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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
HORMIGON AUTOCOMPACTANTE
TRABAJO DE GRADUACIÓN PREVIO LA OBTENCIÓN DEL
TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
ESTRUCTURAS
AUTOR: BÉCQUER ANTONIO FLORES CORNEJO
TUTOR: ING. ERNESTO PRO ZAMBRANO
QUITO – ECUADOR
2015
~ ii ~
DEDICATORIA
Dedico esta tesis a Dios quien esta primero que todo.
A mis padres Marcelo Flores y Ángela Cornejo quienes me han educado
para ser la persona que soy.
A mi novia Carolina a quien tanto quiero y me alentó para alcanzar mi
sueño.
A toda mi familia quienes me han acompañado en los momentos más
difíciles brindándome su apoyo y su cariño incondicional.
~ iii ~
AGRADECIMIENTO
A Dios por sus bendiciones que han hecho posible la culminación de mi carrera. A mis padres que han hecho su mayor esfuerzo para el apoyo
incondicional durante toda mi vida.
A mi Tutor de Tesis, Ing. Ernesto Pro y a mis lectores a las Ing. Paulina Lima e Ing. Paola Villalba, quienes me facilitaron sus conocimientos, brindado su apoyo y estuvieron pendientes para la realización y culminación de esta tesis.
A la Universidad Central del Ecuador en especial a la Facultad de
Ingeniería Civil, a sus docentes quienes supieron transmitir sus
conocimientos forjando como buenos seres humanos y excelentes
profesionales.
Para ellos: Muchas gracias y que Dios los bendiga.
~ iv ~
AUTORIZACION DE LA AUTORIA INTELECTUAL
Yo, Flores Cornejo Bécquer Antonio en calidad de autor del trabajo de
investigación realizado sobre HORMIGON AUTOCOMPACTANTE, por la
presente autorizo a la UNIVERSDAD CENTRAL DEL ECUADOR, hacer
uso de todos los contenidos que me pertenece o de pate de los que
contiene esta obra, con fines estrictamente académicos o de
investigación.
Los derechos que como autor me corresponden, con la excepción de la
presente autorización seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo
establecido en los artículos 5, 6, 8, 19 y demás pertenecientes de la Ley
de Propiedad Intelectual y su Reglamento.
Quito, 10 de Abril del 2012
Flores Cornejo Bécquer Antonio
C.C. 1719112599
~ v ~
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR
En calidad de Tutor proyecto de Investigación: HORMIGON AUTOCOMPACTANTE,
presentado y desarrollado por el señor: FLORES CORNEJO BECQUER ANTONIO, previo a
la obtención del Título de Ingeniero Civil, considero que el proyecto reúne los requisitos
necesarios.
En la ciudad de Quito, a los 2 días del mes de marzo de 2015.
~ vi ~
INFORME SOBRE CULMINACIÓN Y TERMINACIÓN DE TESIS
Tema: “HORMIGON AUTOCOMPACTANTE”
Tutor: Ing. Ernesto Pro
1.- Antecedentes
Mediante el Oficio FI-DCIC-2013-864 del 15 de septiembre de 2013, la
directora de la Carretera de ingeniería Civil autoriza la correspondiente
denuncia de tesis “HORMIGON AUTOCOMPACTANTE” solicitando al
ingeniero Ernesto Pro en calidad de tutor se sirva analizar, dirigir y
orientar, y, a su vez, emitir el presente informe para la elaboración del
trabajo de graduación.
2.- Desarrollo de la tesis
CAPITULO I:
Este capítulo hace referencia al marco conceptual del contenido del
presente trabajo de graduación.
CAPITULO II:
En este capítulo describe las propiedades físicas y mecánicas del
hormigón.
CAPITULO III:
En este capítulo cita los principales ensayos desarrollados para evaluar las
propiedades del hormigón autocomcatante. Se menciona las aplicaciones
pioneras donde funcionó a cabalidad este tipo de hormigón.
CAPITULO IV:
En este capítulo se realizó los ensayos de laboratorio de los componentes
del hormigón, siguiendo normas que rigen estos ensayos, se tabula los
datos que se obtuvo para desarrollar los diseños de las mezclas de
prueba.
~ vii ~
CAPITULO V:
En este capítulo se realizó el análisis, diagnóstico y presupuesto de los
diseños de prueba.
El diseño de prueba siguiendo las recomendaciones del método
ACI 211, presenta una resistencia de diseño del 98.33%
El diseño de prueba siguiendo las recomendaciones del método
ACI 211 con 1.8% de aditivo superplastificante, presenta una
resistencia de diseño del 85.47%
El diseño de prueba siguiendo las recomendaciones del método
de laboratorio con 1.8% de aditivo superplastificante, presenta
una resistencia de diseño del 87.27%
El diseño de prueba siguiendo las recomendaciones del método
ACI 237 R, presenta una resistencia de diseño del 166.40%, valor
que presenta su sobredimensionamiento de la resistencia
esperada para el proyecto
La falta de resistencia en los métodos de diseño fue ocasionada
por el exceso de árido grueso a las mezclas y el inadecuado
porcentaje de aditivo.
La presencia de cenizas volantes incorporadas a la mezcla de
hormigón según el método del ACI 237 R, dio a esta mayor
consistencia y fluidez a la misma evitando la segregación de sus
componentes.
En lo referente fluidez el diseño de prueba siguiendo las
recomendaciones del ACI 237 R, consiguió una valor de 580 mm.,
por consiguiente este diseño es considerado hormigón
autocompactante.
~ viii ~
CAPITULO VI:
En este capítulo se describe las conclusiones más importantes del trabajo
realizado y también se realiza las recomendaciones necesarias.
3.- Conclusiones
Siguiendo las recomendaciones de la norma ACI 237 R con los agregados extraídos de la
mina de Guayllabamba se puede elaborar hormigón autocompactante, se recomienda el
uso de aditivo superplastificante en proporción adecuada, para alcanzar una adecuada
fluidez.
En virtud a lo manifestado anteriormente, todas las actividades desarrolladas han sido
satisfactorias y los resultados obtenidos en el transcurso del desarrollo de la tesis son los
esperados.
Por consiguiente emito mi aprobación a este trabajo de graduación y recomiendo
proseguir con el trámite respectivo hasta la graduación del señor FLORES CORNEJO
BECQUER ANTONIO,
En la ciudad de Quito, a los 2 días del mes de marzo del 2015.
~ ix ~
OFICIO
~ x ~
~ xi ~
CONTENIDO
DEDICATORIA ii
AGRADECIMIENTO iii
AUTORIZACION DE LA AUTORIA INTELECTUAL iv
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR v
INFORME SOBRE CULMINACIÓN Y TERMINACIÓN DE TESIS vi
OFICIO ix
CONTENIDO xi
LISTA DE TABLAS xv
LISTA DE GRÁFICOS xvii
LISTA DE FIGURAS xviii
RESUMEN xx
ABSTRACT xx
Capítulo 1. Introducción 1
1.1 Antecedentes ........................................................................................ 1
1.2 Objetivos de la investigación ................................................................. 2
1.2.1 Objetivo General 2
1.2.2 Objetivos Específicos 2
1.3 Justificación e Importancia .................................................................... 2
1.4 Diseño experimental .............................................................................. 3
Capítulo 2. Hormigón y su estructura. 4
Introducción ................................................................................................. 4
2.1 Historia del hormigón autocompactante. ............................................... 4
~ xii ~
2.2 Definición de Hormigón autocompactante ............................................. 5
2.3 Ventajas y desventajas de la utilización del hormigón autocompactante.
.................................................................................................................... 6
1.3.1 Ventajas del hormigón autocompactante 6
2.3.2 Desventajas del hormigón autocompactante 6
2.4 Materiales constituyentes del hormigón ................................................ 7
2.4.1 Árido grueso 7
2.4.2 Árido Fino 9
2.4.3 Agua 10
2.4.4 Cemento 11
2.4.5 Aditivos 15
2.5 Agentes modificadores de la viscosidad.............................................. 19
2.6 Clases de hormigones ......................................................................... 19
2.6.1 Hormigón simple 19
2.6.2 Hormigón ciclópeo 20
2.6.3 Hormigón ligero 20
2.6.4 Hormigón pesado 21
2.6.5 Hormigón armado 21
2.7 Compactación ..................................................................................... 22
2.7.1 Sistemas De Compactación. 22
Capítulo 3. Propiedades del hormigón 26
Introducción ............................................................................................... 26
3.1Propiedades del hormigón fresco ......................................................... 29
3.1.1 Trabajabilidad 29
Institución 29
3.1.2 Consistencia 30
3.1.4 Homogeneidad 32
3.1.5 Peso especifico 33
3.1.6 Capacidad de paso 33
3.1.7 Capacidad de relleno 33
3.2Propiedades del hormigón endurecido 34
~ xiii ~
3.1.1 Compacidad 34
3.1.2 Permeabilidad 34
3.3 Resistencia .......................................................................................... 36
3.3.1 Resistencia a la segregación 36
3.3.2 Resistencia a la compresión (f’c) 37
3.3.3 Resistencia a la tensión. 38
3.3.4 Resistencia a la tracción. 39
3.3.5 Resistencia a la flexión 41
3.3.6 Resistencia al desgaste 42
3.4 Módulo de elasticidad .......................................................................... 43
3.6 Retracción ........................................................................................... 45
3.6.1 Retracción plástica 45
3.6.2 Retracción autógena 46
3.6.3 Retracción secado 46
3.7 Durabilidad .......................................................................................... 47
3.8 Fluencia ............................................................................................... 48
Capítulo 4. Hormigón autocompactante 49
Introducción 49
4.1 Hormigón con superfluidificantes ........................................................ 50
4.2 Estudio de la fluidez del hormigón ....................................................... 51
4.3 Aplicaciones del hormigón autocompactante ...................................... 52
4.4 Contracción y agrietamientos .............................................................. 62
4.5 Normas que rigen el uso de aditivos ................................................... 63
Capítulo 5. Ensayos de laboratorio 66
Introducción ............................................................................................... 66
5.1 Análisis y ensayos de los materiales ................................................... 67
5.1.1 Cemento 67
5.1.2 Agregado fino 69
5.1.3 Árido grueso 74
5.1.4 Aditivo 99
~ xiv ~
5.2 Diseño de mezcla y dosificaciones (ACI 211) ............................. 100
5.2.1 Diseño del hormigón f’c = 210 MPa ...................................... 107
5.3 Diseño de mezcla y dosificaciones (Método de laboratorio) ........ 111
5.3.1 Diseño de mezcla de prueba para 21 Mpa ............................ 113
5.4 Diseño de mezcla y dosificaciones para hormigones
autocompactantes (ACI 237 R) ......................................................... 117
5.5 Ensayos de fluidez ...................................................................... 127
5.5.1 Método de fluidez de cono ASTM C 939 - 02 ........................ 128
5.4.2 Extensión de flujo ( escurrimiento) ........................................ 130
5.4.3 Anillo japonés ........................................................................ 130
5.4.4 Caja en L (L Box) ................................................................. 132
5.5 Elaboración de especímenes y pruebas de compresión simple .. 133
5.6 Ensayo de compresión de los cilindros ....................................... 135
Capítulo 6. Resultados. ........................................................................ 143
6.1 Resultados .................................................................................. 143
6.2 Presupuesto ................................................................................ 144
Capítulo 7. Conclusiones y recomendaciones ...................................... 149
7.1 Conclusiones ............................................................................... 149
7.2 Recomendaciones ....................................................................... 150
Bibliografía ............................................................................................ 152
~ xv ~
LISTA DE TABLAS
TABLAS
Tabla 1.1 Ensayos en los áridos ............................................................... 8
Tabla 1.2 Ensayos de cemento .............................................................. 14
Tabla 3.1 Definiciones de trabajabilidad ................................................. 29
Tabla 3.2 Consistencias de los hormigones ........................................... 31
Tabla 3.3 Coeficiente de permeabilidad. ................................................ 35
Tabla 3.4 Resistencia a la tracción frente a la resistencia a la
compresión. ............................................................................................ 40
Tabla 5.1 Colorimetría del agregado fino ............................................... 72
Tabla 5.2 Masa mínima de la muestra del ensayo ................................. 75
Tabla 5.3 Asentamiento recomendado según el tipo de estructura ...... 102
Tabla 5.4 Tamaño máximo del granulado recomendado para varios
tipos de construcción ............................................................................ 103
Tabla 5.5 Contenidos de agua en función a el asentamiento. .............. 104
Tabla 5.6 Relaciones agua/cemento máximas permisibles para
hormigones en condiciones de exposición severa. .............................. 104
Tabla 5.7 Relaciones agua/cemento máximas en función a la
resistencia a la compresión. ................................................................. 105
Tabla 5.8 Resistencia a la compresión del hormigón basada en la
relación agua/cemento para cementos Portland Puzolánicos Tipo IP. . 105
Tabla 5.9 Volumen aparente de la grava seca y compactada por
unidad de volumen de hormigón. ......................................................... 106
Tabla 5.10 Cantidad de pasta para distintos asentamientos ............... 112
~ xvi ~
Tabla 5.11 Recomendaciones para determinados escurrimientos
(Daczko y Constantiner 2001) ACI 237 – 2008 117
Tabla 5.12 Rangos sugeridos de material cementante 118
Tabla No 5.13 Resumen de los parámetros de mezcla de ensayo
de dosificación de hormigón autocompactante. 119
Tabla No 5.14 Ejemplos exitosos de proporciones de mezcla de
hormigón autocompactante 120
Tabla 5.15 Tiempo en función del % aditivo 129
Tabla 5.16. Tipos de escurrimiento 130
Tabla 5.17 Clases de capacidad de paso 132
Tabla No 5.18 Características generales de ensayos de
autocompactabilidad 133
~ xvii ~
LISTA DE GRÁFICOS
GRÁFICO
Gráfico 3.1 Curva de flujo del modelo de Bingham. 27
Gráfico 3.2.Propiedades reológicas de varios tipos de hormigones. 28
Gráfico 3.3.Grafica de la ecuación de Herschel Bulkey. 29
Gráfico 3.4. Permeabilidad en función a la relación agua-cemento. 35
Gráfico 3.5. Módulo de elasticidad 43 44Figura 2.9 Gráfica de fluencia en función tiempo. 52
Gráfico 5.1. Porcentaje máximo de aditivo 129
~ xviii ~
LISTA DE FIGURAS
FIGURAS
Figura 3.1 Cono de Abrams 31
Figura 3.2 Prueba de tracción directa 40
Figura 3.3 Prueba de tracción indirecta 41
Figura 3.4 Máquina de ensayo de flexión en el hormigón. 42
Figura 4.1. Puente Akashi Kaikyo 54
Figura 4.2 Landmark Tower en Yokahama 55
Figura 4.3. Puente sobre el río Ebro en Zaragoza 56
Figura 4.4 Estructura de anclaje 56
Figura 4.5 Puente peatonal. 57
Figura 4.6 Museo Nacional de los Indios Americanos,
Washington, DC 58
Figura 4.7 Centro de artes contemporáneas Rosenthal,
Cincinnati, 59
Figura 4.8 Muro del oeste del Proyecto Torres del Castillo/Quito 60
Figura 4.9 Puente de Serrería (Valencia) 60
Figura 4.10 Museo de la ciudad Lincoln (Oregon) 61
Figura 4.11 Saint-Pierre Firminy (Loira, Francia) 61
Figura 5.1 Equipo para el ensayo de la densidad relativa del
agregado fino. 69
Figura 5.2 Equipo para el ensayo del peso volumétrico. 78
~ xix ~
Figura 5.3 Serie de tamices para el ensayo granulométrico del
agregado fino 87
Figura 5.4 Serie de tamices para el ensayo granulométrico del
agregado grueso. 87
Figura 5.5 Anillo japonés 131
Figura 5.6 Ensayo de capacidad de paso Mezcla D (diseño ACI
237 R) 131
Figura 5.7 Medidas Caja L “L Box” 132
Figura 5.8 Probetas Cilíndricas 134
Figura 5.9 Probetas cilíndricas desmoldadas 24 hr. después. 134
Figura 5.10 Ensayo de compresión simple. 134
~ xx ~
RESUMEN
HORMIGON AUTOCOMPACTANTE
La investigación fue desarrollada por la necesidad creciente que tiene la
humanidad de construir estructuras más estéticas con difícil acceso para
el vibrado debido a un encofrado especial y densamente armadas
enfocándose en la fluidez, la consistencia, la alta viscosidad que tiene el
hormigón autocompactante permitiendo acoplarse a estructuras de
formas muy complejas llenado los vacíos y compactándose bajo la acción
de su propio peso y evitando que se produzca segregación.
Para lo cual se utilizó materiales de la cantera de Guayllabamba, cemento
Rocafuerte Holcim tipo GU, aditivo superplastificante, ceniza volcánica y
agua potable de la ciudad de Quito, para su diseño se basó en la norma
ACI 237R (hormigón autocompactante), obteniendo resistencias en
probetas cilíndricas a los 28 días de edad de 350 Kg/cm2.
DESCRIPTORES:
HORMIGÓN AUTOCOMPACTANTE/ VISCOSIDAD DEL CONCRETO/
ADITIVO SUPERPLASTIFICANTE/ ADICIONES PARA HORMIGÓN/
CAPACIDAD DE PASO DEL HORMIGÓN/ FLUIDEZ DEL HORMIGÓN/
CONSISTENCIA DEL HORMIGÓN/ RESISTENCIA A LA
SEGREGACIÓN. BSTRACT
~ xxi ~
ABSTRACT
SELF-COMPACTING CONCRETE
The investigation was developed for the growing need humanity to build
more aesthetic structures with difficult Access for vibration due to a
special, densely armed formwork, which focuses on fluency, consistency,
high viscosity that the self-compacting concrete has, allowing the coupling
of structures with very complex shapes to fill in the gaps, compacting
under the action of its own weight and preventing that segregation occurs.
For this purpose materials from the Guayllabamba quarry were used,
Rocafuerte cement Holcim GU type, superplasticizer additive, volcanic
ash, drinking water from the city of Quito, its design was based on the
norm ACI 237 R (self-compacting concrete), obtaining resistances in
cylindrical test tubes at 28 days of age of 350 kg/cm2.
KEYWORDS:
SELF-COMPACTING CONCRETE/ VISCOSITY OF CONCRETE/
SUPERPLASTICIZER ADDITIVE/ ADDITIONS FOR CONCRETE/
FILLING CAPACITY OF CONCRETE/ FLUENCY OF CONCRETE/
CONSISTENCY OF CONCRETE/ RESISTANCE TO SEGREGATION
~ xxii ~
Quito, 15 de abril de 2015
Señores
Universidad Central del Ecuador
Presente.-
Después de un saludo cordial, me dirijo a ustedes con el fin de certificar
que, bajo la petición del Sr. Bécquer Antonio Flores Cornejo, con número
de cédula 1719112599 se ha realizado la traducción fiel de los
documentos universitarios del idioma español al idioma inglés. Dicha
traducción fue realizada por Sr. David Patricio Hidalgo Tufiño, con número
de cédula 1719894881.
Esto es todo cuanto puedo afirmar en honor a la verdad.
Ing. David Patricio Hidalgo Tufiño.
CI: 1719894881
~ xxiii ~
Hormigón autocompactante
1
Capítulo 1. Introducción
1.1 Antecedentes
El hormigón aparece con la necesidad de construir edificaciones que
no se deterioren rápidamente ante las inclemencias atmosféricas, capaz de
resistir de manera adecuada cargas de compresión, sísmicas y de tracción,
dando estabilidad y seguridad, desde aquel origen ha pasado por una gran
cantidad de cambios hasta obtener lo que ahora se conoce como hormigón.
En los años 50, un hormigón con resistencia a los esfuerzos de compresión
de 350 kg/cm2(34.3 MPa) era considerado de alta resistencia; en la
actualidad, se puede elaborar hormigones de muy alta resistencia llegando a
valores superiores a los 1500 kg/cm2(147 MPa). El desarrollo del incremento
de la resistencia del hormigón ha sido gradual debido a varios experimentos
químicos, físicos y mecánicos, permitiendo una alta eficiencia en el producto
final.
Unos de los factores importantes en la calidad de hormigón es su
compactación pero esta a su vez depende del operador de los equipos de
compactación es decir logra obtener una eficiente o deficiente compactación
El problema se presenta en estructuras especiales de poco acceso
como es el caso estructuras densamente armadas, donde no se puede
introducir cualquier tipo de vibrador, por encofrados con poca accesibilidad.
Estas situaciones obligó a elaborar un hormigón que pueda fluir a
través del encofrado compactándose por su propio peso sin segregarse, sin
ser necesario una compactación por medios internos o externos y sin que
esto afecte sus propiedades mecánicas, los estudios de esta habilidad del
hormigón se llevaron a cabo en Tokio (Japón) en el año de 1986, por el
profesor Hajima Okamura.
Hormigón autocompactante
2
Debido a las características propias del hormigón autocompactante,
requieren una dosificación muy controlada de sus componentes que genera
ciertas ventajas sobre el hormigón convencional.
1.2 Objetivos de la investigación
1.2.1 Objetivo General
Obtener una dosificación que cumpla con los parámetros de hormigón
autocompactante, con los materiales de la cantera de Guayllabamba.
1.2.2 Objetivos Específicos
- Obtener las características de los materiales de la cantera de
Guayllabamba.
- Conseguir hormigón autocompactante con el método ACI 211 y un
porcentaje de aditivo superplastificante.
- Conseguir hormigón autocompactante con el método de Laboratorio y
un porcentaje de aditivo superplastificante .
- Conseguir hormigón autocompactante con el norma ACI 237 R y un
porcentaje de aditivo superplastificante .
- Presentar los resultados obtenidos de los diseños de mezclas de
hormigón
1.3 Justificación e Importancia
Dadas la nuevas exigencias en la construcción es común especificar
características especiales en el concreto por sus complejidades en los
proyectos, sean por su tamaño, o por condiciones de exposición al
ambiente, por estas tendencias se dio lugar a que se elabore hormigones
según las necesidades de cada construcción.
Hormigón autocompactante
3
Siendo el hormigón autococompactante una solución eficiente ante
muchos problemas presentados en los métodos constructivos como son:
estructuras densamente armadas o encofrado de difícil acceso para el
vibrado, el hormigón autocompactante reflejará una mayor seguridad y
eficiencia en las estructuras, lo que da como resultado mejores beneficios,
económicos y ambientales.
1.4 Diseño experimental
Para fines de esta investigación se elaboró tres diseños de mezclas
con el fin de obtener una dosificación que reúna todos los requisitos que
tiene el hormigón autocompactante.
Se diseñó una dosificación de hormigón siguiendo las
recomendaciones de la norma ACI 211 (diseño de mezclas de concreto),
que para esta investigación se denomina Mezcla A, elaborada para
comparar los demás diseños.
La Mezcla B basada con recomendaciones de la norma ACI 211 con
un 1.8% de aditivo superplastificante, para mejorar su fluidez y darle un
comportamiento plástico a la mezcla.
La Mezcla C obedece al método desarrollado por el laboratorio de
Ensayo de Materiales de Universidad Central del Ecuador con 1.8% de
adtitivo superplastificante, para conseguir consistencia y fluidez en su
mezcla.
La mezcla D cumple con los parámetros de la norma ACI 237 R
(hormigones autocompactante), con 1.5% de aditivo superplastificante.
Para la aceptación de las dosificaciones se elabora cilindros testigos
bajo la norma NTE INEN 1576:2011 y se ensayan a compresión obteniendo
los resultados.
Hormigón autocompactante
4
Capítulo 2. Hormigón y su estructura.
Introducción
2.1 Historia del hormigón autocompactante.
El hormigón autocompactante ha surgido en estas últimas décadas,
debido a que se han presentado propuestas y complejidades nuevas en
al ámbito de la construcción que el hormigón convencional no pudo
resolver, así como el congestionamiento de la armadura de refuerzo, una
adecuada compactación y encofrados no tradicionales.
El hormigón no compactado puede llegar a tener entre 5 – 20% de
aire atrapado en su interior, esto hace que su resistencia,
impermeabilidad y durabilidad sean afectadas; la compactación tiene un
rol protagónico en la calidad del hormigón.
El hormigón autocompactante aparece en la década de los 80
específicamente en Japón, esto se debe a que este país tiene un alto
grado de riesgo sísmico y una compleja geografía teniendo estructuras
densamente armadas era inevitable encontrar aire atrapado, produciendo
falta de homogeneidad en la estructura afectando a las propiedades
mecánicas de la estructura. Estas deficiencias encontradas en el
hormigón convencional promovió la investigación de nuevos hormigones.
El hormigón autocompactante tuvo su origen en la Universidad de
Tokio (Japón) en 1986, siendo su desarrollo motivado por
preocupaciones respecto a la homogeneidad y la consolidación del
hormigón colocado en estructuras intrincadas y muy reforzadas. Más allá
de lo esperado, el hormigón autocompactante pronto mostró claras
ventajas en estado fresco (fluidez, cohesión, viscosidad, homogeneidad,
Hormigón autocompactante
5
trabajabilidad), ofrece unas excelentes propiedades en estado
endurecido (resistencia, durabilidad, etc.), además en la construcción de
muros delgados y de elementos con acceso limitado, ahorros al reducir
requisitos de equipo y mano de obra e incluso mejoras en el
comportamiento de los elementos.
