Diseño de mezclas de Hormigón

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1 Construcción de Pavimentos Rígidos con Tecnología de Alto Rendimiento Diseño de mezclas de Hormigón Arq. Edgardo Souza D.N.V. 7 Distrito - Santa Fe, 03 al 05 de Julio de 2013

2 Temario 2 Implicancias de la Pavimentación con TAR Especificación de resistencia Método ICPA para el Diseño de mezclas Materiales Componentes

3 Tecnología de Alto Rendimiento Implicancias: 3 Producción continua, y de grandes volúmenes. Alto consumo de materiales. Se transporta en camiones volcadores. Encofrados Deslizantes Clave: Uniformidad en las Propiedades de la Mezcla y en la Velocidad de Colocación.

4 Consumos estimados para producir 125 m 3 /hora 4 Componente Cemento Agua Arena Piedra 6-20 Piedra Plastificante Incorporador Fórmula Tipo 350Kg 150 l 650 Kg 550 Kg 700 Kg 1,14 Kg 0,114 Kg Consumo día 350 t/día 150 m 3 /día 650 t/día 2000 toneladas de áridos 550 t/día 700 t/día 1400 kg/día 140 kg/día

5 5 Filosofía para asegurar la Calidad Para el logro de los objetivos se debe establecer un proceso controlado: El sistema debe permitir: Cumplir las especificaciones técnicas Mantener en el tiempo la uniformidad de las propiedades y la calidad del pavimento. La experiencia indica claramente que es necesario actuar en forma preventiva dado que la TAR no nos permite esperar 7 días para detectar tendencias

6 Propiedades deseables del Hº en estado endurecido 6 Resistencia Durabilidad? Estabilidad Dimensional Durabilidad? Economía

7 Definiciones de Resistencia 7 RESISTENCIA POTENCIAL Es un indicador de la calidad del material RESISTENCIA EFECTIVA Se determina mediante testigos calados VALOR DE UN ENSAYO Es el promedio de al menos dos resultados RESITENCIA MEDIA (f cm) Es la media aritmética de los valores de ensayo RESISTENCIA CARACTERÍSTICA Es un valor estadístico; f ck = f cm - 1,28 S

8 Especificación de Resistencia P.E.T.G. Ed. 98 D.N.V. 8 A.I.4 FÓRMULA PARA LA MEZCLA d) La resistencia a la compresión será tal que permita alcanzar la exigencia establecida en A.I.6 d) y la Resistencia media a la Rotura por Flexión correspondiente a la fórmula de obra será de 45 kg/cm 2 como mínimo, según norma IRAM 1547 o la que se establezca en la especificación particular. A.I.6 CARACTERÍSTICAS Y CALIDAD DEL HORMIGÓN d)resistenciacilíndricade roturaacompresiónalaedadde28días. El control de resistencia se realizará mediante el ensayo de testigos cilíndricos extraídos de la calzada terminada, acondicionados y ensayados según la norma IRAM 1551.

9 Especificación de Resistencia P.E.T.G. Ed. 98 D.N.V. (II) 9 A.I.6 CARACTERÍSTICAS Y CALIDAD DEL HORMIGÓN d)resistenciacilíndricade roturaacompresiónalaedadde28días. La resistencia a compresión del Hº, corregida por esbeltez, para cada testigo será mayor o igual 315 kg/cm 2 con la tolerancia indicada en A.I: A.I RESISTENCIA DEL Hº de la CALZADA TERMINADA i) Para cada zona se deberán cumplir las siguientes exigencias: La resistencia de los testigos a la compresión, corregida por esbeltez, será mayor o igual a la resistencia en A.I.6, admitiéndose hasta un 10% de testigos por debajo de este valor (testigos defectuosos).

10 Resistencia de Diseño para la mezcla 10 El PETG exige una resistencia media a Flexión y establece un valor mínimo en testigos aceptando un 10% de valores defectuosos por cada zona. Por otro lado, durante el diseño del pavimento se adopta un MóduloResistentealaFlexión(MRF)a28 días. La mezcla de hormigón se diseña a partir de una resistencia media a la compresión objetivo determinada en probetas cilíndricas. Asimismo, el control de producción se realiza a través del ensayo de probetas moldeadas. Necesitamos estimar en forma adecuada la resistencia media cilíndrica que cumpla los requisitos de flexión y garantice superar la mínima para los testigos calados.

