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Área de Construcción y UrbanismoNombre Carrera

Sede Renca

Mecánica de suelo y hormigón(PTTE01 – 42)

5° Semestre – 2015

“RESISTENCIA MECANICA”

Docente: Pedro Pablo Cárdenas

Alumnos: Camila Muñoz M.

Fecha de entrega:13 de Julio de 2015

ÍNDICE

http://www.inacap.cl/tportalvp/?t=39

Área de Construcción y UrbanismoConstrucción civil

Sede Renca

“RESISTENCIA A LA COMPRESION”.....................................................................................................4

INTRODUCCIÓN..............................................................................................................................5

OBJETIVOS......................................................................................................................................7

Objetivo General........................................................................................................................7

Objetivos específicos..................................................................................................................7

Norma chilena................................................................................................................................7

Norma europea..............................................................................................................................7

METODOLOGÍA..............................................................................................................................8

Confección del hormigón y de probetas.........................................................................................8

Confección de probetas..............................................................................................................8

Moldes y materias primas utilizadas..............................................................................................8

Moldes utilizados.......................................................................................................................8

Materias primas utilizadas.........................................................................................................8

Ensayos..........................................................................................................................................9

Ensayos previos a la confección.................................................................................................9

Ensayos al hormigón fresco........................................................................................................9

Ensayos al hormigón endurecido...............................................................................................9

Preparación de las probetas para el ensayo compresión.............................................................10

Probetas cúbicas......................................................................................................................10

Probetas cilíndricas..................................................................................................................10

“RESISTENCIA A LA FLEXOTRACCION”..............................................................................................11

Marcado y medición de las probetas...........................................................................................12

Luz de Ensayo.............................................................................................................................12

Molde prismático.........................................................................................................................13

Ensayo..........................................................................................................................................13

Resultados....................................................................................................................................13

Ensayo con P en el centro de la luz..............................................................................................14

“RESISTENCIA A TRACCION POR HENDIMIENTO”.............................................................................15

Marcado y medición de las probetas...........................................................................................16

Ensayo..........................................................................................................................................16

Resultados....................................................................................................................................17

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CONCLUSIONES............................................................................................................................18

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Mecánica de suelo y hormigón(PTTE01 – 42)


“RESISTENCIA A LA COMPRESION”




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INTRODUCCIÓN En Chile la construcción se basa en la utilización de hormigón, el cual, de acuerdo a la norma chilena NCh170.Of1985: Hormigón – Requisitos generales, se define como un material que resulta de la mezcla de agua, arena, grava, cemento y eventualmente aditivos y adiciones, que en proporciones adecuadas, al fraguar y endurecer, adquiere resistencia.

Como bien dice la definición antes mencionada, el hormigón tiene como principal característica la resistencia que adquiere y, en consecuencia, es sumamente importante controlar que el hormigón colocado en una estructura cumpla con la resistencia especificada por los calculistas.

Considerando lo anterior, la norma NCh170.Of1985 indica en el punto 14.4 que se debe hacer el ensayo a compresión de probetas de hormigón confeccionadas en obra, las cuales podrán ser de geometría cilíndrica o cúbica, siendo las más utilizadas las cilíndricas de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura, las cúbicas de 20 cm de arista y las cúbicas de 15 cm de arista.

Considerando la variedad de probetas que se utilizan, la misma norma fija la probeta cúbica de 20 cm de arista como cubo normal, es decir, todos los resultados obtenidos en probetas cilíndricas y en cúbicas de 15 cm de arista, deben ser transformados a resultados en probeta cúbica de 20 cm de arista, entregando distintas tablas de conversión. Por mucho tiempo no se dio importancia al tema de la transformación de los resultados, pues en la gran mayoría de los casos las muestras se confeccionaban en probetas cúbicas de 20 cm de arista. Sin embargo, actualmente cada vez es más utilizada la probeta cilíndrica, debido a características tan simples como el menor peso de los moldes y menor área de carga, facilitando el muestreo en obra y permitiendo ensayar resistencias más altas con las mismas máquinas de ensayo, respectivamente.

Las razones respecto a qué probeta utilizar pueden ser muy variadas, sin embargo, los clientes del Centro de Investigación, Desarrollo e Innovación de Estructuras y Materiales (IDIEM), principalmente empresas pre-mezcladoras de hormigón, han presentado la siguiente inquietud: considerando que la norma chilena transforma los resultados del ensayo a compresión de probetas cilíndricas a cúbicas sumando 50 kg/cm2 sobre los 200 kg/cm2 ¿Conviene ensayar en

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probeta cilíndrica? ¿Qué pasa sobre los 600 kg/cm2, ya que hasta este valor se entrega conversión?

