Experiencias en los estudios para dosificaciones de hormigones para pavimentos en Chile Juan Pablo Covarrubias 2017
Especificaciones Técnicas (MOP) •
El árido grueso deberá tener un tamaño máximo absoluto de 40 mm y cumplir con los requisitos de Tabla 2.7
•
La fibra estructural debe ser sintética y cumplir con lo especificado en la norma ASTM C1116.
•
El hormigón deberá ser confeccionado con cemento hidráulico de alta resistencia y con una dosis de cemento mínimo de 300 kg/m3 y máximo de 380 kg/m3.
•
El hormigón deberá ser dosificado por métodos tradicionales y optimizar su granulometría mediante el método de Shilstone. El resultado deberá estar dentro de la zona achurada descrita como “Zona para pavimentos” mostrada en la Ilustración 2.21.
Especificaciones Técnicas (MOP) Requisito
Exigencia
Método
Porcentaje de chancado
Entre 50% y 90%
8.202.6 del MC-V8
Porcentaje de lajas
Máximo 2%
8.202.6 del MC-V8
Ilustración 2.21 Gráfico de Shilstone que muestra zona para pavimentos.
• •
El hormigón debe ser HF 5 (80) 40 a los 90 días Debe cumplir con una resistencia residual de 1,0 MPa según ASTM 1609.
Necesidades del hormigón para pavimentos 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Cumplir EETT Costo Utilización de materiales locales Aridos adecuados - Preparación Homogeneidad en características de materiales Volúmenes de abastecimiento
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DOSIFICACION ADECUADA <<<
Requerimientos del hormigón • • • •
Dosificación: Granulometría continua hasta malla 100 - Shilstone Trabajabilidad: Superficie del Pavimento - IRI Estructural: Resistencia a flexotracción Apertura al tránsito – 75% resistencia de diseño – Uso de madurez – Aprox 2 a 3 días – hormigón normal con frazadas
Trabajabilidad Se produce por un equilibrio entre: – Pasta de cemento: Agua + Cemento • Calidad Razón A/C • Cantidad: suficiente para – Cubrir superficie arenas – Llenar espacios entre arena – Separar las partículas de arena
– Mortero: Pasta de cemento + arena • Cantidad: – Cubrir superficie de la árido grueso – Llenar espacios entre árido grueso – Dar un medio fluido para que el arrido se pueda desplazar entre si con facilidad
– Hormigón : Mortero + Árido Grueso
Calidad y forma de los Áridos % Huecos vs Aristas 44,00
•
se observa que el porcentaje de huecos tiene una correlación aceptable con las aristas y con el porcentaje de partículas cúbicas, con lo cual se comprueba que el porcentaje de huecos es un parámetro adecuado para medir la forma del árido
% Huecos
42,00 41,00 40,00
R = 0,5481
39,00 38,00 37,00 2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
Aristas
% Huecos vs % Partículas Cúbicas 44,00 43,00
% Huecos
• Correlación Análisis Visual vs N°Angularidad
43,00
42,00 41,00 40,00 39,00
R = 0,5330
38,00 37,00 40,00
50,00
60,00
70,00
% Partículas Cúbicas
80,00
90,00
Influencia forma del árido en cono Influencia del arido en la trabajabilidad: Cono (cm)
Cono vs Arista
18 16 14 12 10 8 6 4 2 41,00
R = 0.5797
R = 0.4801
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
Arista
41,50
42,00
42,50
43,00
43,50
44,00
44,50
45,00
45,50
46,00
Cono vs % Particulas Cúbicas
% Huecos
Cono (cm)
Cono (cm)
Cono vs % Huecos
18 16 14 12 10 8 6 4 2 2,50
18 16 14 12 10 8 6 4 2 55,00
R = 0.4839
60,00
65,00
70,00
75,00
% Part. Cúbicas
80,00
85,00
90,00
Influencia forma de grano en resistencia Resistencia vs Arista
Influencia de la forma del árido en la Resistencia (=a/c):
Resistencia (kg/cm2)
440
Resistencia vs % Huecos
420 400
R = 0.0141
380 360 340 320 300 2,50
3,00
3,50
440
Resistencia (kg/cm2)
420 400
4,00
4,50
5,00
Arista
R = 0.0067
380 360 340 320 300 41,00
Resistencia vs % Particulas Cúbicas 41,50
42,00
42,50
43,00
43,50
44,00
44,50
45,00
45,50
46,00 440
Nota: todos los áridos chancados, y con granulometrías parecidas a curva 3 Road Note
Resistencia (kg/cm2)
% Huecos
420 400
R = 01342
380 360 340 320 300 50,00
55,00
60,00
65,00
70,00
75,00
% Part. Cúbicas
80,00
85,00
90,00
Clasificaciรณn
Ang 18
Ang 6
Arenas Cauquenes Chanco
Shilstone - Dosificación •
Factor de Grueso =
% retenido sobre malla 9.5mm % retenido sobre malla 2.36mm
– Indica si una mezcla es con granulometría continua o discontinua
•
Factor de Trabajabilidad =
% pasa malla 2.36mm
– Se corrigue por cantidad de cemento ( W adj) – Indica si una mezcla es gruesa o fina
Courtesy of Jim Grove
Factor de mortero
Cc = Contenido de cemento (kg) đ??†đ??†s = Densidad cemento (kg/lt) PA total = Peso del ĂĄrido total (kg) đ??†đ??†RT = Densidad Real Arena en condiciĂłn Saturada Superficialmente Seca (kg/lt) Agua Libre, aditivo y % aire se deben considerar en litros.
