Construcción de Pavimentos Rígidos con Tecnología de Alto Rendimiento MATERIALES, PROPIEDADES DEL HORMIGÓN Y CONTROL DE CALIDAD

Transcripción

1 Construcción de Pavimentos Rígidos con Tecnología de Alto Rendimiento MATERIALES, PROPIEDADES DEL HORMIGÓN Y CONTROL DE CALIDAD D.N.V. Sede Central C.A.B.A., 19 y 20 de Noviembre de 2014

2 2 Temario 1. Materiales componentes del hormigón 2. Hormigón fresco y endurecido 3. Cambios de volumen en el hormigón 4. Durabilidad 5. Diseño de mezclas de hormigón 6. Control y Aseguramiento de la Calidad

3 3 MATERIALES Características y requisitos

4 4 Materiales componentes del hormigón Cemento Agua Pasta Agregado fino Mortero Agregado grueso Hormigón Aditivos

5 5 Cementos IRAM Cemento para uso general Composición Requisitos Evaluación de la conformidad IRAM Cemento con propiedades especiales Requisitos especiales IRAM Cemento para hormigón de uso vial, aplicable con tecnología de alto rendimiento (TAR) Composición Requisitos

6 Cementos IRAM Establece un sistema único de designación de los cementos, que facilita su caracterización (composición, categoría) - Introduce la reglamentación para la evaluación de la conformidad o certificación de producto - La certificación de los cementos es obligatoria

7 Cementos para uso general IRAM Tipo de cemento (5) IRAM Cemento pórtland normal Cemento pórtland con filler calcáreo Cemento pórtland con escoria Cemento pórtland compuesto (3) Cemento pórtland puzolánico (4) Nomenclatura Clínker + sulfato de calcio Puzolana o Ceniza Volante (P o CV) Composición (1, 2) (g/100 g) Escoria (E) Filler calcáreo (F) Comp. minoritarios CPN CPF CPE CPC < (P o CV + E + F) < 35 con F < CPP Cemento de alto horno CAH

8 Cementos con propiedades especiales IRAM Denominación De Alta Resistencia Inicial Altamente Resistente a los Sulfatos Moderadamente Resistente a los Sulfatos De Bajo Calor de Hidratación Resistente a la Reacción Álcali-Agregado Nomenclatura Tipos de cemento IRAM ARI CPN CPF CPE CPC CPP CAH ARS CPN CPF CPE CPC CPP CAH MRS CPN CPF CPE CPC CPP CAH BCH CPN CPF CPE CPC CPP CAH RRAA CPN CPF CPE CPC CPP CAH Blanco B CPN CPF ---- CPC

9 Cementos TAR 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 serie de tipos y clases de cemento. limita el contenido de adiciones a un máximo del 20%. las exigencias mecánicas, físicas y químicas que deben cumplimentar los cementos. establece la evaluación de la conformidad y las condiciones de recepción.

10 Cementos para hormigón de uso vial Requisitos según IRAM 50002: Tipo de cemento IRAM Cemento pórtland normal Cemento pórtland con filler calcáreo Cemento pórtland con escoria Cemento pórtland compuesto Cemento pórtland puzolánico Nomenclatura Clínker + sulfato de calcio Puzolana (P) Composición (***) (g/100 g) Escoria (E) Filler calcáreo (F) Comp. minoritarios CPN CPF CPE CPC Dos o más, con: 6 (P o CV + E + F) 20 CPP

11 Cementos Evaluación de conformidad de cementos 11 Todos los cementos que se comercializan en el país están normalizados. Certificación de conformidad de producto El fabricante cuenta con un sistema de calidad que asegura la confiabilidad de los procesos Control continuo del proceso: - Ensayos de autocontrol y contraste a cargo del fabricante del producto - Ensayos de inspección del material

12 Cementos Denominaciones IRAM y IRAM ARI ARS MRS BCH RRAA B CPN CPF CPE CPC CPP CAH CP 30 CP 40 CP 50 IRAM TAR CPN CPF CPE CPC CPP CP 30 CP 40 CP 50

13 Adiciones minerales 13 Razones y objetivos de su utilización Principales ventajas y efectos Forma de utilización en Argentina Uso de adiciones en proyectos de pavimentación Tipos y ejemplos Proporciones de reemplazo parcial

14 Adiciones minerales Clasificación y ejemplos 14 SIN ACTIVIDAD HIDRÁULICA CON ACTIVIDAD HIDRÁULICA Fíller Calcáreo Con Actividad Puzolánica Naturales: cenizas volcánicas, arcillas, tobas, diatomeas, metacaolinita Artificiales: cenizas volantes silíceas, humo de sílice, microsílice, ceniza de cáscara de arroz Con Actividad Hidráulica propia Artificiales: escoria granulada de alto horno, cenizas cálcica

15 Adiciones minerales Representación de los materiales principales 15 SiO 2 Humo de sílice Si Vidrio Puzolanas naturales FeSi Arcillas Ceniza volante silícica Escoria Ceniza volante Cálcica Cemento CaO Al 2 O 3

16 Adiciones minerales Composición relativa Propiedades características de las adiciones 16 Ceniza volante Humo de Sílice Escoria Puzolana natural Fíller calcáreo Cemento SiO 2 % Máx CaO % 5 1, Finura Blaine [m 2 /kg] 420 (*) (*) > 400 (**) > 300 (**) 350 (**) > 250 (**) Densidad [kg/dm 3 ] 2,4 2,4 2,9 2,4 2,5 3,15 % Uso Máx (*) No requiere molienda (**) Depende del tiempo de molienda

