tecnología del hormigón, preparación de probetas y aridos.
-
Upload
maximiliano-lizana-maldonado -
Category
Documents
-
view
41 -
download
5
Transcript of tecnología del hormigón, preparación de probetas y aridos.
INFORME Nº1
“CARACTERIZACIÓN DE ÁRIDOS,
PREPARACIÓN Y CONFECCIÓN DE
PROBETAS DE HORMIGÓN”
Concepción, Martes 29 de Octubre del 2013
Universidad de Concepción
Facultad de Ingeniería
Dpto. de Ingeniería Civil
Laboratorio de Hormigones
Profesor: Víctor Carrasco
Ayudante: Daryl González
Laboratorista: Carlos Bustos
Sección: N°1
Integrantes: - Gustavo Acuña A.
- Maximiliano Lizana M.
- Javier Mellado P.
Fecha ejecución:
-Viernes 04 Octubre
-Viernes 11 Octubre
1.- INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
El hormigón, por sus características, es el principal material empleado para la construcción de
diversos tipos de estructuras, y es por esta razón que para la formación íntegra de cualquier
Ingeniero Civil, se hace necesario que éste tenga un conocimiento amplio acerca de él.
El hormigón se compone principalmente por cemento, agua, áridos naturales o artificiales, aire y
aditivos. Las condiciones que presentan estos componentes determinarán las características del
hormigón.
El presente informe tiene por objetivo presentar los diversos ensayos que se realizan a uno de
estos componentes, los áridos, para así conocer sus condiciones y cómo afectarán en las
características del hormigón y en segundo lugar se tratará sobre la confección y moldeo de
probetas de hormigón.
En el primer laboratorio se procedió a caracterizar y analizar una muestra de áridos, que en
condiciones reales sería una representación del árido usado para producir hormigón en una obra
civil.
Su importancia radica en determinar el estado y las características del árido, tales como la
presencia de impurezas orgánicas, humedad, granulometría, etc. que puedan influir en la calidad
o propiedades del hormigón fabricado como la resistencia y la durabilidad.
En el segundo laboratorio se realizó la preparación de hormigón, procediendo al moldeo de 7
probetas.
La importancia de este 2º laboratorio radica en la capacidad de predecir y estimar la resistencia
del elemento estructural, para lo cual es de vital importancia contar con probetas obtenidas de
procesos normados y que en cuya fabricación exista un estricto protocolo necesario para asegurar
el valor más fidedigno posible según el tipo, calidad y cantidad de los componentes usados.
En este contexto, los tipos de ensayos corresponden a procedimientos normalizados, cuyas
formas de aplicación universales intentan darle uniformidad a la labor realizada.
Figura 1. Cuarteador mecánico
Figura 2. Separador y bandeja
Figura 3. Frascos con mezcla de agua, áridos y NaOH; y tester.
2.- MATERIALES, HERRAMIENTAS Y EQUIPOS
2.1.- Materiales
Grava
Gravilla
Arena Biobío
Cemento Biobío
Agua potable
2.2.- Herramientas y Equipos
2.2.1.- LABORATORIO N° 1.
Cuarteador mecánico: Se utiliza para dividir la muestra de
áridos gruesos. Consiste en una caja metálica que tiene una serie de
canales dirigidos hacia dos bandejas receptoras ubicadas a ambos lados
de la caja.
Brocha, bandeja y separador metálico: Se utilizan para el
cuarteo de áridos finos. La bandeja y la brocha son para retener y
juntar/separar la muestra respectivamente, el separador es un
instrumento metálico en forma de cruz (este último es un
instrumento confeccionado, se suele recurrir a herramientas más
simples como una pala).
Tester de coloración, frasco e hidróxido de sodio: Se
utilizan para determinar la presencia de impurezas. El frasco es
un contenedor de vidrio de 250 a 350 mL. , el hidróxido de
sodio (NaOH) contenido en una solución de 3% y el tester es un
colorímetro que muestra un patrón de colores para
comparación.
