Resistencia y Docilidad de los Hormigones Premezclados en Función del Tiempo Desarrollo Experimental

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1 Resistencia y Docilidad de los Hormigones Premezclados en Función del Tiempo Desarrollo Experimental Autores: María Soledad Gómez Lorenzini - Profesor Adjunto, Sergio Vidal Arcos - Profesor Auxiliar Facultad de Ingeniería Escuela de Construcción Civil Pontificia Universidad Católica de Chile s: mgomezl@uc.cl, svidal@uc.cl Fecha de recepción : 07//04/05 Fecha de aceptación : 27/04/05 Strength and Slump of Ready Mixed Concrete According to Time Resumen Últimamente, en el sector construcción, la industria del hormigón premezclado ha crecido de manera impor tante. Considerando este merecimiento, el presente trabajo pretende analizar el grado de cumplimiento de los hormigones en función del tiempo, estimando 2 parámetros, la docilidad medida por medio del cono Abrams y la resistencia mínima individual. Para esto se consideraron muestras tomadas durante un año, realizando el análisis de cumplimiento cada media hora, según grado de hormigón, porcentaje de fracción defectuosa, asentamiento de cono teórico de diseño del hormigón y por estación climática. En el presente estudio fue posible establecer que el grado de cumplimiento de la docilidad determinada mediante el ensayo de asentamiento de cono y la resistencia a compresión, varían según el tiempo de extracción de la muestra a par tir de la hora de confección del hormigón y en forma más significativa después de las 2 horas. Palabras clave: Hormigón premezclado, resistencia, docilidad. Abstract Lately in building sector, the ready mixed concrete industr y has grown in a considerable way. Considering this merit, this work seeks to analyze the accomplishment grade of concrete according to time, taking into account 2 parameters; slump measured through the Abrams cone and individual minimum strength. For this purpose, samples taken out during the a year were considered, carrying out the accomplishment test every half an hour, in accordance with the concrete grade, faulty fraction percentage, design slump of concrete and season. In this study it was possible establish that accomplishment grade of slump determined through the slump test and strength to compression, var y according to the taking out time of sample since the manufacture hour of concrete and in a more significant way after 2 hours. Keywords: Ready Mixed Concrete, Strength, Slump. INTRODUCCIÓN Dentro de las transformaciones relevantes que ha experimentado el área de la construcción en materia de gestión de procesos se encuentra la tendencia a su industrialización. En este campo, uno de los sectores que registra mayores avances es el del hormigón premezclado. Hoy por hoy es difícil encontrar obras donde se confeccione el hormigón in situ, bien por problemas de espacio físico para la instalación de plantas, betoneras y lugares de acopio de áridos como por razones de aseguramiento de la calidad de los hormigones. Como se puede observar en el Gráfico Nº 1, el despacho de hormigón premezclado ha aumentado en los últimos 5 años, en Chile, cerca de un 50%. Este 19

2 María Soledad Gómez L., Sergio Vidal A. Grafico Nº 1: Despacho Mensual de Hormigón Premezclado en Chile Donde el factor k 2, se determina de la siguiente manera: Tabla Nº 2: Factor k 2 en MPa Fracción defectuosa aceptada, % Grado del Hormigón H20 o H5 H10 H15 superior 0,6 0,9 1,4 1,2 1,7 2,7 1,9 2,6 4,1 2,5 3,5 5,5 significativo crecimiento hace impor tante conocer el grado de cumplimiento que presentan dos parámetros fundamentales para la aceptación o rechazo, como lo son la resistencia especificada y la docilidad mediante el asentamiento de cono de los hormigones. El presente trabajo tiene como objetivo analizar el grado de cumplimiento de la docilidad mediante el asentamiento de cono y la resistencia a compresión de los hormigones premezclados, para lo cual se han considerado muestras, durante doce meses. I. EXIGENCIAS NORMATIVAS Fuente: Cámara Chilena de la Construcción. La norma chilena NCh 1934 Hormigón Preparado en Central Hormigonera indica que el tiempo máximo de transpor te y entrega, desde la hora de carga y hasta el fin de la descarga