diseño de mezclas y control de calidad del hormigon

Construcción de Pavimentos Rígidos con Tecnología de Alto Rendimiento

Diseño, evaluación y control de producciónde mezclas de Hormigón

Córdoba 20 de Noviembre de 2008

INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

Tecnología de Alto RendimientoImplicancias:

• Producción continua, y de grandes volúmenes.

• Alto consumo de materiales.

• Se transporta en camiones volcadores.

Se deben mantener uniformes las propiedades de la mezcla y la colocación

debe ser a velocidad constante.


Consumos estimados para producir100 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 FórmulaTipo

Consumodía


Propiedades deseables del Hº

En Estado Fresco:

• Trabajabilidad

• Tiempo de fraguado

• Cohesión

• Exudación

En Estado Endurecido:

• Resistencia

• Estabilidad dimensional

• Durabilidad

• Economía


Filosofía del Control de Calidad

• El camino para el logro de los objetivos involucra un proceso controlado:

• Se debe establecer un control para:

– 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


Fórmulas tipo y resistencia de diseño

Diseño del pavimento

Diseño de la mezcla

Especificación usual para el hormigón

Módulo resistente a la flexión a 28 días

Resistencia cilíndrica (media) a compresión

Resistencia característica (H-30)


Estimación de la resistencia de diseño

Según la PCA:

MR = 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’cil = ( MR / k) 2


Ejemplo de cálculo

Si el módulo de flexión del diseño estructural fuera 45 kg/cm2 (4,5MPa), el hormigón se diseñará con los métodos habituales para una resistencia media de:

f’cm = (4,5 / 0,75)2 = 36 MPa

En forma análoga, si se adopta que:MRF ≈ 0,12 a 0,14 f´cmadoptando el valor medio 0,13, el hormigón se diseñará con los métodos habituales para una resistencia media de:

f’cm = (4,5 / 0,13 ) = 34.6 MPa


Diseño de la mezcla

Resistencia de diseño adoptada en la etapa de dosificación y ajuste en pastones de prueba en laboratorio.

Determinación de las proporciones.

La dosificación se someterá a consideración de la Inspección.

Un Diseño de Mezcla será EXITOSO si se cumplen las condiciones de trabajabilidad, los requisitos de resistencia, y la mezcla es económica.


Proceso de diseño

• Recolección de los datos de la obra

• Caracterización de los materiales componentes

• Aplicación de un método racional de diseño de mezclas

• Verificación y ajuste en pastones de prueba (laboratorio)

• Ajuste en escala de obra

• Control de calidad para verificar los supuestos durante el diseño.


Materiales componentes del hormigón

Cemento

Agregados

Aditivos

Agua

IRAM 50000 ó 50001 (si es necesario contar con propiedades especiales por durabilidad) - Categoría CP 40

Piedra partida o canto rodado Arenas (IRAM 1512 y 1531)

Reductores de aguaIncorporadores de aireEventualmente retardadores

IRAM 1601

IRAM 1663


Cemento

Las normas IRAM 50000 y 50001 contemplan todos los tipos de cemento que se producen en el país.

En general, se elegirá un cemento por su categoría de resistencia, y que esté encuadrado dentro de alguna de las dos normas señaladas.

Es un producto industrial normalizado y controlado, con calidad uniforme

Se debe contar con los protocolos de calidad, para evaluar su uniformidad


IRAM 50000Esta norma especifica:

los componentes de los cementos para uso general basados en clínker de cemento Pórtland y las proporciones en que deben combinarse para producir una serie de tipos y clases de cemento.

las exigencias mecánicas, físicas y químicas que deben cumplimentar los cementos.

establece la evaluación de la conformidad y las condiciones de recepción.


Evaluación de los componentes

Ensayos de Aptitud Ensayos de caracterización

Objetivo Determinan la aprobación del uso de determinado componente

Indican las propiedades de los componentes

Frecuencia Baja Alta Oportunidad Antes del inicio Durante toda la obra Resultados En general que demandan

mucho tiempo. En general son rápidos, y se emplean en forma inmediata .