Figura 4. Balanza electrónica
Figura 5. Tamizador áridos finos Ro-Tap
Figura 6. Tamizador áridos gruesos
Figura 7. Quemador secando una muestra de áridos
Balanzas electrónicas: instrumentos electrónicos usados en
la medición de masa de los áridos.
Tamizador áridos finos: tamizador mecánico Ro-Tap modelo
B, utilizando en el ensayo granulométrico, contiene los tamices N° 4,
8, 16, 30, 50, 100.
Tamizador áridos gruesos: Tamizador mecánico, utilizado en el
ensayo granulométrico, contiene los tamices 1 ½ ”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, n° 4.
Quemador de secado: Instrumento a gas, que genera una
llama la cual es utilizada para secar áridos o muestras de suelo.
Figura 8. Recipiente de acero y muestra de árido fino
Figura 10. Betonera mezclando hormigón
Figura 11. Cono de Abrams
Figura 12. Consistómetro de Vebe
Figura 9.Probeta cilíndrica con muestra de áridos y agua
Recipientes: Objeto hondo metálico utilizados en la recepción de áridos.
Probeta: Cilindro graduado de vidrio de 1000 mL.
2.2.2.- LABORATORIO N° 2.
Betonera: Es una máquina mezcladora de
hormigón que consta fundamentalmente de un
tambor rotatorio y de un sistema de paletas; estas
últimas son las que permiten realizar el proceso de
mezclado de las materias primas. La velocidad de
rotación de la betonera empleada en el laboratorio
es de 40 RPM.
Cono de Abrams: Es un ensayo que tiene como objetivo
medir la consistencia del hormigón fresco. Se trata de un molde
normalizado en el que se introduce el hormigón y luego se mide el
asentamiento debido al peso propio y a la fluidez de este material.
Consistómetro de Vebe: Es un instrumento que sirve para medir la
trabajabilidad de hormigones frescos muy secos. Como concepto general,
se tiene que a mayor tiempo, menor es la trabajabilidad.
Figura 13. Mesa de sacudida
Figura 16. Moldes
Figura 14. Bola de Kelly
Figura 15. Aerímetro
Mesa de sacudida: Al igual que el ensayo anterior, este
instrumento se usa para hormigones frescos muy secos. Consta
de una mesa rotatoria circular en la cual se hace girar la muestra
de hormigón, generando así que se extienda en la mesa. Como
concepto, a mayor diámetro, mayor es la fluidez.
Bola de Kelly: Es un instrumento que principalmente consta de una
bola de acero y de una escala de medición. Se coloca la bola en la superficie del
hormigón y ésta penetra en él, luego se lee el asentamiento producido. Es
importante destacar, que este equipo entrega un resultado similar al cono de
Abrams, pero no es 100% confiable.
Aerímetro: Se utiliza para conocer el porcentaje de aire ocluido en la muestra de
hormigón.
Moldes: Estos elementos están construidos de
acero y poseen diversas formas (cúbicas, cilíndricas y
prismáticas). En ellos se dejan muestras de hormigón para
que sean ensayados y saber si la dosificación usada otorga
un material que está conforme con la norma.
Figura 17 y 18, Cuarteador mecánico y receptáculos
Figura 18. Cuarteo de áridos finos
3.- DESCRIPCION Y PROCEDIMIENTO
3.1.- LABORATORIO N° 1.
En este laboratorio se procedió a realizar una serie de ensayos en los
áridos, con el fin de seleccionar y determinar sus características para
posteriormente ser utilizados en la confección de hormigón (laboratorio
número 2).
Ensayo N°1, Cuarteo manual y mecánico
El cuarteo es el procedimiento encargado de la división sucesiva del
tamaño de una muestra de árido de manera de mantener la
representatividad, esto acorde a la norma NCh164 la cual indica los
parámetros y procedimientos a emplear haciendo distinción para áridos
gruesos y finos.
