de mayor importancia, especialmente cuando se considera la vida Util de la estructura.

Dentro del rango normal de resistencias usadas en la construcciôn de hormigOn, la resistencia es inversamente proporcional a la relaciOn agua-cemento a agua-material cementante (ligante). Para hormigones totalmente compactados, producidos con agregados limpios y sanos, la resistencia y otras propiedades requeridas del hormigOn, bajo las condiciones de obra, se gobiernan por la cantidad del agua de mezcla usada par unidad de cemento o material cementante (Abrams 1918).

(52)

CAPITULOIV DOSIFICACION

tanto de la relaciôn agua-material cementante original y del grado de hidratación del material cementante.

La importancia del curado temprano y minucioso se reconoce fácilmente. La diferencia en la resistencia del hormigOn para una dada relaciOn agua-cemento puede resultar de:

(1) Cambios del tamaño, granulometria, textura superficial, forma, resistencia y rigidez del agregado,

(2) Diferencias en los tipos y fuentes de material cementante, (3) Contenido de aire incluido (incorporado),

(4) La presencia de aditivos y (5) Duración del curado.

La relaciôn agua-material cementante (ligante) es simple-mente la masa del agua dividida por la masa del material cementante (cemerito portland, cemento adicionado, ceniza volante, escoria, humo de silice y puzolanas naturales). La relaciôn agua-material cementante elegida para un diseño de mezcla debe ser el menor valor necesario para resistir a [as condiciones de exposiciOn anticipadas.

Cuando la durabilidad no es el factor que gobierne, la elecciOn de la relaciOn agua-material cementante se debe basar en los requisitos de resistencia a compresiOn. En estos casos, la relaciOn agua-material cementante y las proporciones de la mezcla para la resistencia requerida se deben basar en datos de campo adecuados o en mezclas de prueba que empleen los materiales de Ia obra, a fin de que se determine la relaciOn entre la resistencia y la relaciOn agua-material cementante (ligante). Cuando no se disponga de más datos, se pueden utilizar Ia Figura 4.2 y la Tabla 4.1 para elegir la relaciOn agua-material cementante, con base en el promedio requerido de la resistencia, para mezclas de pruebas. En el diseño de mezclas, la relación agua-material cementante, a/mc, se usa frecuentemente como sinónimo de la relación agua-cemento (a/c). Sin embargo, algunas especificaciones difererician las dos relaciones. Tradicionalmente, la relación agua-cemento se refiere a la relacián agua-cemento portland o agua-cemento adicionada.

(53)

D

'51e

CAPITULO IV DOSIFICACION

Tab/a 4. 1 Dependencia enfre Ia relaciOn a/c y la resistencia a la compresiOn

RESIATENCIA A LA RELACION AQUA MATERIAL COMPRESION CEMENTANTE EN MASA A LOS 28 DIAS CONCRETO SIN CONCRETO CON

Kg/cm (MPa) AIRE INCLUIDO AJRE INCLUIDO

450(45) 0,38 0,31

400(40) 0,43 0,34

350(35) 0,48 0,40

300(30) 0,55 046

250(25) 0,62

F

0,53

200(20) 0,70 1 0,61

150(15) 080 1 0,72

[image:53.551.115.472.281.492.2]

Fuente: PCA. Diseño y Control de Me:clas de Concreto. Steven H. Kosmalka. Primera Edición 2004.

Figura 4.2 Efecto de la a/c sobre la resistencia a Ia compresiOn

E 500

C)

400

300

a

200

100

0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

RelaciOn aqua/cern ento

hormigOn con aire incluido -hormigan con incorporaci6n de aire

Fuente: PC.4. Diseo y Control de Me:clas de Concreto. Steven H. Kosnialka. Primera Edición 2004.

4.3. CONSIDERACIONES EN LAS PROPORCIONES DE MEZCLAS.

El proporcionamiento (dosificaciOn) de la mezcla se refiere at proceso de determinaciôn de las cantidades de los ingredientes del hormigOn, usando materiales locales, para que se logren las caracteristicas especificadas. Un hormigon adecuadamente proporcionado debe presentar las siguientes cualidades:

•Trabajabilidad aceptable del hormigOn fresco

(54)

CAPITULOIV DOSIFICACION

Es importante el entendimiento de los principios básicos del diseño de mezclas, tales como los cálculos usados para establecer las proporciones de la mezcla. Las cualidades citadas arriba se pueden alcanzar en las construcciones en hormigon solo con la selección adecuada de los materiales y de ]as caracterIsticas de la mezcla.