Considerando todo lo anterior y las nuevas tecnologías utilizadas, tanto en las máquinas de ensayo a compresión como en la fabricación del hormigón, cabe preguntarse: ¿está desactualizada la norma NCh170.Of 1985?

Por todo lo expuesto en los párrafos anteriores, el IDIEM de la Universidad de Chile encuentra necesario dar una respuesta a las preguntas de los clientes y aportar conocimientos actuales respecto al tema de la transformación de resultados del ensayo a compresión de probeta cilíndrica a cúbica de 20 cm de arista.

Para esto, el presente trabajo aborda el tema desde un punto de vista experimental, realizando ensayos con ambos tipos de probetas para distintos valores de resistencias (logradas mediante la variación de la relación agua-cemento y manteniendo constante el tipo de áridos y cemento).

Por otro lado, se analiza la posible influencia del tipo de preparación de las caras de probetas cilíndricas en los resultados de los ensayos a compresión.

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OBJETIVOS. Objetivo General Aportar conocimientos respecto al ensayo a compresión del hormigón, en particular en la conversión de resultados del ensayo a compresión de probetas cilíndricas, de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura, a cúbicas de 20 cm de arista.

Objetivos específicos Determinar la correlación entre los resultados del ensayo a compresión a 7 días de

probetas cúbicas y probetas cilíndricas para hormigones con resistencia entre 200 y 900 kg/cm2.

Determinar la correlación entre los resultados del ensayo a compresión a 28 días de probetas cúbicas y probetas cilíndricas para hormigones con resistencia entre 200 y 900 kg/cm2.

Establecer la relación entre las correlaciones encontradas a 7 días y 28 días de edad. Establecer, en una primera aproximación, la relación entre los resultados del ensayo a

compresión de probetas cilíndricas preparadas en sus caras con refrentado (capping) y las preparadas con rectificado.

Norma chilena En Chile, la norma que establece los criterios de transformación de resultados es la NCh170.Of1985, la cual se entrega en la Tabla Nº 1.

La gran limitación de esta transformación es que considera valores de resistencia en probeta cúbica de 20 cm de arista sólo hasta los 600 kg/cm2, lo que genera conflictos respecto a la transformación a utilizar para valores superiores a éste.

Norma europea La norma europea, en el documento EN 206-1:2005. Concrete – Part 1 – Specification, performance, production and conformity, presenta una de las transformaciones más actuales. Esta norma muestra transformaciones hasta 1150 kg/cm2, sin embargo, presenta la limitación que su probeta de referencia es el cubo de 15 cm de arista.

Otra de las características interesantes de esta norma es que define tres tipos de hormigón de acuerdo a su densidad: livianos, cuya densidad es menor a 2000 kg/m3, normales, cuya densidad se encuentra entre 2000 y 2600 kg/m3 y pesados, cuya densidad es mayor a 2600 kg/m3. Además, genera dos tablas de transformación de resultados, una para el hormigón liviano y otra para el hormigón normal y pesado.

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METODOLOGÍA A continuación se describe la metodología utilizada para la confección de las probetas y la realización de los ensayos.

Confección del hormigón y de probetas.Para cada tipo hormigón, se confeccionan un total probetas cilíndricas y probetas cúbicas. La confección del hormigón se hace de acuerdo a la norma NCh1018EOf.1977.

Hormigón – Preparación de mezclas de prueba en laboratorio.

Cada colada será destinada a una edad de ensayo, de este modo, la primera colada se utiliza para la confección de las probetas que son ensayadas a compresión a 7 días de edad y la segunda, para las ensayadas a 28 días de edad.

La confección de las probetas se realiza de acuerdo a la norma NCh1017Of.1975

Confección de probetas. Una vez trascurridas 20 horas desde su confección, las probetas son desmoldadas e identificadas. Luego, se trasladan a piscinas para realizar el curado bajo agua con temperatura controlada en 20 ± 3 ºC

Moldes y materias primas utilizadas.Moldes utilizados Los moldes que se utilizan para la confección de las probetas corresponden a los utilizados comúnmente por IDIEM y cuentan con verificación que asegura el cumplimiento de las especificaciones establecidas en la norma chilena NCh1017Of.1975. Hormigón – Confección y curado en obra de probetas para ensayos de compresión y tracción.

Para la confección de las probetas se utilizan moldes cúbicos metálicos de 20 cm. de arista y moldes cilíndricos metálicos de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura.