17 Adiciones minerales Reacción puzolánica 17 SC 3 + H 2 O SC 2 + H 2 O Puzolana + CH + H 2 O C-S-H + 3 CH C-S-H + CH C-S-H Aspectos generales Reacción lenta Bajo calor de hidratación Baja resistencia a edad temprana (Excepción: Humo de sílice) Alta resistencia a edad prolongada Menor porosidad, mayor durabilidad Porcentajes óptimos de reemplazo: % (Humo de sílice: 5-10 %)

18 Adiciones minerales Representación de los materiales principales Adiciones puzolánicas Puzolanas naturales Origen natural Alto contenido de Sílice amorfa o vítrea, o sílico-aluminosos provenientes de la actividad volcánica Presentan actividad puzolánica, cuando posee una finura adecuada Prestaciones 18 Ceniza Volante (Fly Ash) Origen artificial, por recolección en filtros de polvo en plantas de generación de energía eléctrica a carbón ( cenizas de fondo) Composición es función de las impurezas del carbón con, principalmente, SiO 2, Al 2 O 3, CaO Partículas vítreas, de forma esférica Presentan actividad puzolánica Prestaciones

19 Adiciones minerales Representación de los materiales principales Reacción cementicia de la escoria 19 Escoria granulada de alto horno Origen artificial, por rápido enfriamiento de la roca fundida separada del hierro durante la fabricación del acero en un alto horno Todas las impurezas del hierro y en el coque forman parte de la escoria de alto horno que debe ser granulada Solidificación en forma vítrea. Escoria + catalizador + H 2 O C-S-H Catalizadores: yeso, CH, álcalis Reacción lenta Bajo calor de hidratación Baja resistencia a edad temprana Alta resistencia a edad prolongada Menor porosidad, mayor durabilidad Porcentajes óptimos de reemplazo (hasta 80 %)

20 Adiciones minerales Representación de los materiales principales 20 Humo de sílice Origen artificial, por condensación de partículas presentes en los humos de hornos de arco eléctrico empleados en la industria silícea / ferrosilícea (reducción del cuarzo con carbón) Composición: principalmente, SiO 2 en estado vítreo Partículas ultrafinas, 100 veces más chicas que las del cemento No suelen emplearse en hormigones para pavimentos Fíller calcáreo Origen natural, por molienda de roca caliza No desarrollan propiedades hidráulicas Efectos: dispersión + nucleación

21 Agregados Aspectos generales 21 Por su naturaleza, son los componentes que más variación presentan Ocupan el ~ 60 al 80 % del volumen del hormigón Estabilidad química y dimensional Tienen fuerte impacto en: Demanda de agua Trabajabilidad Módulo de elasticidad Estabilidad dimensional Durabilidad CET Contracción por secado

22 Agregados Características Naturales Se obtienen de canteras o depósitos a cielo abierto 22 Superficie lisa y bordes redondeados ORIGEN Manufacturados o triturados Reciclados Se obtienen de canteras, con explotación a cielo abierto Bordes angulosos, textura áspera Se obtienen por trituración de sustratos de hormigón demolidos

23 Agregados Análisis granulométrico: fundamentos e importancia 23

24 Agregados Análisis granulométrico: influencia en el consumo de pasta 24

25 Agregados Análisis granulométrico: finos y gruesos 25 Agregados gruesos Agregados finos TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL Es la abertura de la malla en mm del menor tamiz IRAM a través de la cual puede pasar el 95% o cifra inmediatamente superior, del peso del árido seco MÓDULO DE FINURA Representa el tamaño medio delas partículas que componen el agregado, y se se calcula como la sumatoria de los porcentajes retenidos acumulados en los tamices de la serie normal IRAM, dividido 100

26 Agregados Veamos un ejemplo.. AG - PIEDRA PARTIDA 26 Tamiz IRAM Retenido Acum. % Pasa % 75 mm (3 ) 0,0% 0,0% AGREGADO GRUESO 37,5 mm (1 ½ ) 0,0% 0,0% TM 25,4 mm (1 ) 0,0% 0,0% 19 mm (3/4 ) 18,2% 18,2% 13,2 (1/2 ) 26,5% 44,7% 9,5 mm (3/8 ) 17,4% 62,1% 4,75 mm (N 4) 28,3% 90,5% 2,36 mm (N 8) 3,8% 94,2% AGREGADO FINO 1,18 mm (N 16) 1,7% 96,0% 0,600 mm (N 30) 1,0% 96,9% 0,300 mm (N 50) 1,1% 98,0% 0,150 mm (N 100) 0,8% 98,8% Fondo 1,2% 100,0% MF = 6,54

27 Agregados Análisis granulométrico 27

28 Agregados Forma y textura 28 Texturas: lisas y suaves, a rugosas y ásperas Rugosidad superficial / Adherencia agregado-pasta Forma: cúbicas, lajosas, elongadas Fricción / trabazón interparticular Resistencia a la abrasión Presencia de polvo Adherencia agregado / pasta Consumo de agua