11 Estimación de la resistencia cilíndrica de diseño a partir del MRF 11 Según la PCA: MRF = k (f cm ) ½ donde k medio es de: 0,7 para canto rodado y de 0,8 para piedra partida Podemos estimar entonces la resistencia de diseño a la compresión (f cm ) para el hormigón como sigue: f cm = ( MRF / k) 2

12 Estimación de la resistencia cilíndrica de diseño: Ejemplo de cálculo (MRF) 12 Adoptando un kmediode 0,75 y4,5 MPa obtendremos: f cm = (4,5 / 0,75) 2 = 36 MPa En forma análoga, si se asume que: MRF 0,12 a 0,14 x f cm adoptando el valor medio 0,13; tendremos que: f cm = (4,5 / 0,13 ) = 34,6 MPa Ambos criterios son más o menos coincidentes y se puede concluir que con una f cm de 36 MPa cumpliríamos el requisito a flexión.

13 Resistencia media esperable sobre testigos calados del pavimento 13 La compactación eficaz sumada a un eficiente método de curado permiten alcanzar resistencias efectivas elevadas en el hormigón de pavimento, poco menores (hasta un 10 %), y algunas veces hasta comparables a las determinadas sobre probetas moldeadas.

14 Resistencia a compresión 28 días [kg/cm 2 ] Resistencia media esperable sobre testigos calados del pavimento 01-Ene 15-Ene 29-Ene 12-Feb 26-Feb Fecha de colocación Testigos Probetas Relación media Test / prob desvio 27,2 27,1 0,93 C.V. 0,08 0,07 testigos probetas 14

15 Estimación de la resistencia cilíndrica de diseño: Ejemplo de cálculo (Testigos) 15 Además del MRF, por otro lado debemos cumplir: f mín test = 315 kg/cm 2 31 MPa Con un riesgo del 10% y un C.V. de 0,10; tendremos: (universo) f cm test = ,28 x 3,1 35 MPa (por zona) f cm test = ,319x 3,1 Si estimamos que: f test 0,90 f cm (probetas) Obtenemos una resistencia media objetivo en probetas: f cm = 39 MPa

16 Resistencia cilíndrica media adoptada 16 Tomamos el mayor de ambos valores, es decir 39 MPa. Se debe tener en cuenta que en producción sería esperable obtener valores algo menores respecto de los constatados en la etapa de diseño en laboratorio, por otro lado la dispersión de resultados será algo mayor. Con un control de Calidad adecuado, es razonable establecer ésta pérdida de resistencia entre 5 y 10%. Por lo cual deberemos mayorar nuestra media objetivo en el diseño de la mezcla, como sigue: f cm (lab) = f cm (prod) / 1,075 = 42 MPa Se adopta entonces una media objetivo para la etapa de diseño en laboratorio de 42 MPa. Siendo esperable tener en producción unos 39 MPa.

17 Resistencia de diseño: 17 De acuerdo al presente análisis se encuentra que sería necesario tener: Probetas en laboratorio: f cm = 42 Mpa Probetas en producción: f cm = 39 Mpa Con ello se cumpliría satisfactoriamente: f mín test = 315 kg/cm 2 - PETG DNV Ed Con se cumpliría con cierta holgura (p/ agreg. Triturados): MRF media = 45 kg/cm 2 PETG DNV Ed. 1998

18 Materiales componentes del hormigón 18 Cemento Agua Agregado fino Agregado grueso Pasta Mortero Hormigón Aditivos

19 Cemento 19 Se encuentra en vigencia la norma IRAM Cemento para hormigón de uso vial, aplicable con tecnología de alto rendimiento(tar). Junto con las IRAM 50000, contemplan todos los tipos de cementosque se producenenelpaís. Es un producto industrial normalizado y controlado, con calidad uniforme. Se debe contar con los protocolos de calidad, para evaluar su uniformidad.

20 IRAM Desde la Industria del Cemento se impulsó la normalización de Cementos de Uso Vial, atendiendo a pedidos de la CAC y a las prestaciones especiales de esta aplicación. Esta Norma Establece: los componentes de los cementos para uso vial aplicable con TAR basados en clínker de cemento Pórtland y las proporciones en que deben combinarse para producir una seriedetiposyclasesdecemento. limita elcontenidodeadicionesaunmáximo del20%. las exigencias mecánicas, físicas y químicas que deben cumplimentar los cementos. establece la evaluación de la conformidad y las condiciones de recepción.

