Diseño de Mezclas de Hormigón Método ICPA. Arq. Edgardo Souza Coordinador Departamento Tecnología

Transcripción

1 Diseño de Mezclas de Hormigón Método ICPA Arq. Edgardo Souza Coordinador Departamento Tecnología Buenos Aires, 16 y 17 de Octubre de

2 Temario 2 Introducción Requisitos de la Mezcla Proceso de diseño Método ICPA para el Diseño de Mezclas

3 3 Diseño Racional de Mezclas de Hormigón Método ICPA

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

5 Métodos de Diseño: Introducción El diseño de una mezcla es un proceso que consiste en tres pasos interrelacionados: Selección de los constituyentes del hormigón Determinación de sus cantidades relativas para producir, lo más económicamente posible, un hormigón de las características apropiadas, tanto en estado fresco como endurecido Ajuste de las cantidades estimadas mediante su ensayo en pastones de prueba. Aunque muchas de las propiedades del hormigón son importantes, la mayoría de los métodos están dirigidos a obtener cierta resistencia a la compresión y una determinada consistencia 5

6 6 Requisitos de una Mezcla de Hormigón Un diseño de mezcla será satisfactorio si se cumple simultáneamente: Trabajabilidad apropiada Resistencia adecuada Economía En general, la mezcla más económica será aquella con menor contenido de cemento sin sacrificar la calidad del hormigón. Entonces, si asociamos la calidad a la relación agua/cemento, es evidente que debemos reducir la demanda de agua de la mezcla, manteniendo la calidad.

7 Trabajabilidad 7 El hormigón debe reunir la trabajabilidad, la resistencia mecánica, y la durabilidad adecuadas. Un Hº de clase resistente adecuada pero con trabajabilidad deficiente puede generar pérdidas importantes en la resistencia y la durabilidad del pavimento.

8 8 Resistencia Por ser un material estructural, la resistencia debe cumplir los requisitos establecidos en el Pliego y en la etapa previa de diseño. En general se especifica una resistencia característica. La resistencia media debe ser mayor que la resistencia especificada para contemplar la variabilidad inherente a la producción del hormigón. Esta diferencia será menor cuando se reduce la variabilidad mediante un Control de Calidad apropiado.

9 9 Definiciones de Resistencia 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

10 Evolución de la Resistencia Evolución de la resistencia del Hº en el tiempo (curado húmedo) 140 Resistencia a la compresión [%] Cemento A Cemento B Edad [días]

11 11 Resistencia a la compresión a adoptar 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

12 12 Economía Adoptar el menor asentamiento (mezcla más seca) que permita, transportar, colocar y compactar el hormigón con los medios disponibles. Elegir el mayor tamaño máximo del agregado, siempre que sea compatible con el tamaño del elemento, y limitándolo a 37,5 mm. Optimizar la relación entre agregados finos y gruesos. Evaluar el costo relativo entre las distintas fracciones. Emplear aditivos. La reducción en el contenido unitario de cemento tiene otras ventajas adicionales, como una menor contracción y menor generación de calor.

13 13 Proceso de diseño de la mezcla 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.

14 Caracterización de Materiales 14 Componentes Cemento Portland Para obras comunes, cualquier tipo de cemento de uso general (IRAM ) resultará adecuado. Cuando esté especificado cumplir una propiedad especial, se debe emplear un cemento IRAM que la satisfaga. Un parámetro a considerar en los cementos Portland de uso general es su caracterización por resistencia. Si bien no existe una relación biunívoca entre la resistencia del cemento y la resistencia de los hormigones elaborados con el mismo, puede decirse que hay cierta vinculación, tal como se representa en el Abaco.

15 Caracterización de Materiales 15 Componentes Agregados Los agregados finos y gruesos deban cumplir las especificaciones de las normas IRAM 1512 y 1531 respectivamente. Se debe tener en cuenta que no sólo es importante la calidad de los mismos sino su uniformidad en el tiempo, así como la representatividad de las muestras empleadas. Además de su aptitud se debe conocer los parámetros requeridos por el método racional que se emplee, por ejemplo como las absorciones y densidades relativas. Para el método ICPA sólo se requieren la granulometría, la densidad y la absorción de cada fracción de agregado que se emplee.

16 Caracterización de Materiales Componentes 16 Aditivos Sólo se emplearán si se pueden medir con precisión. El método contempla el uso de básicamente, los incorporadores de aire y los reductores de agua o fluidificantes (plastificantes). La cantidad de aire que depende, entre otros factores, de la dosis de aditivo, la cantidad de cemento, el módulo de finura de la arena, el contenido de polvo de los agregados y la consistencia de la mezcla. Existe un efecto secundario de reducción en la cantidad de agua de mezclado, pero también de disminución de la resistencia. El uso de reductores de agua permite distintas alternativas: disminución de la relación agua/cemento, aumento de la fluidez o una reducción en el contenido de cemento.

17 Limitaciones del Método El método ICPA es útil para el diseño de mezclas consideradas convencionales y no puede emplearse para el diseño de hormigones livianos. Permite asegurar la durabilidad bajo las condiciones de exposición del hormigón más comunes, respetando las reglas del arte referidas al mezclado, transporte, colocación, compactación y curado. Como en otros métodos, se deben conocer las propiedades o características de los materiales componentes, así como las condiciones particulares de la obra y el equipamiento disponible. Las relaciones causa/efecto entre las propiedades de los componentes y las características del hormigón son muy complejas para considerarlas a todas en un mismo modelo; por ello, éste selecciona las más relevantes y establece pautas adicionales que contemplan estos posibles cambios. Siempre se deben verificar los supuestos en pastones de prueba. 17

18 Método ICPA para Diseño de Mezclas Selección de la resistencia de diseño 18 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 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

19 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

20 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] 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%) MF 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 20

21 Abaco 2: 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 21 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%)

22 Fórmula de Obra 22 Componente Peso seco Densidad [kg/dm 3 ] Vol Solido Peso SSS Peso humedo 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 Densidad [kg/dm 3 ] Vol Solido Peso SSS Peso humedo 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,

23 Fórmula de Obra (II) 23 Componente Peso seco Densidad [kg/dm 3 ] Vol Solido Peso SSS Peso humedo 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 Densidad [kg/dm 3 ] Vol Solido Peso SSS Peso humedo 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,

24 Verificación de la Fórmula 24 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.

25 Control de Producción: Metodología 25 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. Establecer un control intensivo sobre la calidad y uniformidad de los 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

26 26 MUCHAS GRACIAS!!! Arq. Edgardo Souza