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Construcción de Pavimentos Rígidos con Tecnología de

Alto Rendimiento

Diseño de mezclas de HormigónArq. Edgardo Souza

D.N.V. Distrito Nº VI – Jujuy S. Salvador de Jujuy 20 y 21 Marzo 2012

INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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Temario

• Implicancias de la Pavimentación con TAR

• Especificación de resistencia

• Método ICPA para el Diseño de mezclas

• Materiales Componentes


3

Tecnología de Alto RendimientoImplicancias:

• Producción continua, y de grandes volúmenes.

• Alto consumo de materiales.

• Se transporta en camiones volcadores.

• Encofrados Deslizantes

Clave: Uniformidad enlas Propiedades de la Mezcla

y en la Velocidad de Colocación.


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Consumos estimados para producir125 m3/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

día

2000 toneladas de áridos


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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


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Propiedades deseables del Hºen estado endurecido

Resistencia

Economía

Estabilidad Dimensional

Durabilidad ?Durabilidad ?


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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 (fćm)– Es la media aritmética de los valores de

ensayo• RESISTENCIA CARACTERÍSTICA

– Es un valor estadístico; fćk = fćm - 1,28 S


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Especificación de ResistenciaP.E.T.G. Ed. ´98 D.N.V.

A.I.4 FÓRMULA PARA LA MEZCLA

d) La resistencia a la compresión será tal que permitaalcanzar la exigencia establecida en A.I.6 d) y laResistencia media ala Rotura por Flexióncorrespondiente a la fórmula de obra será de45 kg/cm2 como mínimo, según norma IRAM1547 o la que seestablezca 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 detestigos cilíndricos extraídos de la calzada terminada,acondicionados y ensayados según la norma IRAM1551.


9Especificación de ResistenciaP.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 compresióndel Hº, corregida por esbeltez,para cada testigoserá mayor o igual 315 kg/cm2 con la toleranciaindicada 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 siguientesexigencias:

La resistencia de los testigos a la compresión, corregida poresbeltez, será mayor o igual a la resistencia en A.I.6,admitiéndosehasta un 10% de testigos por debajo de este valor (testigosdefectuosos).


10

Resistencia de Diseño para la mezcla

�El PETG exige una resistencia media a Flexióny estableceunvalor mínimo en testigosaceptando un 10% de valores defectuosospor cada zona.

�Por otro lado, durante el diseño del pavimento se adopta unMódulo Resistente a la Flexión (MRF) a 28 días.

�La mezcla de hormigón se diseña a partir de unaresistenciamedia a la compresión objetivodeterminada en probetascilíndricas.

�Asimismo, el control de producción se realiza a través delensayo de probetas moldeadas.

�Necesitamos estimar en forma adecuada la resistencia mediacilíndrica que cumpla los requisitos de flexión y garanticesuperar la mínima para los testigos calados.


11

Estimación de la resistencia cilíndrica de diseño a partir del MRF

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


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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 fćm

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 sepuede concluir que con una fćmde 36 MPacumpliríamos el requisito a flexión.


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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.


14Resistencia media esperable sobre testigos calados del pavimento

250

300

350

400

450

500

01-Ene 15-Ene 29-Ene 12-Feb 26-Feb

Fecha de colocación

Res

iste

ncia

a c

ompr

esió

n 28

día

s [k

g/cm

2 ] testigos

probetas

Testigos Probetas Relaciónmedia 356 382 Test / prob

desvio 27,2 27,1 0,93

C.V. 0,08 0,07


15

Estimación de la resistencia cilíndrica de diseño: Ejemplo de cálculo (Testigos)

Además del MRF, por otro lado debemos cumplir:

f’mín test = 315 kg/cm2 ≈≈≈≈ 31 MPa

Si estimamos que:

f test ≈≈≈≈ 0,90 fćm (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) fćm test = 31 + 1,28 x 3,1

(por zona) fćm test = 31 + 1,319x 3,1 ≈≈≈≈ 35 MPa


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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.

Siendo esperable tener en producción unos 39 MPa.


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Resistencia de diseño:

De acuerdo al presente análisis se encuentra que sería necesario tener:

Probetas en laboratorio: fćm = 42 Mpa

Probetas en producción: fćm = 39 Mpa

Con ello se cumpliría satisfactoriamente:

f´mín test = 315 kg/cm2 - PETG DNV Ed. 1998

Con se cumpliría con cierta holgura (p/ agreg. Triturados):

MRF media = 45 kg/cm2 PETG DNV Ed. 1998


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Cemento

Agua

Agregadofino

Agregadogrueso

Aditivos

Pasta

Mortero

Hormigón

Materiales componentes del hormigón


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Cemento

�Se encuentra en vigencia la normaIRAM 50002“Cemento para hormigón de uso vial, aplicable contecnología de alto rendimiento (TAR)”.

�Junto con lasIRAM 50000, 50001contemplan todoslos tipos de cementos que se producen en el país.

�Es un producto industrial normalizado y controlado,concalidad uniforme.

�Se debe contar con losprotocolos de calidad, paraevaluar su uniformidad.


20

IRAM 50002

Esta Norma Establece:

� los componentesde los cementos para uso vial aplicablecon TAR basados en clínker de cemento Pórtland y lasproporciones en que deben combinarse para producir unaserie de tipos y clases de cemento.

� limita el contenido de adiciones a un máximo del 20%.

� las exigenciasmecánicas, físicas y químicas que debencumplimentar los cementos.

� establece la evaluación de la conformidady lascondiciones 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.


21Cementos:Evaluación de la Conformidad

� Todos los cementosque se comercializan en el paísestánnormalizados.

