Apunte 3.pdf

DISEÑO DE UN HORMIGÓN

Caso Práctico

y más…

Tecnología del Hormigón

NCh170 2016

2

1

Aire naturalmente atrapado 25 L/m3 Docilidad 70 mm Sin requerimientos de durabilidad

• • •

0

20

40

60

80

100

0

20

40

60

80

100

2,4

Gravilla

2,4

Arena

4,8 9,6

4,8 9,6

19

19

38

50%

38

50%

Proporcionamiento y Módulo de Finura de los Agregados

4

3 3

30 MPa Dispersión = 3,9 MPa + 5 MPa de margen… 1,28x3,9=5)

Materias Primas: • Cemento: Corriente densidad 3,0 kg/dm3 • Agregados rodados: densidad 2,605 kg/dm3: • Arena media 0-5 mm • Gravilla 5-20 mm • Aditivo Plastificante (Reducción de agua = 7% en dosis de 0,6% rpc): densidad 1,2 kg/dm3

Tamaño máximo de Agregados: 20 mm

•

fc = 25 MPa (Fracción Defectuosa de 10%)

Especificaciones para un hormigón de pavimento

6.0

5.0

4.0

3.0

La Resistencia es función de la razón w/c y Resistencia del Cemento (Ley de Abrams)

Co = 158 / 0,49 Co = 323 kg/m3

170 1 70 x 0,93 0,9 93 = 158 158 L/m L/m3

Módulo de Finura de la mezcla de Agregados

Cantidad de Agua es función de la Docilidad y la Finura de los Agregados

6

5

= = =

1000

158 kg/m3 323 kg/m3 1844 kg/m3

2.6

{

Arena (50%) = 922 kg/m3 Grava (50%) = 922 kg/m3

25

2.327

Densidad

0

Grava

1,94

922

Gravilla

Aditivo D

922

Arena media

0

158

Agua Arena fina

323

SSS kg/m3

Cemento

Material

Dosificación

Las cantidades corresponden a los agregados en estado saturado superficie seca. Ahora se DEBEN ajustar por absorción y humedad, para luego confeccionar hormigones de prueba.

W C A

A

323 158 3.0 1.0

Cálculo del total de Agregados para completar 1 m3 de Hormigón

8

7

A cargar

-

-

0,3

0,3

0,5

1,0

-

-

Absorción (%)

Planta

2.327

1,94

0

919

917

0

166

323

SECO kg/m3

-

-

0,1

0,1

7

10

-

-

Humedad (%)

9

10

Cargar

2.327

1,94

0

920

981

0

101

323

HUMEDO kg/m3

Whúmedo = Wsss / (1+Absorción/100) * (1+Humedad/100)

Diseño

2.327

Densidad

0

Grava

1,94

922

Gravilla

Aditivo D

922

Arena media

0

158

Agua Arena fina

323

SSS kg/m3

Cemento

Material

Ajuste por Absorción y Humedad de los Agregados

En Planta

Diseño

húmedo

(1+Absorción/100) * (1+Humedad/100) = Whúmedo

seco

/

saturado superficie seca (sss)

Wsss

Ajuste por Absorción y Humedad de los Agregados

CONFECCIÓN DEL HORMIGÓN

NCh 170 - 2016

12

11

Control de temperatura

Control de humedad

Control de cargas

Sensores de nivel

Video control del mixer

Correcto pesaje de M. Primas

El Control de Producción tiene que mantener la Variabilidad lo más baja posible

14

13

16

15

18

17

MEDICIÓN Y CARGA DE LOS MATERIALES

Caso Práctico

20

19

Camión o mezcladora

Balanza cemento

Silo de cemento

Caudal o peso de agua

21

22

Balanza de agregados

Bines de agregados

Caudal o peso de aditivo

INDUSTRIA

MEDICIÓN DE LOS MATERIALES

OBRA

~30% ~40%

resto agua + aditivo

cemento

arena fina

arena gruesa

gravilla

grava

agua (70%)

~30%

En general, deben ser incorporados en un cierto orden para obtener una adecuada homogenización

Orden de carguío de los Materiales

Carguío automático Materias Primas

24

23

30

60

Amperímetros - Cono

0

90

26

25

((minutos)

Tiempo 120 T

Caso de hormigones fluidos (>20 cm)