21 Cementos: Evaluación de la Conformidad 21 Todos los cementos que se comercializan en el país están normalizados. La norma exige la certificación de conformidad de cada producto otorgada por tercera parte. Rol que cumple el INTI El fabricante cuenta con un sistema de calidad que asegura la confiabilidad de los procesos Posee un control continuo del proceso con ensayos de autocontrol verificando todos los requisitos de la norma. El organismo de certificación efectúa inspecciones a las fábricas. Toma muestras para ensayos de verificación para acreditar la calidad del cemento y de los ensayos de contraste y de autocontrol que realiza el fabricante

22 Agregados 22 Por su naturaleza son los que más variación presentan. Ocupan el 65 al 75 % del volumen del hormigón. Tienen fuerte impacto en: Demanda de agua Trabajabilidad Módulo de elasticidad Estabilidad dimensional Durabilidad Coef. de Expansión Térmica

23 23 Disposición CIRSOC para el empleo de agregados potencialmente reactivos

24 Agregados: Recomendaciones 24 La limitación más severa está dada por la uniformidad de los agregados durante toda la etapa de producción del hormigón de calzada Contar con dos fracciones de grueso, y es conveniente que al menos una esté constituido por partículas que tengan al menos dos caras rugosas o trituradas. No es conveniente el empleo de tamaños máximos superiores alos 38 mm(37,5 mm) No es esencial encuadrarse dentro de los límites de la IRAM 1627 Evaluar la durabilidad con suficiente anticipación (RAS, etilenglicol, Congelamiento y Deshielo, etc)

25 Tipos de agregado a emplear 25 Canto Rodado (natural o triturado) Evaluar CET Piedra Partida

26 Agregados: Manejo de Acopios 26 Evaluación de aptitud de distintas fuentes de producción. (tener una alternativa de contingencia) Considerar el Ritmo de Producción. Inspección de las canteras. Verificación visual de cada partida. Acopiar en forma controlada y ordenada. Tomar muestras representativas para caracterización y seguimiento. Evitar la contaminación de los agregados acopiándolos sobre un piso de apoyo lo suficientemente firme y bien drenado, de modo de permitir la correcta operación de las palas cargadoras, y de evitar el ingreso de suelo a la mezcla de hormigón.

27 Acopios 27

28 Elementos extraños en los acopios 28

29 Aditivos Son productos industriales (norma IRAM 1663). Se agregan en pequeña cantidad, deben medirse con precisión. 29 reductores de agua incorporadores de aire retardadores de fraguado convencionales (por razones de trabajabilidad y/o durabilidad) (tiempo caluroso) No es conveniente el empleo de aditivos multipropósito o duales, para disponer de una adecuada flexibilidad en el manejo del hormigón

30 Aditivos: Recomendaciones Generales 30 Se necesitarán tantos vasos dosificadores como tipos de aditivos - NUNCA MEZCLAR ADITIVOS ANTES DEL INGRESO EN LA HORMIGONERA La experiencia indica que no se recomiendan aditivos superfluidificantes. Es conveniente identificar en forma inequívoca los recipientes que corresponden a aditivos de distinto tipo, deben estar acopiados protegidos del sol. Las dosis deben evaluarse en forma experimental, en condiciones de obra. El uso de aditivo incorporador de aire está recomendado en prácticamente todos los casos. Un contenido de 3-4 % de aire suele ser suficiente, pero debe controlarse en obra para prevenir reducción de resistencia.

31 Proceso de diseño de la mezcla 31 Datos de la obra (f cm, As., T.M., tipo de transp., etc.) Caracterización de los materiales componentes Aplicación de un método racional para el diseño de mezclas (Método ICPA) Verificación y ajuste en pastones de prueba (laboratorio) Ajuste en escala de obra Implementación de Control de Calidad para verificar el cumplimiento de los supuestos durante el diseño.

32 Método ICPA para Diseño de Mezclas Selección de la resistencia de diseño 32 Elección del asentamiento objetivo Elección del Cemento a emplear Contemplar la incorporación de aire Distribución granulométrica de los agregados: Seleccionar curva apropiada Cálculo del módulo de finura Estimación de la cantidad de agua necesaria Selección de la relación agua cemento Gráfico mezclas Mezclas ejemplo Ábaco 1 Ábaco 2 Cálculo del contenido unitario de cemento (CUC) Determinación de las cantidades de agregados por diferencia a 1000 litros de los volúmenes de agua, cemento, y aire. Proporcionamiento de los agregados según la curva adoptada. Planilla

33 Agregados: Integración de mezclas TI SI Fuller IRAM A IRAM B IRAM C RN 127 RP 39 R 9 Rogg R 9 Dyc R 6 T I R 6 T II R 6 TVI R 6 T VIII Calafate Ezeiza Acc. Glaciar % Pasa ,150 0,300 0,600 1,18 2,36 4,75 9,5 19,0 37,5 12, Tamiz IRAM

34 Abaco 1: Demanda de agua del hormigón en función del Demanda de agua [l/m 3 ] asentamiento y el MF del agregado total Asentamiento [cm] MF 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 34 Válido para Canto Rodado, para agregados triturados incrementar la demanda 5-10 % Con Aditivo plastificante, reducir 5-7 % del agua Con AII, reducir el agua en 2 a 3 % por cada punto de aire menos uno (AII-1%)