29 Agregados Estados de humedad 29 Absorción Absorción efectiva Humedad Superficial Humedad Total

30 Agregados gruesos Criterios de aptitud según norma IRAM Requisitos Finos que pasan el tamiz IRAM 75 m - Agregados gruesos naturales - Agregados gruesos de trituración, libres de arcilla Unidad g/100 g Máximo admisible 1,0 1,5 Método de ensayo IRAM 1540 Terrones de arcilla y partículas friables 2,0 IRAM 1647 Ftanita (chert) como impureza - En exposiciones C1,C2 - En climas de exposiciones distintas a las correspondientes a las exposiciones C1,C2 1,0 2,0 IRAM 1647 Materias carbonosas - Cuando es importante el aspecto superficial - Otros casos 0,5 1 IRAM 1647 Sulfatos, expresados como SO 3 0,075 IRAM 1647 Otras sales solubles 1,5 IRAM 1647 Otras sustancias perjudiciales 5,0 IRAM 1649

31 Agregados finos Criterios de aptitud según norma IRAM Requisitos Unidad Máximo admisible Método de ensayo Terrones de arcilla y partículas friables g/100 g 3,0 IRAM 1647 Finos que pasan el tamiz IRAM 75 m -Hormigón expuesto a desgaste superficial -Otros hormigones (ver 5.2.2) Materias carbonosas -Cuando es importante el aspecto superficial -Otros casos g/100 g g/100 g 3,0 5,0 0,5 1,0 IRAM 1540 IRAM 1647 Sulfatos, expresados como SO 3 g/100 g 0,1 IRAM 1647 Otras sales solubles g/100 g 1,5 IRAM 1647 Cloruros solubles en agua g/100 g 0,04 IRAM 1857 Otras sustancias perjudiciales (ver 5.2.3) g/100 g 2,0 IRAM 1649

32 Agregados Influencia de sus características del agregado en el h 32 Expansión térmica Alabeos Fisuración Rotura de esquinas Levantamiento de losas Resistencia al desgaste Módulo de Elasticidad Fragmentación Deformabilidad Desgaste superficial Roturas de bordes de juntas

33 Agregados Recomendaciones 33 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 a los 38 mm (37,5 mm) No es esencial encuadrarse dentro de los límites de la IRAM 1627 Evaluar la durabilidad de los agregados con suficiente anticipación

34 34 Aditivos químicos Tipos y características PCA Productos industriales (Norma IRAM 1663) Se agregan en pequeñas cantidades Modifican propiedades en estado fresco y/o endurecido deben medirse con precisión Incorporador de aire Reductor de agua Acelerante de fraguado y/o endurecimiento Retardador de fraguado y/o endurecimiento Inhibidores de corrosión Reductores de retracción Inhibidores de la reacción RAS Colorantes

35 Aditivos químicos Reductores de agua 35 Adsorción superficial sobre los granos de cemento y agregados, ejerciendo un efecto dispersante de los flóculos aumentando la movilidad al quedar más agua libre Mejora movilidad en HF, para = a/c, CUC y CUA Reducción del CUC, para = a/c, con < CUA e = consistencia Menor a/c, con menor CUA e igual consistencia Bajo rango Medio rango Alto rango Jeknavorian

36 Aditivos químicos Incorporadores de aire 36 Reducción de la tensión superficial del agua y adsorsión en la interfase líquido-gas Distribución uniforme Tamaño: 50 m < < 1mm Espaciamiento: F.E. < 0,2 mm NO coalescencia Taylor Extremo Hidrófilo Extremo Hidrófobo Mejora la trabajabilidad / movilidad en HF < tendencia a la segregación / < fricc. Interparticular Mejora la durabilidad frente a ciclos de C-D y acción de sales descongelantes > Cohesión y < Exudación Puede provocar disminución de resistencia mecánica

37 Aditivos químicos Acelerantes y retardadores 37 Modifican el proceso normal de fraguado y/o endurecimiento Uso en climas rigurosos o cuando se requiera por razones productivas NO emplear aditivos a base de cloruro de calcio en pavimentos con elementos ferrosos embebidos (acelerantes) Ajuste de dosis según diseño de la mezcla, condiciones de producción, clima / entorno ambiental y prestaciones deseadas Evaluación de compatibilidad del par aditivo-cemento e interacción de distintos aditivos Mantener dosis dentro de límites sugeridos Verificar compatibilidad química y prestacional Efectuar pruebas anteriores en pasta, mortero y/o h

38 38 Agua de amasado Consideraciones generales Cantidad de agua total contenida en el hormigón fresco utilizada para el cálculo de la relación a/c Compuesta por: Agua agregada a la mezcla Humedad superficial de los agregados Agua proveniente de los aditivos Cumple doble función: Hidratación Trabajabilidad/Compactación

39 39 Agua de amasado Control de aptitud y frecuencias de control: según norma IRAM 1601 Tipos de aguas 1. Agua de red potable 2. Agua proveniente de la recuperación de procesos de la industria del hormigón 3. Agua procedente de fuentes subterráneas 4. Agua de lluvia 5. Agua superficial natural 6. Aguas residuales industriales