Ejemplos Desgaste Los Angeles Reactividad álcali-agregado Estabilidad en Na2SO4 Inmersión en etilenglicol Aptitud del agua de amasado Moldeos de Hº a 7 y 28 días, etc.

Granulometrías Humedad Contenido de polvo Asentamiento Aire incorporado Temperatura, etc.


Agregados

Es conveniente que 30-40 % del agregado grueso esté constituido por partículas que tengan al menos dos caras rugosas

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

Probablemente la limitación más severa estécondicionada por la uniformidad de los agregados durante toda la etapa de producción del hormigón de calzada

No es esencial encuadrarse dentro de los límites de la IRAM 1627


Etapas en el Diseño (I)

Selección de la resistencia de diseño

Elección del Cemento a emplear

Elección del asentamiento objetivo

Contemplar la incorporación de aire

Distribución granulométrica de los agregados:Seleccionar curva apropiada

Cálculo del módulo de finura

Estimación del agua necesaria (ábaco 1)


Etapas en el Diseño (II)

Selección de la relación agua cemento (ábaco 2)

Cálculo del contenido unitario de cemento (CUC) en función del agua necesaria y de la relación agua cemento

Determinación de las cantidad de agregados por diferencia a 1000 litros de los volúmenes de agua, cemento , y aire.

Proporcionamiento de los agregados según la curva adoptada previamente.


Válido para Canto Rodado, para agregados triturados incrementar la demanda 5-10 %Con Aditivo plastificante, reducir 5-7 % del aguaCon 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

100110120130140150160170180190200210220230240250

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Asentamiento [cm]

Dem

anda

de

agua

[l/m

3 ]MF3,0

3,5

4,0

4,5

5,05,56,06,5


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 %.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

[MPa

]CP 30 CP 40 CP 50


Fórmula de ObraComponente Peso para

1 m3 de hormigón

Densidad Volumen sólido

Peso (SSS) por m3 de hormigón

Peso húmedo para 1 m3

kg kg/dm3 dm3 kg kg Agua 165 1 165 Cemento 402 3,10 130 Ag. grueso 2,65 Arena gruesa 2,65 Arena fina 2.65 Aire --- 60 Aditivo

SUMAS 1000 Componente Peso para

1 m3 de hormigón




kg kg/dm3 dm3 kg kg Agua 165 1 165 Cemento 402 3,10 130 Ag. grueso 2,65 406 Arena gruesa 2,65 116 Arena fina 2.65 123 Aire --- 60 Aditivo

SUMAS 1000


Fórmula de Obra (II)Componente Peso para

1 m3 de hormigón




kg kg/dm3 dm3 kg kg Agua 165 1 165 Cemento 402 3,10 130 Ag. grueso 1076 2,65 406 Ag. fino 1 307 2,65 116 Ag. fino 2 326 2.65 123 Aire --- 60 Aditivo

SUMAS 1000

Componente Peso para 1 m3 de

hormigón




kg kg/dm3 dm3 kg kg Agua 165 1 165 165 140 Cemento 402 3,10 130 402 402 Ag. grueso 1076 2,65 406 1081 1087 Arena gruesa 307 2,65 116 309 316 Arena fina 326 2.65 123 329 341 Aire --- 60 Aditivo

SUMAS 1000 2286 2286


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


Pautas generales

El objetivo perseguido es asegurar que el pavimento se construya con la calidad especificada al menor costo posible.

El sistema de control debe actuar de modo de proveer herramientas para la toma rápida de decisiones, permitiendo adoptar las medidas correctivas apropiadas.

La metodología debe apuntar no sólo a la calidad de los componentes, sino también a la uniformidad en el tiempo.


Agregados: Manejo de Acopios

Control de la calidad de los agregados.

Ritmo de producción.

Inspección de las canteras.

Verificación visual de cada partida.

Tomar muestras representativas.


Acopios


Tipos de agregado a emplear

Canto Rodado

Piedra Partida


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


Aditivos

reductores de agua

los 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


Aditivos: Recomendaciones Generales

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

La experiencia internacional corrobora que no se emplean aditivos superfluidificantes.