2.2 Definición de Hormigón autocompactante
Es un hormigón capaz de fluir en el interior del encofrado o molde,
llenándolo de forma natural, pasando entre las barras de armadura y
consolidándose únicamente bajo la acción de su peso propio, sin ayuda de
medios de compactación, y sin que se produzca segregación de sus
componentes, para lo cual su fluidez, viscosidad y cohesión deben se
apropiadas en la mezcla.
El hormigón autocompactante endurecido posee las mismas
propiedades estructurales y una vida útil igual a la del hormigón
convencional.
En el año 2000 Okamura y su grupo de trabajo desarrollan una definición
más exigente para el hormigón autocompactante. Se considera como
hormigón autocompactante de altas prestaciones, cuando se satisfacen los
tres requisitos que se exponen a continuación:
- El hormigón debe fluir libremente por cada rincón del encofrado sin el
uso de vibración.
- Los efectos derivados de la generación de calor, endurecimiento o
retracción por secado deben ser mínimos.
- La permeabilidad del hormigón frente la penetración del oxígeno,
cloruros y agua debe ser mínima, lo cual obliga al uso de contenidos
bajos de materiales ceménticos y relaciones agua/cemento bajas.
Hormigón autocompactante
6
2.3 Ventajas y desventajas de la utilización del hormigón
autocompactante.
1.3.1 Ventajas del hormigón autocompactante
El hormigón autocompactante posee una serie de ventajas, frente al
hormigón convencional entre ellas se tiene:
- Hormigonado fácil y rápido.
- Mayor resistencia a la compresión con igual contenido de
cemento.
- Mayor calidad de acabado superficial, por su capacidad de
adaptación y perfecto llenado del encofrado.
- Adaptabilidad a encofrados de formas complejas, esta
característica permite diseñar elementos estructurales con
acabados y geometría con un mayor grado de complejidad.
- Se puede diseñar hormigones de alta resistencia.
- Mayor durabilidad e impermeabilidad, por su bajo contenido del
porcentaje de vacíos.
- Menor contaminación acústica en la obra ya que se elimina el
ruido causado por el vibrador
- Disminuye el tiempo de construcción, debido a su fluidez y
colocación en obra
- Disminuye la cantidad de mano de obra, no requiere personal
calificado para la vibración y colocación.
- Se tiene mejor adherencia entre hormigón y barras de acero.
- Se puede bombear fácilmente cuando se tiene longitudes largas.
2.3.2 Desventajas del hormigón autocompactante
Las principales desventajas del hormigón autocompactante frente al
hormigón convencional son:
- Se debe tener un estricto control en la dosificación de sus
componentes especialmente en sus aditivos, debido a mínimas
Hormigón autocompactante
7
variaciones de aditivo pueden variar sus propiedades físicas y
mecánicas.
- Se tiene un costo inicial superior, entre un 15 a un 30% más que otros
hormigones.
2.4 Materiales constituyentes del hormigón
2.4.1 Árido grueso
Material mineral procedente de rocas que se encuentran desintegradas
en estado natural o precisan de trituración mediante procesos industriales.
Las dimensiones son diferentes, varían de 0.149 mm hasta un tamaño
máximo especificado.
Los áridos ocupan aproximadamente ¾ partes del volumen del hormigón
hidráulico. De acuerdo al tamiz de ancho de malla 4.76 mm, los áridos se
dividen en finos y gruesos.
El tipo de árido, su granulometría y otras características, será
seleccionado teniendo en cuenta la forma de ejecución de los trabajos, la
utilización final del hormigón, las condiciones ambientales y de trabajo a las
cuales estará expuesto el hormigón y cualquier otro requerimiento exigido,
como sucede en el caso del hormigón con áridos expuestos o el terminado
con herramientas. El tamaño máximo nominal del árido será seleccionado
teniendo en cuenta la distancia mínima entre barras de acero y el ancho
mínimo de la sección del elemento. En relación al tamaño, cuando es
pequeño el árido grueso, para hormigones plásticos y de resistencia normal,
este tiene más superficie específica y por tanto más necesidad de pasta de
cemento. Se recomienda la forma redondeada del árido, pero existen áridos
de forma angular, con formas planas y alargadas. Esta característica es de
influencia negativa en el resultado final del hormigón al provocar bolsones,
porosidad y baja resistencia.
Como los áridos en el hormigón forman la mayor parte de su masa, de
ahí la importancia de conocer las propiedades de los mismos, pues tienen
una profunda influencia en la resistencia, durabilidad y demás propiedades
Hormigón autocompactante
8
del hormigón. Las propiedades determinantes de un árido para utilizarlo en
hormigones hidráulicos son:
- Ser homogéneos, compactos y de grano uniforme.
- Carecer de grietas, coqueras, restos orgánicos, etc.
- Ser resistentes a las cargas que hayan de soportar.
- Resistencia al fuego.
- No deberán alterarse por las influencias de los agentes atmosféricos
(humedad, sol, lluvia y aire, etc.)
- No ser absorbentes o permeables en proporción de 4,5%.
- Tener adherencia a los morteros.
Según las investigaciones que se han desarrollado, los áridos deben ser
estudiados en relación con la pasta de cemento como un componente más
del hormigón, ya que formará parte de él durante toda su vida útil. Para
lograr lo dicho hasta ahora, a los áridos se le realizan una serie de ensayos
para determinar si cumplen o no las especificaciones de calidad que
aparecen en las normas técnicas y que deciden su utilización en las obras.
Para determinar si los áridos cumplen con las especificaciones exigidas
para su utilización, se le harán los siguientes ensayos:
Tipo de ensayo Ensayo INEN
Peso específico y absorción.
Peso unitario suelto y compactado.
Material más fino que el tamiz 0,074
mm (#200).
Granulometría.
Impurezas orgánicas.
INEN 856
INEN 858
INEN 697
INEN 696
INEN 855
Tabla 1.1 Ensayos en los áridos
Hormigón autocompactante
9
El hormigón autocompactante limita el contenido y tamaño del árido
grueso para disminuir el riesgo de bloqueo y mejorar la deformabilidad del
hormigón. El tamaño máximo del árido grueso depende de varios factores
como las dimensiones del elemento, el espacio libre entre las armaduras,
elementos embebidos, condiciones de trabajo, o el acabado deseado.
La forma y textura de los agregados influencian directamente en la
fricción entre partículas de una mezcla de concreto en estado fresco,
agregados redondeados generaran una menor fricción entre partículas,
reduciendo el esfuerzo de fluencia, agregados de formas angulosas
generaran mayor fricción.
La granulometría combinada con la forma y textura, determinarán el
porcentaje de vacíos de la mezcla de agregados, a su vez este porcentaje
de vacíos puede determinar la cantidad de pasta que requiere la mezcla
para alcanzar una consistencia determinada.
2.4.2 Árido Fino
El árido fino son las partículas menores de 4,75mm y mayores de
0,125mm en el hormigón convencional, el volumen de áridos es
aproximadamente el 70% del volumen de la mezcla, en comparación con
hormigón autocompactante donde el volumen de áridos es menor y varía
entre 57% - 67%.
Las mezclas del hormigón autocompactante son más sensibles a la
variación de agua que las mezclas de hormigón convencional, por lo cual es
importante tener en cuenta el nivel de humedad del árido en el cálculo total
de agua de la mezcla. La utilización de agentes modificadores de la
viscosidad es muy efectiva para compensar las variaciones de humedad en
los áridos.
Hormigón autocompactante
10
2.4.3 Agua
El agua es un componente de suma importancia en la elaboración de
pastas, morteros y hormigones hidráulicos, utilizándose principalmente para
hacer reaccionar las partículas que constituyen el cemento, dar
trabajabilidad para el amasado y para el curado. El agua no contendrá
sustancias perjudiciales que alteren el fraguado del cemento o causen
eflorescencia, que afecten la resistencia final del hormigón, la durabilidad del
mismo o del acero que se encuentra en los hormigones armados u
hormigones pretensados. Dentro de estas sustancias tenemos las sales y
las materias orgánicas que se encuentran estancadas.
El agua a utilizar para el amasado de hormigón deberá cumplir con
diferentes condiciones, las cuales se mencionan a continuación:
1. Generalmente el agua clasificada como potable se puede usar en la
fabricación de hormigón.
2. Si no se tiene información sobre la calidad de un agua y se tienen dudas
resulta conveniente tomar una muestra y enviarla a un laboratorio
especializado para su análisis; también se pueden confeccionar probetas
de hormigón con esta agua y probetas del mismo hormigón pero con
agua de reconocida calidad y analizar posteriormente la diferencia entre
ambos. Los ejemplos de los ensayos que se le realizan al agua son:
- Peso específico del agua. El valor de este ensayo es considerado a
nivel internacional que es aproximadamente igual a 1Kg/dm³.
- Determinación del cloruro de sodio (sal) en el agua.
3. Si no se dispone de los medios adecuados para analizar un agua de
dudosa calidad se puede utilizar si es incolora, insípida e inodora,
corriendo el riesgo desde luego de no tener un hormigón con la suficiente
calidad.
4. La temperatura del agua tiene importancia cuando es superior a 300C,
acelerando el endurecimiento del hormigón considerablemente y cuando
es menor de -100C, llega a paralizar la reacción del cemento con el agua.
Hormigón autocompactante
11
5. El agua de mar puede ser usada para la fabricación de hormigón sin
acero, teniendo presente que ocurre un ligero incremento de la velocidad
de endurecimiento de éste.
6. El agua de mar no se debe usar cuando no se permita la aparición de
eflorescencia, ni tampoco cuando en la fabricación del hormigón se utilice
como aglomerante el cemento aluminoso.
7. El agua de mar no debe ser usada en la fabricación de hormigones
armados que van a estar sometidos a la humedad atmosférica.
8. El agua de mar puede ser usada en la fabricación de hormigones
armados que van a estar completa y permanentemente sumergidos en agua
de mar.
Un incremento en la cantidad de agua puede modificar tanto el esfuerzo
de fluencia, como la viscosidad reduciéndolos en ambos casos; la cantidad
de agua influencia de gran manera como se comporta el concreto en estado
fresco y endurecido, un incremento de agua reduce el esfuerzo de fluencia y
la viscosidad, obteniendo una mezcla más fluida, también nos incrementará
la exudación y el riesgo de segregación, en el estado endurecido se
incrementará la porosidad (mayor permeabilidad) y por lo tanto una menor
durabilidad.
2.4.4 Cemento
En 1755, el inglés Smeaton investigó las causas del endurecimiento de
los morteros y hormigones hidráulicos, que en aquella época eran fabricadas
exclusivamente con cal y Puzolana. En 1796, Parker descubrió que por
calcinación de calizas arcillosas, se podían fabricar cementos hidráulicos.
Se atribuye al inglés J. Aspdin la invención del cemento Portland, debido
a que lo patentó en 1824, llamándolo de esa forma por la analogía de color
que presentaba con la piedra de la localidad inglesa de Portland. En la
fabricación de este cemento se obtenía en primer lugar cal, esta se
mezclaba con arcilla, después se sometía esta mezcla a un proceso de
cocción, pulverizando el producto resultante.
Hormigón autocompactante
12
Sin embargo fue Isaac Charles Johnson, el que estableció en 1844 un
principio fundamental en la fabricación de este cemento, al llegar por medio
de profusas investigaciones, a demostrar que para una mejor calidad del
producto, la cocción debía realizarse hasta un principio de fusión parcial. Es
decir, que hasta entonces los productos se conseguían por un proceso de
cocción exclusivamente en estado sólido y a partir de ese momento se
comenzó a realizar la fabricación en presencia de fase líquida.
El cemento Portland se logra de una mezcla minuciosa de materiales
calcáreos y arcillosos, calcinados entre 1300°C y 1400°C formándose las
bolas conocidas por clinker, que se trituran junto al yeso (3%) y se obtiene el
cemento. A temperaturas superiores a los 50°C el cemento se podrá utilizar,
siempre que se compruebe (y se mantenga un control sistemático) que la
temperatura del hormigón al concluir el proceso de preparación de la mezcla
no exceda los 35°C. Existe confusión en definir el fraguado o el
endurecimiento, definiéndose así como fraguado al paso de estado líquido a
sólido y endurecimiento al aumento de resistencia de la pasta de cemento.
El cemento es un aglomerante hidráulico, ya que endurece al contacto
con el agua o el aire. La aplicación fundamental del cemento Portland es en
la confección de morteros y hormigones. Otras aplicaciones son en:
Inyecciones de grietas en suelos, inyecciones en grietas de obras etc. De
acuerdo al tipo de aplicación deberá analizarse el tipo de cemento óptimo de
los que tenemos a nuestra disposición. De ahí la importancia del estudio del
mismo y sus propiedades a través de los ensayos de laboratorio.
Existen diversos tipos de cemento Portland:
- Tipo I: Se lo conoce como cemento Portland ordinario, que es el de
mayor utilización en el mercado. Se lo utiliza en hormigones normales
que no estarán expuestos a sulfatos en el ambiente, en el suelo o en
el agua del subsuelo.
- Tipo II: Son cementos con propiedades modificadas para cumplir
propósitos especiales, como cementos antibacteriales que pueden
Hormigón autocompactante
13
usarse en piscinas; cementos hidrófobos que se deterioran muy poco
en contacto con sustancias agresivas líquidas; cementos de
albañilería que se los emplea en la colocación de
mampostería; cementos impermebilizantes que se los utiliza en
elementos estructurales en que se desea evitar las filtraciones de
agua u otros fluidos, etc.
- Tipo III: Son los cementos de fraguado rápido, que suelen utilizarse
en obras de hormigón que están en contacto con flujos de agua
durante su construcción o en obras que pueden inestabilizarse
rápidamente durante la construcción.
- Tipo IV: Son los cementos de fraguado lento, que producen poco
calor de hidratación. Se los emplea en obras que contienen grandes
volúmenes continuos de hormigón como las presas, permitiendo
controlar el calor emitido durante el proceso de fraguado.
- Tipo V: Son cementos resistentes a los sulfatos que pueden estar
presentes en los agregados del hormigón o en el propio medio
ambiente. Se utiliza en alcantarillas, túneles y donde existan aguas
que tenga una alta concentración de sulfatos, alcanza altas
resistencias a edades tempranas. La presencia de sulfatos junto con
otros tipos de cementos provoca la desintegración progresiva del
hormigón y la destrucción de la estructura interna del material
compuesto.
Para determinar su calidad y comprobar sus propiedades se le aplican
diferentes ensayos:
Hormigón autocompactante
14
Tabla 1.2 Ensayos de cemento
En la mezcla del hormigón autocompactante se pueden utilizar todos
los cementos comunes, aunque lo más habitual es utilizar cemento Portland
tipo I.
El contenido de cemento en mezclas de hormigón autocompactante,
usualmente tiene un mayor volumen de cemento en su dosificación,
variando entre 350-450 kg/m3, la cantidad de cemento determinará la
posible fricción entre los granos de agregado reduciendo o aumentado el
esfuerzo de fluencia, un adecuado espesor de pasta posibilitará un esfuerzo
de fluencia adecuado, sin embargo un exceso en esta cantidad requerirá
mayor volumen de agua aumentando la viscosidad de la mezcla de
concreto.
Un cemento Pórtland adicionado normalmente necesita mayor
cantidad de agua para alcanzar un valor de flujo determinado, en
comparación con un cemento Pórtland normal, este valor de flujo es
relacionado directamente con el esfuerzo de fluencia del concreto.
A mayor finura del cemento este requerirá mayor cantidad de agua,
por lo cual la finura estará relacionada con el esfuerzo de fluencia, a mayor
finura del cemento mayor será el valor de la viscosidad del concreto.
Tipo de ensayo Ensayo INEN
Análisis químico
Finura
Tiempo de fraguado
Consistencia normal
Resistencia a la comprensión
Resistencia a la flexión
Resistencia a la tracción
INEN 152
IEN 196, 197
INEN 158,159
INEN 157
INEN 488
INEN 198
AASHTO T - 132
Hormigón autocompactante
15
En nuestro medio podemos encontrar una variedad de compañías
compitiendo en el mercado como: Holcim (suiza) , Lafarge (francesa),
Cementera Nacional, siendo Holcim líder en el mercado según datos del
Instituto Ecuatoriano del Cemento y del Hormigón, entre los productos que
se puede obtener en el mercado están el cemento de tipo II y cemento
portland puzolánico IP, elaborados siguiendo las normas de calidad NTE
INEN 490 (Cementos hidráulicos compuestos), el consumo de cemento
mantiene un ritmo de crecimiento en el Ecuador llegando a una importante
producción como consecuencia a un crecimiento sostenido de la economía.
2.4.5 Aditivos
Los aditivos son productos químicos que se añaden a la mezcla de
hormigón para mejorar o modificar una o más de sus propiedades ya sea en
estado fresco o endurecido. Se tiene una gran variedad de aditivos según
las necesidades específicas de cada construcción, entre los principales se
tiene: aditivos plastificantes, aditivos superplastificantes o reductores de
agua de alto rango, aditivos acelerantes, aditivos de fraguado extra rápido,
aditivos retardantes y aditivos introducotres de aire.
Entre las principales propiedades modificadas tanto en estado fresco como
endurecido son:
- Aumentan la trabajabilidad.
- Aumentan la plasticidad de la mezcla
- Actúan como reducción de la relación agua / cemento entre 5 – 40%
- Disminuye exudación.
- Disminuyen el tiempo de fraguado.
- Aumentan la impermeabilidad y durabilidad.
- Aumentan la Resistencia final (10 a 20%)
Normalmente la cantidad de aditivos no supera el 5% del peso del
cemento, además se debe tener en un estricto cuidado en la dosificación.
Hormigón autocompactante
16
Existen numerosos tipos de aditivos, pero en el caso del hormigón
autocompactante los más utilizados son los reductores de agua de alto
rango y los agentes modificadores de la viscosidad o cohesionantes.
2.4.5.1 Aditivo Superplastificante
Los aditivos superplastificantes aumentan la trabajabilidad del hormigón,
son aditivos reductores de agua. Estos aditivos permiten reducir el contenido
de agua de la mezcla de tres a cuatro veces más que los reductores de agua
convencionales. Los superplastificantes más utilizados son los naftalenos,
melaminas modificadas y los copolímeros de vinilo.
Recientemente se han desarrollado aditivos superplastificantes en base
a policarboxilatos, los cuales reducen el agua en una magnitud bastante
superior a los superplastificantes tradicionales, además de generar una
mejor cohesión en la mezcla fresca y un mayor tiempo de trabajabilidad.
Los nuevos superplastificantes basados en policarboxilatos permiten
reducir el agua de amasado hasta en un 40%, con lo que se obtienen
hormigones extraordinariamente resistentes, impermeables y durables. Esta
capacidad permite también obtener hormigones muy fluidos, obteniendo
hormigones autocompactantes que se pueden colocar sin vibrado.
Estos aditivos pueden actuar de las siguientes maneras en el hormigón:
- Actuando en forma mecánica y física permitiendo una cierta retención
de agua.
- Actuando en forma físico - químico permitiendo una cierta reducción
de agua.
La dosificación excesiva de estos aditivos puede provocar la
disminución de la resistencia mecánica del hormigón y aumentar
perjudicialmente la retracción a causa del exceso de agua.
Estos aditivos si se encuentra en dosis elevadas suelen retrasar el
tiempo de fraguado por lo tanto de deben tomar precauciones y retrasar el
encofrado sobretodo en climas fríos.
Hormigón autocompactante
17
2.4.5.2 Acelerantes
Son aditivos que modifican las propiedades de una mezcla de
hormigón, aumentando la velocidad de la reacción química entre el cemento
y el agua, acortando el inicio del fraguado en hormigones y morteros.
Entre los principales acelerantes se tiene: carbonato de sodio en
dosificación de 2 a 5% del peso del cemento, además del cloruro de calcio,
formiato cálcico, cloruro de sodio, y cloruro de aluminio. Otros factores
importantes son el calor, y la cantidad de agua en la mezcla.
Los acelerantes permiten ganar tempranas resistencia acelerando el
tiempo de fraguado y permitiendo retirar el encofrado en menor tiempo.
2.4.5.3 Retardantes
Los aditivos retardantes disminuyen la velocidad de la reacción química
entre el cemento y el agua, retrasa el inicio del fraguado o del mortero,
existen dos tipos: Inorgánicos (ZnO, PbO, PO4H3, BO4H3), Orgánicos
(ácido orgánico, glicerina).Estos dependen del tipo, cantidad de cemento,
dosificación y la relación entre el agua y el cemento.
Se utiliza para equilibrar el efecto acelerante que tiene el clima cálido en
el hormigón también para salvar grandes distancias de transporte para la
colocación en la obra y cuando se presenta estructuras de difícil colado o de
gran volumen.
2.4.5.4 Adiciones
Una de las características más destacadas de la mezclas del
hormigón autocompactante es su alto contenido de material cementico que
Hormigón autocompactante
18
está entre 386 – 475 Kg/m3. El material fino incluye todas las partículas de
diámetro inferior a 150 μm. En las mezclas del hormigón autocompactante
se aumenta el contenido de finos para mejorar la viscosidad y la
trabajabilidad del hormigón. El contenido de material fino no puede consistir
sólo en cemento, porque esto conllevaría un excesivo calor de hidratación,
por eso se añaden las adiciones.
Se pueden dividir las adiciones en dos grupos: el primer grupo incluye
las adiciones como la puzolana natural, microsílice (humo de sílice), cenizas
volante y la escoria siderúrgica, que son materiales inorgánicos con
propiedades puzolánicas, el segundo grupo son las adiciones inertes
también llamados fillers.
2.4.5.4.1 Filler Calizo
El filler de caliza (CaCO3) es la adición más utilizada en las mezclas del
hormigón autocompactante. Este es un material natural que se tritura
finamente hasta llegar a una finura equivalente a la del cemento. La función
del filler es principalmente de carácter físico, y su utilización mejora algunas
de las propiedades del hormigón, como la trabajabilidad, exudación,
tendencia a agrietarse o permeabilidad.
2.4.5.4.2 Microsílice (Humo de Sílice)
El humo de sílice es un material puzolánico altamente reactivo
procedente de la industria del metal de silicio y de las aleaciones de ferro
silicio. Este material está compuesto de partículas amorfas esféricas muy
pequeñas con diámetro entre 0,003 a 0,1 μm y superficie específica de
aproximadamente 20.000 m2/kg.
Debido al nivel de finura y la forma prácticamente esférica del humo de
sílice se tiene una buena cohesión y aumenta la resistencia a la
segregación. No obstante, aunque el humo de sílice es muy efectivo en la
reducción o eliminación de exudación, puede aumentar los problemas de
endurecimiento rápido superficial. Esto puede crear juntas frías o defectos
Hormigón autocompactante
19
de superficie si hay interrupciones en el suministro de hormigón y también
disminuir la calidad del acabado superficial.
Según algunas investigaciones el contenido de humo de sílice puede
llegar hasta el 15-22 % del peso del cemento.
2.5 Agentes modificadores de la viscosidad
Los agentes modificadores de la viscosidad o cohesionantes le provee
cohesión interna formando una especie de red tridimensional que le sirve de
soporte sin perder y estabilizando la fluidez. Aumenta por tanto la resistencia
a la segregación; se aplica cuando el aporte de finos es deficiente.
Los agentes modificadores de la viscosidad son productos basados en
polisacáridos o celulosa, solubles en agua, que mejoran la capacidad de
retención de agua de la pasta reduciendo el riesgo de segregación de la
mezcla durante su transporte, puesta en obra y consolidación.
2.6 Clases de hormigones
2.6.1 Hormigón simple
Denominado también hormigón ordinario, se obtiene al mezclar
cemento portland, árido fino, árido grueso y agua; estos actúan
químicamente para formar un cuerpo sólido.
Las propiedades del hormigón dependen en gran medida de la
calidad y proporciones de los componentes en la mezcla, y de las
condiciones de humedad y temperatura, durante los procesos de fabricación
y de fraguado.
Hormigón autocompactante
20
2.6.2 Hormigón ciclópeo
El hormigón ciclópeo se realiza añadiendo piedras más grandes de lo
normal, quedando embebidas en la mezcla mientras se va hormigonando,
con esto se consigue economizar material.
Se usa en construcciones con cargas poco importantes o como material
de base para rellenos.
2.6.3 Hormigón ligero
El hormigón ligero tiene densidad menor a las de los hormigones
normales hechos con áridos comunes. La disminución de la densidad se
produce por una presencia de vacíos en el árido, llegando a densidades
entre 0,8 gr./cm3 y 2,0 gr./cm3. Esta presencia de vacíos ocasiona la
disminución de resistencia del hormigón, por lo que muchas veces la
resistencia no es la condición predominante para estos hormigones, y en
otros casos se compensa.
En construcciones de Hormigón, el peso propio de la estructura
representa una proporción importante en la carga total de la estructura por lo
que reducir la densidad del mismo resulta muy beneficioso. La principal
característica es reducir la carga muerta de la estructura, con la consiguiente
reducción de las cargas que llegan a la suelo reduciendo el costo de la
cimentación.
Para la elaboración del hormigón ligero se utiliza agregados livianos
como la piedra pómez, cenizas volcánicas, escoria, pizarra, arcilla, esquisto,
la pizarra diatomácea y vermiculita.
Entre las características se tiene:
- Buen aislante térmico por su contenido de aire.
- Durable.
- No es altamente resistente a la abrasión.
- Es más caro que el hormigón convencional.
- El amasado, manejo y colado requiere más precauciones.
Hormigón autocompactante
21
- Es apto en general para pretensados, cascarones, edificios de gran
altura.
- Puede ser usado en elementos estructurales, como mampostería y
como aislante.
