Alto Rendimiento
Diseño de mezclas de Hormigón
Temario
• Implicancias de la Pavimentación con TAR
• Especificación de resistencia
• Método ICPA para el Diseño de mezclas
• Materiales Componentes
Tecnología de Alto Rendimiento
Implicancias:
• Producción continua, y de grandes volúmenes.
• Alto consumo de materiales.
• Se transporta en camiones volcadores.
• Encofrados Deslizantes
Clave:
Uniformidad en
Consumos estimados para producir
125 m
3
/hora
Cemento Agua Arena Piedra 6-20 Piedra 20-38 Plastificante Incorporador 350 t/día 150 m3/día 650 t/día 550 t/día 700 t/día 1400 kg/día 140 kg/día 350Kg 150 l 650 Kg 550 Kg 700 Kg 1,14 Kg 0,114 Kg Componente Fórmula Tipo Consumo día2000
toneladas
de áridos
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
Propiedades deseables del Hº
en estado endurecido
Resistencia
Economía
Estabilidad
Dimensional
Durabilidad ?
Durabilidad ?
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
Especificación de Resistencia
P.E.T.G. Ed. ´98 D.N.V.
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/cm2 como mínimo, según norma IRAM 1547 o la que se
establezca en la especificación particular.
A.I.6 CARACTERÍSTICAS Y CALIDAD DEL HORMIGÓN d) Resistencia cilíndrica de rotura a compresión a la edad de 28 días.
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.
Especificación de Resistencia
P.E.T.G. Ed. ´98 D.N.V. (II)
A.I.6 CARACTERÍSTICAS Y CALIDAD DEL HORMIGÓN d) Resistencia cilíndrica de rotura a compresión a la edad de 28 días.
La resistencia a compresión del Hº, corregida por esbeltez, para cada testigo será mayor o igual 315 kg/cm2 con la tolerancia
indicada en A.I: 9.5.3
A.I.9.5.3 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).
Resistencia de Diseño para la mezcla
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 Módulo Resistente a la Flexión (MRF) a 28 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.
Estimación de la resistencia cilíndrica de
diseño a partir del MRF
Según la PCA:
MRF = k (f’
cm)
½donde 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:
Estimación de la resistencia cilíndrica
de diseño:
Ejemplo de cálculo (MRF)
Adoptando un k medio de 0,75 y 4,5 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.
Resistencia media esperable sobre
testigos calados del pavimento
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.
Resistencia media esperable sobre
testigos calados del pavimento
250 300 350 400 450
01-Ene 15-Ene 29-Ene 12-Feb 26-Feb
Fecha de colocación R e s is te n c ia a c o m p re s ió n 2 8 d ía s [ k g /c m 2 ] testigos probetas
Testigos Probetas Relación media 356 382 Test / prob
desvio 27,2 27,1 0,93
Estimación de la resistencia cilíndrica
de diseño:
Ejemplo de cálculo (Testigos)
Además del MRF, por otro lado debemos cumplir:
f’mín test = 315 kg/cm
2≈≈≈≈
31 MPa
Si estimamos que:
f test
≈≈≈≈
0,90 f´cm (probetas)
Obtenemos una resistencia media objetivo en probetas:
f’cm = 39 MPa
Con un riesgo del 10% y un C.V. de 0,10; tendremos:
(universo) f´cm test = 31 + 1,28 x 3,1
Resistencia cilíndrica media adoptada
• 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.
Resistencia de diseño:
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. 1998
Con se cumpliría con cierta holgura
(p/ agreg. Triturados):
Cemento
Agua
Agregado
fino
Agregado
grueso
Aditivos
Pasta
Mortero
Hormigón
Cemento
Se encuentra en vigencia la norma
IRAM 50002
“Cemento para hormigón de uso vial
, aplicable con
tecnología de alto rendimiento (TAR)”.
Junto con las
IRAM 50000, 50001
contemplan todos
los tipos de cementos que se producen en el país.
Es un producto industrial normalizado y controlado,
con
calidad uniforme.
Se debe contar con los
protocolos de calidad
, para
evaluar su uniformidad.
IRAM 50002
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.
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.
Cementos:
Evaluación de la Conformidad
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
Agregados
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
Disposición CIRSOC 201 05 para el empleo de agregados potencialmente reactivos http://www.inti.gob.ar/cirsoc/201.htm
Agregados: Recomendaciones
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 a los 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)
Tipos de agregado a emplear
Canto Rodado (natural o triturado) Evaluar CET Piedra PartidaAgregados: Manejo de Acopios
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.