Para los áridos gruesos se utilizó el cuarteador mecánico y se escogió una
cantidad de la muestra de 2 veces el diámetro máximo nominal (diámetro
en mm y cantidad en kg) ,80 kg .Se vertió el árido en el cuarteador
distribuyéndolo uniformemente en toda su longitud para que al caer sobre
los conductos fluyera por cada uno de ellos la misma cantidad. Se volvió a
introducir la porción de la muestra de uno de los receptáculos al
cuarteador realizando el mismo proceso varias veces más, hasta reducir la
muestra al tamaño requerido.
Para los áridos finos se realizó un cuarteo manual .Se empleó una muestra
de áridos finos de 30 kg la cual fue colocada sobre una bandeja plana y
limpia para asegurarse de no haber perdidas de material ni contaminación
con materias extrañas , luego se juntó con una brocha la muestra
acomodándola en una pila cónica en el centro . Se procedió a separar
la muestra en 4 partes iguales mediante un separador metálico en
forma de cruz, de esto se eliminaron las 2 partes diagonalmente opuestas, incluyendo todo el
material fino. Luego se mezcló y homogenizó (apiló con la
brocha) el material restante repitiendo el procedimiento
sucesivamente hasta reducir la muestra al tamaño
requerido.
Figura 19. Muestras de arena en solución y tester
Figura 20. Tamizadora áridos gruesos y balanza pesando la muestra de áridos gruesos.
Ensayo N° 2, determinación colorimétrica de la presencia de impurezas orgánicas
Este ensayo consiste en determinar en base la presencia de impurezas si los áridos son aptos se
utilizados en hormigón, es aplicable en áridos finos y se rige por la norma NCh166.
Se colocó una muestra de 200g de arena en un frasco de 300
mL junto con 100mL de una solución de hidróxido de sodio al
3%, luego se agitó el frasco y se dejó reposar por 24 hrs. Para
efectos del ensayo realizado, se tenían muestras ya reposadas
de la mezcla por lo que se analizaron en ellas los patrones de
coloración en base a una comparación con un tester de colores
(escala según ASTM C 40) dando como resultados arenas aptas
para coloraciones menos intensas que la solución de referencia
(tester patrón).
Ensayo N°3, análisis granulométrico
Este ensayo consiste en la determinación porcentual del tamaño de las partículas en una muestra
de áridos, utilizando para ello una serie de tamices de distinto tamaños de apertura y basándose
en la norma NCh165.
Se tomó la muestra de áridos finos y gruesos ,se determinó su masa y se dispuso en 2 tamizadores
mecánicos; el primero un tamizador de áridos finos con tamices n°4,8,16,30,50, 100 y el segundo
un tamizador de áridos gruesos 1 ½ ”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, nº 4 .Luego lo tamizadores agitaron la
mezcla por un periodo de tiempo con el fin de
asegurar el correcto pase de las partículas a sus
respectivos tamices .
La siguiente etapa consistió en retirar uno a uno
los tamices y pesar el material retenido en ellos,
con esto se obtuvo la distribución del tamaño de
partículas de la muestra (según el diámetro
nominal de los tamices).
Ensayo N°4, determinación de la humedad total
Este ensayo se realiza para corregir las dosificaciones de masa mediante la determinación de la
humedad de una muestra de arena húmeda, se basa en la norma NCh1515 Of. 79.
Se tomó la muestra de árido (arena húmeda) y se colocó en un recipiente previamente tarado,
procediendo a pesar a la muestra en una balanza obteniendo la masa húmeda Mh (restando la
masa del recipiente). Luego se colocó el recipiente con la muestra en un horno durante 24 horas a
Figura 21. Medición de la masa, ensayo de humedad
Figura 22. Probeta
cilíndrica con muestra de de áridos y
agua
una temperatura de 110° aproximadamente. Transcurrido dicho tiempo se fueron a buscar los
datos de la masa de la muestra seca Ms (restando la masa del recipiente) , obtenidos al pesar la
muestra después de ser sacada del horno .