2.6.4 Hormigón pesado
Los hormigones pesados se utilizan como protección contra las
radiaciones producidas en las plantas de energía nuclear. La obtención de
estos queda condicionada al empleo de áridos provenientes de los minerales
de hierro, tales como la magnetita, la ilmenita y la hematita, cuyos pesos
específicos están entre 4.2 y 4.8 kg/dm3. También se obtienen a partir de
trozos de barras de acero redondo, recortes de planchas de acero o
granalla. Su peso específico es similar al del hierro, es decir 7.5 a 7.8
kg/dm3.
Estos deben cumplir en líneas generales las mismas condiciones
estipuladas para los áridos convencionales. Sin embargo, para su empleo
debe tenerse en consideración que los áridos provenientes de minerales de
hierro son muy fracturables debido a su construcción interna, por lo que
están expuestos a variaciones de sus características durante su uso en
obra, en especial de su granulometría y contenido de finos.
Los áridos obtenidos de deshechos metálicos presentan también
algunas características de heterogeneidad, provenientes principalmente del
estado de su superficie, la cual debe presentar algún grado de oxidación
incipiente para favorecer la adherencia.
2.6.5 Hormigón armado
El hormigón armado es el resultado de combinar debidamente
hormigón simple y armaduras de acero para producir un elemento que
resiste esfuerzos que provocan tensiones de compresión y de tracción. Cada
Hormigón autocompactante
22
uno de sus componentes compensa los defectos del otro, formando un
compuesto perfectamente sólido por la adherencia de entre sus materiales.
2.7 Compactación
La compactación del hormigón se describe como el proceso mediante
el cual se le elimina parcialmente a la mezcla el contenido de burbujas de
aire, quedando una mezcla más compacta. Este proceso es importante,
debido a que un hormigón sin compactar puede tener una oquedad hasta
20% de su volumen, teniendo una perdida en su resistencia final.
Entre las principales ventajas de la compactación se tiene:
- Mayor resistencia mecánica.
- Mayor impermeabilidad.
- Mayor resistencia a los ataques de agentes externos.
2.7.1 Sistemas De Compactación.
Dependiendo de la consistencia seca, plástica, blanda y fluida, existe
un sistema de compactación los cuales son:
- Picado
- Apisonado
- Vibrado.
2.7.1.1 Picado
Aplicable a consistencias fluidas o muy blandas. Espesor de las capas
de 20 a 30 centímetros. En obras poco importantes. Se efectúa mediante
una barra metálica o de madera, ligeramente afilada que se introduce varias
veces en la masa de hormigón, de modo que atraviese la capa a consolidar
y penetre en la inferior. Se emplea en zonas muy armadas como apoyo del
vibrado. Se utiliza siempre en consistencias fluidas ya que con el vibrador
podríamos provocar la segregación.
Hormigón autocompactante
23
2.7.1.2 Apisonado
Aplicable con consistencias blandas. Espesor de las capas de 15 a 20
cm. Se aplica en elementos de poco espesor, muy superficiales.
A diferencia del picado en este método se utiliza un pisón, el mismo que
no penetra la capa si no golpea repetidamente la superficie del hormigón. En
este método importa más el número de golpes que la intensidad de los
mismos.
2.7.1.3 Vibrado
Aplicable con consistencias plásticas, blandas o secas. Espesor de las
capas de 50 a 60 cm. Es el método más adecuado a las estructuras de
hormigón armado. Permite una mejor calidad con ahorro de cemento y mano
de obra, así como un desencofrado más rápido como consecuencia de
emplear menos cantidad de agua de amasado. Facilita la reducción de
vacíos, podemos dejar a la mezcla con un 2- 3% de aire a diferencia que se
puede encontrar hasta un 20% sin compactar.
Hay varios tipos de frecuencia, la usual es de 6000 ciclos. Hay
vibradores internos, externos, superficiales.
2.7.1.3.1 Vibrado Interno
Para el vibrado interno se utiliza un elemento vibrante llamado aguja,
que es un cilindro metálico de 35 a 125 mm., de diámetro. La frecuencia
varía entre 3000 y 12000 ciclos por minuto, aunque durante el trabajo no
debe ser inferior a 6000 ciclos por minuto.
Hormigón autocompactante
24
Se debe tener en cuenta una serie de recomendaciones para que el
vibrado interno sea eficiente la cuales son:
- Introducir verticalmente atravesando las capas con un movimiento
enérgico y de una sola vez cada 40 a 60 cm.
- No tocar las armaduras ya que si la armadura se pone en vibración,
expulsará todo lo que la rodea, y eso es negativo, ya que la armadura
debe estar rodeada de mezcla.
- No desplazar el vibrador horizontalmente.
- Retirar lentamente, a unos 10 cm. por segundo.
- Vibrar bien cerca de los encofrados, ya que en estas zonas suele
quedar bastante aire acumulado.
- Un mal vibrado suele producir exudación (ascenso del mortero más
fino).
2.7.1.3.2 Vibrado Externo
Consiste en acoplar moldes metálicos muy rígidos, y estos transmiten
las vibraciones al hormigón. No tiene presencia directa en la obra.
Es utilizado para la prefabricación del hormigón seco en piezas de
pequeñas dimensiones, actuando en el encofrado, para lo cual la capa de
hormigón no debe exceder 20 cm.
2.7.1.3.3 Vibrado Superficial
Consiste en una bandeja a la que está sujeto el vibrador, la cual se
mueve por la superficie del hormigón hasta conseguir una humectación
brillante en toda ella. Otras veces se trata de una viga o plataforma, más o
menos pesada, sobre la que se montan uno o varios vibradores, con lo que
se combina la vibración con el peso del conjunto.
Hormigón autocompactante
25
Es empleado en pavimentos y soleras de hormigones plásticos.
Para elementos estructurales suele emplearse en placas y losas de poco
espesor (hasta 15 o 20 cm)
La frecuencia de estos vibradores oscila entre 2000 y 5000 ciclos por
minuto.
2.7.1.4 Otros métodos
- Consolidación por inyección
Este tipo de consolidación se logra una máxima compacidad del árido
grueso, la calidad de hormigón debe ser muy plástica, consiste en inyectar el
hormigón a través de un tubo ranurado de 20 mm.
- Consolidación por centrifugado
Es un método donde se utiliza para la elaboración de tuberías, para
esto el hormigón debe tener una alta cantidad de agua, la fuerza centrífuga
desplaza el árido grueso al exterior mientras que en interior se mantiene el
árido fino, así conseguimos que sea más sellado por dentro que por fuera.
Por dentro es prácticamente hermético. El agua exceso queda hacia
dentro y se escurre por gravedad.
Hormigón autocompactante
26
Capítulo 3. Propiedades del hormigón
Introducción
Una característica importante del hormigón autocompactante es la
capacidad de fluir y compactarse bajo la acción de su propio peso llenando
el encofrado y cubriendo a la armadura de refuerzo.
Para elaborar hormigón se debe considerar las propiedades tanto en
su etapa fresca como endurecida ya que debe cumplir los requisitos de
resistencia, durabilidad y servicialidad.
Los parámetros que pueden ser usados para describir el flujo del
concreto en estado fresco son el esfuerzo de fluencia y la viscosidad, se
puede describir en parámetros relacionados con la reología del hormigón. La
reología es la ciencia que estudia la evolución de deformaciones de un
material, producidas por causas tensiónales, a través del tiempo.
Durante los primeros estudios de reología del concreto se propuso a la
ecuación de Bingham como la más apropiada para describir el
comportamiento del concreto fresco, la ecuación es la siguiente:
𝜏 = 𝜏° + 𝜇γ̇ (Ecuación 3.1)
Dónde:
𝜏 Esfuerzo cortante aplicado (kg/m2)
μ Viscosidad plástica (kg/m-s)
𝜏° Esfuerzo de fluencia o de deformación inicial (kg/m2)
γ̇ Tasa de corte (s/m)
Hormigón autocompactante
27
Gráfica 3.1 Curva de flujo del modelo de Bingham.
El modelo de Bingham considera que al realizar la mezcla de los
áridos, el agua y el cemento, comienza a producirse una reacción química
de los minerales de cemento con el agua, como resultado de la cual se
forma una masa gelatinosa con las partículas de cemento que aún no han
entrado en reacción química con el agua, y combinaciones insignificantes en
forma de cristales (esta masa se nombra gel). Durante el mezclado, el gel
envuelve los granos sueltos de los áridos, endureciéndose gradualmente, y
los cristales se van asociando lentamente en forma de concreción cristalina
que aumenta su volumen con el tiempo. Cuando el gel se endurece, se
transforma en piedra de cemento, los granos de los áridos gruesos y finos
en un material duro y monolítico. El modelo define el flujo del hormigón en
términos de la relación entre el límite elástico y la viscosidad.
Según el modelo de Bingham, el flujo del material empieza sólo cuando
la tensión de cortante supera la resistencia inicial, también llamada tensión
de inicio de flujo. Desde este punto de vista la velocidad de deformación
transversal del material aumenta de forma lineal con la tensión aplicada
Hormigón autocompactante
28
En el hormigón autocompactante la tensión de inicio de flujo disminuye,
acercándose así al comportamiento de un fluido newtoniano es decir
manteniendo una viscosidad constante en el transcurso del tiempo.
En la gráfica 2.2 se observa la relación entre la tensión de inicio de
flujo y la viscosidad plástica de varios tipos de hormigones frescos. La
tensión de inicio de flujo es la propiedad mecánica asociada con la fluidez.
Cuanto más bajo es su valor, más fluido es el hormigón. La viscosidad es la
propiedad relacionada con la resistencia a segregarse y la estabilidad del
hormigón.
Gráfica 3.2 Propiedades reológicas de varios tipos de hormigones.
Modelo de Herschel-Bulkey
Algunos concretos no cumplen la función lineal de la ecuación de
Bingham como es el caso de los concretos autocompactados y
autonivelantes, el cual usando la ecuación de Bingham nos daría resultados
de esfuerzo de fluencia negativos, en este caso particular se usa la
ecuación de Herschel – Bulkey.
HORMIGONCONVENCIONAL
HORMIGON DE ALTARESISTENCIA
VISCOSIDAD PLASTICA
TENSION DEINICIO DE FLUJO
HORMIGONAUTOCOMPACTANTE
HORMIGONFLUIDO
Hormigón autocompactante
29
Grafica 3.3 Grafica de la ecuación de Herschel Bulkey
𝜏 = 𝜏° + 𝜇γ̇ (Ecuación 3.2)
3.1Propiedades del hormigón fresco
3.1.1 Trabajabilidad
Encontrar una definición de trabajabilidad es ya una idea muy subjetiva,
las diferentes definiciones tratan de enlazar parámetros calificables según la
perspectiva de cada evaluador como vemos en la tabla.
Institución Definición
American Concrete Institute (ACI)
Es la propiedad del concreto o mortero en estado fresco la cual determina la facilidad y homogeneidad con la cual puede ser mezclado, colocado, compactado y terminado.
British Standards Institution
Es la propiedad del concreto o mortero en estado fresco, la cual determina la facilidad con la cual puede ser manejado y completamente compactado.
Association of Concrete engineers Japan
Es la propiedad de la mezclas de concreto o mortero que determina la facilidad con que puede ser mezclado, colocado y compactado, debido a su consistencia, la homogeneidad con la cual puede ser elaborado el concreto, y el grado con el cual puede resistir a la separación de los materiales.
Tabla 3.1 Definiciones de trabajabilidad
Kg/m2
s/m
𝜏
γ̇
Hormigón autocompactante
30
Los factores que gobiernan la trabajabilidad son:
- El contenido de agua necesario para la mezcla. Cuanto mayor sea
ésta, mayor será la trabajabilidad.
- La granulometría de los áridos, siendo más dóciles los hormigones
cuyo contenido en arena es mayor. Pero por otra parte, a más
cantidad de árido fino corresponde más agua de amasado necesaria
y, por tanto, menor resistencia.
- La forma y textura de los granos. La trabajabilidad es mayor con
áridos redondeados que con áridos procedentes de trituro.
La trabajabilidad aumenta con el contenido y finura del en cemento. El
empleo de un plastificante aumenta la trabajabilidad del hormigón.
El hormigón autocompactante es un hormigón con alto nivel de
trabajabilidad debido varios factores como su viscosidad, fluidez y a que no
requiere trabajo externo para su compactación.
La trabajabilidad del hormigón se valora determinando su consistencia
con el cono de Abrams.
3.1.2 Consistencia
Consistencia es la facilidad que tiene el hormigón fresco para
deformarse. La consistencia al igual que la trabajabilidad dependen de
varios factores como: cantidad de agua de amasado, tamaño máximo,
granulometría y forma de los áridos, etc.; el que más influye es la cantidad
de agua de amasado.
Los hormigones se clasifican por su consistencia en secos, plásticos,
blandos, fluidos y líquidos, como se indica en la tabla 2.2. La consistencia
líquida no es admisible para hormigón armado.
Hormigón autocompactante
31
Consistencia Asiento en cono de
Abrams (cm)
Seca
Plástica
Blanda
Fluida
liquida
0-2
3-5
6-9
10-15
>16
Tabla 3.2 Consistencias de los hormigones
Existen varios procedimientos para determinar la consistencia, siendo
los más empleados el cono de Abrams, la mesa de sacudidas y el
consistómetro Vebe.
El cono de Abrams es un molde troncocónico de 30 cm de altura, de 20
cm. De diámetro en la base mayor y 10 cm de diámetro en la base menor
(fig. 2.4) que se rellena con el hormigón objeto de ensayo en 3 capas, cada
una de esta capa debe cubrir aproximadamente 1/3 del molde apisonadas
con 25 golpes cada una distribuidos sobre la superficie. La pérdida de altura
que experimenta la masa fresca del hormigón una vez desmoldada,
expresada en centímetros, da una medida de su consistencia.
Figura 3.1 Cono de Abrams
Hormigón autocompactante
32
La mesa de sacudidas sirve para someter a una masa de hormigón
fresco, de forma determinada, a una serie de sacudidas normalizadas,
midiéndose el escurrimiento experimentado. Es un método más preciso que
el anterior y, por tanto, preferible cuando se trata de instalaciones fijas.
El consistómetro Vebe es una variante del cono de Abrams que se
emplea para hormigones muy secos (que darían asiento nulo). La
consistencia se mide por el número de segundos necesarios para que el
tronco de cono formado por el hormigón con el molde de Abrams
experimente un asentamiento determinado, sometido a una vibración en
mesa.
Para evaluar la consistencia con los procedimientos indicados no se
debe usar tamaños de árido superiores a 40 mm, en cuyo caso es necesario
cribar previamente el material y prescindir del material retenido.
3.1.4 Homogeneidad
Es la cualidad por la cual los diferentes componentes del hormigón
aparecen regularmente distribuidos en toda la masa, de manera tal que dos
muestras tomadas de distintos lugares de la misma resulten prácticamente
iguales. La homogeneidad se consigue con un buen amasado y, para
mantenerse, requiere un transporte cuidadoso y una colocación adecuada.
La homogeneidad puede perderse por segregación (separación de los
gruesos por una parte y los finos por otra) O por decantación (los granos
gruesos caen al fondo y el mortero queda en la superficie, cuando la mezcla
es muy líquida). Ambos fenómenos aumentan con el contenido de agua,
con el tamaño máximo del árido, con las vibraciones o sacudidas durante el
transporte y con la puesta en obra en caída libre.
Hormigón autocompactante
33
3.1.5 Peso especifico
El peso específico del hormigón se obtiene dividiendo la masa del
hormigón para el volumen conocido del recipiente que lo contiene. Este valor
depende de la calidad de los materiales que intervienen en la mezcla
variando de 2.2 T/m3 hasta 2.3 T/m3, en estado endurecido y en estado
fresco presenta valores entre 2,25 T/m3 y 2,35 T/m3. Puede experimentar
variaciones hasta el 7% con el tiempo debido a la evaporación del agua de
amasado.
3.1.6 Capacidad de paso
Es la capacidad que posee el hormigón para pasar a través del
encofrado salvando obstáculos como la armadura, separaciones entre
barras o encofrados difíciles entre mayor sea la dificultad de salvar
obstáculos mayor debe ser el grado de la capacidad de paso. La capacidad
de paso depende directamente del tamaño del nominal del agregado grueso.
Para mejorar la capacidad de paso se debe utilizar aditivos
moduladores de la viscosidad, aumentar la fracción pasta y disminuir el
tamaño nominal máximo del agregado grueso procurando dar uniformidad a
la mezcla y teniendo cuidado con la segregación.
3.1.7 Capacidad de relleno
Es la capacidad que tiene el hormigón para acoplarse al encofrado,
depende de su fluidez y viscosidad, para una buena capacidad de relleno se
debe reducir la fricción entre componentes del hormigón es decir entre los
áridos finos y gruesos por ende se debe reducir la cantidad de agregado
grueso y aumentar la cantidad de mortero de esta manera se alcanza a
reducir la fricción de sus componentes, además de la utilización de aditivos
como plastificantes, superplastificantes y fluidificantes ayuda a reducir la
fricción y da una deformabilidad de la pasta mejorando el flujo del hormigón
sin perjudicar a sus propiedades físicas y químicas
Hormigón autocompactante
34
3.2Propiedades del hormigón endurecido
3.1.1 Compacidad
Es la relación entre el volumen real de los componentes del hormigón y
el volumen aparente del hormigón. En general, al ser un seudosólido es
prácticamente imposible obtener un hormigón completamente compacto.
Con dosificaciones adecuadas y una compactación idónea debiera llegarse
a compacidades del 97-98%. La compacidad normalmente gira en torno al
90%.
La compacidad está muy ligada al peso específico, además, incide
directamente en:
- La resistencia.
- La durabilidad.
- La impermeabilidad.
3.1.2 Permeabilidad
Es la capacidad que tiene un material de dejar pasar a través de los
poros un fluido.
El hormigón es un material permeable, es decir que, al estar sometido a
presión de agua exteriormente, se produce escurrimiento a través de su
masa.
El grado de permeabilidad del hormigón depende de su constitución,
estando normalmente comprendido su coeficiente de permeabilidad varía de
acuerdo a la edad y relación de agua/ cemento de la mezcla, estos valores
se registra en la siguientes tablas:
Hormigón autocompactante
35
Edad (días) Coeficiente de
permeabilidad K (m/s)
5
6
8
13
24
28
90
360
2 x 10-6
4 x 10-10
1 x 10-10
4 x 10-11
5 x 10-12
1 x 10-12
5 x 10-15
6 x 10-18
Tabla 3.3 Coeficiente de permeabilidad.
Gráfica 3.4 Permeabilidad en función a la relación agua-cemento
Para conseguir un mayor grado de impermeabilidad se debe:
- Utilizar la relación agua/cemento más baja posible, compatible con la
obtención de una trabajabilidad adecuada para el uso en obra del
hormigón.
Hormigón autocompactante
36
- Utilizar la dosis de cemento más baja posible, compatible con la
resistencia y otras condiciones que establezcan las especificaciones
del proyecto.
- Emplear un contenido apropiado de granos finos, incluido los
aportados por el cemento, para lograr un buen relleno del esqueleto
de áridos del hormigón. La cantidad ideal de granos finos puede
establecerse a partir de los métodos de dosificación granulométricos.
La determinación del coeficiente de permeabilidad debe efectuarse
necesariamente en base a ensayos de laboratorio, entre los cuales pueden
mencionarse dos tipos principales:
- Los de permeabilidad radial, en los que se utiliza una probeta
cilíndrica con una perforación central, desde la cual se aplica agua a
presión, midiéndose el agua escurrida en un cierto tiempo. Este tipo
de ensayo permite determinar el coeficiente de permeabilidad por
medio de las fórmulas de escurrimiento en medios permeables.
- Los de penetración del agua en el hormigón, en los cuales una losa
de hormigón es sometida a presión de agua por un lado y se mide la
penetración del agua en su masa después de un cierto tiempo. Este
ensayo se utiliza generalmente en forma comparativa, aunque
también permite el cálculo del coeficiente de permeabilidad en forma
similar a la del ensayo radial.
La permeabilidad del hormigón depende de su porosidad. Así, en
climas más fríos, un hormigón permeable permite el ingreso y posible
congelamiento del agua en sus poros, debido a esto se puede producir
fisuras despojando de su durabilidad y resistencia.
3.3 Resistencia
3.3.1 Resistencia a la segregación
La segregación consiste en la separación de sus componentes debido
a que su distribución no es homogénea, el hormigón autocompactante es
Hormigón autocompactante
37
más propenso a tener la separación del hormigón de sus áridos gruesos, a
una mala distribución de sus poros de aire y a la exudación
Para deducir los efectos de la segregación en el hormigón se debe
tener uniformidad en la mezcla esto está relacionado con una adecuada
viscosidad si la viscosidad fuera mayor el rozamiento entre las capas
adyacentes seria mayor, esto significa que no podrá moverse es decir la
velocidad con la cual el hormigón fluiría muy lentamente.
Existen dos tipos de segregación en hormigones altamente fluidos las
cuales son:
- Segregación dinámica: es aquella que se produce durante la
colocación cuando el hormigón autocompactante debe fluir dentro de
los encofrados. Es fácilmente detectable mediante la realización de
los ensayos en estado fresco y debe corregirse durante la etapa de
diseño.
- Segregación estática: es más difícil de evaluar y está asociada a los
fenómenos de sedimentación que pueden producirse una vez que el
hormigón se encuentra en reposo dentro de la estructura.
Se consigue mejorar la resistencia a la segregación de la mezcla de la
siguiente manera:
- Con la utilización de tamaños nominales inferiores a 25 mm
- Añadiendo aditivos que mejoren la viscosidad de la mezcla
- Mayor contenido de mortero
3.3.2 Resistencia a la compresión (f’c)
La resistencia a la compresión del hormigón representada por f’c, se
cuantifica a los 28 días de fundido, esto puede variar dependiendo de las
condiciones de diseño y los requerimientos para lo cual sea diseñado.
La resistencia del hormigón se determina en muestras cilíndricas de
hormigón endurecido estandarizadas de 15 cm de diámetro y 30 cm de
Hormigón autocompactante
38
altura, que son llevadas hasta su ruptura mediante cargas aplicadas, según
la norma NTE INEN 2650:2012.
La resistencia a la compresión en hormigones normales es de 210 –
280 Kg/cm2, los de media resistencia está entre 350 a 420 Kg/cm2.
Para obtener hormigones de alta resistencia es decir superior a 420
Kg/cm2, a más de la relación agua cemento, se debe contar con un árido
grueso de alta resistencia, este parámetro nos pone un tope a la resistencia
del hormigón.
El hormigón autocompactante debe ser altamente fluido y lo
suficientemente cohesivo para resistir la segregación. La relación de agua
cemento del hormigón autocompactante es más baja en comparación del
hormigón convencional, esta entre 0,32-0,40, como resultado del uso de
adiciones de origen puzolánico, disminución de tamaño nominal del
agregado grueso y de la relación agua cemento se consigue valores de
resistencia más altos que los requeridos por razones estructurales.
Otro factor que influye positivamente sobre la resistencia a la
compresión del hormigón es la compactación. En el hormigón convencional
una inadecuada compactación produce mayor cantidad de porcentajes de
vacíos en el hormigón endurecido lo que reduce la resistencia a compresión
del hormigón. En el hormigón autocompactante se reducen los posibles
problemas de resistencia que pueden surgir debido a una mala
compactación del hormigón.
3.3.3 Resistencia a la tensión.
La resistencia del hormigón a la tensión es relativamente baja, está
alrededor de 10 al 15 % de la resistencia del hormigón a compresión.
El concreto posee muy baja resistencia a la tensión y por lo tanto esta
propiedad no se tiene en cuenta en el diseño de estructuras normales. Sin
embargo, la tensión tiene importancia en el agrietamiento del concreto
Hormigón autocompactante
39
debido a la restricción de la contracción inducida por el secado o por
disminución de la temperatura. Los concretos preparados con agregados
livianos, se encogen considerablemente más que los normales y por lo tanto
la resistencia a la tensión puede ser tenida en cuenta en el diseño de la
estructura correspondiente.
3.3.4 Resistencia a la tracción.
La resistencia a tracción es importante para el diseño y control de
calidad en todo tipo de obras y en especial las estructuras hidráulicas y de
pavimentación. Ocurre esfuerzos de tracción en el hormigón como resultado
de cortante, torsión y otras acciones, y en la mayoría de los casos el
comportamiento del elemento cambia después de ocurrido el agrietamiento.
Esta una característica del hormigón muy relacionada con la fisuración,
los hormigones con resistencia a tracción más baja, se fisura con niveles de
tensión más bajos.
El hormigón es un material ineficiente resistiendo cargas de tracción;
comparativamente esta resistencia representa hasta un valor un 10% de su
capacidad a la compresión. Es por esta razón que los esfuerzos de tracción
son absorbidos por el acero de refuerzo en el hormigón armado.
Existen varias fórmulas empíricas que relacionan el esfuerzo a tracción
(ft) con el esfuerzo a compresión (f’c). La expresión para estimar la
resistencia a tracción es:
Ft = 1.5 (f’c)1/2 (Ecuación 3.3)
Dónde:
ft = Resistencia a la tracción del hormigón (Kg/cm2)
f’c = Resistencia a la compresión del hormigón (Kg/cm2)
Remplazando valores conocidos de resistencia a la compresión en la
formula se obtiene la siguiente tabla:
Hormigón autocompactante
40
Resistencia a la
compresión (Kg/cm2)
Resistencia a la tracción
del hormigón (Kg/cm2)
210
280
350
420
22
25
28
31
Tabla 3.4 Resistencia a la tracción frente a la resistencia a la compresión.