40 Agua de amasado Requisitos de aptitud según norma IRAM 1601 Requisitos químicos Requisitos químicos Unidad Mínimo Máximo Agua recuperada de procesos de la industria del Residuo mg/l hormigón sólido Agua de otros orígenes mg/l Materia orgánica, expresada en oxígeno consumido mg/l - 3 ph Para su uso como agua de amasado - 4,0 - Para su uso como agua de curado - 6,0 - Sulfato, expresado como mg/l Cloruro Para emplear en hormigón simple mg/l expresado Para emplear en hormigón armado mg/l como Cl - Para emplear en hormigón pretensado mg/l Hierro, Para su uso como agua de curado 0,5 - expresado mg/l 1 como Fe 3+ Para su uso como agua de amasado - - Álcalis, (Na 2 O + 0,658 K 2 O) mg/l Requisitos físico-mecánicos Unidad Requisito Tiempo de fraguado inicial min Mínimo: 45 min Diferencia: < ± 25% Tiempo de fraguado final min Máximo: 12 h Diferencia: < ± 25% Resistencia a la compresión a 7 días --- Diferencia > -10% 40

41 Fibras para hormigones Consideraciones generales 41 Mejora la resistencia a la tracción Aumenta la posibilidad de deformación Control de fisuración Aumenta la tenacidad del hormigón Mejorar la durabilidad del hormigón Prestaciones

42 Fibras para hormigones Características Hormigones reforzados con fibras Fibras de Acero Resistencia: 280 MPa 2800 MPa Deformación: 0.5 % % Dosis: 20 kg/m kg/m 3. Típicamente, en el orden de 30 kg/m 3 Interesa conocer particularmente la esbeltez de las fibras. Cuanto mayor es, mejor es el comportamiento mecánico Fibras de Polipropileno (Estructurales y no estructurales) No estructurales: minimizar fisuración por contracción plástica Estructurales: aportan cierta capacidad residual (2 ó 3 MPa más) Dosis: de 3 a 9 kg/m 3. Típicamente, en el orden de 4 kg/m 3. Genéricamente, el largo de las fibras debe ser superior a 1.5 TMA 42

43 43 HORMIGÓN Estado fresco y endurecido

44 Hormigón Enfoque 44 FRESCO Uniformidad Trabajabilidad Segregación Fraguado Cohesión Exudación ENDURECIDO Resistencia y rigidez Estabilidad dimensional Madurez Durabilidad

45 Hormigón fresco Trabajabilidad 45 Es la facilidad con que el hormigón puede ser mezclado, transportado, colocado y compactado con los medios disponibles en obra. No depende exclusivamente del hormigón sino también del equipamiento disponible, del tipo de elemento a hormigonar y de los métodos de colocación y compactación a utilizar. Está influenciada además, por el clima, distancias de transporte, tiempo y forma de descarga, etc. La característica del hormigón que puede medirse es la consistencia. Compactabilidad Movilidad Estabilidad

46 Hormigón fresco Cohesión 46 Es la aptitud del hormigón de mantenerse como una masa plástica sin ningún tipo de segregación. Depende de: contenido de material fino (pasa 300 um); la cantidad de agua; el asentamiento; aire intencionalmente incorporado.

47 Hormigón fresco Exudación 47 Segregación del agua, por diferencias de pesos específicos y por la incapacidad de las partículas finas de retener el agua Depende del contenido de material fino (pasa 300 um), del cont. de polvo, de la finura del cemento de la cantidad de agua, del tiempo de fraguado y del aire intencionalmente incorporado. La exudación es necesaria para evitar la fisuración plástica. Una exudación excesiva se transforma en un problema.

48 Hormigón fresco Exudación: sus efectos Menor durabilidad: creación de canales capilares con cráteres en la superficie Agua de exudación 2. Menor adherencia y resistencia: agua retenida debajo de agregados y armaduras A 3. Planos de debilidad, mayor porosidad, mayor desgaste, menor adherencia entre capas, aparición de una capa de pasta con alta relación a:c Agua de exudación 48

49 Hormigón fresco Contracción plástica 49 Tendencia a la Segregación (diferentes densidades) Agua asciende a la superficie Exudación Aumento de la temperatura Aumento de la velocidad del viento Disminución de la humedad relativa Aumento de la velocidad de evaporación Si la velocidad de Evaporación > a la de Exudación La superficie se contrae y la restricción de la parte interior del hormigón produce las fisuras plásticas 49

50 Hormigón fresco Riesgo de fisuración por contracción plástica 50 HR Th T aire T.E V.v Se debe diseñar la mezcla para tener una velocidad de exudación mayor a la de evaporación 50

51 Hormigón fresco Exudación: cómo podemos ajustarla? 51 Qué factores influyen? Finura del cemento Uso de adiciones minerales Relación agregado fino : grueso (Especialmente, fracción pasa tamiz IRAM 300 μm) Contenido de agua de amasado Uso de aditivos químicos Tiempo de fraguado de la mezcla de hormigón La velocidad y capacidad de exudación se puede medir mediante la Norma IRAM

52 Resistencia a la penetración [MPa] Hormigón fresco Fraguado 52 Transición del estado plástico al sólido / endurecido Depende del contenido y del tipo de cemento, de la relación a/c, del uso de aditivos,. Está fuertemente influenciado por la temperatura de exposición. Condiciona el tiempo disponible para transportar, colocar, compactar y terminar el hormigón, y la ventana de aserrado Aditivo A 15 Aditivo B inicio 10 fin :00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 Tiempo [horas]

53 Hormigón fresco Control de calidad 53 Procedimientos para la toma de la muestra Disponer en obra de equipamiento mínimo para ensayos de caracterización y control, y preparación de muestras para ensayos en estado endurecido Consistencia Temperatura Contenido de aire PUV CUC y relación a/c Material pulverulento IRAM 300 µm Exudación Homogeneidad (IRAM 1876)

54 Control de recepción del hormigón Estado fresco 54 Es una práctica habitual que la consistencia del hormigón se evalúe exclusivamente en forma visual, por lo se introduce una gran variabilidad. Desconocemos la cantidad de agua que tiene la mezcla. Recordemos que la resistencia y la durabilidad son fuertemente dependientes de la a/c. Por ello es imprescindible determinar el asentamiento, y las propiedades en estado fresco. Posteriormente, se deberán moldear además probetas para verificar el cumplimiento de la resistencia especificada.