Con lo anterior se procedió al cálculo de la humedad según la relación:
𝐻𝑇 =𝑀ℎ−𝑀𝑠
𝑀𝑠∗ 100% Ecuación 1, humedad total
Ensayo N°5, determinación del esponjamiento
Este ensayo mide el nivel de esponjamiento de una muestra de arena. Para
ello se procedió a colocar una muestra de arena húmeda en una probeta graduada
midiendo su volumen inicial Vi. Luego se agregó agua y se agitó la probeta para
eliminar las burbujas de aire dejándola reposar por unos minutos para asegurarse
que la arena se asentara de forma compacta sin dejar huecos, midiéndose
finalmente el volumen ocupado Vf.
Para el cálculo de esponjamiento se utilizo la expresión:
𝐸 =𝑉𝑖−𝑉𝑓
𝑉𝑓∗ 100% Ecuación 2, cálculo esponjamiento
Ensayo N° 6, Determinación del material más que el tamiz ASTM N° 200 por lavado
Este ensayo consiste, como su nombre lo dice, en la determinación del material que pasa
por el tamiz N°200 tomando para ello una muestra de árido con cantidades mínimas y
procedimiento estipulados en la norma NCh1223 .
Se tomó una muestra de árido y se secó en un quemador, registrándose su masa “Mi”.
Luego se colocó la muestra en un recipiente y se cubrió con agua agitándolo de modo de separar
el material más fino, dejándolo en suspensión (lavando la muestra). A continuación se vació el
agua a través del tamiz ASTM N° 200 evitando la caída de las partículas más gruesas. Se agregó
tantas veces aguas y repitió tantas veces la operación como fue necesario hasta que el agua con la
muestra se mostró limpia y clara.
Finalmente se reunió el material retenido en el tamiz, depositó en el recipiente, se secó y
pesó (Mc).
Para el cálculo de la cantidad de material “Mf” que pasa por el tamiz ASTM N° 200 se
utilizó la siguiente expresión:
𝑀𝑎 =𝑀𝑖−𝑀𝑓
𝑀𝑖∗ 100 Ecuación 3, porcentaje de finos menores al tamiz ASTM N°200
3.2.- LABORATORIO Nº 2. PREPARACIÓN DEL HORMIGÓN
Dosificación: Se comenzó el laboratorio preparando la dosificación de los componentes
del hormigón para producir un volumen de 70 litros de HN30 80 406, es decir resistencia a la
compresión de 30 MPa, una confiabilidad del 80%, un tamaño máximo de 40 mm del árido y un
cono 6.
Tabla 1. Dosificación Confección de hormigón
Material Peso (kg)
Grava 54,32
Gravilla 37,82
Arena 48,72
Cemento 22,40
Agua potable 11,54
Mezclado, confección y trabajabilidad del hormigón: Se procedió a introducir los
componentes dentro de la betonera para luego agregarle el 80% del agua requerida, hasta llegar al
100% dado que la mezcla aún se veía seca.
Ahora para saber si cumplía con la trabajabilidad estipulada se utilizó el ensayo del cono de
Abrams, midiéndose un descenso vertical medio de 1,5 cm. Por tanto se optó por agregar un litro
más de agua a la colada, se mezcló y se realizó nuevamente el ensayo de cono obteniendo un
descenso de 4 cm aprox, es decir se obtuvo cono 4 y dado que el margen de error es de +/-2, se
consideró que cumplía con las especificaciones requeridas.
Luego de esto se mostró los distintos instrumentos cuya finalidad es medir la trabajabilidad, tales
como el aparato de Vebe, la mesa vibratoria, la mesa de sacudida, y la bola de Kelly, este último
resulta ser el más confiable luego del cono de Abrams para medir la trabajabilidad.
Fig. 23, Componentes dosificados siendo
incorporados a la betonera
Es necesario agregar que una de las desviaciones a la Norma fue la cantidad de agua utilizada, que
fue mayor al especificado por ella.
Aerímetro: Se procedió luego a medir el % de aire ocluido en la mezcla, para ello se utilizó
un aerímetro, este es llenado en 2 capas y vibrado para homogenizar la mezcla. En la tapa posee
dos conductos a través de los cuales se inyecta agua hasta saturar la cavidad de la parte superior,
manualmente se agrega presión hasta llegar al valor de calibración del instrumento desde donde
se libera la presión y la aguja nos indica el % aire en la mezcla, que en este caso resultó ser un
1,2%.