del camión, es de 2 horas, salvo que las par tes acuerden otros períodos. El proveedor de hormigones debe asegurar, a la vez, el cumplimiento de la docilidad pactada por un lapso de 30 minutos, contados desde la llegada del camión a obra o desde que su operador realiza el ajuste de docilidad previo al inicio de la descarga. Respecto de la docilidad mediante el asentamiento de cono, la norma NCh 170 Hormigón Requisitos Generales contempla las siguientes tolerancias: Tabla Nº 1: Tolerancias en el Control del Asentamiento de Cono de Abrams Asentamiento de cono cm Tolerancia cm a Para la resistencia mecánica a la compresión, existe la norma NCh 1998 Evaluación Estadística de la Resistencia Mecánica la cual establece que tanto la evaluación por grupos de muestras consecutivas (cuando se tienen más de 10), como el total de estas, deben cumplir una resistencia individual por muestra mayor a la resistencia característica menos un factor definido según el grado de hormigón y la fracción defectuosa aceptada, es decir: f i f c + k 2 Cabe destacar que los criterios antes mencionados son válidos solo si entre las par tes, proveedor de hormigón y comprador, se ha establecido que se considerará para la fabricación, control y evaluación de la resistencia de los hormigones la normativa chilena vigente. II. METODOLOGÍA Este estudio contrasta los resultados obtenidos para el asentamiento de cono de hormigón fresco con el asentamiento de cono teórico de diseño de cada hormigón confeccionado en planta, considerando las tolerancias indicadas en la NCh 170. Asumiendo que los hormigones presentan una pérdida de docilidad a medida que aumenta el tiempo entre la hora de confección y la de ensayo, se efectúa un análisis de los resultados agrupando las muestras según intervalos de 30 minutos. Para el caso de la resistencia a la compresión se comparan los resultados de cada muestra con la exigencia de resistencia mínima individual establecida por la NCh 1998, considerando la resistencia especificada para el hormigón y su fracción defectuosa. 20

3 Tabla Nº 3: Cantidad de Muestras por Intervalo de Tiempo Intervalo de tiempo, minutos Cantidad de muestras Mayor a El estudio analiza el grado de cumplimiento de las muestras de hormigón conforme a los siguientes criterios: 1. Resistencia y docilidad, asentamiento de cono, de los hormigones considerando el total de muestras. 2. Resistencia y docilidad, asentamiento de cono, de los hormigones con 10% de fracción defectuosa. 3. Docilidad, asentamiento de cono, de los hormigones grado H20 y H30 (Resistencia especificada de 20 MPa y 30 MPa, respectivamente). 4. Resistencia de los hormigones grado H20 y H30 (Resistencia especificada de 20 MPa y 30 MPa, respectivamente). 5. Docilidad, asentamiento de cono, de los hormigones por estación, para el período marzo-agosto y septiembrefebrero. 6. Resistencia de los hormigones por estación, período mar zo-agosto y septiembre-febrero. 7. Docilidad para asentamientos de cono entre rangos 3-9 cm y mayor a 10 cm. 8. Resistencia de los hormigones de fracción defectuosa 5%, 10% y 20%. Este estudio no contempla el análisis estadístico de muestras consecutivas ni para el total de muestras, debido a que se estudia solo una par te de las muestras de hormigón premezclado, correspondientes a aquellas controladas por DECON UC. Esta selección es coherente con el objetivo de la investigación, cual es tener una visión global de la industria del Hormigón Premezclado y no de cada planta hormigonera. III. ANÁLISIS DE RESULTADOS 1.- Resistencia y docilidad, asentamiento de cono, de los hormigones considerando el total de muestras A par tir de la aplicación de la metodología recién expuesta y basándose en el análisis y evaluación de la totalidad de las muestras extraídas durante un año, es posible adver tir que existe una correlación directa entre el tiempo transcurrido desde la carga y despacho del camión en la planta hasta la toma de la muestra (durante la descarga) y la variación de asentamiento de cono y resistencia. Con respecto al asentamiento de cono se observa que durante los primeros 30 minutos es esperable obtener del orden de un 2% de los resultados establecidos por las tolerancias de la NCh 170. Luego de dicho