Diseno de Mezclas de Hormigon

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  • 7/21/2019 Diseno de Mezclas de Hormigon

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    Construccin de Pavimentos Rgidos con Tecnologa de

    Alto Rendimiento

    Diseo de mezclas de HormignArq. Edgardo Souza

    D.N.V. Distrito N VI Jujuy S. Salvador de Jujuy 20 y 21 Marzo 2012

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    Temario

    Implicancias de la Pavimentacin con TAR

    Especificacin de resistencia Mtodo ICPA para el Diseo de mezclas

    Materiales Componentes

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    Tecnologa de Alto Rendimiento

    Implicancias: Produccin continua, y de grandes volmenes.

    Alto consumo de materiales.

    Se transporta en camiones volcadores.

    Encofrados Deslizantes

    Clave:Uniformidad en

    las Propiedades de la Mezcla

    y en la Velocidad de Colocacin.

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    Consumos estimados para producir125 m3/hora

    Cemento

    Agua

    Arena

    Piedra 6-20

    Piedra 20-38 Plastificante

    Incorporador

    350 t/da

    150 m3/da

    650 t/da

    550 t/da

    700 t/da 1400 kg/da

    140 kg/da

    350Kg

    150 l

    650 Kg

    550 Kg

    700 Kg 1,14 Kg

    0,114 Kg

    Componente Frmula

    Tipo

    Consumo

    da

    2000toneladasde ridos

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    Filosofa para asegurar la Calidad

    Para el logro de los objetivos se debe establecerun proceso controlado:

    El sistema debe permitir:

    Cumplir las especificaciones tcnicas Mantener en el tiempo la uniformidad de

    las propiedades y la calidad del pavimento.

    La experiencia indica claramente que esnecesario actuar en forma preventiva dado que

    la TAR no nos permite esperar 7 das para

    detectar tendencias

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    Propiedades deseables del H

    en estado endurecido

    Resistencia

    Economa

    Estabilidad

    DimensionalDurabilidad ?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 (fcm)

    Es la media aritmtica de los valores de

    ensayo RESISTENCIA CARACTERSTICA Es un valor estadstico; fck = fcm - 1,28 S

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    Especificacin de ResistenciaP.E.T.G. Ed. 98 D.N.V.

    A.I.4 FRMULA PARA LA MEZCLA

    d) La resistencia a la compresin ser tal que permita

    alcanzar la exigencia establecida en A.I.6 d) y la Resistencia media a

    la Rotura por Flexin correspondiente a la frmula de obra ser de

    45 kg/cm2 como mnimo, segn norma IRAM 1547 o la que se

    establezca en la especificacin particular.

    A.I.6 CARACTERSTICAS Y CALIDAD DEL HORMIGN

    d) Resistencia cilndrica de rotura a compresin a la edad de 28 das.

    El control de resistencia se realizar mediante el ensayo de

    testigos cilndricos extrados de la calzada terminada,

    acondicionados y ensayados segn la norma IRAM 1551.

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    Especificacin de ResistenciaP.E.T.G. Ed. 98 D.N.V. (II)

    A.I.6 CARACTERSTICAS Y CALIDAD DEL HORMIGN

    d) Resistencia cilndrica de rotura a compresin a la edad de 28 das.

    La resistencia a compresin del H, corregida por esbeltez,para cada testigo ser mayor o igual 315 kg/cm2 con la tolerancia

    indicada en A.I: 9.5.3

    A.I.9.5.3 RESISTENCIA DEL H de la CALZADA TERMINADA

    i) Para cada zona se debern cumplir las siguientes

    exigencias:

    La resistencia de los testigos a la compresin, corregida poresbeltez, ser mayor o igual a la resistencia en A.I.6, admitindose

    hasta un 10% de testigos por debajo de este valor (testigos

    defectuosos).

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    Resistencia de Diseo para la mezcla

    El PETG exige una resistencia media a Flexin y establece un

    valor mnimo en testigos aceptando un 10% de valores defectuosos

    por cada zona.

    Por otro lado, durante el diseo del pavimento se adopta unMdulo Resistente a la Flexin (MRF) a 28 das.

    La mezcla de hormign se disea a partir de una resistencia

    media a la compresin objetivo determinada en probetascilndricas.

    Asimismo, el control de produccin se realiza a travs del

    ensayo de probetas moldeadas.