55 Hormigón fresco Evaluación de la consistencia por asentamiento 55 La propiedad del hormigón que puede medirse es la consistencia mediante el asentamiento en el tronco de cono Podemos además observar el aspecto y la cohesión Verificar el Cierre adecuado de la mezcla (ausencia de oquedades) Nos da idea de la trabajabilidad Verificamos la ausencia de segregación

56 Hormigón fresco Exposición a clima frío Reglamento CIRSOC Temperatura media diaria < a 5 C, 3 días consecutivos Temperatura ambiental 10º C, durante medio día en 24 h Mayor tendencia a la fisuración plástica Aumento en tiempos de desmolde y aserrado Retardo de fraguado Retardo en la hidratación del cemento Menor resistencia inicial Mayor resistencia final Prolongación de curado Debilita adherencia pasta-agrg Defectos y deterioro superficial Agua de exudación superficial Formación de cristales Daño por congelamiento 56

57 Efectos de las bajas temperaturas en el hormigón fresco Hormigonado en clima frío 57 PCA 57

58 58 Recomendaciones para trabajo en clima frío El AII reduce la demanda de agua, aunque no sea requisito en casos de no riesgo por C-D. Membrana de curado (resina) contribuye a conservar temperatura del HF Comenzar la jornada de trabajo con temperatura > 2ºC en ascenso. No colocar hormigón con temperatura inferior a 16ºC Finalizar la jornada con temp. amb. de 5ºC en descenso. Empleo de film o mantas para cubrir el pavimento. 58

59 Recomendaciones para trabajo en clima frío Hormigonado en clima frío Selección de los materiales apropiados Cementos: los más adecuados son los de rápido desarrollo de resistencia (CPN y el CPF) Agregados: aptos y resistentes al congelamiento y deshielo; baja porosidad y absorción, y favorecer una menor demanda de agua. No utilizar agregados con hielo adherido Agua: según Norma IRAM 1601 (T < 85 C) Aditivos: podrán influir en la demanda de agua y/o acelerar los procesos de fraguado o endurecimiento del cemento. Se debe evitar el uso de aditivos que contengan cloruros (corrosión de refuerzo metálico) Proporciones en la mezcla de hormigón > CUC; < contenido de agua (a/c < 0,45); < exudación Temperatura del hormigón en la colocación Protección y curado del hormigón 59 59

60 Efectos de las bajas temperaturas en el hormigón C - 5 C 0 C 5 C 15 C Estado Fresco Joven f c < 4 MPa No hormigonar Deterioro irreversible Precauciones Retardo fragüe Evolución lenta de la resistencia Endurecido f c > 4 MPa Hum < Sat crít. Hum > Scrít. + AII Hum > Scrít sin AII Evolución lenta de resistencia 60

61 Hormigonado en tiempo caluroso 61 Se define como tiempo caluroso, a cualquier combinación de elevada temperatura ambiente, baja H.R. y vientos, que tiendan a perjudicar la calidad del Hº fresco Aceleración del fraguado Evaporación rápida Aceleración de las reacciones de hidratación Mayor Gradiente Térmico durante las primeras horas Menor tiempo disponible Riesgo de juntas frías Mayor tendencia a la fisuración plástica Más demanda de agua Mayor resistencia inicial Menor resistencia final Mayor Riesgo de Fisuración Térmica Estrategias para trabajo en clima caluroso 61

62 Hormigón endurecido Resistencia y rigidez 62 Materiales Dosificación Cemento Agua de amasado Agregados finos y gruesos Aditivos Fibras Relación a/c Porosidad de la pasta Calidad de la interfase Relación ag fino / ag. Total Proporciones relativas Elaboración Temperatura Curado Edad de evaluación 62

63 Resistencia a compresión (MPa) Hormigón endurecido Influencia de la relación a/c 63 Relación a/c (en peso)

64 Hormigón endurecido Rigidez Módulo de elasticidad 64 IRAM 1865 Preparación de probetas Curado y acondicionamiento Ensayo Cálculos E = 0,4. σ max [MPa] - σ e = 0,05 e σ= 0,4.σmáx Alta rigidez Baja rigidez Menor deformabilidad Riesgo de fisuración 64

65 Efecto del curado en la resistencia 65 Un curado adecuado, garantiza una correcta evolución de las resistencias PCA 65

66 Hidratación del cemento 66

67 Volúmenes relativos en la hidratación del cemento y sistema de poros 67 a/c = 0,50 Becker

68 Control de calidad Resistencia a la compresión 68 Es un parámetro importante ya que es un material estructural y define, junto con el espesor la capacidad de carga del pavimento. Se debe cumplir con los requisitos y supuestos establecidos en el cálculo estructural, y en el Pliego de Especificaciones IRAM 1524 o 1534 Preparación de moldes Llenado Compactación Terminación y protección Desmolde IRAM IRAM 1553 o 1709 Ensayo