Orden de carguío de los materiales

Permite relacionar Cono versus Energía consumida

Asentamiento de Cono (cm)

27

28

Por lo tanto, para cada arena diferente se debe realizar una contrastación nueva. Para ello se establece un procedimiento que considera: • metodología • frecuencia

El valor que entrega este tipo de equipos depende de: • granulometría • forma de las partículas • grado de compactación

La utilidad de los sensores depende de su correcta instalación, funcionamiento e interpretación

Estimación de la humedad mediante Sensores de Humedad

Sistema de medición

ü

Mantenimiento de los sistemas de medición

Recomendable Tipo “S”

Calibraciones

30

29

MEZCLADO

NCh 170 - 2016

32

31

Por ejemplo: • Incorporador de Aire • La duda de si se había ya adicionado condujo a una doble dosis del aditivo • Resistencias muy bajas • Demolición de varios elementos involucrados

CASOS DE ADITIVOS CARGADOS SIN CONTROL ADECUADO

34

33

MEZCLADO

Casos Prácticos

36

35

Plantas mezcladoras

Plantas dosificadoras

38

37

è

è

Mezclado: 14 RPM Agitación: 2 a 6 RPM

Velocidad:

70 a 100 revoluciones No más de 300 revoluciones

l Planta mezcladora: el mezclado en la planta debe ser realizado por 45 segundos, mínimo, desde que TODOS los insumos están cargados

l Planta dosificadora: el mezclado en mixer (a máxima revolución del “huevo”) debe ser efectuado por ~4 minutos

Mezclado en Planta

è

è

Cantidad:

Condiciones de Mezclado

40

39

Máximo

1

0

10

20

30

40

0

40

60

80

100 Tiempo amasado(segundos) (segundos) Tiempo de de Mezclado

20

41

120

140

42

Para camiones mixer es recomendable 4 minutos de remezclado a máxima RPM antes de iniciar descarga

2

Tiempo (minutos)

Variabilidad de Resistencia versus el Tiempo de Mezclado

Mínimo

Media

0

Variabilidad (%) Coeficientede deResistencia Variación (%)

Resistencia (kgf/cm2)

Ingreso de materiales sólidos

Descarga

Diferencia admisible (cm)

2,5 4,0

Cono promedio (cm)

≤ 10 10 a 15

tiempo

Estabilización

Aportes del Amperímetro

National Ready Mixed Concrete Association (NRMCA), junto a ASTM, señalan que la verificación de la uniformidad puede ser obtenida, rápida y fácilmente, midiendo el cono entre 2 muestras extraídas en el 15% y 85% de la descarga.

Amperes (A)

44

43

AJUSTE DE DOCILIDAD

NCh 170 - 2016

46

45

48

47

que la tecnología existente sólo permite estimar la cantidad de agua que ingresa a la mezcladora, lo que obliga a ajustarla directamente en la mezcla

ES UNA TAREA AÚN EN DESARROLLO dado

Sistemas de control de Humedad De los áridos

Estimación de la Humedad

NCh1934

50

49

SITUACIÓN REAL

En línea

51

52

Cuando el asentamiento de cono esté por debajo de lo especificado, éste se podrá ajustar mediante la adición de agua.

Ajuste de Docilidad

Material con humedad hetereogénea…promedio estimada

En laboratorio

Estimación de la Humedad

CONO

TRANSPORTE

NCh 170 - 2016

54

53

En hormigones convencionales, esto es válido dentro de las 2 primeras horas de vida. Se reconoce que la cantidad de agua está relacionada con el cono.

W/C

RESISTENCIA

Cuando el asentamiento de cono esté por debajo de lo especificado, éste se podrá ajustar mediante la adición de agua.

Ajuste de Docilidad

Aquí vemos, por ejemplo, para una temperatura fija, cuánto afecta la edad del hormigón al momento de ser muestreado en la resistencia a 28 días

Fuente: ACI Materials Journal/JanuaryFebruary 2001, pág. 59-62

Consideraciones sobre el transporte…

56

55

58

57

60

59

Tubos

Canoas

Cinta

Bomba

Tolva

Mixer

Capachos

Carretillas

0

10

(m3/h)

30 Rendimiento

20

40

62

61

50

COLOCACIÓN

NCh 170 - 2016

64

63

66

65

COLOCACIÓN

Casos Prácticos

68

67

DOCILIDAD

Ahora, para cada uno de estos sistemas/procesos de colocación, el hormigón debe tener una cierta …¿qué cosa?