Para evaluar la tracción existen dos tipos de ensayo el ensayo de
tracción directo e indirecto.
El ensayo directo consiste en una muestra de sección trasversal
rectangular, que presenta un ensanchamiento en los extremos
longitudinales, lo que permite que la abrazaderas del equipo de prueba
ejerzan fuerzas de tracción que rompen la muestra en el sector central más
débil.
Figura 3.2 Prueba de tracción directa
El ensayo de tracción es difícil y caro para la aplicación rutinaria, la
prueba de tracción indirecta parece ofrecer una alternativa deseable, porque
es mucho más simple y de bajo costo. El ensayo para determinar la
resistencia a tracción indirecta obedece a la norma ASTM C496, consiste en
someter las probetas cilíndricas a una fuerza de compresión aplicada en una
banda estrecha en toda su longitud, en consecuencia, el resultado de la
Hormigón autocompactante
41
fuerza de tracción ortogonal resultante origina que la probeta se rompa a
tracción.
Figura 3.3 Prueba de tracción indirecta
3.3.5 Resistencia a la flexión
La resistencia a la flexión de un concreto es baja en comparación con
su resistencia a la compresión, pero muy superior a su resistencia en
tracción.
Este parámetro es aplicado en estructuras tales como pavimentos
rígidos; debido a que los esfuerzos de compresión que resultan en la
superficie de contacto entre las llantas de un vehículo y el pavimento son
aproximadamente iguales a la presión de inflado de las mismas, la cual en el
peor de los casos puede llegar a ser de 5 o 6 Kg/cm2; este esfuerzo de
compresión sobre un pavimento de concreto hidráulico resulta sumamente
bajo con relación a la resistencia a la compresión del concreto que
normalmente varía entre 150 y 350 Kg/cm2 en nuestro medio.
Por lo tanto, no es la resistencia a la compresión el factor determinante
de la calidad del concreto para pavimentos, sino la resistencia a la flexión,
por el paso de los vehículos y por diferencias de temperatura un lado de la
losa estará sometido a tensión y el otro lado a compresión, siendo
cambiables estos esfuerzos. Es claro entonces que para el diseño de
pavimentos de concreto la característica importante es la resistencia a la
flexión del concreto o también llamada "módulo de rotura".
Hormigón autocompactante
42
Para determinar la resistencia flexión del hormigón se usa una viga
simple apoyada en los extremos y cargada en los tercios de la luz libre como
lo indica la norma NTE INEN 2554:2011, la viga es cargada hasta que
ocurra la rotura, manteniendo la carga aplicada continua, sin impacto a una
velocidad constante.
Figura 3.4 Máquina de ensayo de flexión en el hormigón.
Fuente: http://www.tecnotest.it/f/sp/prod/kr-08-dispositivo-universal-para-
ensayos-de-flexion-en-probetas-prismaticas-de-hormigon
3.3.6 Resistencia al desgaste
Un hormigón es durable cuando resiste todas las condiciones para las
que fue diseñado sin deteriorarse, para lo cual se debe tomar las
precauciones necesarias que garantice su durabilidad.
Los factores que influyen en el desgate del hormigón son de tipo interno
y externo. Las causas internas pueden ser la reacción álcali y el agregado,
electro químico como la corrosión de armadura por cloruros y carbonatos,
cambios volumétrico, permeabilidad entre los principales. Las causas
externas pueden ser físicas como variaciones térmicas ciclos de hielo y
deshielo, fuego; químicas como la contaminación atmosférica; biológicas
como la vegetación o microorganismos; mecánicas como las vibraciones,
impactos, choque o sobrecarga, de abrasión y las provenientes de las
Hormigón autocompactante
43
condiciones climáticas como variaciones térmicas ciclos de hielo y deshielo,
de sales, ácidos, sulfatos, agua filtrado terrenos agresivos y otros sustancias
de origen natural o artificial.
3.4 Módulo de elasticidad
El módulo de elasticidad (E, relación entre tensión y deformación), se
usa en el cálculo de la deformación elástica, y es a menudo un parámetro de
control en el diseño de elementos de hormigón armado, y de elementos
pretensados y postensados.
En la medida en que la mayor parte del volumen en el hormigón son los
áridos, el tipo y la cantidad de áridos empleados, así como el valor de su
módulo elástico, tienen una gran influencia. La selección de un árido con un
valor E elevado incrementará el módulo de elasticidad E del hormigón.
Las gráficas del módulo de elasticidad son esencialmente lineales, sin
embargo, debido al comportamiento compuesto y a la existencia de una
interfase pierden su linealidad
Gráfica 3.5 Módulo de elasticidad
El módulo de elasticidad estático del hormigón se obtiene en un ensayo
a compresión y está dado por la pendiente de la tangente a la curva de
Hormigón autocompactante
44
esfuerzo – deformación y este valor es correspondiente al 40% de la carga a
ruptura.
Se considera que el módulo de elasticidad crece aproximadamente con
la raíz cuadrada de la resistencia a la compresión.
E = 15100 ( f’c)1/2 (Ecuación 3.4)
Dónde:
E = módulo de elasticidad
f’c = Resistencia a la compresión del hormigón (Kg/cm2)
Un mayor contenido de humedad conduce a un mayor módulo de
elasticidad, probablemente debido a que durante el secado se produce
microfisuración. El módulo de elasticidad de la pasta de cemento está
determinado por su porosidad. Esta depende de la relación a/c, del
contenido de aire, de la presencia de adiciones minerales y del grado de
hidratación del cemento. Cuanto mayor sea el módulo de elasticidad de los
agregados y su contenido en el hormigón, mayor será el valor del módulo de
elasticidad obtenido.
Según Klug y Holschemacher (2003), el módulo de elasticidad del
hormigón depende del módulo de elasticidad de sus componentes y sus
relativos volúmenes, por lo cual, es de esperar que el módulo de elasticidad
del hormigón disminuya con el aumento del volumen de pasta y la
disminución del volumen del árido.
Los resultados de la investigación de Leemann y Hoffmann (2005)
muestran que el módulo de elasticidad del hormigón autocompactante es
aproximadamente 15% más bajo que el del hormigón tradicional, para
hormigones con resistencia a compresión similar, debido al aumento en el
volumen de pasta del hormigón autocompactante.
Hormigón autocompactante
45
3.6 Retracción
La retracción es la disminución del volumen del hormigón en estado
fresco o endurecido producida por la pérdida de humedad, dicha perdida
genera tensiones de tracción que dan lugar a las fisura de retracción, la
retracción no depende de la carga externa aplicada. Las deformaciones
hidráulicas del hormigón o deformaciones impuestas, forman parte de las
propiedades de todos los materiales porosos.
Los métodos de cálculo para conocer la retracción se realizan en función
del tiempo desde el acabado del hormigonado, y depende básicamente de
tres coeficientes: del coeficiente de la humedad ambiental, del coeficiente
del espesor de la capa y del coeficiente de la evolución de la retracción en el
tiempo.
Se define tres tipos de retracción: retracción plástica, retracción
autógena, y retracción de secado.
3.6.1 Retracción plástica
La retracción plástica se refiere a la deformación del hormigón en su
estado fresco y actúa durante las primeras horas después de vertido. La
retracción plástica ocurre por la pérdida de agua del hormigón, debido a la
evaporación de agua de la superficie, y también por la absorción de agua
por en el encofrado. En el hormigón fresco, todo el espacio libre entre las
partículas está lleno de agua. Factores exteriores, como la evaporación de
agua de la superficie, causan la formación de meniscos que generan presión
negativa sobre la pasta, produciendo su retracción. La retracción plástica es
menor en el hormigón que en la pasta, dependiendo de la cantidad de finos,
de la cantidad de cemento, del tipo de cemento, de la dosificación agua-
cemento, del espesor, y de la temperatura ambiental, la retracción puede ser
mayor o menor, dando lugar a fisuras e incluso grietas.
Hormigón autocompactante
46
Se puede reducir y hasta eliminar la retracción plástica del hormigón con
un curado adecuado y previniendo la evaporación de agua de la superficie.
3.6.2 Retracción autógena
La retracción autógena se diferencia de los otros tipos de retracción, por
cuanto no se atribuye a la perdida de agua, sino que a la reducción de su
volumen que está experimentando al combinarse químicamente con el
cemento.
En un hormigón de baja relación agua/cemento puede ocurrir que no
haya suficiente agua para completar el proceso de hidratación. En estas
condiciones, se va a consumir el agua libre que se encuentra en los poros
capilares para seguir con el proceso de hidratación, de no existir aportes de
agua externos que permitan compensarla, da lugar a poros vacíos en la
masa del hormigón. Este fenómeno de consumo interno de agua, también
llamado autosecado, es la causa de la retracción autógena del hormigón.
El orden de magnitud de la retracción autógena, en hormigones
normales, de acuerdo a Neville varía entre 50 y 100 micrones por metro,
valor que sin duda resulta secundario con respecto a la retracción por
secado, pero a medida que la relación a/c sea inferior a 0,42, donde no hay
agua disponible para que se genera las reacciones de hidratación esta
deformación adquiere una importancia creciente.
3.6.3 Retracción secado
La retracción de secado es una deformación relacionada con la pérdida
de humedad del hormigón endurecido. Cuando existe un gradiente de
humedad entre el hormigón y el ambiente, se pierde parte del agua que
contiene la pasta. Este movimiento de agua hacia el exterior es la causa de
la retracción.
Hormigón autocompactante
47
3.7 Durabilidad
La durabilidad es la capacidad que debe tener el hormigón para
reaccionar ante las acciones físico, químico agresivas o electroquímico que
provocan su deterioro, protegiendo las estructura metálica y garantizando la
vida útil de la estructura.
Los factores que afectan a la durabilidad son: ataques físicos y
químicos. El ataque físico consiste en los procesos físicos que deterioran el
hormigón como son: altas temperaturas, hielo y deshielo, y erosión. El
ataque químico consiste en las reacciones químicas entre las substancias
externas que penetran y que deterioran al hormigón. Algunos ejemplos de
estos ataques son: ataques de sulfatos, ataques de ácidos, reacción álcali-
silicio y la carbonatación.
La durabilidad depende en la facilidad o dificultad con la que el agua
pueda filtrar y penetrar en las estructura.
Es hormigón autocompactante al tener menor relación de vacíos,
mayor densidad homogeneidad, trabajabilidad posee mayor resistencia a la
penetración de agua, lo que supone mejor durabilidad.
Como consecuencia de las bajas cantidades de agua utilizadas para
preparar este tipo de hormigones, se favorecen muy positivamente las
propiedades del hormigón endurecido como por ejemplo: las resistencias
mecánicas tanto a corto como a largo plazo, la fluencia, la retracción y, por
lo tanto, se aumenta la durabilidad.
Las bajas cantidades de agua permiten además reducir la porosidad
del hormigón lo cual implica una mayor impermeabilidad. Desde el punto de
vista estético el hormigón autocompactable presenta excelentes acabados
debido principalmente al diseño del hormigón y a su bajo porcentaje de aire
incluido lo que disminuye la porosidad superficial.
Hormigón autocompactante
48
3.8 Fluencia
Se define la fluencia como el incremento gradual de deformación en
función del tiempo para una tensión constante aplicada, considerando otras
deformaciones dependientes del tiempo no asociadas a las cargas
aplicadas, como; retracción, expansión y deformaciones térmicas.
La fluencia en secciones a compresión reduce las fuerzas de tensión en
elementos de hormigón pretensado y causa una lenta transferencia de carga
desde el hormigón hasta la armadura. La fluencia en tracción puede ser
beneficiosa puesto que está en parte disminuye las tensiones inducidas por
otros movimientos de retracción, como; la fisuración por secado y los
movimientos de origen térmico.
La fluencia tiene lugar en la pasta de cemento y está influenciada por la
porosidad, la cual está directamente vinculada con la relación agua-
cemento.
Los factores que influyen sobre la fluencia son:
- Relación esfuerzo/resistencia.- a medida que se incrementa esta
relación, se obtiene mayores deformaciones por fluencia. Cuando se
alcanza el 50% se obtiene un comportamiento lineal pero al superar el
75% la aplicación de carga de larga duración produce la falla
- Edad.- La edad a la que se aplica la carga afecta la fluencia del
hormigón, debido a modificaciones en la resistencia y el módulo de
elasticidad
- Materiales componentes.- las características de los materiales
componentes.
- Temperatura.-la fluencia aumenta linealmente con la temperatura
- Geometría del elemento.- modifican el desarrollo debido a su
influencia sobre el secado
Hormigón autocompactante
49
Capítulo 4. Hormigón autocompactante
Introducción
Se ha definido al hormigón como una mezcla homogénea de tres
componentes fundamentales, un ligante: el cemento, el agente activante de
ese ligante: el agua y un conjunto de partículas minerales de diferentes
tamaños ligadas por la pasta cementicia, que son los agregados. En la
actualidad debido a nuevas exigencias en la construcción, surgue la
necesidad de perfeccionamiento de este compuesto se debía darle mayor
trabajabilidad pero sin perder sus características como su resistencia
mecánica, permeabilidad y por tanto disminuir la resistencia a los ataques de
agentes agresivos, en si la calidad del hormigón debía mantenerse.
La necesidad de crear compuestos químicos que perfeccionen la
mezcla manteniendo fresca mientras dure la colocación o acelerando el
proceso de fraguado, para librar a el hormigón de una serie de problemas
presentados, se incorporar al hormigón un cuarto elemento conocido como
aditivo.
Existe una tendencia mundial hacia la extensión del uso de los
aditivos, así por ejemplo en los países de tecnología más avanzada tales
como EE.UU. y Alemania, en los cuales el volumen de hormigón en masa,
armado, pretensado y prefabricado es considerable, se estima que entre el
60 y el 65 % del total de estos hormigones lleva aditivos.
El aditivo ha sido indispensable para mejorar las características
físicas químicas y mecánicas del hormigón. En efecto, un aditivo rara vez
ejerce una sola acción por eso es de gran importancia la dosis en la que se
emplee ya que puede causar acciones secundarias, unas favorables y otras
no.
Hormigón autocompactante
50
4.1 Hormigón con superfluidificantes
Debido a las nuevas tendencias de construcción se presentó la
necesidad de mejorar el hormigón convencional, las investigaciones
llevaron determinar un estudio de los aditivos debido a que los aditivos son
imprescindible para la confección de hormigón autocompactantes, no todos
los tipos son utilizables. Los aditivos están basados en: naftaleno-sulfonatos,
condensados de melamina y en éter policarboxílico.
Como característica principal del aditivo elaborado con naftaleno
sulfuroso se destaca la reducción de aproximadamente un 20 % el agua de
amasado del hormigón, le confieren una buena trabajabilidad y las
resistencias a los 28 días mejoran considerablemente. Tienen como efecto
negativo que pueden ocluir aire en el hormigón, aunque en cantidades no
demasiado elevadas. Se obtiene como producto resultante del proceso de
refinado del carbón.
El aditivos elaborados con melamina sulfurosa están basados en
polímeros sintéticos. Confieren una reducción similar de agua a la de los
aditivos basados en naftalenos y como característica principal se enfatiza
que las resistencias a edades tempranas son más elevadas. Son muy
adecuados para la fabricación de elementos arquitectónicos con cemento
blanco porque el polímero es incoloro. Puede ocurrir que a bajas a/c, se
pueda producir flujo viscoso. Como efecto negativo principal es la pérdida de
trabajabilidad del hormigón demasiado rápida.
Los aditivos con policarboxilicos tienen como características principal la
capacidad de reducir agua en valores superiores al 35%.
Los policarboxilicos confieren al hormigón las siguientes características:
- Reducción de agua elevada
- Gran cohesión
- Tiempo de manejabilidad muy superior a la de los superplastificantes
convencionales.
Hormigón autocompactante
51
- Gran impermeabilidad
- Excelentes acabados
Independientemente del poder reductor de agua, las características del
aditivo deben ajustarse a las características de cada aplicación y en
correspondencia al tipo de cemento, adición y áridos empleados.
4.2 Estudio de la fluidez del hormigón
Para iniciar el estudio de la fluidez se debe plantear inicialmente que el
producto final debe cumplir satisfactoriamente requisitos de resistencias con
alta fluidez, sin presentar segregación, sin uso de vibradores u otros medios
de compactación, llenando cualquier tipo de molde o encofrado. Para
evaluar las propiedades del hormigón autocompactante en estado fresco se
utiliza ensayos específicos que garantizan la autocompactabilidad del
hormigón.
Una buena trabajabilidad de la mezcla implica un uso adecuado de los
materiales que la constituyen, para lo cual se establecen los tipos de
cementos, agregados, adiciones y aditivos a utilizarse para este tipo de
hormigón. Además esto contribuye a un correcto desempeño de las
propiedades en estado endurecido (compresión, tracción, fluencia, etc.)
En el diseño de hormigones autocompactantes se debe conocer los
efectos de los materiales y las dosificaciones de las mezclas para que se
comporte como un material fluido.
Se ha realizado cuatro diseños de prueba para evaluar y estudiar la
fluidez; el primer diseño utilizó el método del ACI 211, para un hormigón de
210 kg/cm2, en el segundo modelo se trata de conseguir una mejor fluidez
agregando 1.8% de aditivo superplastificante a la mezcla anterior, en el
tercer modelo se realiza utilizando el método de laboratorio agregando 1.8%
de aditivo superplastificante con el fin de obtener un hormigón fluido y el
Hormigón autocompactante
52
cuarto diseño de prueba fue basado según el método ACI 237R para
hormigones autocompactantes.
Para los efectos de comparación de su resistencia se ensaya los
cilindros estándar de 15 x 30 cm.
4.3 Aplicaciones del hormigón autocompactante
Los sistemas convencionales de construcción son diseñados
considerando la vibración, por tanto no existe aplicaciones para el hormigón
autocompactante, pero es muy ventajoso debido a su rápida y cómoda
aplicación. Es utilizado principalmente en:
- Losas y pisos armados.
- Estructuras densamente armadas.
- Secciones con difícil acceso.
- Ideal para formas complejas.
- Recomposición de elementos.
- Estructuras premoldeadas.
A pesar del mayor costo directo del material, el uso del hormigón
autocompactante permite:
- Mayor rendimiento de la mano de obra
- No requiere vibrado
- Mejor terminación de la superficie
- Mayor rapidez en el llenado
- Ahorro en equipos y maquinaria
- Mejora la calidad y durabilidad del hormigón
- Eliminación de reparaciones por mala consolidación
- Debido a la alta compacidad (alto contenido de finos, gran fluidez,
etc.) el grado de impermeabilidad es mayor que el hormigón
tradicional.
- Menor contaminación sonora
- En la pruebas de bombeo el hormigón fue bombeado a ciertas
distancias y alturas, sin presentar signo de segregación, bloqueo,
Hormigón autocompactante
53
reducción en el asentamiento o cierta reducción en la presión del
bombeo.
- La pérdida de presión en la línea de tubería horizontal en el
hormigón autocompactante aproximadamente esta alrededor de
20% menos que en el hormigón convencional.
A continuación se detallan aplicaciones pioneras alrededor del mundo,
donde las condiciones de trabajo fueron superadas debido a problemas
principalmente en las zonas densamente armadas y de gran dificultad de
acceso, entre las aplicaciones más significativas se tiene:
- Japón
Japón es un país pionero en la utilización del hormigón
autocompactante, el puente colgante en el estrecho de Akashi en la bahía
de Osaka es la obra más representativa en el uso de nuevas tecnologías en
hormigón, une el norte con el sur de Japón, el estrecho de Akashi posee
100 metros de profundidad, unidos por un puente de 6 carriles con 2 torres
de 300 metros y un vano de 1.991 metros de luz.
Para soportar el peso de la estructura el punto de anclaje tiene un peso
10 veces mayor al soportado por la estructura, los puntos de anclaje se
rellenaron con hormigón convencional compactado colocado en capas para
evitar el calentamiento, así se imposibilitó el aparecimiento de contracciones
inesperadas en el proceso de fraguado evitando grietas, para unir el punto
de anclaje con el bastidor se utilizó el hormigón autocompactante debido a
que su estructura era tan intricada que el hormigón tradicional no hubiese
podido fluir entre los elementos. En los puntos fijos de las torres también se
utilizó el hormigón autocompactante para rellenar las ataguías con este
material, se utilizaron 300000 m3 de hormigón colocado con un rendimiento
de 1.900 m3/día, lo que supuso una disminución del plazo de ejecución del
20 %.
Hormigón autocompactante
54
Figura 4.1. Puente Akashi Kaikyo
Fuente: google/puenteakashi/images
Otra aplicación significativa ha sido en la construcción de un depósito
de gas licuado de la empresa Osaka Gas, para lo que se utilizaron 12.000
m3 de hormigón autocompactante de alta resistencia. En esta aplicación el
periodo de ejecución fue reducido de 22 a 18 meses gracias a su uso, con
un rendimiento de 200-250 m3/hora. Donde se requirieron trabajadores 50
en vez de 150.
También, se utilizó hormigón autocompactante en la construcción de un
viaducto de hormigón pretensado y de un túnel, ambos en Yokohama.
En el campo de la edificación, el empleo del hormigón autocompactante
ha llevado al desarrollo, también en Japón, de la tecnología CFT (Concrete
Filled Tubes) para la construcción de edificios de gran altura. Ésta se
fundamenta en la utilización de tubos de acero rellenados con hormigón
autocompactante y unidos mediante diafragmas, eliminando la necesidad
del encofrado y armadura, y, consecuentemente, disminuyendo el plazo de
Hormigón autocompactante
55
ejecución. Esta tecnología fue aplicada en los columnas de varios edificios,
incluyendo los de las 9 primeras plantas del edificio más alto de Japón, el
Landmark Tower en Yokahama.
Figura 4.2. Landmark Tower en Yokahama
Fuente: google/landmarktower/images
- España
Para la construcción del arco mixto del puente de la Ronda de la
Hispanidad sobre el río Ebro en Zaragoza se utilizó hormigón
autocompactable debido a que se requería rellenar el arco metálico para los
cual se utilizó 300 m3 de hormigón autocompactable con una resistencia
característica a compresión de 510 kg/cm2.
En el Laboratorio Central se llevó a cabo el estudio de la formulación del
mismo, teniendo como premisa básica que debía poder fabricarse con los
materiales y medios existentes en la zona. Para ello se estableció una
metodología propia, basada en los medios disponibles y los problemas
previsibles, habiéndose obtenido unos resultados plenamente satisfactorios.
Hormigón autocompactante
56
Figura 4.3. Puente sobre el río Ebro en Zaragoza
Fuente: google/puenteebrozaragoza/images
- Paso peatonal (Orlando, Florida)
Para la construcción del paso peatonal en Orlando, Florida la mezcla
debía ser colocada en un bloque de anclaje como parte del paso a desnivel,
el concreto necesitaba un asentamiento máximo de 7,5 cm, se dificulto el
uso del vibrador para su consolidación para lo cual el contratista propuso
utilizar el hormigón autocompactante y consolidar adecuadamente la mezcla
para la estructura de hormigón armado.
Figura 4.4 Estructura de anclaje
Hormigón autocompactante
57
Figura 4.5 Puente peatonal.
Fuente: ACI 237 R Self-Consolidating Concrete
Se utilizó un factor cemento de 309 Kg/m3, Ceniza 77 Kg/m3, agregado
grueso 1006 Kg/m3 , agregado fino 758 Kg/m3, una relación agua cemento
0,43 y aditivos moduladores de viscosidad obteniendo una mezcla de una
resistencia a la compresión 525 Kg/cm2.
- Museo Nacional de los Indios Americanos, Washington, DC
El Museo Nacional del Indígena Americano (NMAI) fue construido en el
Washington Mall y está diseñado para parecerse a una pieza sólida de roca
tallada con el tiempo por el viento y el agua. Todo es muy simbólico y no
repetitivos. El edificio de cinco pisos tiene una superficie aproximada de
24.000 m2. Toda la estructura tiene ningún ángulo recto, y las formas fueron
diseñadas según especificaciones del cliente.
La razón principal para usar una mezcla de hormigón autocompactante
fue la gran cantidad de refuerzo y las formas complicadas de la estructura.
Había poco lugar para los vibradores, la vibración podía causar fallas
en ciertos casos. El hormigón autocompactante mejoró significativamente la
estética y la tensión en el encofrado también se redujo.
Hormigón autocompactante
58
Figura 4.6 Museo Nacional de los Indios Americanos, Washington, DC
Fuente: ACI 237 R Self-Consolidating Concrete
Se utilizó un factor cemento de 230 Kg/m3, Ceniza 155 Kg/m3, una
relación agua cemento 0,47 y aditivos moduladores de viscosidad
obteniendo una mezcla de una resistencia a la compresión de 422 Kg/cm2.
La cantidad total de hormigón autocompactante fue superior a 23000 m3.
- Centro de artes contemporáneas Rosenthal, Cincinnati, Ohio
Para la construcción del centro de artes Rosenthal se usó hormigón
autocompactante debido que la forma curva enrollable proporcionaba muy
poco acceso para la vibración interna, el encofrado de las columnas era en
forma de diamante, este detalle dio lugar a zonas muertas en los dos lados
que restringían el acceso de la vibración.
Hormigón autocompactante
59
Con la utilización de hormigón autocompactante se logró garantizar el
asentamiento, la adecuada consolidación y minimizar la porosidad.