69 69 Control de resistencia del hormigón Qué resistencia medimos? Resistencia potencial Es un indicador de la calidad del material, determinada con probetas Resistencia efectiva Se determina mediante testigos calados Valor de un ensayo Es el promedio de al menos 2 resultados Resistencia 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

70 70 Control de resistencia del hormigón Resistencia efectiva Determinación de la Resistencia a la Compresión Dimensiones de los Testigos: Diámetro Mínimo min =3* TM (Tamaño Nominal del Agregado Grueso contenido en el Hormigón) Esbeltez h/d 0.95 Preparación de las Bases de los testigos Las caras deben ser planas, lisas y perpendiculares al eje longitudinal, de ser necesario las mismas se asierran hasta cumplir con las siguientes condiciones: Salientes: no deben exceder en más de 5 mm Recta perpendicular a la base: debe tener una inclinación menor a 5 con eje longitudinal del testigo Diámetro de la base: no debe exceder más de 2.5 mm respecto del diámetro medio

71 Resistencia a compresión 28 días [kg/cm 2 ] 71 Control de Producción Resistencia potencial vs. Resistencia efectiva 500 testigos 450 probetas Ene 15-Ene 29-Ene 12-Feb 26-Feb Fecha de colocación Testigos Probetas Relación Media Desvio 27,2 27,1 0,93 C.V. 0,08 0,07

72 Control de calidad Resistencia a la tracción por flexión 72 Es un parámetro relevante, pues la mayoría de las cargas generan esfuerzos de flexión, introduciendo tensiones de tracción y compresión en distintas caras del sustrato. MR ~ 12-14% Resistencia a la compresión IRAM 1547 Preparación de moldes Llenado Compactación Terminación y protección Desmolde Ensayo P M P/2 P/2 1/3 L M

73 Madurez Influencia tiempo-temperatura 73 M = T tiempo

74 Curado 74 Todos los hormigón debe curarse El curado consiste en evitar el secado prematuro del hormigón. Hay distintos procedimientos de curado eficiente evitar el secado agregar agua) El curado debe prolongarse hasta tanto se asegure una adecuada resistencia El curado temprano sirve para evitar la fisuración plástica en el caso de elementos superficiales como pavimentos. Asegurar adecuado desarrollo de resistencia superficial al desgaste Prevenir efectos de alabeo por construcción (por gradientes térmicos y humedad)

75 Qué aspectos pueden evaluarse en un sistema de curado? 75 Eficiencia Metodología de aplicación Retardo en el régimen de secado Facilidad, homogeneidad de la protección Momento de la aplicación Procedimiento constructivo Mientras más temprano, mejor. Contribuye a reducir fisuración plástica Evaluar compatibilidad con procedimientos futuros a realizar 75

76 Métodos de curado Valoración cualitativa 76 Atributo Membrana química Film de polietileno Arpillera húmeda Inundación Eficiencia Aplicación en estado fresco Durabilidad Operatividad NO SÍ 76

77 Comp. Líq. Formadores de Membr. de Curado Aplicación 77 NO!! Dispersión Homogeneidad del producto Dosis media (de 200 a 300 g/m 2 ) Momento de aplicación SÍ

78 78 HORMIGÓN Cambios de volumen

79 Cambios de volumen Contracción química Contracción autógena 79 Contracción Química o total Cambio de volumen en la fase sólida y líquida, sin tener en cuenta los vacíos capilares Productos de hidratación ocupan menor volumen que la suma de los volúmenes del cemento anhidro y el agua de amasado Es visible macroscópicamente hasta el inicio del fraguado. Luego, la contracción se compensa con la formación de poros capilares. Contracción Autógena o externa Cambio de volumen en la pasta de cemento, incluyendo el volumen de vacíos capilares, sin aporte externo de agua La ganancia progresiva de resistencia y rigidez restringe la contracción, por lo que es menor que la contracción química Los vacíos formados se ocupan por agua de aporte adicional (si es existente), o se desarrollan tensiones propias de la restricción a la contracción (si no es existente)

80 Cambios de volumen Contracción intrínseca en la pasta de cemento 80 Fuente: Materia Tecnología del Hormigón, Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires

81 Cambios de volumen Contracción química, contracción autógena, asentamiento plástico y exudación 81 FIUBA 81

82 Contracción temprana Medidas para minimizarla 82 a/c: entre 0,42 y 0,58, para reducir la presión capilar Minimizar CUC Minimizar volumen de pasta; maximizar volumen AG Adecuado curado húmedo Seleccionar cementos con menor velocidad de reacción (menor finura, menor SC3, AC3 y mayor SC2) Minimizar el uso de aditivos reductores de agua (dispersantes)

83 Cambios de volumen Asentamiento plástico 83 El hormigón desciende en las zonas entre barras y se fisura en coincidencia con ellas Un revibrado a tiempo puede eliminar el problema Poco usual en pavimentación con TAR, al emplearse hormigones de bajo As 83

84 Cambios de volumen Contracción por secado 84 Pérdida del agua en el HE, especialmente de poros de gel Es particularmente relevante en pavimentos, por su geometría Contenido de agua, cemento y a/c Finura y composición del cemento Tipo, contenido y granulom del agr. Rigidez de los agregados Tiempo Efecto del tipo de curado Efecto de la incorporación de adiciones Casos en los que la contracción es menos perjudicial 84