35 Abaco 2: 35 Resistencia del hormigón en función de la relación a/c para distintas categorías de cemento Resistencia del hormigón a 28 días [MPa] CP 30 CP 40 CP 50 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Relación agua/cemento Válido para Canto Rodado; con Piedra Partida, las resistencias aumentan un 20 %. El aire incorporado (A%) reduce las resistencias en 5 % por cada (A%-1%)

36 Fórmula de Obra 36 Componente Peso seco [kg/m 3 ] Densidad [kg/dm 3 ] Vol Solido [kg/m 3 ] Peso SSS [kg/m 3 ] Peso humedo [kg/m 3 ] Vol. Agreg [dm 3 ] Cemento 350 3, Agua 145 1, % en vol. Arena Fina natural 2,64 0,250 Arena de Trituración 2,70 0,120 Piedra Partida ,76 0,350 Piedra Partida ,74 0,280 Plastificante 0,4% 1,4 1,15 1,22 1,000 Incorporador de aire 0,03% 0,105 1,02 0,10 Aire 3,5% n/c n/c 35 Total 0, Componente Peso seco [kg/m 3 ] Densidad [kg/dm 3 ] Vol Solido [kg/m 3 ] Peso SSS [kg/m 3 ] Peso humedo [kg/m 3 ] Vol. Agreg [dm 3 ] Cemento 350 3, Agua 145 1, % en vol. Arena Fina natural 2, ,250 Arena de Trituración 2, ,120 Piedra Partida , ,350 Piedra Partida , ,280 Plastificante 0,4% 1,4 1,15 1,22 1,000 Incorporador de aire 0,03% 0,105 1,02 0,10 Aire 3,5% n/c n/c 35 Total 0,

37 Fórmula de Obra (II) 37 Componente Peso seco [kg/m 3 ] Densidad [kg/dm 3 ] Vol Solido [kg/m 3 ] Peso SSS [kg/m 3 ] Peso humedo [kg/m 3 ] Vol. Agreg [dm 3 ] Cemento 350 3, Agua 145 1, % en vol. Arena Fina natural 467 2, ,250 Arena de Trituración 229 2, ,120 Piedra Partida , ,350 Piedra Partida , ,280 Plastificante 0,4% 1,4 1,15 1,22 1,000 Incorporador de aire 0,03% 0,105 1,02 0,10 Aire 3,5% n/c n/c 35 Total 0, Componente Peso seco [kg/m 3 ] Densidad [kg/dm 3 ] Vol Solido [kg/m 3 ] Peso SSS [kg/m 3 ] Peso humedo [kg/m 3 ] Vol. Agreg [dm 3 ] Cemento 350 3, Agua 145 1, % en vol. Arena Fina natural 467 2, ,250 Arena de Trituración 229 2, ,120 Piedra Partida , ,350 Piedra Partida , ,280 Plastificante 0,4% 1,4 1,15 1,22 1,40 1,40 1,000 Incorporador de aire 0,03% 0,105 1,02 0,10 0,11 0,11 Aire 3,5% n/c n/c 35 n/c n/c Total 0,

38 Verificación de la Fórmula 38 Todo método racional entrega una dosificación teórica. La misma deberá verificarse y eventualmente ajustarse en pastones de prueba en escala de laboratorio. Independientemente de la especificación se debe trazar la curva de evolución de resistencia para nuestro conjunto de materiales. La dosificación se someterá a consideración de la Inspección con la debida anticipación. Un Diseño de Mezcla será EXITOSO si se cumplen las condiciones de trabajabilidad, los requisitos de resistencia, y la mezcla es económica.

39 Control de Producción: Metodología 39 Objetivo: Verificar los supuestos en la Etapa de diseño, y cumplimentar las exigencias del PET. Se debe apuntar a un control preventivo, como herramienta rápida para la toma de decisiones, dado que la TAR no nos permite esperar 7 días para detectar los cambios. Establecer un control intensivo sobre la calidad y uniformidad de los componentes. Verificar frecuentemente los procedimientos de dosaje, medición y mezcladoenlaplantadehº. Materiales de calidad satisfactoria y uniforme, medidos con precisión, en las proporciones adecuadas, producirán hormigones de buena calidad

40 Evolución de la Resistencia Evolución de la resistencia del Hº en el tiempo (curado húmedo) Resistencia a la compresión [%] Edad [días] Cemento A Cemento B

41 41 MUCHAS GRACIAS!!! Arq. Edgardo Souza

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