Figura 4.7 Centro de artes contemporáneas Rosenthal, Cincinnati, Ohio
Fuente: ACI 237 R Self-Consolidating Concrete
Se utilizó un factor cemento de 445 Kg/m3, agregado grueso No 57- No
8, 890 Kg/m3,el agregado fino 890 Kg/m3, una relación agua cemento 0,40 y
aditivos moduladores de viscosidad obteniendo una mezcla de una
resistencia a la compresión de 633 Kg/cm2.
- Muros periféricos
En construcción muros donde se dificulta la utilización de vibradores por
su dificultad de acceso la utilización, se recomienda el uso de hormigón
autocompactante, con el fin de garantizar sus propiedades físicas y
mecánicas.
Hormigón autocompactante
60
Figura 4.8 Muro del oeste del Proyecto Torres del Castillo/Quito
Otras aplicaciones de hormigón autocompactante podemos citar a:
- Puente de Serrería ciudad de las artes y las ciencias (Valencia)
Figura 4.9 Puente de Serrería (Valencia)
Fuente: google/hormigónautocompactante/images
- The collection. City county museum. Lincoln
Hormigón autocompactante
61
Figura 4.10 Museo de la ciudad Lincoln (Oregon)
Fuente: google/lincolncountryhistoricalmuseum/images
- Iglesia de Saint Pierre de Firminy
Figura 4.11 Saint-Pierre Firminy (Loira, Francia)
Fuente: google/st.pierredefirminychurch/images
Hormigón autocompactante
62
4.4 Contracción y agrietamientos
Las contracciones y agrietamientos se producen en el concreto en
estado plástico o endurecido, según el Comité ACI 302 «Guía para la
construcción de losas y pisos de concreto», los motivos de falla más
frecuentes son:
- Deficiencias en extendido y enrasado.
- Acabado con humedad excesiva o agua de sangrado.
- Curado inadecuado.
Existen diferentes causas por lo que se producen las contracciones y los
agrietamientos entre las cuales se tiene:
- Causas químicas como: composición del cemento o carbonatación,
oxidación del acero de refuerzo y reactividad de los agregados;
- Causas físicas como: contracción por secado, contracción térmica,
calor de hidratación, variaciones externas de temperatura,
concentraciones de esfuerzos, refuerzo, forma estructural (esquinas
de aberturas) y flujo plástico;
- Diseño estructural como: cargas mal consideradas, asentamientos
diferenciales y la mala disposición de las juntas;
- Accidentales como: sobrecargas, vibraciones, sismos e incendios.
Las fisuras excesivas que se presenta en muros y losas se deben a la
elevada retracción y a la débil resistencia a la tracción que tiene el hormigón,
efecto producido por el exceso de agua en el mezclado.
Las fisuras por retracción hidráulica también conocidas como retracción
plástica o por secado, originadas por la desecación de la zona superior de la
losa y pueden alcanzar de los 25 mm., y son fisuras de trazado corto por
retracción superficial por deformación, la contracción del hormigón varía de
acuerdo a la composición del aditivo aun cuando la relación de la mezcla
sea igual a otras, la contracción del hormigón fluido aumenta con la
Hormigón autocompactante
63
disminución de agua/cemento, entre mayor cantidad de cemento implica un
mayor consumo de agua para la hidratación.
El agrietamiento en hormigones fluidos o de alta resistencia se inicia a
temprana edad variando de acuerdo a la relación de agua/cemento.
El inicio de agrietamiento varía de acuerdo a la cantidad y tipo de aditivo
se ha observado que el uso de aditivos con ácido poli carbónico es más
temprana que con un aditivo de naftaleno con una misma relación de
agua/cemento.
Una medida para prever los agrietamientos es que la mezcla adquiera la
cantidad de agua necesaria para que se proceda con normalidad la
hidratación del cemento.
4.5 Normas que rigen el uso de aditivos
La calidad del aditivo es indispensable al momento de su uso, las
normas INEN 152, 490 y 1548, establece los criterios y ensayos que deben
utilizarse para determinar si un aditivo de proceso puede o no ser
incorporado, en las cantidades recomendadas y según lo desee el
consumidor.
Los aditivos deben evaluarse por comparación del cemento que
contenga el aditivo con otro cemento similar sin el aditivo, que proceda de la
misma fuente.
Para el uso del aditivo en el hormigón debe cumplir rangos
establecidos en sus características físicas y mecánicas dados en la norma
NTE INEN 1504 como: en el tiempo de fraguado, expansión, resistencia a la
compresión, contratación y resistencia a la tracción por flexión.
El ACI (American Concrete Institute), en la Guía para el uso de aditivos
en hormigón, establece 20 finalidades distintas para las cuales se utilizan los
aditivos, ellas son:
Hormigón autocompactante
64
1. Mejorar la trabajabilidad de las mezclas de concreto.- El objetivo general
es lograr que el concreto pueda ser transportado, colocado, vibrado y
acabado sin problemas de segregación.
2. Acelerar la ganancia en resistencia a edades tempranas.- Cualquiera que
sea el motivo de carácter, consigue que el concreto gane resistencia
rápidamente.
3. Aumentar la resistencia. Generalmente esto se logra reduciendo la
relación agua- cemento (menos agua), sin detrimento en la consistencia de
la mezcla.
4. Retardar o acelerar el fraguado inicial.- Especialmente en climas
extremosos resulta benéfico el retrasar (clima caluroso), o acelerar (clima
frío) el fraguado inicial para dar el tiempo adecuado en los trabajos de
colocación y acabado del concreto.
5. Retardar o reducir el calor de hidratación.- Especialmente cuando las
condiciones climáticas pueden incidir en la generación de un exagerado
calor de hidratación y de un agrietamiento nocivo.
6. Modificación del tiempo de sangrado o la capacidad de sangrado. Los
beneficios que se buscan están estrechamente relacionados con las
técnicas de acabado y/o la uniformidad que se busca en la capa
superficial de concreto.
7. Aumentar la durabilidad.- busca en este caso que el concreto resista sin
deterioro las inclemencias del tiempo (resistencia a la intemperie), esta
protección se debe dar a los concretos que estarán al aire libre.
8. Control de la expansión producida por la reacción álcali-agregado.
9. Disminuir el flujo capilar del agua en el concreto.
10. Mejorar la impermeabilidad del concreto.
11. Fabricación de concreto celular. El aditivo favorece la creación de una
estructura celular (porosa) que disminuye notablemente el peso volumétrico
del material, reduce consecuentemente la resistencia del concreto.
12. Favorecer la bombeabilidad del concreto, la penetración en cavidades y
la reducción del problema de segregación en los morteros para relleno
(grouts).
13. Provocar ligeras expansiones compensadoras en el concreto,
especialmente cuando se aplica en morteros que se emplean para el relleno
Hormigón autocompactante
65
de ductos en concreto preesforzado, en morteros para asentamiento y
nivelación de maquinaria, o en todo tipo de rellenos de huecos en el
concreto endurecido.
14. Aumento de adherencia entre el concreto y el acero de refuerzo.
15. Aumento de adherencia entre el concreto viejo y el concreto nuevo.
16. Dar color al concreto o al mortero.
17. Inhibir la corrosión del acero de refuerzo.
18. Controlar el agrietamiento.
19. Favorecer los trabajos de acabado o texturizado en el concreto.
20. Disminución costo unitario hormigón
Al emplearse un aditivo se debe tomar en cuenta los efectos colaterales que
puede generar, los efectos colaterales pueden ser no deseables,
aunque en ocasiones pueden aprovecharse correctamente si se está
prevenido.
Hormigón autocompactante
66
Capítulo 5. Ensayos de laboratorio
Introducción
El diseño y caracterización del hormigón autocompactante se ha
basado en la aplicación de la experiencia adquirida con el hormigón
convencional. Aún no existe un método universalmente aceptado para su
diseño.
En este capítulo se elabora el procedimiento para elaborar mezclas
de prueba con el fin de obtener un hormigón de gran fluidez con una
adecuada consistencia y homogeneidad en la mezcla evitado la
segregación, para verificar su validez con pruebas de laboratorio. Para la
elaboración de las mezclas, se consideró las recomendaciones del ACI 211,
ACI 237 R y el diseño método de laboratorio, las cuales indican los
parámetros que deben cumplirse para obtener en la práctica el hormigón
deseado.
Para diseñar un hormigón autocompactante se comparó con un
diseño hormigón convencional de resistencia 210 Kg/cm2, verificando que
cumpla con los requisitos como: volumen absoluto de agregado grueso,
fracción de pasta y fracción mortero además de fluidez, cohesión y bajo
contenido de aire. Obteniendo de cada diseño cilindros para analizar sus
propiedades mecánicas.
Hormigón autocompactante
67
5.1 Análisis y ensayos de los materiales
5.1.1 Cemento
La densidad del cemento es un dato esencial para el diseño de
mezcla hormigón, para encontrar la densidad se debe regir a la norma NTE
INEN 156, esta norma establece el método de ensayo para determinar la
densidad del cemento hidráulico, mediante el método del frasco volumétrico
de Le Chatelier.
El procedimiento consiste en llenar el frasco con gasolina hasta un
punto en la parte baja del cuello entre las marcas 0 cm3 y 1cm3.
Pesar el frasco con gasolina y registrar el valor, repetir el proceso una
vez colocado el cemento para obtener el peso por diferencia de las dos
lecturas.
Colocar el cemento liberando aire atrapado con movimiento giratorios,
observar que el cemento no se adhiera al interior del frasco, el nivel del
líquido estará en su posición final en la parte superior del cuello. Registrar la
lectura final, procurar en todo momento que la temperatura no varíe entre
0,2ªC entre la lectura inicial y final.
Para la elaboración de las cuatro mezclas de hormigón se utilizó el
cemento Holcim Rocafuerte tipo GU o de uso general, fabricado bajo la
Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 2380 equivalente a la Norma ASTM
C-1157. Esta norma permite que existan cementos adicionados que
minimizan el impacto ambiental y dar como resultado un uso muy eficiente
de las materias primas.
El cemento tipo GU es apto para todo tipo de estructura de hormigón
donde no se requieran propiedades especiales como: moderado calor de
hidratación, altas resistencia a sulfatos, resistencias iniciales altas, entre
otras, permite elaborar hormigones con las resistencia que demanda
cualquier tipo y tamaño de construcción.
Hormigón autocompactante
68
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo de la densidad absoluta del cemento con el frasco de
Lechatellier
Norma: NTE-INEN 156 (ASTM-C 188)
Material: CEMENTO (HOLCIM)
Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Unidades
Lectura inicial del frasco
de Lechatellier 0,3 0,4 0,5 cm3
Masa del frasco +
gasolina 287,5 290,2 295,3 G
Lectura final del frasco +
cemento + gasolina 22 23 23 cm3
Masa final del frasco +
cemento + gasolina 350,1 355 359,4 G
Densidad del cemento 2,88 2,87 2,85 g/ cm3
Cálculos:
ρ (gr
cm3⁄ ) =mas𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡o (g)
volumen desplazado (cm3)
ρ =350.1 − 287.5 (g)
22 − 0.3 (cm3)
ρ =62.6 (g)
21.7 (cm3)
ρ = 2.88gr
cm3⁄
Hormigón autocompactante
69
5.1.2 Agregado fino
5.1.2.1 Determinación de la densidad relativa y la absorción del árido
fino (NTE INEN 856)
En el agregado fino se debe determinar la densidad, densidad relativa
y la absorción, para esto nos basamos en la norma NTE INEN 856, esta
norma establece el método de ensayo para determinar: la densidad, la
densidad relativa y la absorción del árido fino.
El procedimiento consiste en saturando el árido en agua por un
tiempo definido para satisfacer la mayoría del potencial de absorción, la
norma se basa en determinar y calcular los cambios en la masa de un árido
debido al agua absorbida por los poros de las partículas constitutivas,
comparando con la condición seca.
Para conseguir que el árido fino esté saturado de debe sumergir en
material seco en agua por 24 h +- 4 h, hasta conseguir una masa constante,
una vez saturado sus poros, se retira la muestra del agua, se seca
gradualmente la muestra hasta que se observe ligeros desprendimientos del
muestra, una vez sacada del cono utilizado para este ensayo y especificado
cuando la muestra satisfaga la condición de superficie seca se determina su
masa. Se coloca la muestra en un recipiente graduado en este caso el
picnómetro y se determina el volumen de la muestra; por último, la muestra
se seca al horno y se determina su masa, con los valores de masa y
volumen se calcula la densidad relativa y la absorción.
Figura 5.1 Equipo para el ensayo de la densidad relativa del agregado fino.
Hormigón autocompactante
70
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo de peso específico (densidad real del agregado fino)
Norma: NTE-INEN 856 (ASTM-C 128)
Origen: GUAYLLABAMBA
Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Unidades
1 Masa del picnómetro vacio 215,6 215,6 215,6 g
2 Masa del picnómetro +
arena sss 431,4 546,7 470,4 g
3 Masa de la arena en dsss 215,8 331,1 254,8 g
4 Masa del picnómetro +
arena sss + agua 840,7 910,2 865,3 g
5 Masa del picnómetro
calibrado 713,9 713,9 713,9 cc
6 Volumen calibrado 89,30 135,26 103,75 cc
7 Peso específico 2,416 2,448 2,456 g/cc
Promedio 2,440 g/cc
Cálculos :
Masa de arena = Masa del picnómetro+ arena sss – masa del picnómetro
vacío
Masa de arena = 431.4-215.6 (g)
Masa de arena = 215.8 (g)
Hormigón autocompactante
71
Volumen calibrado = masa de agua a 500cc – masa del agua desalojada
masa de agua a 500cc
500
Volumen calibrado = (713.9−215.6)− (840.7−431.4)(g)
(713.9−215.6) (g)
500cc
Volumen calibrado = 89,30 cc
Peso específico = masa arena
Volumen
Peso específico =215,8 g
89,3 cc
Peso específico =2,416 g
cc
Capacidad de absorción
Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Unidades
1 Masa de arena en sss 151,4 180,7 167,3 g
2 Masa de arena seca 146,3 174,4 161,6 g
3 Masa de agua 5,1 6,3 5,7 g
4 Capacidad de absorción 3,486 3,612 3,527 %
Promedio 3,542 %
Capacidad de absorción = masa de agua
masa de arena seca∗ 100%
Capacidad de absorción = 151.4 − 146.3
146.3∗ 100%
Capacidad de absorción = 3.486%
Hormigón autocompactante
72
5.1.2.2 Ensayo de colorimetría en el agregado fino NTE INEN 855 –
2010
Debido a que los materiales constituyentes del hormigón se
encuentran en estado natural pueden estar en contacto con materia
orgánica, esta norma establece el método para determinar la presencia de
impurezas orgánicas en el árido fino que es utilizado para mortero y
hormigón.
El procedimiento consiste en colocar una solución normalizada de
hidróxido de sodio a una muestra del árido fino durante 24 horas y comparar
el color del líquido con los colores normalizados de la escala de Gardner
para determinar si tiene impurezas orgánicas inapropiadas.
Numero de orden
en el comparador Color Descripción
1 Blanco claro a
transparente
Arena de muy buena calidad por no contener
materia orgánica, limos o arcillas.
2 Amarillo pálido
Arena de poca presencia de materia
orgánica, limos o arcillas. Se considera de
buena calidad.
3 Amarillo
Encendido
Contiene materia orgánica en altas
cantidades. Puede usarse en hormigones de
baja resistencia.
4 Café
Contiene materia orgánica en
concentraciones muy elevadas. Se considera
de mala calidad.
5 Café Chocolate
Arena de muy mala calidad. Existe
demasiada materia orgánica, limos o arcillas.
No se usa.
Tabla No 5.1 Colorimetría del agregado fino
Hormigón autocompactante
73
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo de colorimetría del agregado fino
Norma: NTE-INEN 855 (ASTM-C 128)
Origen: GUAYLLABAMBA
Muestra Color
A Blanco claro a transparente
B Blanco claro a transparente
Hormigón autocompactante
74
5.1.3 Árido grueso
5.1.3.1 Determinación de la densidad, la densidad relativa (gravedad
especifica) y la absorción del árido grueso (NTE INEN 857)
En el árido grueso se debe determinar de la densidad, densidad
relativa (gravedad especifica) y absorción, para esto nos basamos en la
norma NTE INEN 857, esta norma establece el método de ensayo para
determinar: la densidad, la densidad relativa (gravedad especifica) y la
absorción del árido grueso; la densidad relativa es la característica
generalmente utilizada para el cálculo del volumen ocupado por el árido en
las mezclas que contienen áridos, incluyendo hormigón de cemento portland
y otra mezclas que son dosificadas o analizadas en base al volumen
absoluto
El procedimiento consiste saturar el árido en agua por un tiempo
definido para satisfacer la mayoría del potencial de absorción, esta norma se
basa en determinar y calcular los cambios en la masa de un árido debido al
agua absorbida por los poros de las partículas y comparando con la
condición seca, cuando se considera que el árido ha estado en contacto con
el agua el suficiente tiempo para satisfacer la mayoría del potencial de
absorción teniendo limitaciones para calcular áridos livianos debido a que
después de la inmersión de 24 horas los poros no están saturados de agua y
el potencial de absorción no se alcanza a su totalidad tras varias
inmersiones.
El material utilizado para la elaboración de los diseños de prueba fue
obtenido de la cantera de Guayllabamba la cual se encuentra ubicada a
0º04’05.74” S; 78º22’24.48” O a los costados del cauce de Río
Guayllabamba. El material proveniente de esta cantera es de procedencia
piroclástica y depósitos lagunares, presenta una roca volcánica maciza
intercalada con capas de lutitas. Su material es gran calidad y buena
resistencia a la abrasión.
Hormigón autocompactante
75
El procedimiento consiste en seleccionar la muestra recordando
rechazar todo el material que pase el tamiz No 4
La masa mínima de la muestra se presenta en la tabla 4.1
Tamaño máximo
nominal, mm
Masa mínima de la
muestra para ensayo, kg
12.5 o menor
19.0
25.0
37.5
50
63
75
90
100
125
2
3
4
5
8
12
18
25
40
75
Tabla 5.2 Masa mínima de la muestra del ensayo
Una vez seleccionada la muestra es secada en un horno de 110 +- 5
oC para conseguir una masa constante seguidamente es sumergida la
muestra por un periodo de 24 h+- 4 h. Cuándo esté completamente saturada
la muestra es colocada en un paño absorbente y se frota hasta eliminar
toda lámina de agua. Para determinar la masa de aire, se coloca la muestra
de ensayo saturada superficie seca en el recipiente de la muestra y
determina su masa aparente a 23 oC +- 2 teniendo el recipiente sumergido;
por último, la muestra se seca al horno y se determina su masa, con los
valores de masa y volumen se calcula la densidad relativa y la absorción.
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MATEMÁTICA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo de peso específico (densidad real del agregado grueso)
Norma: NTE-INEN 856 (ASTM-C 128)
Origen: GUAYLLABAMBA
Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Unidades
1 Masa del recipiente + ripio en sss 484,6 677,8 566,7 g.
2 Masa del recipiente 0,1 0,1 0,1 g.
3 Masa del ripio en sss 484,5 677,7 566,6 g.
4 Masa de la canastilla
sumergida en agua 2184,5 2184,5 2184,5 g.
5 Masa de la canastilla + ripio
sumergida en agua 2481,3 2595,6 2532,4 g.
6 Masa del ripio sumergido 296,8 411,1 347,9 g.
7 Volumen desalojado 187,7 266,6 218,7 cm3
8 Peso específico 2,581 2,542 2,591 g/ cm3.
Promedio 2,571 g/ cm3.
Cálculos :
Masa del ripio = Masa del recipiente + ripio sss – masa del recipiente
Masa del ripio = 484,6 – 0,1 (g)
Masa del ripio = 484,5 (g)
Masa de la ripio sumergido = Masa de la canastilla+ ripio sss sumergido –
. Masa de la canastilla
Hormigón autocompactante
77
Masa de la ripio sumergido = 2481,3 – 2184,5 (g)
Masa de la ripio sumergido = 296,8 (g)
Volumen = Masa de ripio – masa del ripio sumergido
Volumen = 484,5 - 296,8 (g)
Volumen = 187,7 cc
Peso específico = masa arena
Volumen
Peso específico =484,5 g
187,7 cc
Peso específico =2,581 g
cc
Capacidad de absorción
Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Unidades
1 Masa de ripio en sss 406,1 508,7 446,7 g
2 Masa de ripio seca 394,8 494,7 434,3 g
3 Masa de agua 11,3 14,0 12,4 g
4 Capacidad de ab. 2,862 2,830 2,855 %
Promedio 2,849 %
Capacidad de absorción = masa de agua
masa de arena seca∗ 100%
Capacidad de absorción = 406.1 − 394,8
394,8∗ 100%
Capacidad de absorción = 2,862 %
Hormigón autocompactante
78
5.1.3.2 Determinación de la masa unitaria( peso volumétrico) y el
porcentaje de vacíos NTE INEN 858:2010
La norma NTE INEN 858:2010, establece el método de ensayo para
determinar la masa unitaria del árido, en condición compacta o suelta y
calcular los vacíos entre las partículas de los áridos: fino, grueso o en una
mezcla de ellos. Es aplicable para los áridos que no exceden de un tamaño
máximo nominal de 125 mm.
El procedimiento consiste en colocar el árido en un molde con una
capacidad conocida, compactar el árido en tres capas, con 25 golpes de la
varilla de compactación distribuidos uniformemente sobre la superficie,
nivelar sobre la superficie rebosada con una regleta o los dedos, de tal
manera que cualquier proyección de las partículas grandes del árido grueso
equilibren los vacíos mayores en la superficie, por debajo de la parte
superior del molde. Para la determinación de la masa unitaria suelta el
procedimiento es semejante evitando la compactación del árido.
En el caso de los dos áridos fino y grueso se procede con
incrementos de material fino al árido grueso haciendo una mezcla de estos y
repitiendo el proceso con su respectiva compactación.
Figura 5.2 Equipo para el ensayo del peso volumétrico.
Hormigón autocompactante
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Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo de la densidad aparente del agregado fino
Norma: NTE-INEN 858 (ASTM-C 128)
Origen: Guayllabamba
DENSIDAD APARENTE SUELTA
ENSAYO MASA DEL
RECIPIENTE
MASA DE LA ARENA +
RECIPIENTE
MASA DEL MATERIAL
VOLUMEN DENSIDAD APARENTE
SUELTA
No g. g. g. cc. g/cc.
1 4818 18042 13224 9400 1,407
2 4818 18122 13304 9400 1,415
3 4818 18080 13262 9400 1,411
Promedio 1,411
DENSIDAD APARECTE COMPACTADA
ENSAYO MASA DEL
RECIPIENTE
MASA DE LA ARENA +
RECIPIENTE
MASA DEL MATERIAL
VOLUMEN DENSIDAD APARENTE
COMPACTADA
No g. g. g. cc. g/cc.
1 4818 19738 14920 9400 1,587
2 4818 19896 15078 9400 1,604
3 4818 19963 15145 9400 1,611
Promedio 1,601
Hormigón autocompactante
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Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo de la densidad aparente del agregado grueso
Norma: NTE-INEN 858 (ASTM-C 128)
Origen: Guayllabamba
DENSIDAD APARENTE SUELTA
Ensayo MASA DEL
RECIPIENTE
MASA DEL RECIPIENTE
+ RIPIO
MASA DEL
RIPIO VOLUMEN
DENSIDAD APARENTE
SUELTA
No g. g. g. cc. g/cc.
1 4818 17392 12574 9400 1,338
2 4818 17550 12732 9400 1,354
3 4818 17443 12625 9400 1,343
Promedio 1,345
DENSIDAD APARENTE COMPACTADA
Ensayo MASA DEL
RECIPIENTE
MASA DE LA RIPIO +
RECIPIENTE
MASA DEL MATERIAL
VOLUMEN DENSIDAD APARENTE
COMPACTADA
No g. g. g. cc. g/cc.