Aditivos
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
Son productos industriales (norma IRAM 1663). Se agregan
en pequeña cantidad, deben medirse con precisión.
Aditivos: Recomendaciones Generales
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.
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.
Gráfico mezclas
Ábaco 1 Ábaco 2
Planilla Selección de la resistencia de diseño
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)
Determinación de las cantidades de agregados por diferencia a 1000 litros de los volúmenes de agua, cemento , y aire.
Método ICPA para Diseño de Mezclas
Agregados: Integración de mezclas
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Tamiz IRAM % P a s a14 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
0,150 0,300 0,600 1,18 2,36 4,75 9,5 19,0 37,5
Válido para Canto Rodado, para agregados triturados incrementar la demanda 5-10 % Con Aditivo plastificante, reducir 5-7 % del agua
Abaco 1:
Demanda de agua del hormigón en función del
asentamiento y el MF del agregado total
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Asentamiento [cm] D e m a n d a d e a g u a [ l/ m 3 ] MF 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
Abaco 2:
Resistencia del hormigón en función de la relación a/c
para distintas categorías de cemento
Válido para Canto Rodado; con Piedra Partida, las resistencias aumentan un 20 %.
0 10 20 30 40 50 60 70 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Relación agua/cemento R e s is te n c ia d e l h o rm ig ó n a 2 8 d ía s [ M P a ] CP 30 CP 40 CP 50
Fórmula de Obra
Componente Peso seco [kg/m3] Densidad [kg/dm3] Vol Solido [kg/m3] Peso SSS [kg/m3] Peso humedo [kg/m3] Vol. Agreg [dm3] Cemento 350 3,15 111 708 Agua 145 1,00 145 % en vol.
Arena Fina natural 2,64 0,250
Arena de Trituración 2,70 0,120 Piedra Partida 6-20 2,76 0,350 Piedra Partida 10-30 2,74 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 0,41 292
Componente Peso seco [kg/m3] Densidad [kg/dm3] Vol Solido [kg/m3] Peso SSS [kg/m3] Peso humedo [kg/m3] Vol. Agreg [dm3] Cemento 350 3,15 111 708 Agua 145 1,00 145 % en vol.
Arena Fina natural 2,64 177 0,250
Arena de Trituración 2,70 85 0,120
Piedra Partida 6-20 2,76 248 0,350
Piedra Partida 10-30 2,74 198 0,280
Plastificante 0,4% 1,4 1,15 1,22 1,000
Fórmula de Obra (II)
Componente Peso seco [kg/m3] Densidad [kg/dm3] Vol Solido [kg/m3] Peso SSS [kg/m3] Peso humedo [kg/m3] Vol. Agreg [dm3] Cemento 350 3,15 111 708 Agua 145 1,00 145 % en vol.
Arena Fina natural 467 2,64 177 0,250
Arena de Trituración 229 2,70 85 0,120 Piedra Partida 6-20 684 2,76 248 0,350 Piedra Partida 10-30 543 2,74 198 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 0,41 1000
Componente Peso seco [kg/m3] Densidad [kg/dm3] Vol Solido [kg/m3] Peso SSS [kg/m3] Peso humedo [kg/m3] Vol. Agreg [dm3] Cemento 350 3,15 111 350 350 708 Agua 145 1,00 145 145 122 % en vol.
Arena Fina natural 467 2,64 177 470 480 0,250
Arena de Trituración 229 2,70 85 230 242 0,120
Piedra Partida 6-20 684 2,76 248 685 686 0,350
Piedra Partida 10-30 543 2,74 198 544 544 0,280
Plastificante 0,4% 1,4 1,15 1,22 1,40 1,40 1,000
Verificación de la Fórmula
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.
Control de Producción: Metodología
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 mezclado en la planta de Hº.
Materiales de calidad satisfactoria y uniforme, medidos
con precisión, en las proporciones adecuadas, producirán
hormigones de buena calidad
Objetivo:
Verificar los supuestos en la Etapa de diseño, y
Evolución de la Resistencia
Evolución de la resistencia del Hº en el tiempo (curado húmedo)
0 20 40 60 80 100 120 140 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Edad [días] R e s is te n c ia a l a c o m p re s ió n [ % ] Cemento A Cemento B