85 Cambios de volumen Contracción térmica 85 Cambio volumétrico Δ T CET h SITUACION DIURNA (con asoleamiento) H interior (Ti) H superficial (Ts) SITUACION NOCTURNA (o sin asoleamiento) H interior (Ti) H superficial (Ts) Ts > Ti Ti > Ts Marcas de origen térmico, por gradientes: Día: Asoleamiento + calor de hidratación Noche: Brusco enfriamiento del hormigón en la noche Hormigón superficial tiene mayor madurez, mayor módulo de elasticidad y menor extensibilidad

86 Temperatura [ºC] Cambios de volumen Influencia de las condiciones ambientales :00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 Hora

87 87 HORMIGÓN Durabilidad

88 Durabilidad Por qué nuestros hormigones pueden fallar? 88 Contracción por secado Contracción plástica Asentamiento plástico Cambios volumétricos en la pasta cementicia RAS Ataque por sulfatos (interno y externo) Cambios volumétricos Expansiones internas CAUSAS Sobrecarga / Fatiga Medio de exposición Carbonatación Congelamiento temprano Ataque de aguas puras Gradientes térmicos Corrosión química Gradientes de humedad Corrosión del acero Congelamiento y deshielo Cristalización de sales descongelantes 88

89 Durabilidad Sistema de poros en el hormigón Tamaño medio de poros en la pasta de cemento 89 Poros gel Poros capilares A.I. Macro - poros 0,001 0,01 0, Diám ( m)

90 Durabilidad Ingreso de sustancias agresivas 90 TRANSPORTE DE FLUIDOS 3 MECANISMOS BÁSICOS Permeabilidad Absorción Diferencia o gradiente de presión (líq y gases) - Calidad de la pasta.-interconexión de poros Succión capilar Diferencia de presiones que induce el fluido al moverse Difusión Diferencia de concentración (iones, gases, soluciones líq) Mecanismo lento 90

91 Daño por exposición a clima frío Estado endurecido 91 Los ciclos reiterados de congelamiento y deshielo pueden provocar el deterioro del hormigón, comenzando desde afuera hacia adentro. El mecanismo básico de daño se asocia a la expansión del agua al congelarse y a los movimientos de agua dentro de la pasta. Ninguno de los modelos ha logrado imponerse sino que se trataría de sumas de efectos Burbujas de tamaño uniforme: 50 m < < 1mm; factor de espaciamiento: < 0,2 mm 91

92 Durabilidad Ciclos de congelamiento y deshielo 92 Congelamiento y deshielo Grado de saturación de la pasta Disponibilidad de agua libre Velocidad de congelación Factor de espaciamiento Temp. Congelam. del agua interior Comportamiento cíclico Resistencia al congelamiento de agregados Fisuración por restricción a la expansión de agua congelada

93 Velocidad del sonido [km/s] Velocidad del sonido [m/s] Durabilidad Ciclos de congelamiento y deshielo 5 Deterioro progresivo de un hormigón por ciclos de congelamiento-deshielo 93 4,5 4 3,5 3 2, Número de ciclos Número de ciclos 93

94 Durabilidad Ciclos de congelamiento y deshielo 94 Deficiente cantidad de burbujas de aire incorporado Fisura paralela a la superficie expuesta del hormigón Coalescencia de burbujas de aire 94

95 Durabilidad Ataque por sulfatos 95 Las soluciones que contienen sulfatos reaccionan con el CH y el C 3 A para formar yeso y sulfoaluminato de calcio (etringita) Los suelos y el agua de mar contienen sulfatos de calcio, sodio y magnesio El ataque por sulfatos puro es muy poco frecuente Se ha demostrado experimentalmente que sólo fueron atacados hormigones de baja calidad (CUC < 300 kg/m 3 ) y para contenidos de sulfatos > 4.0% del peso de cemento Para que ocurra, el hormigón debe estar húmedo durante períodos prolongados Puede ser por ataque interno o externo 95

96 Durabilidad RAS 96 Depende de: Compuestos silíceos amorfos Porosidad del agregado Álcalis en cantidad suficiente Permeabilidad de la pasta y la interfase Humedad Temperatura y tiempo Producto de reacción: gel expansivo

97 Durabilidad Corrosión de armaduras y pasadores 97 Hormigón normalmente protegido por medio básico (ph 12,5-13), excepto: Carbonatación: ph <~9 Contenido de cloruros Influyen: Aporte de oxígeno Disponibilidad de agua líquida Presencia de electrolito El volumen de la masa metálica puede incrementarse hasta 700 %

98 Durabilidad Consideraciones generales 98 MEDIDAS DURABILIDAD Reducción de la permeabilidad Relación a/c Compactación CUC Uso de Adiciones Minerales Sistema de poros apropiado; AII Curado eficiente Uso de cementos con props especiales Protección a exposiciones agresivas Elección de los materiales adecuados Un hormigón más resistente es un hormigón más durable? Un hormigón menos poroso es un hormigón más durable? 98

99 99 HORMIGÓN Diseño de mezclas

100 Pavimentación con TAR Particularidades 100 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.

101 101 Diseño de mezclas de hormigón Bases de diseño 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.

102 102 Diseño de mezclas de hormigón Bases de diseño Selección de la resistencia de diseño Elección del asentamiento objetivo (medida de la consistencia) 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 Cálculo del contenido unitario de cemento (CUC) Gráfico mezclas Mezclas ejemplo Ábaco 1 Ábaco 2 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

103 103 Diseño de mezclas de hormigón Verificación y ajuste 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 durabilidad, a un costo aceptable.