1 4818 18384 13566 9400 1,443
2 4818 18512 13694 9400 1,457
3 4818 18455 13637 9400 1,451
Promedio 1,450
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Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo de la densidad Óptima de los agregados
Norma: NTE-INEN 858 (ASTM-C 128) Origen: Guayllabamba
Ensayo No1
DENSIDAD ÓPTIMA DE LOS AGREGADOS MEZCLA % MASA KG FINO A
AÑADIRSE MASA DE LA
MEZCLA DENSIDAD APARENTE RIPIO ARENA RIPIO ARENA
100 0 30 0 0 18512 1,457
90 10 30 3,33 3,33 19392 1,550
80 20 30 7,50 4,17 20742 1,694
70 30 30 12,86 5,36 21434 1,768
65 35 30 16,15 3,30 22066 1,835
60 40 30 20,00 3,85 22186 1,848
55 45 30 24,55 4,55 21908 1,818
50 50 30 30,00 5,45 21799 1,806
Hormigón autocompactante
82
Curva de la densidad óptima de los agregados
d ap. máx. = 1,848 g/cc
% máx. de arena = 40%
d ap. ópt. = 1,839 g/cc
% máx. de arena = 36%
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Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo de la densidad óptima de los agregados
Norma: NTE-INEN 858 (ASTM-C 128)
Origen: Guayllabamba
Ensayo No2
DENSIDAD ÓPTIMA DE LOS AGREGADOS
MEZCLA % MASA KG FINO A
AÑADIRSE
MASA DE LA
MEZCLA (g)
DENSIDAD APARENTE
(g/cc) RIPIO ARENA RIPIO ARENA
100 0 30 0 0 18420 1,508
90 10 30 3,33 3,33 19377 1,586
80 20 30 7,5 4,17 20660 1,691
70 30 30 12,86 5,36 21390 1,751
65 35 30 16,15 3,3 22203 1,818
60 40 30 20 3,85 22530 1,844
55 45 30 24,55 4,55 21880 1,791
50 50 30 30 5,45 21773 1,782
Volumen del recipiente = 12215 cc
Hormigón autocompactante
84
Curva de la densidad óptima de los agregados
d ap. máx. = 1,844 g/cc
% máx. de arena = 40%
d ap. ópt. = 1,836 g/cc
%máx. de arena = 36%
Hormigón autocompactante
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Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo de la densidad óptima de los agregados
Norma: NTE-INEN 858 (ASTM-C 128) Origen: Guayllabamba
Ensayo No3
DENSIDAD ÓPTIMA DE LOS AGREGADOS
MEZCLA % MASA KG FINO A
AÑADIRSE
MASA DE LA
MEZCLA (g)
DENSIDAD APARENTE
(g/cc) RIPIO ARENA RIPIO ARENA
100 0 30 0 0 18245 1,494
90 10 30 3,33 3,33 19321 1,582
80 20 30 7,5 4,17 20545 1,682
70 30 30 12,86 5,36 21214 1,737
65 35 30 16,15 3,3 22176 1,815
60 40 30 20 3,85 22434 1,837
55 45 30 24,55 4,55 21845 1,788
50 50 30 30 5,45 21698 1,776
Volumen del recipiente = 12215 cc
Hormigón autocompactante
86
Curva de la densidad óptima de los agregados
d ap. máx. = 1,837 g/cc
% máx. de arena = 40%
d ap. ópt. = 1,833 g/cc
% máx. de arena = 36%
5.1.3.3 Análisis granulométrico en los áridos fino y grueso NTE INEN
696
Determina el método de ensayo para encontrar la distribución
granulométrica de las partículas de áridos finas y gruesas, por tamizado con
el propósito de utilizar en la mezcla de hormigón.
Para encontrar la distribución granulométrica la muestra debe estar
seca de esta manera no habrá variaciones en su masa, se debe separar por
su tamaño por una serie de tamices ordenados en forma descendente. Las
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87
masas de las partículas mayores a las aberturas de la serie de tamices
utilizados, expresado en porcentaje de la masa total, permite determinar su
distribución.
Figura 5.3 Serie de tamices para el ensayo granulométrico del agregado fino
Figura 5.4 Serie de tamices para el ensayo granulométrico del agregado
grueso.
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Tema: Hormigón autocompactante
Ensayos de granulometría del agregado fino
Ensayo No 1
Norma: NTE-INEN 696 (ASTM-C 136)
Origen: Guayllabamba
Tamiz
RETENIDO
%
RETENIDO
%
PASA
Especificaciones PARCIAL.
(gr)
ACUMULADO.
(gr)
3/8" 0 0 0 100 - -
No. 4 13,1 13,1 2,79 97,21 95 100
No. 8 70 83,1 17,69 82,31 80 100
No. 16 72,5 155,6 33,12 66,88 50 85
No. 30 94,4 250 53,21 46,79 25 60
No. 50 125,5 375,5 79,93 20,07 10 30
No. 100 61,9 437,4 93,10 6,90 2 10
BANDEJA 32,4 469,8 100 0 0 5
Cálculos:
Masa de la muestra = 474 g
Porcentaje perdido = 0.88%
Modulo de finura = % retenido acumulado
100
Hormigón autocompactante
89
Modulo de finura = 2.79 + 17.69 + 33.12 + 53.21 + 79.93 + 93.10
100
Modulo de finura = 279.8
100
Modulo de finura = 2.80
Curva granulométrica
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5 6
% P
asa
Tamices en (mm)
Ensayo 1
Muestra
Límite
Límite 2
Hormigón autocompactante
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Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo No 2
Norma: NTE-INEN 696 (ASTM-C 136)
Origen: Guayllabamba
Tamiz
RETENIDO %
RETENIDO
%
PASA Especificaciones PARCIAL.
(gr)
ACUMULADO
.(gr)
3/8" 0 0 0 100 - -
No. 4 9,2 9,2 1,92 98,08 95 100
No. 8 90,3 99,5 20,81 79,19 80 100
No. 16 79,7 179,2 37,47 62,53 50 85
No. 30 91 270,2 56,50 43,50 25 60
No. 50 117 387,2 80,97 19,03 10 30
No. 100 57,2 444,4 92,93 7,07 2 10
BANDEJA 33,8 478,2 100 0 0 5
Cálculos:
Masa de la muestra = 481.3 g
Porcentaje perdido = 0.64%
Modulo de finura = % retenido acumulado
100
Hormigón autocompactante
91
Modulo de finura = 1.92 + 20.81 + 37.47 + 56.50 + 80.97 + 92.93
100
Modulo de finura = 295
100
Modulo de finura = 2.95
Curva granulométrica
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5 6
% P
asa
Tamices en (mm)
Ensayo 2
Muestra
Límite
Límite 2
Hormigón autocompactante
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Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo No 3
Norma: NTE-INEN 696 (ASTM-C 136)
Origen: Guayllabamba
Tamiz
RETENIDO
%
RETENIDO
%
PASA
Especificaciones PARCIAL.
(gr)
ACUMULADO.
(gr)
3/8" 0 0 0 100 - -
No. 4 9,5 9,5 1,91 98,09 95 100
No. 8 66,8 76,3 15,31 84,69 80 100
No. 16 75,2 151,5 30,40 69,60 50 85
No. 30 115,2 266,7 53,52 46,48 25 60
No. 50 165,4 432,1 86,71 13,29 10 30
No. 100 44,6 476,7 95,67 4,33 2 10
BANDEJA 21,6 498,3 100 0 0 5
Cálculos:
Masa de la muestra = 500.9 g
Porcentaje perdido = 0.52%
Hormigón autocompactante
93
Modulo de finura = % retenido acumulado
100
Modulo de finura = 1.91 + 15.31 + 30.40 + 53.52 + 86.71 + 95.67
100
Modulo de finura = 284
100
Modulo de finura = 2.84
Curva granulométrica
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5 6
% P
asa
Tamices en (mm)
Ensayo 3
Muestra
Límite
Límite 2
Hormigón autocompactante
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Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo de granulometría del agregado grueso
Ensayo No 1
Norma: NTE-INEN 696 (ASTM-C 136)
Origen: Guayllabamba
Tamiz
RETENIDO
%
RETENIDO
%
PASA
Especificaciones PARCIAL.
(gr)
ACUMULADO
.(gr)
2" 0 0 0 100 - -
1 1/2" 0 0 0,00 100,00 - -
1" 0 0 0,00 100,00 100 100
3/4" 0 0 0,00 100,00 90 100
1/2" 1864,6 1864,6 21,20 78,80 - -
3/8" 3129,7 4994,3 56,79 43,21 20 55
No. 4 3505,5 8499,8 96,65 3,35 0 10
BANDEJA 294,7 8794,5 100 0 0 5
Hormigón autocompactante
95
Cálculos:
Masa de la muestra = 8806.6 g
Porcentaje perdido = 0.14%
Módulo de finura= (∑% retenido acumulado)/100
Módulo de finura= (21.2+56.79+96.65+100+100+100+100+100)/100
Módulo de finura= 675/100
Módulo de finura= 6.75
Curva granulométrica
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25 30
% P
as
a
Tamices en (mm)
Ensayo 1
Muestra
Límite 1
Límite 2
Hormigón autocompactante
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Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo No 2
Norma: NTE-INEN 696 (ASTM-C 136)
Origen: Guayllabamba
Tamiz
RETENIDO %
RETENIDO
%
PASA Especificaciones PARCIAL.
(gr)
ACUMULADO
.(gr)
2" 0 0 0 100 - -
1 1/2" 0 0 0,00 100,00 - -
1" 0 0 0,00 100,00 100 100
3/4" 0 0 0,00 100,00 90 100
1/2" 2367,2 2367,2 25,37 74,63 - -
3/8" 3065,4 5432,6 58,22 41,78 20 55
No. 4 3546 8978,6 96,22 3,78 0 10
BANDEJA 353,2 9331,8 100 0 0 5
Hormigón autocompactante
97
Cálculos:
Masa de la muestra = 9343.3 g
Porcentaje perdido = 0.12%
Módulo de finura= (∑% retenido acumulado)/100
Módulo de finura= (25.37+58.22+96.22+100+100+100+100+100)/100
Módulo de finura= 680/100
Módulo de finura= 6,80
Curva granulométrica
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25 30
% P
as
a
Tamices en (mm)
Ensayo 2
Muestra
Límite 1
Límite 2
Hormigón autocompactante
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Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo No 3
Norma: NTE-INEN 696 (ASTM-C 136)
Origen: Guayllabamba
Tamiz RETENIDO
% RETENIDO
% PASA
Especificaciones PARCIAL.
(gr) ACUMULADO.(gr)
2" 0 0 0 100 - -
1 1/2" 0 0 0,00 100,00 - -
1" 0 0 0,00 100,00 100 100
3/4" 0 0 0,00 100,00 90 100
1/2" 1976,8 1976,8 24,74 75,26 - -
3/8" 2705,1 4681,9 58,59 41,41 20 55
No. 4 3055,6 7737,5 96,83 3,17 0 10
BANDEJA 253,5 7991 100 0 0 5
Cálculos:
Masa de la muestra = 8000 g
Porcentaje perdido = 0.11%
Módulo de finura= (∑% retenido acumulado)/100
Hormigón autocompactante
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Módulo de finura= (24.74+58.59+96.83+100+100+100+100+100)/100
Módulo de finura= 680/100
Módulo de finura= 6,80
Curva granulométrica
5.1.4 Aditivo
El aditivo utilizado para la elaboración de los ensayos fue el EPS 2001
M de dosificación mínima 400cm3 y máxima de 750 cm3, el cual proporciona
un asentamiento del 200% por cada 50 kg de cemento. Se adiciona
directamente a la mezcla o diluido en el agua de amasado.
Es un aditivo liquido listo para usar que produce hormigones de muy
altas resistencias tanto iniciales como finales. No contiene cloruros u otras
sustancias corrosivas. Se puede utilizar hormigones muy fluidos o
economizar cemento sin disgregación. para todo tipo de hormigones
especialmente vistos, bombeados, prefabricados o pre esforzados. Retarda
ligeramente el fraguado inicial. Para hormigones que requieran
asentamientos muy altos si perdida de resistencia, de gran manejabilidad y
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25 30
% P
as
a
Tamices en (mm)
Ensayo 3
Muestra
Límite 1
Límite 2
Hormigón autocompactante
100
fáciles de trabajar. Cumple con los requerimientos de las normas ASTM C-
494 TIPO G.
Entre sus principales ventajas están: facilita el bombeo, apto para
hormigón pre esforzado, altas resistencias iniciales y finales, mejora la
durabilidad de los pavimentos, produce hormigones densos e impermeables
mejora la eficiencia del cemento, mayor tiempo para la colocación del
hormigón.
5.2 Diseño de mezcla y dosificaciones (ACI 211)
Debido a la gran demanda de hormigón se ha elaborado diferentes
diseños, las cuales permiten conocer las dosificaciones de los componentes
de la mezcla y la forma apropiada de fabricar el hormigón.
La propuesta del A.C.I. (American Concrete Institute) para el diseño
de mezcla se basa en la calidad y durabilidad para todos los usos que pueda
tener el concreto, para lo cual se debe tener en cuenta aspectos como: la
adecuada selección de los materiales integrantes de la mezcla; el
conocimiento de los materiales integrantes de la mezcla; el conocimiento de
las propiedades del concreto; los criterios de diseño de las proporciones de
la mezcla más adecuada para cada caso, el proceso de puesta en obra; el
control de la calidad del concreto; y los más adecuados procedimientos de
mantenimiento y reparación de la estructura, son aspectos a ser
considerados cuando se construye estructuras de concreto que deben
cumplir con los requisitos de calidad, seguridad, y vigencia en el tiempo que
se espera de ellas.
La demanda del concreto ha sido la base para la elaboración de los
diferentes Diseños de Mezcla, ya que estos métodos permiten a los usuarios
conocer no sólo las dosis precisas de los componentes del concreto, sino
también la forma más apropiada para elaborar la mezcla. Los Métodos de
Hormigón autocompactante
101
Diseño de mezcla están dirigidos a mejorar calificativamente la resistencia,
la calidad y la durabilidad de todos los usos que pueda tener el concreto.
El diseño de mezclas es un proceso que consiste en calcular las
proporciones de los elementos que forman el concreto, con el fin de obtener
los mejores resultados.
Existen diferentes métodos de Diseños de Mezcla; algunos pueden
ser muy complejos como consecuencia a la existencia de múltiples variables
de las que dependen los resultados de dichos métodos, aun así, se
desconoce el método que ofrezca resultados perfectos, sin embargo, existe
la posibilidad de seleccionar alguno según sea la ocasión.
El adecuado proporcionamiento de los componentes del concreto dan
a este la resistencia, durabilidad, comportamiento, consistencia,
trabajabilidad y otras propiedades que se necesitan en determinada
construcción y en determinadas condiciones de trabajo y exposición de este,
además con el óptimo proporcionamiento se logrará evitar las principales
anomalías en el concreto fresco y endurecido como la segregación,
exudación, fisuramiento por contracción plástica y secado entre otras.
En el método de Diseño A.C.I. (American Concrete Institute), se
determina en primer lugar los contenidos de pasta de cemento (cemento,
agua, aire) y agregado grueso por diferencia de la suma de volúmenes
absolutos en relación con la unidad, el volumen absoluto y peso seco del
agregado fino.
Este procedimiento considera nueve pasos para el proporcionamiento
de mezclas de concreto normal, incluidos el ajuste por humedad de los
agregados y la corrección a las mezclas de prueba.
1.- El primer paso contempla la selección del slump, cuando este no se
especifica el informe del ACI incluye una tabla en la que se recomiendan
diferentes valores de slump de acuerdo con el tipo de construcción que se
Hormigón autocompactante
102
requiera. Los valores son aplicables cuando se emplea el vibrado para
compactar el concreto, en caso contrario dichos valores deben ser
incrementados en dos y medio centímetros.
Tipo de construcción
Asentamiento (mm)
Máximo Mínimo
Fundiciones, paredes, zapatas reforzadas y muros 80 20 Zapatas simples, caissons y muros de subestructura 80 20
Losas, vigas y paredes reforzadas 100 20
Columnas de edificios 100 20
Pavimentos 80 20
Construcción en masa 50 20
Tabla 5.3 Asentamiento recomendado según el tipo de estructura
Se determina la resistencia promedio necesaria para el diseño; la cual
está en función al f’c, la desviación estándar, el coeficiente de variación. Los
cuales son indicadores estadísticos que permiten tener una información
cercana de la experiencia del constructor.
Cabe resaltar también que existen criterios propuestos por el ACI para
determinar el f’cr, los cuales se explican a continuación:
Mediante las ecuaciones del ACI
f’cr = f’c+1.34s
f’cr = f ’c+2.33s-35
Donde s es la desviación estándar, que viene a ser un parámetro
estadístico que demuestra la capacidad del constructor para elaborar
concretos de diferente calidad.
2.- La elección del tamaño máximo del agregado, segundo paso del método,
debe considerar la separación de los costados de la cimbra, el espesor de la
Hormigón autocompactante
103
losa y el espacio libre entre varillas individuales o paquetes de ellas. Por
consideraciones económicas es preferible el mayor tamaño disponible,
siempre y cuando se utilice una trabajabilidad adecuada y el procedimiento
de compactación permite que el concreto sea colado sin cavidades o
huecos. La cantidad de agua que se requiere para producir un determinado
asentamiento (slump) depende del tamaño máximo, de la forma y
granulometría de los agregados, la temperatura del concreto, la cantidad de
aire incluido y el uso de aditivos químicos.
Por ende se debe tener cuidado los requisitos dados en los planos
estructurales y en especificaciones de obra.
Tamaño máximo del agregado (mm)
Dimensión mínima de la sección
(A) mm
Paredes Vigas y
columnas reforzadas
Muros sin refuerzo
Losas Fuertemente
Armadas
Losas Ligeramente
armadas
60 a 130 13 a 19 20 20 a 25 19 a 38
150 a 280 19 a 38 38 38 38 a 76
300 a 740 38 a 76 76 38 a 76 76
750 o mas 38 a 76 150 38 a 76 76 a 150
Tabla 5.4 Tamaño máximo del granulado recomendado para varios tipos de
construcción
3.- Como tercer paso, el informe presenta una tabla con los contenidos de
agua recomendables en función del slump requerido y el tamaño máximo del
agregado, considerando concreto sin y con aire incluido.
Hormigón autocompactante
104
Asentamiento (mm)
Agua: litros por m3 de hormigón para los tamaños máximos de grava indicados en mm
10 12,5 20 25 38 50 70 150
Hormigones si Aire Incluido
20 a 50 205 200 185 180 160 155 145 125
80 a 100 225 215 200 195 175 170 160 140
150 a 180 240 230 210 205 185 180 170 …
Cantidad aproximada de
aire atrapado, (%) 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0,3 0,2
20 a 50 180 175 165 160 145 140 135 120
80 a 100 200 190 180 175 160 155 150 135
150 a 180 215 205 190 185 170 165 160
contenido de aire total promedio recomendado para el nivel de exposición (%)
Benigno 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1
Moderado 6 5,5 5 4,5 4,5 4 3,5 3
Riguroso 7,5 7 6 6 5,5 5 4,5 4
Tabla 5.5 Contenidos de agua en función a el asentamiento.
4.- Como cuarto paso, el ACI proporciona una tabla con los valores de la
relación agua/cemento de acuerdo con la resistencia a la compresión a los
28 días que se requiera.
Tipo de estructura
Estructura continua o
frecuentemente húmeda y expuesta a
congelación y deshielo**
Estructura puesta a
agua e mas o sulfatos
Secciones delgadas (pasamanos,
umbrales, losetas, obras ornamentales) y secciones con menos de 5 mm de recubrimiento del acero
0,45 0,4
Todas las estructuras
0,5 0,45
Tabla 5.6 Relaciones agua/cemento máximas permisibles para hormigones
en condiciones de exposición severa.
Hormigón autocompactante
105
Resistencia a la compresión a los 28
días – Mpa
Relación agua/material cementante en masa
Hormigón sin aire incluido
Hormigón con aire incluido
45 0,43 …
40 0,46 …
35 0,5 0,35
30 0,54 0,43
25 0,58 0,48
22 0,6 0,53
Tabla 5.7 Relaciones agua/cemento máximas en función a la resistencia a la
compresión.
Resistencia probable a
los 28 días (MPa)
Relación agua /
cemento
45 0,37
42 0,4
40 0,42
35 0,47
32 0,51
30 0,52
28 0,53
25 0,56
24 0,57
21 0,58
18 0,62
15 0,7
Tabla 5.8 Resistencia a la compresión del hormigón basada en la relación
agua/cemento para cementos Portland Puzolánicos Tipo IP.
Los valores de Resistencia a la compresión se pueden tener en función a la
relación agua/cemento del hormigón. Estos datos de la tabla 4.2.6 deben ser
verificados mediante ensayos de laboratorio.
5.- El contenido de cemento se calcula con la cantidad de agua, determinada
en el paso tres, y la relación agua cemento, obtenida en el paso cuatro;
cuando se requiera un contenido mínimo de cemento o los requisitos de
durabilidad lo especifiquen, la mezcla se deberá basar en un criterio que
Hormigón autocompactante
106
conduzca a una cantidad mayor de cemento, esta parte constituye el quinto
paso del método.
6.- Para el sexto paso del procedimiento el ACI maneja una tabla con el
volumen del agregado grueso por volumen unitario de concreto, los valores
dependen del tamaño máximo nominal de la grava y del módulo de finura de
la arena. El volumen de agregado se muestra en metros cúbicos con base
en varillado en seco para un metro cúbico de concreto, el volumen se
convierte a peso seco del agregado grueso requerido en un metro cúbico de
concreto, multiplicándolo por el peso volumétrico de varillado en seco.
Tamaño máximo de la grava (mm)
Volumen aparente de la grava seca y compactada para diferentes módulos de
finura de la arena (m3)
2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3
10 0,5 0,49 0,48 0,47 0,46 0,45 0,44
12,5 0,59 0,58 0,57 0,56 0,55 0,54 0,53
20 0,66 0,65 0,64 0,63 0,62 0,61 0,6
25 0,71 0,7 0,69 0,68 0,67 0,66 0,65
38 0,76 0,75 0,74 0,73 0,72 0,71 0,7
50 0,78 0,77 0,76 0,75 0,74 0,73 0,72
70 0,81 0,8 0,79 0,78 0,77 0,76 0,75
150 0,87 0,86 0,85 0,84 0,83 0,82 0,81
Tabla 5.9 Volumen aparente de la grava seca y compactada por unidad de
volumen de hormigón.
7.- Hasta el paso anterior se tienen estimados todos los componentes del
concreto, excepto el agregado fino, cuya cantidad se calcula por diferencia.
Para este séptimo paso, es posible emplear cualquiera de los dos
procedimientos siguientes: por peso o por volumen absoluto.
8.- El octavo paso consiste en ajustar las mezclas por humedad de los
agregados, el agua que se añade a la mezcla se debe reducir en cantidad
igual a la humedad libre contribuida por el agregado, es decir, humedad total
menos absorción.
9.- El último paso se refiere a los ajustes a las mezclas de prueba, en las
que se debe verificar el peso volumétrico del concreto, su contenido de aire,
Hormigón autocompactante
107
la trabajabilidad apropiada mediante el slump y la ausencia de segregación y
sangrado, así como las propiedades de acabado. Para correcciones por
diferencias en el slump, en el contenido de aire o en el peso unitario del
concreto el informe ACI 211.1-91 proporciona una serie de recomendaciones
que ajustan la mezcla de prueba hasta lograr las propiedades especificadas
en el concreto.
5.2.1 Diseño del hormigón f’c = 210 MPa
Método ACI 211
Condiciones de Diseño:
Resistencia a la compresión: f’c = 21 Mpa
Asentamiento en el cono de Abrams: 8 1 cm
Condiciones de Exposición Ambiental: Normales
Cuadro de resultados de los ensayos
Cálculo del factor cemento
1. Para obtener la resistencia de 21 Mpa se toma el valor de a/c de 0.58
según la tabla 4.8
ac⁄ =0.58
Agua=0.58
ac⁄ =
AguaCemento
⁄
Cemento=Agua
ac⁄⁄
2. Según la Tabla 4.5 con el asentamiento de 80 a 100 mm. se toma un
valor de 200 a/c
Descripción Arena Ripio Unidades
D sss 2,44 2,57 g/cm3
% Absorción 3,54 2,85 %
D ap Compactada 1,60 1,45 g/cm3
D ap suelta 1,47 1,23 g/cm3
Módulo de finura 2,85 6,78 % de Humedad 1,07 0,18 %
Hormigón autocompactante
108
Cemento= 2000.58⁄
Cemento=344.83
3. Con los datos del tamaño nominal máximo de la grava y el módulo de
finura de la arena se calcula el volumen aparente del agregado
grueso (Tabla 4.9)
Módulos de Finura
TNM grava 2.8 2.85 2.9
20 0,62 0.615 0,61
V (ag. grueso) = 0.615 m3 = 615.00 dcm3
M (ag. grueso) = V (ag. grueso) x δ ap. Compactada (ag. grueso)
M (ag. grueso) = 615.00 dcm3 x 1.45 kg/ dcm3
M (ag. grueso) = 852.84 kg
4. Cálculo de la masa de agregado fino
M (ag. fino) = V (ag. fino) x D sss (ag. fino)
M (ag. fino) = 312,87 dcm3 x 2.44 kg/ dcm3
M (ag. fino) = 763,4kg
Vcilindro=π x D
2
4x H
Relación 2H : 1D
Vcilindro=π x 15
2
4x 30
Vcilindro=5301.44 cm3
Material Masa Densidad Vol. Real
Kg kg/dm3 dm3
Agua 200 1 200,00
Cemento 344,83 2,87 120,15
Ripio 891,75 2,57 346,98
Aire 2,0 % 20,00
(volumen de solidos) 687,13
Arena (volumen) 312,87
Hormigón autocompactante
109
Densidad del hormigón=2.40 ton/m3
M(cilindro)=12.72kg
5. Cantidad de Hormigón
Para la obtención de los resultados se utilizan 9 cilindros con un peso
aproximado de 15 kg. Por ende se reajusta la tabla de cantidades de
material.
Cantidad = 15 x 9 = 135 Kg
0.58x + x + 2.21x + 2.59x = 135
Donde x = peso del cemento
6.38 x = 135
X = 21.16 kg
Material Peso (kg.)