Materias primas utilizadasPara la confección de todos los tipos hormigón se utilizan siempre las mismas materias primas, las cuales se detallan a continuación:

Cemento Se utiliza un cemento clasificado como Portland Puzolánico clasificado de Alta Resistencia según NCh148.Of1968 Cemento – Terminología, clasificación y especificaciones generales.

Áridos Agua Aditivos: Se utilizan tres aditivos:

o Aditivo baseo Aditivo Súper plastificante.o Aditivo mineral a base de micro sílice compactado y seco

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Ensayos Además del ensayo a compresión, se realizan ensayos previos a la confección del hormigón, los cuales permiten dosificar exactamente el hormigón y determinar las condiciones de las materias primas y de laboratorio, y ensayos al hormigón fresco, los cuales permiten caracterizar el tipo de hormigón confeccionado.

Ensayos previos a la confección.Previo a la confección del hormigón se realizan los siguientes ensayos:

Cálculo de porcentaje de humedad de los áridos. Este dato permite calcular de manera exacta el agua necesaria para obtener la relación A/C buscada.

Medición de temperatura del:o Ambiente.o Agua.o Arena o Cemento

Ensayos al hormigón fresco Luego de confeccionar el hormigón y antes de confeccionar las probetas se realizan los siguientes ensayos al hormigón fresco:

Asentamiento del cono de Abrams según norma NCh1019.Of1974. Hormigón – Determinación de la docilidad. Método del asentamiento del cono de Abrams.

Temperatura del hormigón. Densidad aparente del hormigón fresco de acuerdo a la norma NCh 1564Of.1979

Hormigón – Determinación de la densidad aparente, del rendimiento, del contenido de cemento y del contenido de aire del hormigón fresco.

Contenido de aire de acuerdo a la norma NCh1564.Of1979 Hormigón – Determinación de la densidad aparente, del rendimiento, del contenido de cemento y del contenido de aire del hormigón fresco.

Ensayos al hormigón endurecido Se realiza el ensayo a compresión de acuerdo a la norma NCh1037.Of1977 Hormigón – Ensayo de compresión de probetas cúbicas y cilíndricas.

Las máquinas de ensayo que se utilizan son dos, dependiendo de la resistencia esperada en probeta cúbica de 20 cm de arista:

Toni Technik de carga máxima de 300 toneladas, se utiliza para las resistencias esperadas inferiores a 750 kg/cm2 en probeta cúbica de 20 cm de arista.

Losenhausen de carga máxima 500 toneladas, se utiliza para las resistencias esperadas superiores a 750 kg/cm2 en probeta cúbica de 20 cm de arista.

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Preparación de las probetas para el ensayo compresión.Probetas cúbicas Para el ensayo a compresión de las probetas cúbicas no se necesita preparación, esto ya que el molde utilizado permite asegurar la planitud, perpendicularidad y paralelismo de las caras. Cabe destacar que la probeta cúbica se ensaya en cualquiera de los ejes perpendiculares al del llenado del molde.

Probetas cilíndricas Debido a que el ensayo a compresión de las probetas cilíndricas se realiza en el mismo eje de llenado del molde, es necesario preparar sus caras, para asegurar la planitud, perpendicularidad y paralelismo de las mismas.

Por una parte, los 9 cilindros de cada tipo de hormigón, que se utilizan para la comparación con las probetas cúbicas, se rectifican. Este procedimiento consiste en pulir las caras con una máquina rectificadora, la cual, mediante un dispositivo de sujeción, asegura la planitud, perpendicularidad y paralelismo de las mismas

Por otra parte, el refrentado (capping) de los 3 cilindros de cada tipo de hormigón se realiza de acuerdo a la norma NCh1172.Of1978 Hormigón – Refrentado de probetas y se utiliza una mezcla de 30% de pomacita y 70% de azufre.

La procedencia de los materiales es:

Pomacita Azufre

Para validar la resistencia de esta mezcla, se confeccionan probetas cúbicas de 5 cm 31 de arista las cuales son ensayadas a compresión a 30 min, 60 min y 90 min de edad.

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“RESISTENCIA A LA FLEXOTRACCION”




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La norma NCh 1038 Of. 77 establece los procedimientos para efectuar el ensayo de tracción por flexión de probetas prismáticas de hormigón simplemente apoyadas, obtenidas según la norma NCh 1017.

Para el ensayo de tracción por flexión se aplica uno de los dos procedimientos siguientes, según sea la dimensión básica (d) de la probeta:

Dimensión básica de

la probetaEnsayo Descripción

≥ 150 mmCargas P/2 en los límites del

tercio central de la luz.