104 Diseño de mezclas de hormigón Otras consideraciones 104 Ajuste granulométrico Vvacíos 20% Ajuste pasta cementicia Vpasta 175% Vvacíos Taylor

105 105 Dosificación de mezclas de hormigón Consumos estimados para 125 m 3 /h Componente Fórmula Tipo Consumo día Cemento 350Kg 350 t/día Agua 150 l 150 m 3 /día Arena Piedra 6-20 Piedra Kg 550 Kg 700 Kg 650 t/día 550 t/día 700 t/día 2000 toneladas de áridos Plastificante 1,14 Kg 1400 kg/día I.A. 0,114 Kg 140 kg/día

106 106 CALIDAD Aseguramiento y control

107 107 Control de Calidad Conjunto de prácticas llevadas a cabo con el objeto de establecer la conformidad del producto y verificar la uniformidad en sus propiedades, de acuerdo con criterios técnicos de aceptación o rechazo del mismo. Control sobre los hormigones, en base al establecimiento de unidades de control o lotes. A cargo del productor del hormigón (CONTROL DE PRODUCCIÓN) y su consumidor (CONTROL DE CONFORMIDAD)

108 Costo de la reparación Etapa de proyecto Etapa constructiva Mantenimiento Reparaciones Control de Calidad Ley de Sitter Tiempo

109 Control de Calidad Premisas centrales 109 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

110 Control de Producción Objetivo 110 Verificar los supuestos en la Etapa de diseño, y cumplimentar las exigencias del PET Control preventivo para la toma de decisiones Control intensivo sobre la calidad y uniformidad de los materiales componentes Verificar frecuentemente los procedimientos de dosaje, medición y mezclado en la planta de Hº. Materiales de calidad satisfactoria y uniforme, medidos con precisión, en las proporciones adecuadas, producirán hormigones de buena calidad

111 Control de Calidad Procesos 111 RECEPCIÓN PRODUCCIÓN ACEPTACIÓN Materiales componentes Cemento Agregados Agua Aditivos Compuestos de curado CONTROL Inspección visual Muestreo Caracterización Acopio Procesos de transformación Carga Pesadas Mezclado Transporte Colocación Compactación Terminación Etc CONTROL Planta Granulometría Humedad Consistencia Etc Producto terminado Pavimento de hormigón CONTROL Resistencia Espesor Textura Rugosidad

112 Control de Calidad Qué comprende? 112 Entrenamiento del personal involucrado Ensayos previos de aptitud de materiales Verificación de equipos y procesos Inspección de materiales y trabajos de obra Ensayos sobre hormigones y materiales empleados durante la producción Cartas de control: uso y análisis Evaluación de resultados Ajuste y optimización

113 Control de Calidad Aptitud vs Caracterización 113 Objetivo ENSAYOS DE APTITUD Determinan la aprobación o conveniencia del uso de un determinado material componente Frecuencia Baja Alta ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN Indican la evolución de propiedades de los materiales componentes relevantes, para mantener la producción del hormigón y del pavimento bajo control Oportunidad Antes del inicio de la obra Antes y durante toda la obra Resultados Ejemplos En general, que demandan mucho tiempo, algunos días, semanas o meses, según el caso Desgaste L-A Reactividad alcalina potencial de agregados Estabilidad en Na2SO4 Inmersión en etil-en-glicol Aptitud agua de amasado CET hormigón Compatibilidad aditivos En general, son rápidos (desde pocos minutos hasta algunos días), y sus resultados se emplean en forma inmediata para efectuar correcciones que permitan mantener uniforme la calidad final A. Granulométrico Humedad Contenido de polvo Asentamiento Aire Incorporado Temperatura HF Evolución temp. Tiempo fraguado Pérdida de As Resistencia

114 Control de Calidad Dosificación y mezclado Controlar indicación de sistemas de medición 114 Revisar desgaste / deterioro de elementos de mezclado Dosificación y mezclado Establecer tiempos de amasado mínimos Verificar uniformidad de los pastones Ensayos de homogeneidad

115 Control de Calidad Construcción de tramo de prueba Condición de la base Sistemas de control de la rasante: hilos guía Carriles de apoyo de la pavimentadora Ubicación de las juntas Canastos de pasadores, barras de unión y A H% de agregados y granulometría Equipos de transporte, colocación, compactación, terminación, texturizado y curado Operación de vibradores Dosificación y amasado de mezclas - Tasa de producción - Velocidad de carga de materiales - Tiempo de mezclado - Uniformidad de la mezcla Despacho del hormigón - Tiempos de traslado desde contacto cto-agua - Pérdida de As en el traslado - Demoras en el frente de trabajo - Cantidad de vehículos necesarios 115

116 Control de Calidad Construcción de tramo de prueba 116 Colocación del hormigón - Descarga - Segregación - Distribución del hormigón en el frente Muestreo y controles - Toma de muestras - Registros Compactación y terminación del hormigón - Aptitud de la mezcla - Cierre superficial Posición de pasadores: prof y alineación Verificación de espesor del pavimento Asentamiento de bordes Regularidad superficial Aparición de fisuras en coincidencia con aserrado Texturizado y curado

117 San Martín Piso C1004AAW Ciudad Autónoma de Buenos Aires Argentina Teléfono: (+54 11) / matias.polzinetti@icpa.org.ar C.A.B.A, 19 de Noviembre de 2014