70

69

DOCILIDAD = 10 cm

Bombeable: ampliamente utilizado en edificación

DOCILIDAD = 0 cm

Hormigón muy seco: principalmente para represas

72

71

DOCILIDAD = Se mide por extensión

Hormigón altamente fluído / autocompactante ….facilita todas las tareas

DOCILIDAD = 18cm

Shotcrete: ampliamente utilizado en obras del Metro

74

73

Preparativos

Colocación

EJECUCIÓN

Casos Prácticos

Desarrollo de colocación

76

75

¿Y la supervisión?

78

77

evitarse la SEGREGACION.

En la colocación del hormigón fresco, debe

80

79

ALTURA DE CAÍDA

NCh 170 - 2016

82

81

ALTURA DE CAÍDA

Caso Práctico

84

Obra que presentó problemas de poros y nidos en columnas de 7 m de altura (sin manga)

83

Análisis del hormigón mediante extracción de un testigo horizontal

Sección de la columna

>2,5%

2,0%

1,5%

1,0%

exceso de poros

10 cm

zona efectiva del vibrador

0%

Análisis del mecanismo de acción del vibrador

86

32 cm

14 cm

85

Evidencia empírica de que la etapa inferior es la que queda más gruesa y, por ende, más factible de segregarse y dejar nidos y porosidades

Muestra del hormigón del cajón

Exceso de Poros (%)

4

Buena Regular Mala

Variabilidad lineal de la compactación en elevación por dificultad dada por la altura de caída

-amplitud de la oscilación

-excitación de finos

Grado de

Diámetro Efectivo de Compactación (DEC) en una sección de una columna depende del amortiguamiento del hormigón, acorde a sus características, y del tiempo de aplicación de la vibración

2

3

Características de las oscilaciones del equipo vibrador > amplitud tiempo de aplicación

< frecuencia (6.000 rpm)

finos excitados amplitud

1 < amplitud

87

Para situaciones corrientes, la forma correcta es:

88

Soluciones que aportan… 2 vibradores unidos elásticamente abarcan más área en una sola inmersión

tiempo de aplicación

> frecuencia (12.000 rpm)

finos excitados amplitud

HORMIGONADO EN TIEMPO FRÍO

NCh 170 - 2016

90

89

Tiempo FRÍO: Se deben cumplir ambas condiciones

24 h

24 h

7h

5h

+

Taire ≤ 10°C

24 h

Tmedia < 5°C

Taire ≤ 10°C

Tmedia < 5°C

≥ 12 h

24 h

Tmedia < 5°C

92

91

HORMIGONADO EN TIEMPO FRÍO

Caso Práctico

94

93

35

200

280

400

0

4

23 °C

8

12

10 °C

16

Tiempo (h)

95

96

Nota: estas curvas dependen del cemento y diseño del hormigón

Tiempos de Fraguado Resistencia a la penetración (kgf/cm2)

Evitar retardo del fraguado

velocidades bajas de fraguado modificación del desarrollo de la resistencia

Hormigón en Clima Frío l el hormigón desarrolla muy poca resistencia a bajas temperaturas (0°C) l evitar el congelamiento hasta que el grado de saturación se haya reducido lo suficiente debido al proceso de hidratación (~ 3,5 MPa) l bajas temperaturas conllevan problemas:

0

3

aire

aire

7

Flama indirecta

Flama directa

Calefactores

0

50

100

120

140

Resistencia relativa a 28 días (%)

28

365

aire caliente solamente

aire, CO2, CO

90

Edad (días)

Temperatura de curado T por 28 días, luego a 23 °C

Controlar modificación de resistencia

98

97

HORMIGONADO EN CONDICIONES DE ALTA EVAPORACIÓN DE AGUA

NCh 170 - 2016

99

100

• CO2 reacciona con el hidróxido de calcio dañando al hormigón (láminas débiles). El CO es dañino para el ser humano • curado con vapor es excelente • focos halógenos • resistencias o mantas eléctricas • el propio hormigón desarrolla calor, el que si se retiene es benéfico (bastaría asegurar >5°C) • cuidar excesos de calor y/o “golpes” térmicos....grietas • cuidar esquinas y encuentros, pues normalmente quedan descubiertos