tiempo, la cantidad de resultados fuera de las tolerancias exigidas se incrementa a razón de un 1% por cada media hora hasta llegar a un 7% cuando se exceden las 2 horas desde la salida de planta del camión. Según se aprecia en el Gráfico Nº 2, referido a resistencias, transcurridos entre 0 y 120 minutos desde el despacho del hormigón es esperable obtener del orden de un 2% de resultados por debajo de los límites aceptados en la normativa. Sobre las 2 horas es dable conseguir del orden de un 3% de resultados con resistencia individual menor a la determinada por la NCh Gráfico Nº 2: Grado de Cumplimiento de Resistencia y Asentamiento de Cono para Hormigones Premezclados para el Total de Muestras 2.- Resistencia y docilidad, asentamiento de cono, de los hormigones con 10% de fracción defectuosa Igual análisis Gráfico Nº 3 pero aplicado solo a los hormigones con un 10% de fracción defectuosa (nivel de confianza del 90%), que representan un 77% del total de las muestras, permite visualizar la tendencia a obtener un 2% de hormigones con resistencia menor a la mínima individual exigida por la normativa. Para los asentamientos de cono se mantiene la tendencia que indica que el cumplimiento de dicho asentamiento disminuye a razón de un 1% por cada media hora luego de transcurrida la toma de muestra. Gráfico Nº 3: Grado de Cumplimiento de Resistencia y Asentamiento de Cono para Hormigones Premezclados con 10% de Fracción Defectuosa 21

4 María Soledad Gómez L., Sergio Vidal A. 3.- Docilidad, asentamiento de cono, de hormigones grado H20 y H30 (Resistencia especificada de 20 MPa y 30 MPa, respectivamente) de la resistencia se incrementa a razón de un 0,5% por cada media hora. El mismo análisis representado en el Gráfico Nº 4 se aplicó, considerando la resistencia especificada, a los hormigones grado H20 y H30, debido a que representan el 38% y 30%, respectivamente, del total de hormigones muestreados. En este caso es posible visualizar que el grado de cumplimiento del asentamiento es del orden de un 97%, existiendo para el grado H20 dos intervalos (entre 0 y 30 y entre 91 y 120 minutos), lo que presenta grados de cumplimiento del orden de un 93%. Gráfico Nº 4: Grado de Cumplimiento de Asentamiento de Cono para Hormigones Premezclados Grado H20 y H Resistencia de los hormigones grado H20 y H30 (Resistencia especificada de 20 MPa y 30 MPa, respectivamente) El estudio del cumplimiento de la resistencia de hormigones grado H20 y H30 revela que prácticamente en todos los intervalos de tiempo se tiene un porcentaje de cumplimiento mayor al 98%. Solo los hormigones grado H20 con tiempo de ensayo mayor a 2 horas, desde su salida de planta, exhiben un 3% de resultados de resistencia por debajo de la mínima estipulada por la NCh Además, se distingue que el grado de incumplimiento Gráfico Nº 5: Grado de Cumplimiento de Resistencia para Hormigones Premezclados Grado H20 y H Docilidad, asentamiento de cono, de los hormigones, por estación, período marzo-agosto y septiembre-febrero Replicado el mismo análisis en los asentamientos de cono de hormigones, siguiendo una distinción por estación climática, se puede observar que durante el período más caluroso, septiembrefebrero que concentra cerca de un 52% de las muestras, existe una disminución impor tante, de los parámetros estudiados, respecto del período de menores temperaturas, marzo-agosto. Si el ensayo se efectúa con posterioridad a las 2 horas desde el momento del despacho del camión de la planta, es posible obtener hasta cerca de un 10% de resultados de asentamiento fuera de las tolerancias exigidas en la normativa. Los ensayos de asentamiento de cono de hormigones muestreados entre los 60 y 91 minutos arrojan resultados similares. Cabe mencionar que al efectuar este análisis solo se consideraron los resultados obtenidos; las dosificaciones de los distintos hormigones y los posibles usos de aditivos no fueron contemplados. Gráfico Nº 6: Grado de Cumplimiento de Asentamiento de Cono para Hormigones por Estación 6.