    Necesitamos estimar en forma adecuada la resistencia mediacilndrica que cumpla los requisitos de flexin y garanticesuperar la mnima para los testigos calados.

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    Estimacin de la resistencia cilndrica dediseo a partir del MRF

    Segn la PCA:

    MRF = k (fcm) donde k medio es de:0,7 para canto rodadoy de 0,8 para piedra partida

    Podemos estimar entonces la resistencia dediseo a la compresin (fcm) para el hormign

    como sigue:

    fcm = ( MRF / k) 2

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    Estimacin de la resistencia cilndricade diseo: Ejemplo de clculo (MRF)

    Adoptando un k medio de 0,75 y 4,5 MPa obtendremos:

    fcm = (4,5 / 0,75)2

    = 36 MPaEn forma anloga, si se asume que:

    MRF 0,12 a 0,14 x fcm

    adoptando el valor medio 0,13; tendremos que:

    fcm = (4,5 / 0,13 ) = 34,6 MPa

    Ambos criterios son ms o menos coincidentes y se

    puede concluir que con una fcm de 36 MPa

    cumpliramos el requisito a flexin.

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    Resistencia media esperable sobre

    testigos calados del pavimentoLa compactacineficaz sumada a un

    eficiente mtodo decurado permitenalcanzar resistenciasefectivas elevadas en

    el hormign depavimento, pocomenores (hasta un10 %), y algunasveces hastacomparables a lasdeterminadas sobreprobetas moldeadas.

    R i t i di bl b

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    14Resistencia media esperable sobretestigos calados del pavimento

    250

    300

    350

    400

    450

    500

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

    Fecha de colocacin

    Resis

    tenciaacompr

    esin28das[kg/cm

    2] testigos

    probetas

    Testigos Probetas Relacinmedia 356 382 Test / prob

    desvio 27,2 27,1 0,93

    C.V. 0,08 0,07

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    Estimacin de la resistencia cilndricade diseo: Ejemplo de clculo (Testigos)

    Adems del MRF, por otro lado debemos cumplir:

    fmn test = 315 kg/cm2

    31 MPa

    Si estimamos que:

    f test 0,90 fcm (probetas)Obtenemos una resistencia media objetivo en probetas:

    fcm = 39 MPa

    Con un riesgo del 10% y un C.V. de 0,10; tendremos:

    (universo) fcm test = 31 + 1,28 x 3,1

    (por zona) fcm test = 31 + 1,319x 3,1

    35 MPa

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    Resistencia cilndrica media adoptada

    Tomamos el mayor de ambos valores, es decir 39 MPa. Se debe tener en cuenta que en produccin sera esperable

    obtener valores algo menores respecto de los constatados en la

    etapa de diseo en laboratorio, por otro lado la dispersin de

    resultados ser algo mayor.

    Con un control de Calidad adecuado, es razonable establecer

    sta prdida de resistencia entre 5 y 10%. Por lo cual

    deberemos mayorar nuestra media objetivo en el diseo de lamezcla, como sigue:

    fcm (lab) = fcm (prod) / 1,075 = 42 MPa

    Se adopta entonces una media objetivo para la etapa de

    diseo en laboratorio de 42 MPa.

    Siendo esperable tener en produccin unos 39 MPa.

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    Resistencia de diseo:

    De acuerdo al presente anlisis se encuentra que sera

    necesario tener:

    Probetas en laboratorio: fcm = 42 MpaProbetas en produccin: fcm = 39 Mpa

    Con ello se cumplira satisfactoriamente:

    fmn test = 315 kg/cm2 - PETG DNV Ed. 1998

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

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

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    Cemento

    Agua

    Agregado

    fino

    Agregado

    grueso

    Aditivos

    Pasta

    Mortero

    Hormign

    Materiales componentes del hormign

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    Cemento

    Se encuentra en vigencia la norma IRAM 50002

    Cemento para hormign de uso vial, aplicable con

    tecnologa de alto rendimiento (TAR).

    Junto con las IRAM 50000, 50001 contemplan todos

    los tipos de cementos que se producen en el pas.

    Es un producto industrial normalizado y controlado,

    con calidad uniforme.

    Se debe contar con los protocolos de calidad, paraevaluar su uniformidad.