Dosificación
Agua 12,27 0,58
Cemento 21,16 1,00
Arena 46,85 2,21
Ripio 54,72 2,59
6. Corrección por Humedad
Ripio
#
M. Recipiente
+ Ripio Húmedo
(g)
M. Recipiente
+ Ripio seco (g)
M. Recipiente (g)
Masa de
agua (g)
Masa Ripio seco
(g)
Porcentaje de
Humedad
1 1040,4 1039 138,2 1,4 900,8 0,16
2 1321,5 1319,5 150,3 2 1169,2 0,17
3 786,6 785,3 147,3 1,3 638 0,20
Promedio 0,18
Cálculos:
Masa de agua = Masa del recipiente + Ripio Húmedo – (Masa del recipiente
+ Ripio seco)
Masa de agua = 1040,4 – 1039 (g)
Masa de agua = 1,4 (g)
Hormigón autocompactante
110
Masa ripio seco = (Masa del recipiente + Ripio seco) - masa del recipiente
(g)
Masa ripio seco = 1039 – 138,2 (g)
Masa ripio seco = 900,8 (g)
Porcentaje de Humedad = Masa de agua / Masa ripio seco
Porcentaje de Humedad = 1,4 (g) x 100% / 900,8 (g)
Porcentaje de Humedad = 0,16%
Arena
#
M Recipiente
+ Arena Húmedo
(g)
M Recipiente
+ Arena seco (g)
M Recipiente
(g)
Masa de agua (g)
Masa Arena
seco (g)
Porcentaje de
Humedad
1 716 710,1 190,4 5,9 519,7 1,14
2 548,4 544,6 176,7 3,8 367,9 1,03
3 986,1 977,4 152,7 8,7 824,7 1,05
Promedio 1,07
Cálculos:
Masa de agua = Masa del recipiente + Arena Húmedo – (Masa del recipiente
. + Arena seca)
Masa de agua = 716 – 710,1 (g)
Masa de agua = 5,9 (g)
Masa Arena seco = (Masa del recipiente + Arena seco) - masa del
recipiente (g)
Masa Arena seco = 710,1– 190,4 (g)
Masa Arena seco = 519,7 (g)
Porcentaje de Humedad = Masa de agua / Masa Arena seco
Porcentaje de Humedad = 5,9 (g) x 100% / 519,7 (g)
Porcentaje de Humedad = 1,14 %
Material Peso
kg Absorción
% Humedad
%
Corrección Cantidades kg
Dosificación % Kg
Agua 12,27
2,54 14,81 0,70
Cemento 21,16
21,16 1,00
Arena 46,85 3,54 1,07 1,12 45,73 2,16
Ripio 54,72 2,85 0,18 1,42 53,30 2,52
Hormigón autocompactante
111
Arena
Agua faltante = Peso de arena * ( % AB - % H) / (100 + %AB)
Agua faltante = 46,85 * ( 3,54 % - 1,07 % ) / (100 + 3,54%)
Agua faltante = 1,12 Kg
Ripio
Agua faltante = Peso de ripio * ( % AB - % H) / (100 + %AB)
Agua faltante = 46,85 * ( 2,85 % - 0,18 % ) / (100 + 2,85 %)
Agua faltante = 1,42 Kg
Agua para la mezcla = Peso de agua + agua faltante de arena + agua
faltante . de ripio
Agua para la mezcla = 12,27 + 1,12+ 1,42 (kg)
Agua para la mezcla = 14,81 (kg)
7. Dosificación final
Material Cantidades
(Kg.) Dosificación
Agua 14,81 0,70
Cemento 21,16 1,00
Arena 45,73 2,16
Ripio 53,30 2,52
5.3 Diseño de mezcla y dosificaciones (Método de laboratorio)
Este método es una alternativa para el diseño de ACI 211 , es aplicable para
agregados de deficiencia granulometría. Fue desarrollado por Fouller y
Thompson y complementado por el Laboratorio de Ensayo de Materiales de
la Universidad Central del Ecuador.
Se basa en utilizar la densidad máxima de los agregados como dato
fundamental, ya que en nuestro medio los agregados que obtenemos no
cumplen con cabalidad la curva granulométrica. Su función es reducir al
máximo la cantidad de vacíos que pueda tener el hormigón para lo cual es
necesario realizar el ensayo de densidades con el agregado fino y grueso
simultáneamente, el dato principal es utilizar los porcentajes de áridos donde
Hormigón autocompactante
112
la densidad es máxima ya que esta tendrá el menor porcentaje de vacíos.
Se fundamenta en utilizar la menor cantidad de pasta y lograr un hormigón
de buena calidad.
El procedimiento diseño mediante el método de la densidad máxima
consiste en:
1.- Establecer la condiciones de diseño
2.- En función a la resistencia requerida, se toma el valor de la
relación agua cemento de la tabla 4.8
3.- Se determina la densidad real de la mezcla de los agregados fino y
grueso, y el porcentaje óptimo de vacíos mediante las siguientes
ecuaciones:
4.- De la tabla N.4.10 se calcula la cantidad de pasta en función del
asentamiento y el porcentaje óptimo de vacíos (%OV).
Asentamiento Cantidad de pasta (%)
0-3 % OV + 2% + 3%(OV)
3-6 % OV + 2% + 6%(OV)
6-9 % OV + 2% + 8%(OV)
9-12 % OV + 2% + 11%(OV)
12-15 % OV + 2% + 13%(OV) Fuente: Laboratorio de ensayo de materiales U.C
Tabla 5.10 Cantidad de pasta para distintos asentamientos
5.- Se calcula la cantidad de cemento, ripio y arena utilizando las
siguientes ecuaciones:
Hormigón autocompactante
113
6.- Se determina la cantidad de agua de la relación agua – cemento.
7.- Se calcula la tabla de dosificación al peso y se realiza las
correcciones y dosificaciones finales dependiendo de la capacidad de
absorción y contenido de humedad.
5.3.1 Diseño de mezcla de prueba para 21 Mpa
Método de laboratorio o Densidad Máxima
Condiciones de Diseño:
Resistencia a la compresión: f’c = 21 Mpa
Asentamiento en el cono de Abrams: 8 1 cm
Condiciones de Exposición Ambiental: Normales
Cuadro de resultados de los ensayos
Descripción Arena Ripio Unidades
D sss 2,44 2,57 g/cm3
% Absorción 3,54 2,85 %
D ap Compactada 1,60 1,45 g/cm3
D ap suelta 1,47 1,23 g/cm3
Módulo de finura 2,85 6,78 % de Humedad 1,07 0,18 %
T.N.M. = 3/4"
δap. Máxima = 1.843 g/cm3 δap. Optima = 1.836 g/cm3 densidad del cemento = 2.87
g/cm3
Hormigón autocompactante
114
Procedimiento
Resistencia a la compresión del hormigón basada en la relación agua /
cemento.
1. Relación agua cemento = 0.58
2. Densidad real de la mezcla
D real (mezcla) = Dsss arena*% op arena
100 +
Dsss arena*% op arena
100
D real (mezcla) = 2.44*36
100 +
2.57*64
100
D real (mezcla) = 2.52 g/cm3
3. Porcentaje óptimo de vacíos
%.O.V=Dreal (mezcla)- δop
Dreal (mezcla)*100
%.O.V=2.52- 1.836
2.52*100
%.O.V=27,14 dcm3
m3⁄
4. Cantidad de pasta para distintos asentamientos
Cantidad (pasta) = % OV + 2% + 8%*OV)
Cantidad (pasta) = 27,14 + 2 + 8 * 27,14=31,31>30%
Cantidad (pasta) = 30.00%
Cantidad (pasta adoptada) = 300dcm3𝑚3⁄
5. Cantidades de cemento, agua, ripio y arena
Cemento
C = Cantidad (pasta)
a
c+
1
cemento
C = 300
0.58+1
2.87
=323.28 𝑘𝑔
Arena
Arena = ( 1000-Cantidad (pasta)) * % op. Arena
100*Dsss arena
Hormigón autocompactante
115
Arena = ( 1000-300) * 36
100*2.44 = 614,88 Kg
Ripio
Ripio = ( 1000-Cantidad (pasta)) * % op. ripio
100*Dsss ripio
Ripio = ( 1000-300) * 64
100*2.57 = 1151,36 Kg
Agua
Agua = C *𝑎
𝑐
Agua = 323.28 * 0.58 = 187.50
Dosificación inicial al peso
Material Peso (kg.) Dosificación
Agua 187,50 0,58
Cemento 323,28 1,00
Arena 614,88 1,90
Ripio 1151,36 3,56
6. Cantidad de Hormigón
Para la obtención de los resultados se utilizan 9 cilindros con un peso
aproximado de 15 kg. Por ende se reajusta la tabla de cantidades.
Cantidad = 15 x 9 = 135 Kg
0.58x + x + 1.90x + 3.56x = 135
Donde x = peso del cemento
7.04 x = 135; X = 19.17kg
Material Peso (kg.) Dosificación
Agua 11.12 0,58
Cemento 19.17 1,00
Arena 36,42 1,90
Ripio 68,24 3,56
Hormigón autocompactante
116
7. Corrección por Humedad
Material Peso
kg Absorción
% Humedad
% Corrección Cantidade
s kg Dosificación
% Kg
Agua 11.12
2,64 13,76 0,72
Cemento 19.17
19,17 1
Arena 36,42 3,54 1,07
0,87 35,55 1,85
Ripio 68,24 2,85 0,18
1,77 66,47 3,47
Agua faltante = Peso de arena * ( % AB - % H) / (100 + %AB)
Agua faltante = 36,42 * ( 3,54 % - 1,07 % ) / (100 + 3,54%)
Agua faltante = 0,87 Kg
Agua faltante = Peso de ripio * ( % AB - % H) / (100 + %AB)
Agua faltante = 68,24 * ( 2,85 % - 0,18 % ) / (100 + 2,85 %)
Agua faltante = 1,77 Kg
Agua para la mezcla = Peso de agua + agua faltante de arena + agua
faltante . de ripio
Agua para la mezcla = 11,12 + 0,87+ 1,77 (kg)
Agua para la mezcla = 13,76 (kg)
8. Dosificación final
Material Peso (kg.) Dosificación
Agua 13,76 0,72
Cemento 19,17 1
Arena 35,55 1,85
Ripio 66,47 3,47
Hormigón autocompactante
117
5.4 Diseño de mezcla y dosificaciones para hormigones
autocompactantes (ACI 237 R)
Para la elaboración de mezclas se considera las recomendaciones del
ACI 237 R – 2008 (manual práctico del hormigón), en el cual se indica los
parámetros que deben cumplirse para obtener un el hormigón con las
características físicas que se requiera, para luego ser validado con pruebas
en el laboratorio.
Procedimiento
1.- Determinar los requerimientos de rendimiento del flujo de asentamiento,
hacemos referencia a la tabla No 4.9
Las áreas oscuras son áreas con problemas potenciales y deben ser
evitados. Los parámetros iniciales deben ser escogidos de las áreas
blancas, estos objetivos se obtienen de las características estructurales, con
este valor se estima la cantidad de material cementico a utilizar en el diseño.
Tabla 5.11 Recomendaciones para determinados escurrimientos (Daczko y
Constantiner 2001) ACI 237 – 2008
Hormigón autocompactante
118
En general , la consistencia del flujo de asentamiento más bajo debe ser
elegido para reducir el potencial de inestabilidad y optimizar la relación costo
/ beneficio .
2.- Seleccione agregado grueso y proporción (ACI 211.1 y 301 ); la
capacidad de fluir del hormigón autocompactante a través de las aberturas
entre las barras de acero de refuerzo, está relacionado tanto con el tamaño
nominal máximo del agregado grueso y el volumen del agregado grueso en
la proporción mezcla. Los factores que influyen en el tamaño y la cantidad
de agregado grueso son:
- El espacio libre entre las barras de refuerzo . ;
- La textura de la superficie del agregado natural agregada con
superficie lisa redondeada frente agregada angular aplastado. ; y
- Gradación del agregado grueso; el diseño se determina al tener una
curva granulométrica global, así determinar el porcentaje de
agregados finos y gruesos.
La cantidad exacta de cada agregado se obtiene de multiplicar el peso total
de los agregados por el porcentaje que ocupan en la curva granulométrica.
3.- Calcular el contenido de cemento requerido y el agua; el contenido del
material cementico se estima a partir del ensayo de escurrimiento haciendo
uso de la tabla No 4.12.
Tabla 5.12 Rangos sugeridos de material cementante
Hormigón autocompactante
119
4.- Calcular la pasta y el volumen de mortero; los valores sugeridos en la
tabla.
Los valores de la tabla No 4.13 son para empezar un diseño, si no cumple
los parámetros de autocompactabilidad se hace un reajuste en la curva
granulométrica hasta obtener un diseño satisfactorio.
Volumen absoluto de
agregado grueso *
28 – 32%(tamaño máximo
nominal >12mm)
Fracción pasta 34 – 40%(volumen total de la
mezcla)
Fracción mortero 68 – 72 % (volumen total de
la mezcla)
Relación típica agua/cemento 0,32 – 0,45
Contenido de material
cementico
386 – 475 Kg/m3 (para
contenido usar agentes
modificadores de viscosidad)
* Sobre el 50% para tamaño máximo nominal de10mm
Tabla No 5.13 Resumen de los parámetros de mezcla de ensayo de
dosificación de hormigón autocompactante.
5.- Seleccionar una mezcla;
6.- Evaluar los atributos de trabajabilidad, estabilidad , capacidad de llenado
, y la capacidad de paso y la prueba de flujo de asentamiento; y
7.- Por último se ajusta las proporciones de la mezcla en base a los
resultados de la prueba hasta que se alcancen las propiedades de diseño y
parámetros de autocompactabilidad.
Hormigón autocompactante
120
Flujo de Asentamiento
660 mm.
660 mm
660 mm
840 mm
686 mm
660 mm
Polycarboxylate (PC)
Si Si Si Si Si Si
Incorporadores de aire
Si Si Si Si Si Si
Reductor de agua
Si
— — Si — —
VMA — — — Si Si Si
Material cementante total, Kg/m3
445 403 463 473 415 415
Cemento 355 403 368 205 415 356
Cenizas volantes 89 — — 83 — 59
GGBFS — — 95 185 — —
w/cm 0.37 0.42 0.39 0.34 0.41 0.40
s/a (volumen) 49 49 46 61 53 48.2
Porcentaje de la fracción pasta
37.1 36.5 38.1 36 34.7 35
Porcentaje de la fracción de mortero
64.6 68.3 63.4 64 59.5 65.6
Porcentaje del volumen de árido grueso
35.6 31.7 36.6 36 31 33.5
Graduación Total ( tamaño de tamiz ), porcentaje retenido
3/4 in. (19 mm) 2.3 — 0.7 0.75 3 9
1/2 in. (12.5 mm) 9.2 — 11.3 5.6 15 19
3/8 in. (9.5 mm) 5.1 — 6.5 11.8 14 8
No. 4 (4.75 mm) 25.4 26.6 23.6 26.2 15 14
No. 8 (2.36 mm) 14.4 23.3 16.9 12.4 16 4
No. 16 (1.18 mm)
9.5 10 5.7 12.5 14 12
No. 30 (600 μm) 11.1 12.5 8.2 20.1 10 13
No. 50 (300 μm) 12.2 14.2 18.4 8.5 8 14
No. 100 (150 μm)
7 11.2 7.1 1.5 3 6
Pan 3.9 2.3 1.4 0.24 1 1
Tabla No 5.14 Ejemplos exitosos de proporciones de mezcla de hormigón
autocompactante
Hormigón autocompactante
121
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
Tema: Hormigón autocompactante
Granulometría Global
Ensayo 1
Origen: Guayllabamba
Tamiz
Retenido %
Retenido Parcial.
(gr) Acumulado.(gr)
2" 0 0 0
1 1/2" 0 0 0
1" 0 0 0
3/4" 0 0 0
1/2" 1266 1266 12,57
3/8" 1640 2906 16,28
No. 4 2117 5023 21,01
No. 8 857 5880 8,51
No. 16 752 6632 7,46
No. 30 1109 7741 11,01
No. 50 1672 9413 16,60
No. 100 442 9855 4,39
BANDEJA 219 10074 2,17
Cálculos:
Masa de la muestra inicial = 10150 g;
Masa de la muestra final = 10074 g
Porcentaje perdido = 0,75%
Hormigón autocompactante
122
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
Tema: Hormigón autocompactante
Granulometría Global
Ensayo 2
Origen: Guayllabamba
Tamiz
Retenido %
Retenido Parcial.
(gr) Acumulado.(gr)
2" 0 0 0
1 1/2" 0 0 0
1" 0 0 0
3/4" 0 0 0
1/2" 1070 1070 10,62
3/8" 1790 2860 17,77
No. 4 2031,2 4891,2 20,16
No. 8 867,4 5758,6 8,61
No. 16 768 6526,6 7,62
No. 30 949 7475,6 9,42
No. 50 1252 8727,6 12,43
No. 100 623 9350,6 6,18
BANDEJA 321,1 9671,7 3,19
Cálculos:
Masa de la muestra inicial = 9750 g
Masa de la muestra final = 9671,7 g
Porcentaje perdido = 0,80%
Hormigón autocompactante
123
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Tema: Hormigón autocompactante
Granulometría Global
Ensayo 3
Origen: Guayllabamba
Tamiz
Retenido %
Retenido Parcial. (gr)
Acumulado.(gr)
2" 0 0 0
1 1/2" 0 0 0
1" 0 0 0
3/4" 0 0 0
1/2" 1240 1240 12,31
3/8" 1690,7 2930,7 16,78
No. 4 1989,2 4919,9 19,75
No. 8 1058 5977,9 10,50
No. 16 799 6776,9 7,93
No. 30 930 7706,9 9,23
No. 50 1116 8822,9 11,08
No. 100 577 9399,9 5,73
BANDEJA 340,1 9740 3,38
Cálculos:
Masa de la muestra inicial = 9775 g
Masa de la muestra final = 9740 g
Porcentaje perdido = 0,36%
Hormigón autocompactante
124
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MATEMÁTICA
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Tema: Hormigón autocompactante
Resumen de los ensayos
Tamiz % Retenido
Promedio Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3
2" 0 0 0 -
1 1/2" 0 0 0 -
1" 0 0 0 -
3/4" 0 0 0 -
1/2" 12,57 10,62 12,31 11,83
3/8" 16,28 17,77 16,78 16,94
No. 4 21,01 20,16 19,75 20,31
No. 8 8,51 8,61 10,50 9,21
No. 16 7,46 7,62 7,93 7,67
No. 30 11,01 9,42 9,23 9,89
No. 50 16,60 12,43 11,08 13,37
No. 100 4,39 6,18 5,73 5,43
BANDEJA 2,17 3,19 3,38 2,91
Con los valores de la granulometría de los agregados establecemos las
siguiente mezcla:
Hormigón autocompactante
125
Mezcla D.-
Parámetros de diseño
1. Cálculo de la masa del agua
Relación a/c = 0.37
a = 0.37 x 355 Kg
a = 131.35 Kg
2. Cálculo de la masa del árido grueso
Volumen de árido grueso = 35.6%
Masa árido grueso = 356.0 dm3 x 2.57 Kg/dm3
Masa árido grueso = 914.92 Kg
Cuadro de volumen
Material Masa Densidad Vol. Real
Kg Kg/dm3 dm3
Agua 131.35 1 131.35
Cemento 355 2,87 123.69
Cenizas 89 2.90 30.69
Ripio 914,92 2,57 356,00
AIRE 2,0 % 20,00
(volumen de solidos) 661.73
Arena (volumen) 338.27
Material cementante total, kg/m3
445
Cemento 355
Cenizas volantes 89
GGBFS —
w/cm 0.37
Porcentaje de la fracción pasta
37.1
Porcentaje de la fracción de mortero
64.6
Porcentaje del volumen de árido grueso
35.6
Hormigón autocompactante
126
3. Cálculo de la masa de agregado fino
M (ag. fino) = V (ag. fino) x D sss (ag. fino)
M (ag. fino) = 338.27 dm3 x 2.44 kg/ dm3
M (ag. fino) = 825.37kg
4. Cantidad de Hormigón
Para la obtención de los resultados se utilizan 9 cilindros con un peso
aproximado de 15 kg. Por ende se reajusta la tabla de cantidades de
material.
Cantidad = 15 x 9 = 135 Kg
0.37x + x + 2.32 x +2.58x+0.25x = 135
Donde x = peso del cemento
6.27 x = 135
X = 21.52 kg
Material Peso (kg.) Dosificación
Agua 7.96 0,37
Cemento 21.52 1,00
Arena 50.04 2,32
Ripio 55.47 2,57
Cenizas volantes
5,39 0,25
5. Corrección por humedad
Material Peso
Kg
Absorción
%
Humedad
%
Corrección Cantidades
Kg Dosificación
% Kg
Agua 7.96
2,73 10.68 0,50
Cemento 21,52
21,52 1,00
Arena 50.04 3,54 1,07
1,25 48.79 2,27
Ripio 55.47 2,85 0,18
1,48 53.98 2,51
Hormigón autocompactante
127
6. Dosificación final
Material Peso (kg.) Dosificación
Agua 10.69 0,50
Cemento 21.52 1,00
Arena 48.79 2,27
Ripio 53.98 2,51
Cenizas volantes
5,39 0,25
5.5 Ensayos de fluidez
Debido a este nuevo concepto de hormigón autocompactante se han
diseñado nuevos método para el estudio y comportamiento del mismo con el
fin de poder conocer las propiedades que posee el hormigón
autocompactante, las propiedades en estado fresco del hormigón
autocompactante se diferencian del hormigón convencional.
Se han desarrollado métodos prácticos para evaluar tanto la
estabilidad estática y dinámica en conjunción con los parámetros geológicos.
Las propiedades geológicas influyen en las características de estabilidad,
capacidad de relleno, y la capacidad de paso.
No existe un único método o combinación de métodos de aprobación
universal que abarque todos los aspectos que involucra el hormigón
autocompactante así como sus propiedades físicas mecánicas y de
trabajabilidad los métodos desarrollados hasta la actualidad son:
- Método de fluidez de cono ASTM C 939 - 02
- Escurrimiento ASTM C 1611
- Anillo japonés (J-ring) ASTM C 1621
- Caja en L
- Columna de segregación
Hormigón autocompactante
128
Los ensayos de la caja L y columna de segregación los encontramos en
las normas europeas UNE (Una Norma Española), debido que en nuestro
medio se utiliza las normas ASTM se utilizará: el método de fluidez de cono
ASTM C 939 - 02, el ensayo de Escurrimiento ASTM C 1611 y el método
del anillo japonés el cual tenemos en la norma ASTM C1621.
5.5.1 Método de fluidez de cono ASTM C 939 - 02
Es utilizado para encontrar el tiempo de flujo de un especificado volumen
de mortero fluido a través de un cono. Para comparar la variación del
porcentaje de aditivo utilizado de acuerdo al análisis visual de fluidez en el
momento de la elaboración de la mezcla de hormigón con el ensayo en
mortero.
El ensayo consiste en preparar una cantidad de mortero, comenzando
con una cantidad adecuada de aditivo, se vierte el mortero en el cono
tomando el tiempo que tarda el mortero en fluir a través del mismo. Luego se
incrementa progresivamente el porcentaje de aditivo y se registra el tiempo,
el proceso se repite hasta encontrar el porcentaje máximo de aditivo para el
cual el mortero no incrementa más su fluidez.
Material Peso para 0.135m3 de
Mortero (kg) Peso para 2 Litros
de Mortero (kg)
Agua 10.69 0.16
Cemento 21.52 0.32
Arena 48.79 0.72
*Ripio 53.98 0.80
Cenizas volantes
5.39 0.08
*La cantidad de ripio se sustituyeron con arena que pasa el tamiz de 2,36
mm (No 8)
Hormigón autocompactante
129
Porcentaje de aditivo
t (minutos)
0,72 -
0,9 -
1,2 -
1,5 11,52
2 8,23
2,5 4,21
3 3,57
3,5 3,23
3,75 3,11
Tabla 5.15 Tiempo en función del % aditivo
Gráfico 5.1. Porcentaje máximo de aditivo
Para el aditivo se tiene según el fabricante un intervalo de 0,72% a
1,5%, donde el fabricante garantiza la efectividad del aditivo, mas allá de
este valor se presentan los problemas de segregación y sangrado. Con los
resultados se establece que el punto máximo de saturación se produce
cuando se añade al mortero 3.0% del aditivo. Un incremento de aditivo no
representa un aumento en la fluidez, debido a que el limite recomendado es
un porcentaje de 1,5% se toma este valor para que no se presenten
problemas en la mezclas.
Hormigón autocompactante
130
5.4.2 Extensión de flujo ( escurrimiento)
La prueba de flujo es una medida de la capacidad o habilidad que
tiene el hormigón para fluir, este método es el más simple y utilizado por su
sencillez de realización y de su equipo conocido También como “slump flow”.
Esta prueba es basada de manera similar al ensayo de asentamiento
convencional (Cono de Abrams). En lugar de medir el hundimiento vertical,
se mide la propagación media del hormigón, el procedimiento consiste en
llenar el cono de Abrams con la mezcla de hormigón sin compactar
levantamos el cono sin provocar ninguna torsión, dejamos fluir libremente la
mezcla hasta alcanzar un diámetro de 500 mm, el valor del tiempo realizado
en alcanzar esta circunferencia representa al T50, por último se mide el
diámetro final de la extensión de flujo por dos ocasiones
perpendicularmente. Es importante recalcar que estos dos diámetros no
deben variar más de 50 mm, si hubiese una mayor variación se deber repetir
el ensayo con otra porción de la muestra.
Clase Fluidez: Clase de asentamiento
Ac1 550 – 650 mm
Ac2 650 – 750 mm
Ac3 750 – 850 mm
Valor Nominal >80 mm del valor nominal especificado
Tabla 5.16. Tipos de escurrimiento
5.4.3 Anillo japonés
Este ensayo evalúa para la capacidad de paso, la capacidad de fluir
bajo su propio peso, y la resistencia a la segregación que tiene el hormigón
autocompactante a diferencia del anterior ensayo eta provisto de un anillo
con barras perpendiculares.
Hormigón autocompactante
131
El ensayo consta del cono de Abrams y un anillo de 30cm de diámetro
exterior, en el cual están unas barras verticales de 10 cm de altura.