Varios

102

HORMIGONADO EN CONDICIONES DE ALTA EVAPORACIÓN DE AGUA

Caso Práctico

101

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

5.754 muestras RM 2003

JUL JUN

Compresión Relativa HP Petreos a 28 ds, Dosis constante

1,25

AGO

1,30

OCT SEP

MAY ABR

MAR

FEB ENE

Temperatura y Resistencias

NOV

0

5

10

15

20

25

30

35

104

103

mayor demanda de agua pérdida rápida del asentamiento de cono velocidades altas de fraguado modificación del desarrollo de la resistencia mayor tendencia a fisuras plásticas (necesidad de curado inmediato)

DIC

• • • • •

Hormigón en Clima Cálido el clima cálido puede crear problemas:

Temperatura máxima a la sombra QN-RM (°C)

0

50

100

30 °C 1

20 °C

3

7

41 °C

28

90

temperatura de curado por 28 días, luego a 23 °C

23 °C

365

105

106

Edad (días)

2 Tiempo (h)

Resistencia relativa a 28 días (%)

0

0

120

5

10

15

Asentamiento de cono (cm)

JUNTAS DE HORMIGONADO

NCh170 - 2016

108

107

COMPACTACIÓN

NCh 170 - 2016

110

109

111

112

La finalidad del la compactación es la de expulsar el aire atrapado en el hormigón a fin de obtener un producto denso y de baja permeabilidad, por lo que la compactación no deberá aplicarse para transportar o facilitar la colocación del hormigón.

Compactación

COMPACTACIÓN

Datos Prácticos

113

débil

114

exudación y formación de una capa superficial

è LA SOBREVIBRACIÓN produce segregación,

permeabilidad y menor durabilidad

densidad, menor resistencia, mayor

è VIBRACIÓN INSUFICIENTE ocasiona: menor

Defectos típicos en la aplicación de la compactación del hormigón:

y disminuyan las burbujas

momento en que aparezca brillo superficial

èTIEMPO DE APLICACIÓN: hasta el

adecuada

vibradores de inmersión con separación

èCOMPACTACIÓN: inserción vertical de

Efecto de insuficiente compactación del hormigón

Deficiencia en la compactación del Hormigón

116

115

Equipo de alisamiento…cuidado con el nivel de compactación, pues no asegura compactación en todo el espesor… ¿qué puede pasar?... veamos siguiente lámina…

Equipo de compactación….¿son todos iguales y sirven para lo mismo?

Diámetro Efectivo de Compactación (DEC)

118

117

Análisis del mecanismo de acción del vibrador

El hormigón colocado en un pavimento presenta el fenómeno de burbujas que al llegar a la capa superior de alto contenido de pasta, genera una erupción (“pop up”)

120

119

CURADO Y PROTECCIÓN

NCh 170 - 2016

122

121

Porcentaje de adiciones Porcentaje de adiciones

Entre otros, menor opción de fisuras y desgaste, aporta a la durabilidad

0

Buen curado Buen curado

Mal curado Mal curado

Fuente: Durabilidad de Estructuras de Hormigón, Guía de Diseño CEB, Boletín N 12

¿Se recuerdan Para qué Curar Bien?

Permeabilidad

124

123

0

20

40

60

80

100

120

Fisuras plásticas

y, por supuesto, a la resistencia mecánica…

Compresión (%)

140

0

28

Porcentaje de adiciones Porcentaje de adiciones

Buen curado Buen curado

Mal curado Mal curado

Fuente: Durabilidad de Estructuras de Hormigón, Guía de Diseño CEB, Boletín N 12

Edad (días)

Contínuamente al aire

126

125

Al aire luego de 3 ds de curado

Al aire luego de 7 ds de curado

Contínuamente húmedo

(Fuente: ACI 308R, Kosmatka & Panarese, 1988)

Influencia de la Humedad Ambiental sobre la Resistencia

0

Permeabilidad

¿Se recuerdan Para qué Curar Bien?

168

140

112

84

56

• • • •

Nivel crítico 0,5 kg/m2/h

Calma 0

10

20

30

40

50

60 (Km/h) 70 80

90

128

100 110 120 130

>El humo sube vertical

>El humo sube inclinado

>Las hojas susurran

Brisa ligera

>Oscilan arbustos pequeños

Brisa suave

Corriente suave

127

>El viento silva y es difícil usar paraguas

>Dificultad para caminar

>El polvo se arremolina y se mueven las ramas pequeñas >Las hojas se mueven

Brisa moderada

Brisa fresca

Viento fuerte

Viento muy fuerte

¿Cómo estimar la Velocidad del Viento?