Es conveniente identificar en forma inequívoca los recipientes que corresponden a aditivos de distinto tipo


Dosificadores de aditivos


Aditivos: consejos prácticos

Las dosis deben evaluarse en forma experimental, en condiciones de obra.

El uso de aditivo incorporador de aire estárecomendado 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.

El uso de retardadores puede ser recomendado en tiempo caluroso


Control de calidad del Hormigón

• Puede definirse como el conjunto de procedimientos técnicos empleados para lograr que el producto final cumpla con los requisitos especificados en el proyecto.

• Adicionalmente genera economía.

Estado Fresco

Aplicación

Estado Endurecido


Control de calidad del hormigón

Estado fresco

ConsistenciaAspecto TemperaturaAire incorporadoPUVTiempo de FraguadoExudación

Estado endurecido

Resist. a compresión en probetas cilíndricas moldeadas

Resistencia a la flexión en vigas prismáticas moldeadas

Se debe poner énfasis en los controles sobre las características y uniformidad de los componentes y la constancia en el asentamiento. La frecuencia de muestreo debe ser máxima en Hº fresco, de modo de reducir el esfuerzo en los controles en el estado endurecido. Carácter Preventivo


Fact

ores

que

influ

yen

en la

cal

idad

Agregados

Aditivos

Cemento

Agua

Calidad de los Componentes

Dosificación de las mezclas

Mezclado

Pesadas

Temperatura

Ensayos

LABORATORIO de ENSAYOS

CALIDAD DEL

PAVIMENTO DE

HORMIGON

Temperatura

Humedad

Duración

Curado

Colocación

Textura

Terminación

Compactación

FRENTE de PAVIMENTACION

COMUNICACION PERMANENTE

TOMA DE DECISIONES


Por qué interesa el estado fresco

• Es el momento en que se puede decidir si se coloca la mezcla, hay que corregirla, o debe ser rechazada.

• Aporta información temprana sobre el comportamiento futuro del Hºendurecido.


Toma de muestras

• No deberá estar alterada ni contaminada

• Se toman al momento de la descarga

• Se evitará la primera y última porción del pastón

• Cantidad 40 % mayor que la necesaria, y como mínimo 30 litros

• Siempre se remezclará manualmente.

Controles sobre hormigón fresco


HORMIGON EN ESTADO FRESCO : Propiedades deseables

• Trabajabilidad adecuada

• Cohesión (ausencia de segregación)

Se busca que el material sea homogéneo (punto de vista macro)

• Temperatura (13 °C < T < 32° C)

• Tiempo de fraguado (acorde con los tiempos de transporte, colocación, compactación y terminación).


Trabajabilidad

–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.–En este sentido se debe recordar que se trabaja con encofrados deslizantes.–Está influenciada además, por el clima, distancias de transporte, etc.–La característica del hormigón que puede medirse es la consistencia.


Control de producción H° FrescoAsentamientoAjuste de la consistencia a las condiciones de hormigonado (humedad de los áridos, distancias de transporte, temp. amb., etc.) para tener la trabajabilidad adecuada.Uniformidad del asentamiento en el tiempo.• En los primeros camiones, a la salida de planta y a la descarga, determinado sobre el mismo camión. (medir los cinco primeros).• Luego cada 100 ≈ m3

Temperatura del hormigón frescoControlar la temperatura y llevar un registro, complementarlo con la temperatura ambiente.• Dos primeros camiones, luego cada 300 m3, y/o tres (3) veces al día.


Control de producción H° Fresco

Peso Unitario y Contenido de aire incorporado

Se determina el contenido de aire y se controla el rendimiento de la fórmula de hormigón.

•Dos primeros camiones y luego cada 300 m3, y/o tres (3) veces al día.•La evaluación se realizará en el frente de pavimentación.

Controlar periódicamente la terminación superficial y

bordes de calzada


Cohesión

• Es la aptitud del hormigón de mantenerse como una masa plástica sin ningún tipo de segregación.

• Depende del contenido de material fino (pasa # 300 μ), de la cantidad de agua, del asentamiento, y del aire intencionalmente incorporado.