4.4. DOSIFICACIÔN.

El diseño de las mezclas de hormigOn requiere del establecimiento de las caracteristicas especIficas de los elementos a utilizar y en la elección de proporciones de materiales disponibles para la producciOn del hormigon con las propiedades requeridas y la mayor economia. Los métodos de proporcionamiento evolucionaron desde el método volumétrico arbitrarlo (1: 2: 3 - cemento: arena: agregado grueso) a principios del siglo XX (Abrams 1918) hasta los métodos actuales de masa y volumen absoluto, descritos en el AOl comité 211, y para los estudios realizados se utilizO el proporcionamiento detallado en el ACI 211.4R-93 Guide for Selecting Proportions for High - Strength Concrete with Portland Cement and Flay Ash y ademés de los ajustes de mezclas por el método de PCA.

Para la determinaciOn de la composiciOn del hormigOn, o sea su dosificaciOn, es necesario que los productores tengan en cuenta sobre todo las siguientes caracterIsticas:

• Trabajabilidad.

• Resistencia mecénica. • Durabilidad.

• Costo.

Los diferentes métodos usados para la dosificaciOn son los siguientes:

(55)

CAPITULO IV

DOSIFICACIÔN

4.4.1.

MET000 DEL AMERICAN CONCRETE INSTITUTE (ACI 211.4R-93)

PARAMETROS DE DISEi1O

RESISTENCIA:

La resistencia que deba tener el hormigOn que se quiere dosificar, será determinada por el proyectista considerando las circunstancias que en cada caso tenga lugar.

Para realizar la dosificaciôn de hormigones de alta resistencia se trabaja con una resistencia promedlo, la cual se determina a partir de la resistencia de diseno con la siguiente ecuaciOn:

f.

= + 1400 (Ec. 4.1) Donde:

fc = Resistencia de diseño psi (Lib/pull) fcr = La resistencia promedio psi (Lib/puF)

RELACION AGUA / CEMENTO PARA LA CONDICION DE RESISTENCIA A

COMPRESION:

El método entrega una tabla de relaciôn agua / cemento, en peso, para distintas resistencias medidas a compresiôn a 28 dias con aire incorporado y sin él, en probetas cilindricas.

CONSISTENCIA:

Al seleccionar la consistencia adecuada deberã usarse el asentamiento mãs reducido posible compatible con la adecuada colocación del hormigOn en obra, y para ella el método entrega una tabla para distintos tipos de construcciones y con asentamiento de cono máximos y mInimos.

CANTIDAD DE AGUA:

(56)

CAPITULO IV DOSIFICACION

de cono y por la cantidad de aire incorporado y es prácticamente independiente de la cantidad de cemento.

Las cantidades son las máximas esperadas por 10 que si se requiere más deben ir acompatadas por su respectivo aumento de cemento.

CANTIDAD DE CEMENTO:

Conociendo la cantidad de agua el cemento se determina despejando segUn relaciôn agua / cemento.

CANTIDAD DEARIDO GRUESO:

La maxima cantidad de resistencia y la minima cantidad de agua de amasado se conseguirán cuando se utilicen la mayor cantidad posible de äridos gruesos, compatible con la docilidad.

Esta cantidad se puede usar mediante ensayos y si no se dispone de estos se puede recurrir a la tabla que entrega cantidad de volumen de ärido grueso por unidad de volumen de hormigOn para diferentes mOdulos de finuras de las arenas.

CANTIDAD DE ARIDO FINO:

Se obtiene de la diferencia, restando de 1000 los volümenes de áridos gruesos, cemento, agua y aire.

DESARROLLO DEL METODO DE DOSIFICACION

El método del American Concrete Institute se basa en tablas empiricas experimentales mediante las cuales se determinan las condiciones de partida antes señaladas, en la forma que se explica a continuaciOn:

PASO 1. Selección del asentamiento y la resistencia requerida del hormigon.

Los valores recomendados para el asentamiento están dados en la tabla 4.2. Aunque para hormigones de alta resistencia con aditivo reductor de agua de alto

Figure

Fig. I EvoluciOn de la resistencia del hormigOn y de la altura de los edificios.3
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