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    IRAM 50002

    Esta Norma Establece:

    los componentes de los cementos para uso vial aplicable

    con TAR basados en clnker de cemento Prtland y las

    proporciones en que deben combinarse para producir unaserie de tipos y clases de cemento.

    limita el contenido de adiciones a un mximo del 20%.

    las exigencias mecnicas, fsicas y qumicas que deben

    cumplimentar los cementos.

    establece la evaluacin de la conformidad y las

    condiciones de recepcin.

    Desde la Industria del Cemento se impuls la normalizacinde Cementos de Uso Vial, atendiendo a pedidos de la CAC y

    a las prestaciones especiales de esta aplicacin.

    21C t

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    21Cementos:Evaluacin de la Conformidad

    Todos los cementos que se comercializan en el pas estn

    normalizados.

    La norma exige la certificacin de conformidad de cadaproducto 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 certificacin efecta inspecciones a las

    fbricas. Toma muestras para ensayos de verificacin para

    acreditar la calidad del cemento y de los ensayos de contraste

    y de autocontrol que realiza el fabricante

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    Agregados

    Por su naturaleza son los que ms variacinpresentan.

    Ocupan el 65 al 75 % del volumen del hormign.

    Tienen fuerte impacto en:

    Demanda de agua

    Trabajabilidad Mdulo de elasticidad

    Estabilidad dimensional

    Durabilidad

    Coef. de Expansin Trmica

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    Agregados: Recomendaciones

    La limitacin ms severa est dada por la uniformidadde los agregados durante toda la etapa de produccindel hormign de calzada

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

    No es conveniente el empleo de tamaos mximossuperiores a los 38 mm (37,5 mm)

    No es esencial encuadrarse dentro de los lmites de la

    IRAM 1627

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

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    Ti d d l

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    Tipos de agregado a emplear

    Canto Rodado(natural otriturado)

    Evaluar CET

    PiedraPartida

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    Agregados: Manejo de Acopios

    Evaluacin de aptitud de distintas fuentes de produccin.

    (tener una alternativa de contingencia)

    Considerar el Ritmo de Produccin.

    Inspeccin de las canteras.

    Verificacin visual de cada partida.

    Acopiar en forma controlada y ordenada.

    Tomar muestras representativas para caracterizacin y

    seguimiento.

    Evitar la contaminacin de los agregados acopindolos sobreun piso de apoyo lo suficientemente firme y bien drenado, de

    modo de permitir la correcta operacin de las palas cargadoras, y

    de evitar el ingreso de suelo a la mezcla de hormign.

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    Acopios

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    Elementos e traos en los acopios

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    Elementos extraos en los acopios

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    Aditivos

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    Aditivos

    reductores de agua

    incorporadores de aire

    retardadores defraguado

    convencionales

    (por razones detrabajabilidad y/o

    durabilidad)

    (tiempo caluroso)

    No es conveniente el empleo de aditivos multipropsito o duales, para disponer de unaadecuada flexibilidad en el manejo del hormign

    Son productos industriales (norma IRAM 1663). Se agregan

    en pequea cantidad, deben medirse con precisin.

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    Aditi R d i G l

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    Aditivos: Recomendaciones Generales

    Se necesitarn tantos vasos dosificadores como tipos de aditivos -

    NUNCA MEZCLAR ADITIVOS ANTES DEL INGRESO EN

    LA HORMIGONERA

    La experiencia indica que no se recomiendan aditivossuperfluidificantes.

    Es conveniente identificar en forma inequvoca 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 est recomendado enprcticamente todos los casos. Un contenido de 3 - 4 % de aire

    suele ser suficiente, pero debe controlarse en obra para prevenir

    reduccin de resistencia.

    30

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    Proceso de diseo de la mezcla

    Datos de la obra (fcm, As., T.M., tipo de transp.,etc.)

    Caracterizacin de los materiales componentes Aplicacin de un mtodo racional para el diseo

    de mezclas (Mtodo ICPA)

    Verificacin y ajuste en pastones de prueba(laboratorio)

    Ajuste en escala de obra

    Implementacin de Control de Calidad para verificar el

    cumplimiento de los supuestos durante el diseo.

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    Mtodo ICPA para Diseo de Me clas

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    Grfico mezclas

    baco 1

    baco 2

    Planilla

    Seleccin de la resistencia de diseo

    Eleccin del asentamiento objetivo

    Eleccin del Cemento a emplear

    Contemplar la incorporacin de aire

    Distribucin granulomtrica de los agregados:

    Seleccionar curva apropiada

    Clculo del mdulo de finura Estimacin de la cantidad de agua necesaria

    Seleccin de la relacin agua cemento

    Clculo del contenido unitario de cemento (CUC) Determinacin de las cantidades de agregados por diferencia a 1000

    litros de los volmenes de agua, cemento , y aire.