- Resistencia de los hormigones, por estación, período marzo-agosto y septiembre-febrero Los análisis relativos al cumplimiento de las resistencias según la estacionalidad revelaron, por su par te, un mayor porcentaje de cumplimiento en la resistencia mínima individual para los hormigones controlados durante el período marzo y agosto. En dicho semestre y durante las 2 primeras horas prácticamente la totalidad de los hormigones cumplen con la resistencia mínima individual. En cambio, a lo largo del período septiembre-febrero, cerca de un 2% de los hormigones no cumplen con la resistencia mínima individual. Para hormigones muestreados luego de 2 horas desde su salida de planta, el incumplimiento de la resistencia mínima individual es similar, manteniéndose del orden de un 2% para ambos períodos del año. Gráfico Nº 7: Grado de Cumplimiento de Resistencia para Hormigones por Estación 22

5 7.- Docilidad para asentamientos de cono entre rangos 3-9 cm y mayor a 10 cm Si se replica el análisis agr upando las muestras de acuerdo con las tolerancias indicadas en la Tabla Nº 1, se constata que durante las 2 primeras horas el grado de cumplimiento de asentamiento de cono es similar para ambos grupos de muestras. Este resultado varía, sin embargo, con posterioridad a este tiempo. En el caso de los hormigones con un asentamiento de cono mayor o igual a 10 cm. se aprecia una fuer te disminución en el grado de cumplimiento de la docilidad. Gráfico N 8: Grado de Cumplimiento de Asentamiento de Cono 8.- Resistencia de los hormigones de fracción defectuosa 5%, 10% y 20% Al efectuar el análisis por fracción defectuosa de los hormigones se obtiene que en todos los casos el grado de incumplimiento de la resistencia mínima individual es menor o igual al 5%. Luego de las 2 horas este porcentaje aumenta hasta aproximarse al 12% (para fracción defectuosa de un 5%). IV. CONCLUSIONES Los resultados obtenidos a partir de los análisis realizados permiten concluir que: Docilidad, determinada mediante el ensayo de asentamiento de cono. En general, el cumplimiento del asentamiento de cono disminuye a razón de un 1% por cada media hora transcurrida después de la confección del hormigón. Los hormigones muestreados durante las 2 primeras horas alcanzan resultados similares de cumplimiento del asentamiento de cono, porcentaje que se eleva luego de este plazo en el caso de los hormigones con asentamientos de cono teóricos mayores o iguales a 10 cm. El grado de incumplimiento de este parámetro es superior al 10%. El grado de incumplimiento del asentamiento de cono varía según el grado de hormigón, H20 y H30, siendo mayor la variación en los hormigones H20 para los diferentes intervalos de tiempo. El asentamiento de cono no refleja un cambio considerable por estaciones, cuando la muestra es tomada en el período de 2 horas. Esta mantención puede encontrar una explicación probable en las modificaciones que llevan a cabo las empresas de premezclado, las cuales varían las dosificaciones según la época del año, principalmente a partir del uso distintos tipos de aditivos. Resistencia a la compresión. a las 2 horas el cumplimiento de la resistencia mínima individual se eleva sobre el 98%. Los hormigones de un 10% de fracción defectuosa, incluso sobre las 2 horas, presentan un 98% de cumplimiento de la resistencia mínima individual. Los hormigones grados H20 y H30 mantienen el porcentaje de cumplimiento indicado previamente. Solo se aprecia una disminución del porcentaje para los hormigones H20 en muestras tomadas después de 2 horas. Los hormigones confeccionados en el periodo marzo-agosto tienen un cumplimiento mayor de resistencia respecto del semestre septiembre-febrero, cuando las muestras son extraídas hasta las 2 horas. Después de dicho plazo, el grado de incumplimiento es igual para ambos períodos. Finalmente se puede concluir que la docilidad determinada mediante el ensayo de asentamiento de cono y la resistencia a compresión varían según el tiempo de extracción de la muestra a par tir de la hora de confección del hormigón y en forma más significativa después de las 2 horas. BIBLIOGRAFÍA: 1. NCh 170 Of. 85 Hormigón Requisitos Generales. 2. NCh 1934 Of. 92 Hormigón Preparado en Central Hormigonera. 3. NCh 1998 Of. 89 Evaluación Estadística de Hormigones. Gráfico Nº 9: Grado de Cumplimiento de Asentamiento de Cono Según Nivel de Confianza Se puede concluir que para las muestras extraídas en períodos inferiores 23