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Buenos Aires, 16 y 17 de Octubre de 2013

Diseño de Mezclas de Hormigón

Método ICPA

Arq. Edgardo Souza

Coordinador Departamento Tecnología

INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

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Temario

� Introducción

� Requisitos de laMezcla

� Proceso de diseño

� Método ICPA parael Diseño deMezclas


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Diseño Racional de Mezclas de Hormigón

Método ICPA


4

Cemento

Agua

Agregadofino

Agregadogrueso

Aditivos

Pasta

Mortero

Hormigón

Materiales componentes del hormigón


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Métodos de Diseño: Introducción• El diseño de una mezcla es un proceso que

consiste en tres pasos interrelacionados: – Selección de los constituyentes del hormigón

– Determinación de sus cantidades relativas para producir, lo más económicamente posible, un hormigón de las características apropiadas, tanto en estado fresco como endurecido

– Ajuste de las cantidades estimadas mediante su ensayo en pastones de prueba.

Aunque muchas de las propiedades del hormigón son importantes, la mayoría de los métodos están dirigidos a obtener cierta resistencia a la compres ión y una determinada consistencia


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Requisitos de una Mezcla de Hormigón

• Un diseño de mezcla será satisfactorio si se cumple simultáneamente:

– Trabajabilidad apropiada

– Resistencia adecuada

– Economía

En general, la mezcla más económica será aquella con menor contenido de cemento sin sacrificar la calida d del hormigón.

Entonces, si asociamos la “calidad” a la relación agua/cemento, es evidente que debemos reducir la demanda de agua de la mezcla, manteniendo la calidad .


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Trabajabilidad

• El hormigón debe reunir la trabajabilidad, laresistencia mecánica, y la durabilidadadecuadas.

• Un Hº de clase resistente adecuada pero contrabajabilidad deficiente puede generarpérdidas importantes en la resistencia y ladurabilidad del pavimento.


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Resistencia

• Por ser un material estructural, la resistencia debe cumplir los requisitos establecidos en el Pliego y en la etapa previa de diseño.

• En general se especifica una resistencia característica.

• La resistencia media debe ser mayor que la resistencia especificada para contemplar la variabilidad inherente a la producción del hormigón.

• Esta diferencia será menor cuando se reduce la variabilidad mediante un Control de Calidad apropiado.


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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

Evolución de la Resistencia

0

20

40

60

80

100

120

140

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Re

sist

enc

ia a

la c

ompr

esi

ón [%

]

Edad [días]

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

Cemento A

Cemento B


1111

Resistencia a la compresión a adoptar

• 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


1212

Economía

• Adoptar el menor asentamiento (mezcla más seca) que permita, transportar, colocar y compactar el hormigón con los medios disponibles.

• Elegir el mayor tamaño máximo del agregado, siempre que sea compatible con el tamaño del elemento, y limitándolo a 37,5 mm.

• Optimizar la relación entre agregados finos y gruesos.

• Evaluar el costo relativo entre las distintas fracciones.

• Emplear aditivos.

La reducción en el contenido unitario de cemento tiene otras ventajas adicionales, como una menor contracción y menor generación de calor.


1313

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.


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Caracterización de Materiales Componentes

Cemento Portland

• Para obras comunes, cualquier tipo de cemento de uso general(IRAM 50 000) resultará adecuado.

• Cuando esté especificado cumplir una propiedad especial, se debeemplear un cemento IRAM 50 001 que la satisfaga.

• Un parámetro a considerar en los cementos Portland de usogeneral es su caracterización por resistencia . Si bien no existeuna relación biunívoca entre la resistencia del cemento y laresistencia de los hormigones elaborados con el mismo, puededecirse que hay cierta vinculación, tal como se representa en elAbaco.


1515


Agregados

• Los agregados finos y gruesos deban cumplir las especificacionesde las normas IRAM 1512 y 1531 respectivamente.

• Se debe tener en cuenta que no sólo es importante la calidad delos mismos sino su uniformidad en el tiempo, así como larepresentatividad de las muestras empleadas.

• Además de su aptitud se debe conocer los parámetros requeridospor el método racional que se emplee, por ejemplo como lasabsorciones y densidades relativas.

• Para el método ICPA sólo se requieren la granulometría, ladensidad y la absorción de cada fracción de agregado que seemplee.


1616


Aditivos

• Sólo se emplearán si se pueden medir con precisión.

• El método contempla el uso de básicamente, los incorporadores deaire y los reductores de agua o fluidificantes (plastificantes).

• La cantidad de aire que depende, entre otros factores, de la dosis deaditivo, la cantidad de cemento, el módulo de finura de la arena, elcontenido de polvo de los agregados y la consistencia de la mezcla.

• Existe un efecto secundario de reducción en la cantidad de agua demezclado, pero también de disminución de la resistencia.

• El uso de reductores de agua permite distintas alternativas:disminución de la relación agua/cemento, aumento de la fluidez o unareducción en el contenido de cemento.


1717

Limitaciones del Método• El método ICPA es útil para el diseño de mezclas consideradas

convencionales y no puede emplearse para el diseño de hormigoneslivianos.

• Permite asegurar la durabilidad bajo las condiciones de exposición delhormigón más comunes, respetando las reglas del arte referidas almezclado, transporte, colocación, compactación y curado.

• Como en otros métodos, se deben conocer las propiedades ocaracterísticas de los materiales componentes, así como lascondiciones particulares de la obra y el equipamiento disponible.

• Las relaciones causa/efecto entre las propiedades de los componentesy las características del hormigón son muy complejas paraconsiderarlas a todas en un mismo modelo; por ello, éste seleccionalas más relevantes y establece pautas adicionales que contemplanestos posibles cambios.

• Siempre se deben verificar los supuestos en pastones de prue ba.


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� 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 diferenci a a1000 litros de los volúmenes de agua, cemento , y aire.

� Proporcionamiento de los agregados según la curva adoptada .

Gráfico mezclas

18

Método ICPA para Diseño de Mezclas

Ábaco 1

Ábaco 2

Planilla

Mezclas ejemplo


1919

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


2020

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


2121Abaco 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


2222Fórmula 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


2323Fórmula 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


2424

Verificación de la Fórmula

� Todo método racional entrega una dosificación teórica.

� La misma deberá verificarse y eventualmente ajustarseen pastones de prueba en escala de laboratorio.

� Independientemente de la especificación se debe trazarla curva de evolución de resistencia para nuestro conjuntode materiales.

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

Un Diseño de Mezcla será EXITOSO si se cumplenlas condiciones de trabajabilidad, los requisitos deresistencia, y la mezcla es económica.


2525

Control de Producción: Metodología

� Se debe apuntar a un control preventivo, comoherramienta rápida para la toma de decisiones.

� 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, med idos 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.


2626

MUCHAS GRACIAS!!!

Arq. Edgardo [email protected]

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