• Es muy importante en nuestro caso al transportarse sin agitación, y en función de la alta energía de compactación disponible.


Detalledel Hº


Exudación• Se produce luego de la colocación y terminación del

hormigón por la sedimentación de las partículas sólidas de mayor P.e., y el ascenso a la superficie del agua.

• Depende del contenido de material fino (pasa # 300 μ), del cont. de polvo, de la finura del cemento de la cantidad de agua, de la 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.


Tiempo de Fraguado

• Se define como el tiempo a partir del cual el hormigón se transforma en un sólido.

• Depende del contenido del contenido y 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.

• Modifica los tiempos de aserrado


Tiempo de Fraguado y madurez


HORMIGON EN ESTADO ENDURECIDO Propiedades deseables

• Resistencia

• Flexión

• Compresión

• Abrasión

• Espesores

• Capacidad de carga

• Estabilidad dimensional

• Adecuada textura y terminación


Resistencia (flexión, compresión y desgaste)

• Es un parámetro importante ya que junto con el espesor define la capacidad portante del pavimento.

• Se debe cumplir con los requisitos establecidos en el diseño del pavimento.

• Depende de la relación a/c, del conjunto de materiales, de la compactación, del curado, y estáinfluenciada por la calidad de los ensayos.


Curado

• Todo hormigón debe curarse

• El curado consiste en evitar el secado prematuro del hormigón.

• Hay distintos procedimientos de curado eficiente

• El curado debe aplicarse inmediatamente luego de las tareas de terminación y texturizado


CuradoUn curado adecuado tiene como fin:

Prevenir la fisuración plástica.

Reducir el riesgo de fisuración temprana por contracción por secado.

Garantizar una correcta evolución de las resistencias.

Mejorar la resistencia al desgaste de la superficie del pavimento.

Evitar pérdidas de temperatura en el hormigón de calzada en tiempo frío.

En tiempo caluroso, la pigmentación de las membranas (color blanco), reduce las ganancias de calor por radiación solar.


Qué aspectos pueden evaluarse en un sistema de curado?

• Eficiencia

• Metodología de aplicación

• Momento de la aplicación

• Retardo en el régimen de secado

• Facilidad, homogeneidad de la protección

• Mientras más temprano, mejor. Contribuye a reducir fisuración plástica

El único método de curado que puede aplicarse en estado fresco, inmediatamente luego del texturado

es la membrana química en base solvente


Curado: Consejos prácticosEl curado debe ser aplicado inmediatamente luego de las tareas de terminación y texturado.Dosis recomendada: 200 a 300 g/m2.Se debe dar mantenimiento diario a los picos del carro de curado, para garantizar la correcta pulverización, y la distribución uniforme.Asimismo se debe disponer de un método alternativo de aplicación (mochilas).El curado no debe ser interrumpido ni abreviado bajo ninguna circunstancia.

Los compuestos de resina en base solvente para la formación de membrana, demostraron ser los más eficaces para esta tecnología.


Curado: ejemplo de buena ejecución


Curado:Buena

aplicación


Aplicación deficiente de la membrana


Mala distribución del curado


Efectos del curado

defectuoso


Control de recepción del Hormigón de Calzada

Resistencia de testigos caladosCompresiónTracción indirecta

Determinación de Espesores


En qué difieren el pavimento y las probetas moldeadas?

Condiciones de compactación

Condiciones de curado

Régimen de temperatura

RECORDEMOS QUE...


... la resistencia del pavimento dependerá de:

• Hºempleado

• Compactación

• Curado

• Temperatura

• Evaluado en probetas

• Evitar defectos de compactación en todo el espesor

• Uniformidad y tiempo de protección.

• Controla la velocidad de evolución de resistencia


Compactación

• Todo hormigón debe compactarse (salvo excepciones particulares)

• La energía de compactación necesaria debe estar relacionada con la consistencia del hormigón

• La compactación debe ser eficiente en todo el espesor y no debe provocar segregación de los componentes.