� La norma exige la certificación de conformidadde cadaproducto otorgada por tercera parte. Rol que cumple elINTI

� El fabricante cuenta con unsistema de calidadque asegura laconfiabilidad de los procesos

� Posee uncontrol continuo del procesocon ensayos deautocontrol verificando todos los requisitos de la norma.

� El organismo de certificación efectúa inspecciones a lasfábricas. Toma muestras para ensayos de verificación paraacreditar la calidad del cementoy de los ensayos de contrastey de autocontrol que realiza el fabricante


22

Agregados

�Por su naturaleza son los que más variaciónpresentan.

�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


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Agregados: Recomendaciones

�La limitación más severa está dada por la uniformidadde los agregados durante toda la etapa de produccióndel hormigón de calzada

�Contar con dos fracciones de grueso, y es convenienteque al menos una esté constituido por partículas quetengan al menos dos caras rugosas o trituradas.

�No es conveniente el empleo de tamaños máximossuperiores a los 38 mm(37,5 mm)

�No es esencial encuadrarse dentro de los límites de laIRAM 1627

�Evaluar la durabilidad con suficiente anticipación(RAS, etilenglicol, Congelamiento y Deshielo, etc)


24

Tipos de agregado a emplear

Canto Rodado

(natural o triturado)

Evaluar CET

Piedra Partida


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Agregados: 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.


26

Acopios


27

Elementos extraños en los acopios


28

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 aditivosmultipropósito o duales, para disponer de unaadecuada flexibilidad en el manejo del hormigón

Son productos industriales (norma IRAM 1663). Se agregan en pequeña cantidad, deben medirse con precisión.


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Aditivos: Recomendaciones Generales

�Se necesitarán tantos vasos dosificadores como tipos de aditivos -NUNCA MEZCLAR ADITIVOS ANTES DEL INGRESO ENLA HORMIGONERA

�La experiencia indica queno se recomiendan aditivossuperfluidificantes.

�Es conveniente identificar en forma inequívoca los recipientes quecorresponden a aditivos de distinto tipo, deben estar acopiadosprotegidos del sol.

� Las dosis deben evaluarse en forma experimental, en condicionesde obra.

� El uso de aditivoincorporador de aire está recomendadoenprácticamente todos los casos. Un contenido de 3 - 4 % de airesuele ser suficiente, pero debe controlarse en obra para prevenirreducción de resistencia.


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Proceso de diseño de la mezcla

• Datos de la obra (fćm, 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

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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 1000litros de los volúmenes de agua, cemento , y aire.

� Proporcionamiento de los agregados según la curva adoptada.

Método ICPA para Diseño de Mezclas

Mezclas ejemplo


32

Agregados: Integración de mezclas

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Tamiz IRAM

% P

asa

14 TI SI Fuller IRAM A IRAM BIRAM C RN 127 RP 39 R 9 RoggR 9 Dyc R 6 T I R 6 T II R 6 TVIR 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 12,5 25 50 63


33

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%)

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]

Dem

anda

de

agua

[l/m

3 ]

MF

3,0

3,5

4,0

4,5

5,05,56,06,5


34Abaco 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 %.El aire incorporado (A%) reduce las resistencias en 5 % por cada (A%-1%)

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

Res

iste

ncia

del

hor

mig

ón a

28

días

[MP

a] CP 30 CP 40 CP 50


35Fórmula de ObraComponente

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 3,15 111 708Agua 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 1,000Incorporador de aire 0,03% 0,105 1,02 0,10

Aire 3,5% n/c n/c 35

Total 0,41 292

ComponentePeso seco

[kg/m 3]Densidad [kg/dm 3]

Vol Solido [kg/m 3]

Peso SSS [kg/m 3]


Vol. Agreg [dm 3]

Cemento 350 3,15 111 708Agua 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



Total 0,41 1000


36Fórmula de Obra (II)Componente

Peso seco [kg/m 3]

Densidad [kg/dm 3]

Vol Solido [kg/m 3]

Peso SSS [kg/m 3]


Vol. Agreg [dm 3]

Cemento 350 3,15 111 708Agua 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



Total 0,41 1000

ComponentePeso seco

[kg/m 3]Densidad [kg/dm 3]

Vol Solido [kg/m 3]

Peso SSS [kg/m 3]


Vol. Agreg [dm 3]

Cemento 350 3,15 111 350 350 708Agua 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 1,000Incorporador de aire 0,03% 0,105 1,02 0,10 0,11 0,11Aire 3,5% n/c n/c 35 n/c n/c

Total 0,41 1000 2426


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Verificación de la Fórmula

� Todo método racional entrega una dosificación teórica.

� La misma deberá verificarse y eventualmente ajustarse enpastones de prueba en escala de laboratorio.

� Independientemente de la especificación se debe trazar la curvade evolución de resistencia para nuestro conjunto de materiales.

� La dosificación se someterá a consideración de la Inspeccióncon la debida anticipación.

Un Diseño de Mezcla será EXITOSOsi se cumplen lascondiciones de trabajabilidad, los requisitos de resistencia,y la mezcla es económica.


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Evolución de la Resistencia

Evolución de la resistencia del Hº en el tiempo (cu rado húmedo)

0

20

40

60

80

100

120

140

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Edad [días]

Res

iste

ncia

a la

com

pres

ión

[%]

Cemento A

Cemento B


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Control de Producción: Metodología

�Se debe apuntar a un control preventivo, como herramientarápida para la toma de decisiones, dado que la TAR no nospermite esperar 7 días para detectar los cambios.

�Establecer un control intensivo sobre la calidad yuniformidad 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, ycumplimentar las exigencias del PET.


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MUCHAS GRACIAS!!!Arq. Edgardo [email protected]

www.icpa.com.ar

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