Confección de probetas: Luego de medir la trabajabilidad se procedió a llenar los moldes
de las probetas de hormigón. Se llenaron 4 probetas cuadradas, dos probetas cilíndricas y una
vigueta rectangular, para lo cual se utilizó el vibrador de inmersión. Las superficies de las probetas
se enrazaron y aplanaron, luego iban a ser selladas y posteriormente llevadas a la sala de curado,
para finamente dentro de 28 días realizar las pruebas correspondientes.
Tabla 2. Dimensiones probetas Modelo Probeta Medidas
2-Cúbico 200x200x200 mm3
2-Cúbico 150x150x150 mm3
2- Cilíndrico Diámetro 150 mm, altura 300 mm
1-Prismático 550x150x150 mm3
El 2º laboratorio se basó en la NCh 1017 of 75 “Confección y curado en obra de probetas para
ensayos de compresión y tracción”, la norma a NCh 1018 of 77 “Preparación de mezclas de
prueba en laboratorios” y NCh 1019 of 74 “Determinación de la docilidad método del
asentamiento del cono de Abrams”.
Fig. 27, Llenado de probetas Fig. 25, Cono de Abrams, 4
cm de descenso
Fig. 24, Betonera mezclando
los componentes de
hormigón
Fig. 26, Airómetro
4.- RESULTADOS
4.1 LABORATORIO Nº1
Ensayo n° 1: Cuarteo Manual y Mecánico
En este ensayo no se registran resultados numéricos.
Ensayo n° 2: Determinación Colorimétrica de la Presencia de Impurezas Orgánicas
Para este ensayo no se registran resultados numéricos. Solamente se compara la muestra con el
tester y se evalúa si es apta o no. Un resultado 1 o 2 indica que la muestra es apta; un resultado 3
se podría aceptar pero se requiere que se trate el árido fino para eliminar las impurezas;
finalmente, la muestra que tiene un resultado 4 o 5 se rechaza.
Ensayo n° 3: Análisis Granulométrico
Granulometría áridos finos
La masa inicial de la muestra es de 584,9 g
Se obtuvieron los siguientes resultados con este ensayo:
Tabla 3. Resultados ensayo Granulométrico de finos
Tamiz (n°) Peso Retenido (g) Retenido (%) Pasa (%)
4 5,7 0,97 99,03
8 44,8 7,66 91,37
16 164,9 28,19 63,17
30 246,3 42,11 21,06
50 111,8 19,11 1,95
100 9,3 1,59 0,36
Residuos 1,8 0,31
Total 584,6 99,94
Existe una variación entre la masa inicial y la final que es de un 0,06 %, por lo que se encuentra
dentro de la tolerancia aceptable. Para áridos finos, este valor es del 3 %
Granulometría áridos gruesos
La masa inicial de la muestra es de 19780 g
Se obtuvieron los siguientes resultados con este ensayo:
Tabla 4. Resultados ensayo Granulométrico de gruesos
Tamiz Peso Retenido (g) Retenido (%) Pasa (%)
1 ½ “ 80 0,40 99,60
1 ” 8360 42,26 57,33
¾ “ 6360 32,15 25,18
½ “ 2140 10,82 14,36
3/8 “ 1800 9,10 5,26
n° 4 920 4,65 0,61
Residuos 60 0,30
Total 19720 99,68
Se puede observar que la masa final tiene una variación del 0,3 % con respecto a la masa inicial,
por lo que está dentro del rango aceptable porque en áridos gruesos la tolerancia es de un 0,5 %
Ensayo n° 4: Determinación de la humedad total
Para este ensayo se tomó la siguiente muestra:
Masa inicial (húmeda): 393,8 g
Después del proceso de secado, se obtuvo:
Masa final (seca): 352,6 g
Luego, se calcula la humedad mediante la ecuación 1:
𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 =393,8− 352,6
352,6∗ 100
Por lo tanto, la humedad total de la muestra es de 11,7 %
Ensayo n° 5: Determinación del esponjamiento
Se midieron los siguientes datos:
Volumen inicial: 390 ml
El volumen resultante una vez que se agregó el agua es:
Volumen final: 270 ml
El esponjamiento se calcula a través de la ecuación 2:
𝐸𝑠𝑝𝑜𝑛𝑗𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =390− 270
270∗ 100
Así, el esponjamiento de la muestra es de 44,4 %
Ensayo n°6: Determinación del material más fino que pasa por el tamiz ASTM N°200, por
lavado
Se tomaron dos muestras, una de arena y una de gravilla. Inicialmente se tenían:
Masa inicial arena: 584,5 g
Masa inicial gravilla: 1127,5 g
Después del lavado, se tuvieron los siguientes datos:
Masa final arena: 584 g
Masa final gravilla: 1123 g
Luego, la cantidad que pasa por el tamiz n°200 se calcula con la ecuación 3:
Para el caso de la arena, dicha cantidad es del 0,086 %
Para el caso de la gravilla, lo que pasa por el tamiz n°200 es el 0,40 %
4.2 LABORATORIO Nº2
Una vez que se confeccionó completamente la mezcla en la betonera (esto quiere decir, usando la
dosificación requerida), se realizó el ensayo del cono de Abrams para medir la consistencia del
hormigón, lo que dio como resultado un cono 1,5. La razón de eso era que el hormigón se
encontraba seco y poco trabajable, eso lo pudo haber causado el hecho de usar en la mezcla un
árido con poca humedad. Como se requería que el hormigón tuviese un cono 6, fue necesario
agregar un litro más a la mezcla, lo que le agregó fluidez; dando así como resultado un descenso
de 4 cm. Este resultado está dentro de lo aceptable, puesto que para conos entre 4 y 10 la
tolerancia es de +/- 2.
Además se ensayó con la bola de Kelly, lo cual arrojó el mismo resultado que el cono de Abrams;
es decir, un descenso del hormigón de 4 cm.
5.- ANÁLISIS Y CONCLUSIONES
Después del análisis y caracterización de los áridos mediantes los distintos ensayos se concluye
que el árido es adecuado para la preparación del hormigón, así se obtiene información importante
acerca del árido que permite tomar medidas para resolver posibles inconvenientes que podrían
afectar ciertas propiedades del hormigón como son la durabilidad y resistencia.
Posibles errores en los ensayos pueden estar asociados a la precisión de instrumentos y a las
formas de dividir el árido.
Se encontró que es arena limpia casi sin impurezas orgánicas, bien graduada, y muy poca
humedad en ella.
Con respecto a la confección de hormigón se concluye que a mayor cantidad de agua, (mayor
razón agua/cemento), aumenta la trabajabilidad, esto permite que adquiera una consistencia más
líquida que le permite por ejemplo ser puesto en lugares con alta densidad de armadura.
Como ya se ha mencionado para la fabricación del hormigón se utilizó en primera instancia la
cantidad de agua establecida por norma, sin embargo como no se obtuvo la trabajabilidad
esperada para esa cantidad de agua, se agregó una cantidad extra, esto se pudo haber debido
justamente a la baja humedad del árido detectada anteriormente, se espera revisar en el 3º
laboratorio si este aumento en la relación A/C afectará la resistencia final.
Finalmente, se aprendió que las normas por muy bien hecha que estén no siempre superan la
experiencia del personal calificado, y esta característica del encargado es fundamental a la hora de
tomar decisiones.
BIBLIOGRAFÍA
Tecnología del Hormigón . Guía de laboratorio N°1 Áridos . Universidad de Concepción.
Facultad de Ingeniería. Dpto. de ingeniería civil. Laboratorio de
Hormigón.Concepción.Chile.
Tecnología del Hormigón . Guía de laboratorio N°2 Confección de hormigones y moldeo
de probetas . Universidad de Concepción. Facultad de Ingeniería. Dpto. de ingeniería civil.
Laboratorio de Hormigón.Concepción.Chile.