El ensayo se debe realizar en una superficie plana, nivelada y no
absorbente, como un piso de concreto o una placa base. El hormigón
ensayado es llenado sin compactar sujetando firmemente evitando algún
tipo de movimiento, debe sobresalir ligeramente el hormigón de molde para
enrazar y luego es levantado a una distancia de 225 ± 75 mm en 3 ± 1 s, sin
movimiento lateral o torsión.
Se mide el diámetro la dispersión resultante del hormigón por dos
ocasiones perpendicularmente. Si la medición de los dos diámetros difiere
en más de 50 mm, la prueba no es válida y deberá repetirse .
Figura 5.5 Anillo japonés
Figura 5.6 Ensayo de capacidad de paso Mezcla D (diseño ACI 237 R)
Hormigón autocompactante
132
5.4.4 Caja en L (L Box)
Evalúa la capacidad de fluir, la capacidad de relleno y de paso y
cualquier falta grave de estabilidad del hormigón, el ensayo costa de ciertas
etapas, se llena la caja vertical la misma que está separada por una
compuerta de la parte horizontal provista de bloqueos verticales de acero, se
levanta la compuerta y se controla el tiempo que requiere llegar al otro
extremo, el tiempo trascurrido en llegar el hormigón al extremo dese estar
entre 3 y 6 segundo, por último se mide la alturas inicial y final expresado
por Hf ,Hi respectivamente, se encuentra la relación entre las alturas donde
estas deben tener un valor mayor a 0.80
En la sección horizontal de la caja puede marcarse a 200 mm y a 400
mm de la compuerta midiendo el tiempo que toma en alcanzar estos puntos.
Los tiempos T20 y T40 respectivamente, constituyen una indicación de la
capacidad de relleno.
Figura 5,7 Medidas Caja L “L Box”
Clase Capacidad de paso
PA1 >0,8 con 2 obstáculos de barras
PA2 > 0,8 con 3 obstáculos de barras
Tabla 5.17 Clases de capacidad de paso
Hormigón autocompactante
133
Ensayos
realizados Parámetro medido
Rango admisible
Mínimo Máximo
Escurrimiento
Muestra A -
550 mm 850 mm Muestra B 520
Muestra C 410
Muestra D 580
Anillo J
Muestra A -
550 mm 850 mm Muestra B 520
Muestra C 320
Muestra D 560
Tabla 5.18 Características generales de ensayos de autocompactabilidad
5.5 Elaboración de especímenes y pruebas de compresión simple
Para el control de calidad de las mezclas diseñadas en laboratorio es
necesario elaborar de muestras cilíndricas representativas de hormigón
fresco, cuyo propósitos es verificar si la dosificación de una mezcla es
adecuada para cumplir con la resistencia prevista en el proyecto.
Los cilindros son elaborados siguiendo la norma NTE INEN
1576:2011 o ASTM C31, la cual contempla los procedimientos necesarios
para preparar, curar, proteger y transportar las probetas cilíndricas de
hormigón bajo las condiciones de una obra.
Hormigón autocompactante
134
Figura 5.8 Probetas Cilíndricas
Figura 5.9 Probetas cilíndricas desmoldadas 24 hr. después.
Figura 5.10 Ensayo de compresión simple.
Hormigón autocompactante
135
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
Tema: Hormigón autocompactante
5.6 Ensayo de compresión de los cilindros
Ensayo 1
Mezcla A
Fecha de elaboración: 27/01/14
Fecha de elaboración: 03/02/14
No Diámetro Altura Edad Área Volumen Masa Densidad Carga Resistencia
Cm cm (días) cm2 cm3 gr g/cm3 kg kg/cm2
1 15,2 30,8 7 181,46 5588,92 12855,4 2,30 21475 118,35
2 15,1 30 7 179,08 5372,36 12680 2,36 20593 114,99
3 14,9 30 7 174,37 5230,99 12326,7 2,36 20905 119,89
Promedio 178,30 5397,42 12620,7 2,34 20991 117,74
Fecha de elaboración: 27/01/14
Fecha de elaboración: 10/02/14
No Diámetro Altura Edad Área Volumen Masa Densidad Carga Resistencia
Cm cm (días) cm2 cm3 gr g/cm3 kg kg/cm2
1 15 30 14 176,71 5301,44 12591 2,38 30953 175,16
2 15,6 30,3 14 191,13 5791,38 13643,1 2,36 29335 153,48
3 15,1 30,2 14 179,08 5408,17 12640,2 2,34 30018 167,62
Promedio 182,31 5500,33 12958,1 2,36 30102 165,42
Hormigón autocompactante
136
Fecha de elaboración: 27/01/14
Fecha de elaboración: 24/02/14
No Diámetro Altura Edad Área Volumen Masa Densidad Carga Resistencia
Cm cm (días) cm2 cm3 gr g/cm3 kg kg/cm2
1 15 30 28 176,71 5301,44 12301,4 2,32 35953 203,45
2 15 29,9 28 176,71 5283,77 11685,2 2,21 37327 211,23
3 15 30,1 28 176,71 5319,11 12017,2 2,26 36197 204,83
Promedio 176,71 5301,44 12001,3 2,26 36492 206,50
0
50
100
150
200
250
0 5 10 15 20 25 30
Mezcla A
Tiempo (Días)
Resis
tencia
kg/c
m2
kg/c
m2kg/c
m2
Hormigón autocompactante
137
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo 2
Mezcla B
Fecha de elaboración: 28/01/14
Fecha de elaboración: 04/02/14
No Diámetro Altura Edad Área Volumen Masa Densidad Carga Resistencia
Cm cm (días) cm2 cm3 Gr g/cm3 kg kg/cm2
1 15 30 7 176,71 5301,44 12764,9 2,41 21261 120,31
2 14,9 30 7 174,37 5230,99 12802,6 2,45 21265 121,96
3 14,9 30 7 174,37 5230,99 12645,5 2,42 22065 126,54
Promedio 175,15 5254,47 12737,6 2,42 21530 122,94
Fecha de elaboración: 28/01/14
Fecha de elaboración: 11/02/14
No Diámetro Altura Edad Área Volumen Masa Densidad Carga Resistencia
Cm cm (días) cm2 cm3 Gr g/cm3 kg kg/cm2
1 15 30,1 14 176,71 5319,11 12371,5 2,33 24521 138,76
2 15,3 30 14 183,85 5515,62 12609,6 2,29 29380 159,80
3 14,9 30 14 174,37 5230,99 12326,7 2,36 27048 155,12
Promedio 178,31 5355,24 12435,9 2,32 26983 151,23
Hormigón autocompactante
138
Fecha de elaboración: 28/01/14
Fecha de elaboración: 25/02/14
No Diámetro Altura Edad Área Volumen Masa Densidad Carga Resistencia
Cm cm (días) cm2 cm3 gr g/cm3 kg kg/cm2
1 14,9 29,6 28 174,37 5161,24 11801,5 2,29 31869 182,77
2 15,1 30,1 28 179,08 5390,27 12588,5 2,34 32320 180,48
3 15,1 29,6 28 179,08 5300,73 12405,1 2,34 31372 175,19
Promedio 177,51 5284,08 12265,03 2,32 31854 179,48
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 5 10 15 20 25 30
Mezcla B
Resis
tencia
kg/c
m2
kg/c
m2 (
Kg/c
m2)
Tiempo (Días)
Hormigón autocompactante
139
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo 3
Mezcla C
Fecha de elaboración: 29/01/14
Fecha de elaboración: 05/02/14
No Diámetro Altura Edad Área Volumen Masa Densidad Carga Resistencia
cm cm (días) cm2 cm3 gr g/cm3 kg kg/cm2
1 14,6 29,9 7 167,42 5005,72 11919,7 2,38 16893 100,90
2 14,7 29,8 7 169,72 5057,56 11834,3 2,34 18643 109,85
3 14,9 30 7 174,37 5230,99 12326,7 2,36 17905 102,69
Promedio 170,50 5098,09
12026,90 2,36 17814 104,48
Fecha de elaboración: 29/01/14
Fecha de elaboración: 12/02/14
No Diámetro Altura Edad Área Volumen Masa Densidad Carga Resistencia
cm cm (días) cm2 cm3 gr g/cm3 kg kg/cm2
1 14,9 30 14 174,37 5230,99 12855,4 2,46 24904 142,83
2 15,1 30 14 179,08 5372,36 12680 2,36 25991 145,14
3 14,9 30 14 174,37 5230,99 12326,7 2,36 25262 144,88
Promedio 175,94 5278,11
12620,70 2,39 25386 144,28
Hormigón autocompactante
140
Fecha de elaboración: 29/01/14
Fecha de elaboración: 26/02/14
No Diámetro Altura Edad Área Volumen Masa Densidad Carga Resistencia
cm cm (días) cm2 cm3 gr g/cm3 kg kg/cm2
1 15 30,1 28 176,71 5319,11 12734,9 2,39 32857 185,93
2 14,9 30 28 174,37 5230,99 12011,7 2,30 32489 186,33
3 15,1 30,1 28 179,08 5390,27 12620,3 2,34 31794 177,54
Promedio 176,72 5313,45
12455,63 2,34 32380 183,27
Hormigón autocompactante
141
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
Tema: Hormigón autocompactante
Ensayo 4
Mezcla D
Fecha de elaboración: 30/01/14
Fecha de elaboración: 06/02/14
No Diámetro Altura Edad Área Volumen Masa Densidad Carga Resistencia
cm cm (días) cm2 cm3 Gr g/cm3 kg kg/cm2
1 15 30,1 7 176,71 5319,11 12359,3 2,32 41372 234,12
2 14,9 30,2 7 174,37 5265,86 12245,8 2,33 41307 236,90
3 14,6 29,4 7 167,42 4922,01 11647,7 2,37 37901 226,39
Promedio 172,83 5168,99
12084,27 2,34 40193 232,47
Fecha de elaboración: 30/01/14
Fecha de elaboración: 13/02/14
z Diámetro Altura Edad Área Volumen Masa Densidad Carga Resistencia
cm cm (días) cm2 cm3 Gr g/cm3 kg kg/cm2
1 14,85 30 14 173,20 5195,94 12183,1 2,34 51123 295,17
2 14,6 29,5 14 167,42 4938,76 11673,5 2,36 47220 282,05
3 14,9 30,3 14 174,37 5283,30 12424,8 2,35 51909 297,70
Promedio 171,66 5139,33
12093,80 2,35 50084 291,64
Hormigón autocompactante
142
Fecha de elaboración: 30/01/14
Fecha de elaboración: 27/02/14
No Diámetro Altura Edad Área Volumen Masa Densidad Carga Resistencia
cm cm (días) cm2 cm3 gr g/cm3 kg kg/cm2
1 15 30,2 28 176,71 5336,78 12433,9 2,33 61911 350,34
2 14,9 30 28 174,37 5230,99 11771,1 2,25 61546 352,97
3 15 30 28 176,71 5301,44 12462,7 2,35 61165 346,12
Promedio 175,93 5289,74
12222,57 2,31 61541 349,81
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 5 10 15 20 25 30
Rsi
ste
nci
a K
g/c
m2
Tiempo (Días)
Mezcla D
Hormigón autocompactante
143
Capítulo 6. Resultados.
En este capítulo se analiza los resultados obtenidos después de
ensayar los cilindros testigos.
6.1 Resultados
En función del diseños teóricos presentados y elaborados, tomando
muestras cilíndricas, de cada diseños de prueba ensayadas a los 7,14 y 28
días de edad, se presenta los siguientes resultados.
La resistencia final después de los 28 días, obtenida según las
normas ACI 211 (muestra A), están dentro del rango citado en el NEC de
35kg/cm2 en cada uno de las probetas ensayadas, esto indica que la
dosificación dada es aceptada para la elaboración de hormigón.
Las muestras siguiendo las recomendaciones de la norma ACI 211
con 1.8% de aditivo superplastificante (muestra B), y la muestra elaborada
con el método de laboratorio con 1,8% de aditivo superplastificante no
cumplen con la resistencia a la compresión propuesta para este proyecto.
La muestra basada en la norma ACI 237 R con 1.5% de aditivo
superplastificante (muestra D), sobrepasa el valor previsto para este
proyecto en 66,4%
Diseño Resistencia obtenida (Kg/cm2)
7 % 14 % 28 %
A 117,74 56,07 165,42 78,77 206,5 98,33
B 122,94 58,54 151,23 72,01 179,48 85,47
C 104,48 49,75 144,28 68,70 183,27 87,27
D 232,47 110,7 291,64 138,9 349,51 166,4
Hormigón autocompactante
144
6.2 Presupuesto
En este proyecto se presenta un presupuesto estimado para elaborar
diseños de mezclas y conseguir hormigones que pueda compactarse bajo
su propio peso.
El presupuesto refleja de manera referencial, el costo que tendría los
diseños de prueba elaborados basado con valores de la Cámara de la
Construcción del 2014, con la aproximación que se puede obtener del
cálculo de cantidades de obra y los precios unitario analizados.
Con los resultados de los diseños de prueba se obtiene las cantidades
de obra para cada rubro, así obtener el precio unitario por metro cúbico de
hormigón.
Diseño Costo/m3
Mezcla A (ACI 211) $ 86.30
Mezcla B (ACI 211 1.8% aditivo) $ 92.92
Mezcla C (Método de laboratorio con 1.8% aditivo) $ 90.18
Mezcla D (ACI 237R) $ 108.29
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 10 20 30
Re
ssit
en
cia
kg
/cm
2
Tiempo (dias)
Resistencia vs tiempo
Modelo A
Modelo B
Modelo C
Modelo D
Hormigón autocompactante
145
Diseño de la mezcla A, ACI 211
Origen: Guayllabamba
EQUIPO
DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C=A*B R D=C*R Herramienta general 1 0,5 0,5 0,7 0,035 Concretera
1 4 4 0,7 0,28
Vibrador
1 3,5 3,5 0,7 0,245
SUBTOTAL M 5.6
MANO DE OBRA
DESCRIPCION CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
(CATEG) A B C=A*B R D=C*R
Peón (E. Ocup. E2) 5 3,01 15,05 0,7 10,54 Maestro (E. Ocup. D2) 2 3,05 6,1 0,7 4,27 Maestro de Obra (E. Ocup. C1) 0,1 3,38 0,338 0,7 0,24
SUBTOTAL N 15,05
MATERIALES
DESCRIPCION
UNIDAD CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO
A B C=A*B
Cemento portland tipo I kg 345,00 0,15 52,44 Arena Gruesa
m3 0,31 17,15 5,24
Ripio triturado
m3 0,34 21,43 7,25 Agua
m3 0,24 3,00 0,72
SUBTOTAL O 65,65
TRANSPORTE DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD TARIFA COSTO A B C=A*B El transporte no está incluído dentro del valor de materiales
SUBTOTAL P 0
TOTAL COSTO DIRECTO (M+N+O+P) 86,30
ESTE PRECIO NO INCLUYEN IVA INDIRECTOS % 0 0
UTILIDAD % 0 0
COSTO TOTAL DEL RUBRO 86.30
Hormigón autocompactante
146
Diseño de la mezcla B, ACI 211 con 1.8% de aditivo
Origen: Guayllabamba
EQUIPO
DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C=A*B R D=C*R Herramienta general 1 0,5 0,5 0,7 0,35 Concretera
1 4 4 0,7 2,8
SUBTOTAL M 3,15
MANO DE OBRA
DESCRIPCION CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
(CATEG) A B C=A*B R D=C*R
Peón (E. Ocup. E2) 4 3,01 12,04 0,7 8,43 Maestro (E. Ocup. D2) 2 3,05 6,1 0,7 4,27 Maestro de Obra (E. Ocup. C1) 0,1 3,38 0,338 0,7 0,24
SUBTOTAL N 12,94 MATERIALES
DESCRIPCION
UNIDAD CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO
A B C=A*B
Cemento portland tipo I Kg 345,00 0,15 52,44 Arena Gruesa
m3 0,31 17,15 5,24
Ripio triturado
m3 0,34 21,43 7,25 Agua
m3 0,24 3,00 0,72
Aditivo plastificante EPS 2001 kg 6,21 1,80 11,18
SUBTOTAL O 76,83
TRANSPORTE DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD TARIFA COSTO A B C=A*B El transporte está no incluido dentro del valor de materiales
SUBTOTAL P 0
TOTAL COSTO DIRECTO (M+N+O+P) 92.92
ESTE PRECIO NO INCLUYEN IVA INDIRECTOS % 0 0
UTILIDAD % 0 0
COSTO TOTAL DEL RUBRO 92.92
Hormigón autocompactante
147
Diseño de la mezcla C, Método de laboratorio con 1.8% de aditivo.
Origen: Guayllabamba
EQUIPO
DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C=A*B R D=C*R Herramienta general 1 0,5 0,5 0,7 0,35 Concretera
1 4 4 0,7 2,8
SUBTOTAL M 3,15
MANO DE OBRA
DESCRIPCION CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
(CATEG) A B C=A*B R D=C*R Peón (E. Ocup. E2) 4 3,01 12,04 0,7 8,43 Maestro (E. Ocup. D2) 2 3,05 6,1 0,7 4,27 Maestro de Obra (E. Ocup. C1) 0,1 3,38 0,338 0,7 0,24
SUBTOTAL N 12,94
MATERIALES
DESCRIPCION
UNIDAD CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO A B C=A*B
Cemento portland tipo I kg 323,28 0,15 49,14 Arena Gruesa
m3 0,25 17,15 4,32
Ripio triturado
m3 0,45 21,43 9,60 Agua
m3 0,19 3,00 0,56
Aditivo plastificante EPS 2001 kg 5,82 1,80 10,48
SUBTOTAL O 74,09
TRANSPORTE
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD TARIFA COSTO A B C=A*B
El transporte está no incluido dentro del valor de materiales
SUBTOTAL P 0
TOTAL (M+N+O+P)
90.18
ESTE PRECIO NO INCLUYEN IVA INDIRECTOS % 0 0
UTILIDAD % 0 0
COSTO TOTAL DEL RUBRO 90.18
Hormigón autocompactante
148
Diseño de la mezcla de D, ACI 237 R
Origen: Guayllabamba
EQUIPO
DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C=A*B R D=C*R Herramienta general 1 0,5 0,5 0,7 0,35 Concretera
1 4 4 0,7 2.8
SUBTOTAL M 3.15
MANO DE OBRA
DESCRIPCION CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
(CATEG) A B C=A*B R D=C*R
Peón (E. Ocup. E2) 4 3,01 12,04 0,7 8,43 Maestro (E. Ocup. D2) 2 3,05 6,1 0,7 4,27 Maestro de Obra (E. Ocup. C1) 0,1 3,38 0,338 0,7 0,24
SUBTOTAL N 12,94
MATERIALES
DESCRIPCION
UNIDAD CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO
A B C=A*B
Cemento portland tipo I
kg 355,00 0,15 53.25
Arena Gruesa
m3 0,34 17,15 5.83 Ripio triturado
m3 0,36 21,43 7.63
Agua
m3 0,13 3,00 0.39 Aditivo superplastificante EPS 2001 kg 8,01 1,80 14,42 Cenizas
kg 89 0,12 10.68
SUBTOTAL O 92.20
TRANSPORTE
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD TARIFA COSTO A B C=A*B
El transporte está no incluido dentro del valor de materiales
SUBTOTAL P 0
TOTAL COSTO DIRECTO (M+N+O+P) 108.29
ESTE PRECIO NO INCLUYEN IVA INDIRECTOS % 0 0
UTILIDAD % 0 0
COSTO TOTAL DEL RUBRO 108.29
Hormigón autocompactante
149
Capítulo 7. Conclusiones y recomendaciones
7.1 Conclusiones
Una vez realizado los ensayos de los materiales y de los cuatro diseños de
prueba siguiendo los métodos del ACI 211, método de laboratorio y el
método del ACI 237 R, después de ensayadas las probetas cilíndricas a los
7, 14 y 28 días, se concluye lo siguiente:
1. El agregado fino obtenido en la Cantera de Guayllabamba cumplen
con los parámetros establecidos en la norma NTE INEN 696 (Análisis
granulométrico en los áridos fino y grueso), por consiguiente, se
pueden utilizar para hormigones hidráulicos.
2. El agregado grueso obtenido en la Cantera de Guayllabamba según
los parámetros establecidos en la norma NTE INEN 696, tiene un
exceso de material grueso entre el 5 al 10%, en la malla 12,7 mm.
(1/2”), pero se pueden utilizar para hormigones hidráulicos teniendo
en cuenta esta limitación.
3. El diseño de las mezclas consideradas para resistencias de 21 MPa,
siguiendo los parámetros del método ACI 237 R para hormigones
autocompactantes, cumplen con la resistencia a la compresión
previstas en este proyecto.
4. Los resultados de ensayos en probetas cilíndricas basadas en el
método ACI 211, a los 28 días alcanza el 98.33% de la resistencia de
diseño, por consiguiente se deberá tomar en cuenta esta limitación.
5. Comparando los resultados anteriores con los resultados de ensayos
en probetas cilíndricas, según el método ACI 211 con 1.8% de aditivo
superplastificante y 40.60% de árido grueso, y las diseñadas con
método de laboratorio con 1.8% de aditivo superplastificante y
50.57% de árido grueso, se verificó que a los 28 días alcanzan el
85.47% y 87.27% respectivamente de la resistencia de diseño, por
lo que se concluye que la cantidad de árido grueso para estas
dosificaciones es elevada, ya que provoca una pérdida de resistencia,
un alto grado porosidad, segregación de sus componentes, una baja
capacidad de paso, una falta de consistencia y de fluidez.
Hormigón autocompactante
150
6. Por otro lado los resultados de las probetas cilíndricas según la norma
ACI 237 R con 1,5% de aditivo, a los 28 días alcanza 166.4% (349,51
Kg/cm2) de la resistencia de diseño, esto se consiguió debido a una
mayor consistencia de la mezcla, aumento del contenido de pasta en
la mezcla, reducción de la relación A/C y a una adecuada cantidad de
aditivo superplastificante, siendo este diseño de prueba adecuado
para elaborar hormigón autocompactante.
7. Siguiendo las recomendaciones del método ACI 237R, con los
agregados de la mina de Guayllabamba, se tiene una fluidez de 580
mm. adecuada para dosificaciones de hormigones autocompactantes
(valor que está dentro del rango admisible Tabla No 4.18.
Características generales de ensayos de autocompactabilidad).
8. El uso de ceniza volcánica en un porcentaje del 4% de la mezcla de
hormigón, favorece a la consistencia y un mejor acabado superficial.
9. En el diseño de hormigones autocompactantes con las
recomendaciones del método ACI 237R, se obtiene una adecuada
consistencia de la mezcla y una nula segregación de sus
componentes.
10. Al comparar los presupuesto de los diseños prueba, se concluye que
el costo de elaborar hormigón autocompactante es de 25.48 % veces
mayor al hormigón convencional de 210 Kg/cm2, basado en el método
ACI 211, a pesar que se disminuye rubros de mano de obra y
maquinaria el costo de materiales aumenta por el mayor contenido de
cemento y al uso de aditivo superplastificante.
7.2 Recomendaciones
1. El agregado fino de la mina de Guayllabamba cumple con las
características de las normas INEN 696 y 855, en cuanto a
granulometría e impurezas orgánicas; se recomienda, lavar el
material con el fin de eliminar los material muy finos y las posible
presencia orgánicas.
Hormigón autocompactante
151
2. Tener en cuenta las limitaciones representadas en la curva
granulométrica del árido grueso, debido al poco control de la
extracción de los materiales en las canteras.
3. Para elaborar hormigón autocompactante, debe existir un control
constante de la cantidad de agua y utilizar correctamente el aditivo
superplastificante, verificando la fluidez de la mezcla mediante la
prueba de flujo libre.
4. No es factible elaborar hormigones autocompartantes con los
métodos ACI 211 y el método de laboratorio, debido a la falta de
fluidez que provoca estas dosificaciones.
5. Las cenizas volcánicas colaboran de forma importante en el
mantenimiento de la consistencia, se debe utilizar un porcentaje
máximo de 25% de la mezcla, como lo cita la Norma Ecuatoriana de
la Construcción para estructuras de hormigón armado, ya que un
porcentaje mayor al indicado perjudica la resistencia inicial del
hormigón.
6. En la fabricación del hormigón autocompactante, se procura que el
tamaño nominal máximo del árido grueso no supere las ¾ partes del
espaciamiento mínimo entre las varillas.
7. Se debe comparar una mezcla de concreto sin aditivo con otra con
aditivo superplastificante, para evaluar sus características físicas y
mecánicas, con el fin de obtener una dosificación más óptima.
8. Se recomienda el uso de hormigón autocompactante para estructuras
densamente armadas y donde se requiera un alto grado de
impermeabilidad.
9. Para evitar posibles problemas de consistencia se debe utilizar el
porcentaje máximo de aditivo superplastificante sugerido por el
fabricante ya que un valor superior produce segregación de sus
componentes.
10. Es necesario el uso del aditivo superplastificante, en la elaboración de
hormigón autocompactante, para obtener una mejor trabajabilidad y
fluidez a la mezcla.
Hormigón autocompactante
152
11. Se sugiere promover futuras investigaciones del hormigón
autocompactante, utilizando los aditivos existentes en el mercado
local, para determinar dosificaciones prácticas y económicas.
Hormigón autocompactante
153
Bibliografía
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densidad relativa (gravedad especifica) y absorción del árido fino.
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Hormigón autocompactante
154
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densidad relativa (gravedad especifica) y absorción del árido grueso.
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