Control de producción: H° EndurecidoObjetivo: • Conocer la resistencia potencial del hormigón y verificar el cumplimiento de la condición establecida en el PET. Contar con datos a edad temprana, con el fin de llevar un autocontrol preventivo.• Conocer la evolución de las resistencias a larga edad.Frecuencias• Un moldeo por cada 500 m3 (mínimo 2 al día uno por la mañana y otro por la tarde), con 6 probetas cilíndricas (150 x 300 mm) y cuatro probetas prismáticas (150 x 150 x 600 mm) por moldeo. Siempre dos probetas por ensayo y por edad.• Eventualmente se moldearán probetas adicionales para la evaluación de la resistencia a la edad de 56 días


Hormigón en tiempo frío

El Reglamento CIRSOC, indica que existe condición de tiempo frío cuando:

La temperatura media diaria es menor a 5 °C durante tres días consecutivos.

El Código ACI, establece además del requisito anterior, el siguiente:

Temperatura ambiente menor o igual a 10 °C durante 12 horas consecutivas dentro de las primeras 72 horas del hormigón.


Hormigón en tiempo fríoA pesar de que el pavimento no esté sometido a ciclos

de congelamiento y deshielo, se deben tomar precauciones en el momento de la colocación del hormigón y algunas horas posteriores, Hº joven con resistencia menor a los 4 MPa.

Se debe prevenir el deterioro asociado con la expansión de volumen que sufre el agua al congelarse.

Dado que el agua no está a la presión atmosférica sino que está sometida a diferentes grados de tensión en función del diámetro del capilar que ocupa, las temperaturas para provocar su congelamiento son inferiores a 0 °C. Como dato práctico, debemos preocuparnos por temperaturas inferiores a -5 °C.


Tiempo frío: recomendaciones prácticas

Utilizar relaciones a/c menores a 0,45

El AII reduce la demanda de agua, si bien no es requisito por noestar afectado a ciclos de congelamiento y deshielo.

Se ha verificado experimentalmente el aporte de la membrana de curado (resina) en la conservación de la temperatura del Hº.

Con temp. amb. < -1ºC no hormigonar, comenzar la jornada de trabajo con temperatura > 2ºC en ascenso.

No colocar Hº con temperatura < 13ºC, valor algo inferior al indicado por CIRSOC (16ºC), verificado por experiencia.

Finalizar la jornada con temp. amb. de 5ºC en descenso.


Temperatura bajas (> 5°C)

Efecto

Retardo del fraguado

Retardo en la hidratación del

cemento

Consecuencia

•Mayor tendencia a la fisuración plástica •Alteración en los

tiempos de aserrado

•Menor resistencia inicial•Mayor resistencia final


Evolución de las temperaturasen invierno

-5

0

5

10

15

20

25

15:00 18:00 21:00 0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00

05-Jun 08-Jun 13-Jun

Hora del día

Tem

pera

tura

[ºC]


Hormigón en tiempo calurosoSe 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.

Se prestará especial cuidado en las tareas de curado.

Trabajar con la menor demanda de agua posible.

Diseñar la mezcla con el menor contenido de arena, que permita trabajabilidad y terminación adecuadas.

Mantener los acopios de áridos gruesos saturados.

Regar la cancha, previo a la colocación del Hº.

Controlar la evolución de las temperaturas.

Si bien CIRSOC indica no colocar Hº con temp > 30ºC la experiencia demuestra que ese valor puede ser superado.


Temperatura altas

Efecto

Aceleración del fraguado

Evaporación rápida

Aceleración de las reacciones de hidratación

Consecuencia

Menor tiempo disponible

Mayor tendencia a la fisuración plástica

Mayor resistencia inicialMenor resistencia final


Evolución de las temperaturas en tiempo caluroso

-15

-5

5

15

25

35

45

55

65

Edad del Hº [horas]

Tem

pera

tura

[ºC]

Δτ −15 / −2,5 -15 cm -10 cm -2,5 cm ambiente

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26


Evolución de temperaturaen Hº de calzada

20

25

30

35

40

45

50

55

12:00 15:00 18:00 21:00 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00

hora del día

Tem

pera

tura

[ºC

]

-15 cm-10 cm-2,5 cm


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

www.icpa.org.ar

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