< 150 mmCarga P en el centro de la luz

de ensayo

Estos dos procedimientos no son alternativos y sus resultados no son comparables.

Marcado y medición de las probetas Las probetas se retiran del curado inmediatamente antes del ensayo y se protegen con

arpilleras mojadas hasta el momento en que se colocan en la máquina de ensayo. La luz de ensayo debe cumplir las siguientes condiciones:

Tabla IV.43 Luz de ensayo

La distancia entre las líneas de apoyo y los extremos de la probeta debe ser igualo mayor a 2,5 cm.

Con líneas rectas, finas e indelebles se marcan sobre las cuatro caras mayores las secciones de apoyo y de carga, que servirán para colocar y alinear la probeta en la máquina de ensayo.

Se registra la luz de ensayo (L), con aproximación a 0,1 cm.

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Ensayo Luz de Ensayo

Carga P/2 aplicada en los tercios

Igual o mayor que tres veces la altura de la probeta

Carga P centrada Igual o mayor que dos veces la altura de la probeta



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Molde prismático

Los moldes prismáticos tienen una sección cuadrada de arista interior básica "d" y longitud preferida de dimensión "4 d".

Las superficies de los moldes que estarán en contacto con el hormigón se untarán con una película delgada de aceite mineral u otro material que evite la adherencia y que no reaccione con los componentes del hormigón

Ensayo Se limpian las superficies de contacto de la probeta y máquina de ensayo y se coloca la

probeta alineada y centrada dejando la cara de llenado en posición vertical. Se aplica hasta un 5% de la carga prevista de rotura verificando que los contactos cumplen

las tolerancias. Para mejor contacto entre la probeta y las superficies de apoyo y cargas se acepta el uso de bandas de apoyo de cuero interpuestas en las superficies de contacto. Estas láminas serán, de espesor mínimo 5 mm, ancho máximo 25 mm y largo mínimo igual al ancho de la probeta.

Se continúa la aplicación de la carga sin choques y a velocidad uniforme, cumpliendo las siguientes condiciones:

o Alcanzar la rotura en un tiempo igual o mayor a 300 segundos.o Velocidad de aplicación de carga no superior a 0,16 kg/cm2/seg.

Registrar la carga máxima (P) expresada en kg. Medir y registrar el ancho promedio (b) y la altura promedio (h) de la probeta en la

sección de rotura, con aproximación de 0,1 cm (1 mm).

Resultados Ensayo con P/2 en los tercios Si la fractura se produce en el tercio central de la luz de ensayo, calcular la resistencia a

tracción por flexión (Rf) del hormigón, por la fórmula siguiente:

Si la fractura se produce fuera del tercio central de la luz de ensayo, pero en la zona comprendida entre el plano de aplicación de la carga y una distancia de 0,05L de ese plano, calcular la resistencia a tracción por flexión del hormigón por la fórmula siguiente:

Siendo “a” la distancia en cm, entre la sección de rotura y el apoyo más próximo, medida a lo largo del eje central de la superficie inferior de la probeta.

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Si la fractura se produce en otro sector de los indicados anteriormente, se desecha el ensayo.

Ensayo con P en el centro de la luzCalcular la resistencia a tracción por flexión del hormigón por la fórmula siguiente:

Los resultados de resistencia a tracción por flexión se expresan con una aproximación igual o inferior a 0,5 kgf/cm2.

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Mecánica de suelo y hormigones (PTTE01 – 42)


“RESISTENCIA A TRACCION POR HENDIMIENTO”




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La norma NCh 1170. Of 77 establece el procedimiento para efectuar el ensayo de tracción por hendimiento de probetas cilíndricas de hormigón confeccionadas en obra o laboratorio.

Marcado y medición de las probetasLas probetas se retiran del curado inmediatamente antes del ensayo y se protegen con arpilleras húmedas hasta el momento en que se colocan en la máquina de ensayo.

Se trazan con línea fina en cada una de las bases del cilindro, dos diámetros paralelos que deberán estar en un mismo plano.

Se unen ambos diámetros mediante el trazado de dos generatrices, que definirán las líneas de contacto con las tablillas de apoyo.

Registrar el diámetro (d) de la probeta como el promedio de tres diámetros, medidos sobre el trazado de las generatrices en el centro y los extremos del cilindro, aproximando a 0,1 cm (1 mm).

Registrar la longitud (l) del cilindro como el promedio de las longitudes de las dos generatrices trazadas, aproximando a 0,1 cm (1 mm).

Registrar la masa del cilindro (M), aproximando a 20 g.