¿sólo en verano hay que preocuparse? Por ejemplo, con menos Taire hay más evaporación ¡¡¡ Lo importante es el diferencial de temperaturas…

Temperatura aire Humedad relativa Temperatura hormigón Velocidad viento

Son 4 los parámetros que gobiernan la tasa de evaporación:

Temuco

Los Angeles Concepción Talcahuano Linares Curicó

Sn. Fernando Santiago

Valparaíso Los Andes

Ovalle

Coquimbo

La Serena

Vallenar

Caldera

Copiapó

Potrerillos

Antofagasta

Arica

130

El nivel de evaporación es muy superior en losas y pavimentos, para lo cual es imprescindible curar y proteger siempre sus superficies, incluso en invierno.

129

CONCLUSIÓN: En todo Chile….durante todo el año….se requiere un buen CURADO

0

1

Lím it e d e Pr ecau ció n (0,5 kg /m 2/h )

Pto. Montt

2

Traiguén

Evaporación en el Hormigón (kg/m2/h) (Fuente: "Curso Tecnología del Hormigón" dictado a Dirección de Vialidad-MOP por Ing. Sr. Sergio Rojas,1975)

Pto. Aisén

3

Pta. Arenas

1

Exudación

2

3

4

Riesgo de fisuración

Evaporación

Fisuras por Retracción Plástica

Exudación (mm)

Tiempo (horas)

5

La disminución de volumen del hormigón en estado fresco, llamada retracción plástica, aumenta según lo hace el nivel de evaporación de agua en la superficie, pudiendo llegar a magnitudes que provoquen fisuras plásticas a poco tiempo de colocado (horas).

132

131

Evaporación (mm)

De igual forma, gran parte de los hormigones se agrietan

134

Es un hecho que la mayor parte de la gente se resfría

133

Para disminuir las probabilidades de su aparición es necesario aplicar buenos y adecuados sistemas de curado….Capítulo 13 de NCh170 2016

contención o almacenamiento para agua

136

pudieran no ser aceptables para estructuras de

è Grietas aceptables para elementos estructurales

la naturaleza del agrietamiento

è Lo que en realidad importa es el tipo de estructura y

hormigón no sea útil.

è Las grietas en el hormigón no significa que el

135

De esto no está a salvo ni el material que nos ha prestado Dios para disfrutar la vida…

¡TODO HORMIGÓN SE AGRIETA!

…al perder agua, todo material se contrae y agrieta al sufrir resecamiento…

138

Fuente: IDIEM

Deformaciones elásticas frente a carga uniforme

¿Debemos esperar que todas las losas se comporten de igual forma?

137

Son promotoras de fisuras/grietas posteriores, pues dejan secciones “iniciadas” y propensas a que los cambios dimensionales por la retracción hidráulica las genere

Fisuras plásticas

chinches

D

CURADO

NCh 170 - 2016

Luego de 3 días expuestos al aire, ¿qué pasa con el diámetro D en cada caso?

placa de madera (p.ej. trupán)

D

Queso laminado con orificio central de diámetro D

Experiencia del “Queso Laminado”…

140

139

• • • •

Cubiertas

Nebulización de agua Diques de arena Cubiertas Membrana en Base a Resina

Curado

Membranas

142

Diques

Nebulización agua

141

Curado

Curado

144

143

146

“Prueba del Pellejo”….

“Prueba del Balde”….

Curado

Curado

“Prueba de Impermeabilidad”

145

PLAZOS DE DESCIMBRE

NCh 170 - 2016

147

148

150

149

85 a 100 %

152

A veces es necesario curar algunas probetas en condiciones de obra y verificar si su proceso de curado deriva en que su resistencia Real sea, al menos, el 85 % de la Potencial

100 %

151

154

153

156

155

158

157

HORMIGONADO EN AMBIENTES AGRESIVOS

NCh 170 - 2016

“Piensa mal y acertarás…”

Para que vean que es realidad…

160

159

162

Cualquier contaminación proveniente del exterior al hormigón, le podrá generar modificaciones de su comportamiento y desempeño

161

164

163

165

Término sesión 03