    Proporcionamiento de los agregados segn la curva adoptada.

    Mtodo ICPA para Diseo de Mezclas

    Mezclas ejemplo

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    Agregados: Integracin de mezclas

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    Agregados: Integracin de mezclas

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    Tamiz IRAM

    %Pa

    sa

    14 TI SI Fuller IRAM A IRAM BIRAM 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

    12,5 25 50 63

    33Abaco 1: Demanda de agua del hormign en funcin del

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    Vlido 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%)

    g gasentamiento 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

    andadeagua[l/m3]

    MF

    3,0

    3,5

    4,0

    4,5

    5,0

    5,5

    6,0

    6,5

    34Abaco 2: Resistencia del hormign en funcin de la relacin a/c

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    para distintas categoras de cemento

    Vlido 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

    Relacin agua/cemento

    Resistencia

    delhormign

    a28das[MP

    a]

    CP 30 CP 40 CP 50

    35Frmula de Obra

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    ComponentePeso 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 Trituracin 2,70 0,120

    Piedra Partida 6-20 2,76 0,350

    Piedra Partida 10-30 2,74 0,280Plastificante 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

    ComponentePeso 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 Trituracin 2,70 85 0,120Piedra 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

    Incorporador de aire 0,03% 0,105 1,02 0,10

    Aire3,5%

    n/c n/c 35Total 0,41 1000

    36Frmula de Obra (II)

  • 7/21/2019 Diseno de Mezclas de Hormigon

    36/40

    INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

    ComponentePeso 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 Trituracin 229 2,70 85 0,120

    Piedra Partida 6-20 684 2,76 248 0,350

    Piedra Partida 10-30 543 2,74 198 0,280Plastificante 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

    ComponentePeso 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 Trituracin 229 2,70 85 230 242 0,120Piedra 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

    Incorporador de aire 0,03% 0,105 1,02 0,10 0,11 0,11

    Aire3,5%

    n/c n/c 35 n/c n/cTotal 0,41 1000 2426

    37

    Verificacin de la Frmula

  • 7/21/2019 Diseno de Mezclas de Hormigon

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    INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

    Verificacin de la Frmula

    Todo mtodo racional entrega una dosificacin terica.

    La misma deber verificarse y eventualmente ajustarse en

    pastones de prueba en escala de laboratorio.

    Independientemente de la especificacin se debe trazar la curva

    de evolucin de resistencia para nuestro conjunto de materiales.

    La dosificacin se someter a consideracin de la Inspeccincon la debida anticipacin.

    Un Diseo de Mezcla ser EXITOSO si se cumplen lascondiciones de trabajabilidad, los requisitos de resistencia,

    y la mezcla es econmica.

    38

    Evolucin de la Resistencia

  • 7/21/2019 Diseno de Mezclas de Hormigon

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    INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

    Evolucin de la Resistencia

    Evolucin de la resistencia del H en el tiempo (curado hmedo)

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    140

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

    Edad [das]

    Resistenciaa

    lacompresin[%]

    Cemento A

    Cemento B

    39

    Control de Produccin: Metodologa

  • 7/21/2019 Diseno de Mezclas de Hormigon

    39/40

    INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

    Control de Produccin: Metodologa

    Se debe apuntar a un control preventivo, como herramienta

    rpida para la toma de decisiones, dado que la TAR no nos

    permite esperar 7 das para detectar los cambios.

    Establecer un control intensivo sobre la calidad y

    uniformidad de los componentes.Verificar frecuentemente los procedimientos de dosaje,

    medicin y mezclado en la planta de H.

    Materiales de calidad satisfactoria y uniforme, medidos

    con precisin, en las proporciones adecuadas, producirn

    hormigones de buena calidad

    Objetivo: Verificar los supuestos en la Etapa de diseo, y

    cumplimentar las exigencias del PET.

    40

  • 7/21/2019 Diseno de Mezclas de Hormigon

    40/40

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    MUCHAS GRACIAS!!!Arq. Edgardo Souza

    [email protected]

    www.icpa.com.ar