Ensayo Limpiar las superficies de contacto de las placas de carga y la probeta. Colocar una tablilla de apoyo centrada sobre el eje de la placa inferior de la máquina de

ensayo. Las tablillas deben ser de madera contrachapada de 4±1 mm de espesor, de 15±5 mm de ancho y de longitud igual o mayor a la de la probeta.

Colocar la probeta sobre la tablilla de apoyo y alinear de modo que las líneas de trazado diametral queden verticales y centrada sobre la tablilla.

Colocar una segunda tablilla de apoyo centrada sobre la línea de contacto superior de la probeta.

Aplicar aproximadamente un 5% de la carga de rotura prevista, verificando que la probeta se mantiene centrada y alineada.

Seguir aplicando carga en forma continua y sin choques, a una velocidad uniforme entre 0,3 y 0,7 kgf/cm2/seg hasta la rotura.

Registrar la carga máxima (P) expresada en kgf.

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ResultadosCalcular la resistencia a tracción por hendimiento (Rb) del hormigón por la fórmula siguiente:

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CONCLUSIONES Resistencia cúbica – resistencia cilíndrica. Existen correlaciones lineales entre los resultados del ensayo a compresión de probetas cúbicas y cilíndricas. Estas correlaciones son válidas en el intervalo de resistencias ensayado y para los materiales.

La norma NCh170.Of1985 entrega una correlación basada en dos ecuaciones, una hasta los 250 kg/cm2 y otra desde este valor hasta 650 kg/cm2 , luego de este valor no entrega correlación, debido que en los años 80 no existían hormigones de resistencias mayores a 650 kg/cm2 . Actualmente, la correlación utilizada para valores sobre los señalados en la norma se obtiene de extrapolar la ecuación presentada en ella (se suman 50 kg/cm2 a la probeta cilíndrica para convertir a cúbica). Con los resultados obtenidos en este trabajo se puede establecer que la extrapolación utilizada no es correcta, ya que independiente de los valores encontrados, el comportamiento de la correlación varía sobre los 700 kg/cm2, en efecto la correlación encontrada cuenta de tres ecuaciones. Esta forma de la correlación se asemeja al presentado por la norma europea EN-206-1 que presenta distintas ecuaciones para rangos de resistencias.

Un resultado muy interesante es el obtenido a partir de la comparación de valores de resistencia obtenidos con probetas refrentadas versus los obtenidos con probetas rectificadas ya que, al contrario de lo que se esperaba, las resistencias de las probetas refrentadas resultaron siempre mayores que las probetas rectificadas. En consecuencia, se propone realizar a futuro un estudio sobre la influencia de los tipos de materiales utilizados para refrentado de probetas y de los defectos que corrientemente se producen al confeccionar el refrentado, en la resistencia a compresión de las probetas.

Es importante mencionar que los coeficientes de correlación de las rectas encontradas para los datos agregados son 0,98, 0,98 y 0,97, lo cual implica que la correlación encontrada representa en 98% los resultados obtenidos.

Cabe destacar que del total de 540 ensayos realizados para establecer la correlación entre cubo y cilindros, el coeficiente de variación para cubos es 3,11%, con un máximo de 6,05% y para los cilindros fue 2,72%, con un máximo de 4,40%.

Respecto al fenómeno ocurrido en la curva de resistencias versus relación A/C, se debe considerar que el micro sílice es un cementante, por lo que era esperable que la curva subiera al utilizarlo. Otra manera de ajustar la curva podría ser utilizar la relación agua-cementante, lo cual implica sumar al cemento el micro sílice. En este trabajo no se realiza, ya que el objetivo del gráfico es mostrar que la curva de resistencias de las probetas cúbicas esta por sobre la de las cilíndricas, lo cual se logra.

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Además, se sugiere mejorar las siguientes condiciones de la metodología:

Curado inicial. El curado inicial (primeras 20 horas hasta el desmolde) se realizó a la intemperie con cubierta plástica. Se recomienda utilizar curado inicial bajo agua en condiciones de laboratorio, ya que con este curado se podrá disminuir las dispersiones entre probetas.

Máquina de ensayo de 500 ton. La máquina de ensayo fue fabricada en la década de 1940, por lo que la tecnología utilizada para la regulación de la velocidad de ensayo manual, la capacidad de centrado de la placa inferior es deficiente. En ocasiones se visualizó falla por tracción en las probetas debido a la incapacidad de centrarlas en la placa y en consecuencia arroja mucha dispersión en los resultados. Se recomienda utilizar una máquina que regule la velocidad de ensayo automáticamente.

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