•
El valor de FM deberĂĄ estar entre 49% y 54%
Hormigón con problemas lechada superficial
Cantidad de Pasta ≠ Cantidad y Granulometría de mortero ( finos) Arena gruesa con pocos finos, con mucha exudación y pasta superficial
Trabajabilidad Asentamiento de cono • Molde deslizante: • Molde fijo: • Pisos industriales:
3 a 6 cm 7 a 12 cm 10 a 17 cm
Necesidad de IRI
Gráfico de Trabajabilidad Coarseness Chart 50
W ell
40
Graded Minus ¾"
Coarse Gap Graded
35 Well Graded 1½" to ¾"
Workability Factor (percent)
45
Sandy
30 Rocky Control Line
90
25 80
70
60
50
40
30
20
Zona MOP para pavimentos
Coarseness Factor (percent)
Reference: Shilstone, J. Sr., ”Concrete Mixture Optimization”, Concrete International, June 1990, pp 33-39
Courtesy of Jim Grove
Coarseness Factor Incentive Chart Iowa DOT 1
Workability Factor VS Coarseness Factor for Combined Aggregate
Assumptions: 564 lbs cement per cubic yard, 1 inch Aggregate, and Slipformed
Pay Factor Chart 45
Pay Factor
II-A
1.03
II-B
1.02
II-C
1.01
II-D
1.00
IV
0.98
I
0.95
V
0.00
II-C
III
IV
II-B
40
II-A
Workability (percent)
Gradation Zone
35 II-C II-D
II I
30
V 25
20 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Coarseness Factor (percent)
Courtesy of Jim Grove
100
Anรกlisis manual de trabajabilidad hormigรณn MALO
Anรกlisis manual de trabajabilidad hormigรณn REGULAR
Anรกlisis manual de trabajabilidad hormigรณn BUENO
ESTUDIO DEL HORMIGON Camino La Pรณlvora
ESTUDIO DEL HORMIGON - La Pólvora 30 hormigones de prueba, en 4 etapas, para definir: – – – –
El árido El cemento La fibra Los aditivos
Para cada una de las mezclas, se midió – – – – – – –
asentamiento de cono sin fibras y con fibras, densidad temperatura contenido aire compresión cúbica a 3, 7 y 28 días - (relación cubo vigueta) tracción por flexión resistencia residual.
ESTUDIO DEL HORMIGON Primera etapa: 5 mezclas de hormigón, para 4 tipos de áridos • BSA • Melon • Petreos • El Boldal (Grupo Bio Bio)
•
Las dosificaciones de los áridos variaron según el tipo de éste
•
Las dosificaciones del cemento, fibra y aditivo se mantuvieron constantes
Shilstone para รกrido seleccionado con 300 kg cemento por m3 y Curvas Inglesas 8/18 Curve
Shilstone para los ĂĄridos estudiados y dosis de cemento de trabajo
Hormigรณn cono 6 cm
Hormigรณn cono 6 cm
Resultados ensayos de รกridos Arido Dosificaciรณn
Cemento Grava Gravilla Arena 1 Arena 2 Fibra Aditivo Agua dosificaciรณn Cono
1
2-1
2-2
3
4
4 Rep
kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 lts/m3 lts/m3
340 697 283 904 2,5 1,53 164
340 753 455 871 2,5 1,53 164
340 377 678 697 132 2,5 1,53 164
340 718 170 1001 2,5 1,53 164
340 722 171 1006 2,5 1,53 164
340 716 165 954 2,5 1,53 166
mm
65
60
55
55
60
55
Muy Buena
Mala
Buena
Regular
171
184
192
172
166
179
2392 2311
2587 2318
2392 2365
2397 2327
2407 2341
2345 2373
Trabajabilidad en la mano Agua para Cono 6 cm
lts/m3 real
Pesos Dosificacion Densidad Real
Dosis real cemento Razรณn A/C Real
Resistencia Flexotraccion Resistencia Cilindrica Resistencia Residual
327 0,52 3 dias 7 dias
299 0,62 4,1 4,3
331 0,58 3,5 4,0
Muy Buena Muy Buena
328 0,52 44,0 5,0
330 0,50 4,1 4,6
342 0,52 3,6 4,4
4,7 5,3
28 dias
5,0
4,8
5,0
5,2
5,4
5,5
28 dias 28 dias
49 1,6
45 1,5
53 1,4
47 1,5
49 1,7
55
3 dias 7 dias
37 42
32 36
39 45
35 40
34 40
41 50
Dosis de agua teรณrica vs real para diferentes รกridos
Dosis de agua para cada รกrido
cono 6 con
Resistencia a flexotracciรณn para diferentes รกridos con igual dosis de cemento
Costo hormigรณn para diferentes รกridos 8,0% 7,0%
Variaciรณn Porcentual [%]
6,0% 5,0% 4,0% 3,0% 340
2,0%
320
1,0% 0,0% -1,0% -2,0%
Tipo 1
Tipo 2
Tipo 3
Tipo 4.a
Tipo 4.b
Tipo 4.c
340
0,0%
1,9%
6,4%
-0,8%
-1,2%
-1,1%
320
0,0%
2,0%
6,6%
-0,8%
-1,2%
-1,2%
Tipo ร rido
ESTUDIO DEL HORMIGON Segunda etapa: 10 hormigones de prueba para 5 tipos de fibras: • Barchip 54 • Baxim P9000 • Enduro 600 • Macronite • Xtruder 55 • •
Para cada tipo de fibra se utilizaron 2,5 kg/m3 y 3 kg/m3 Las dosis de árido, cemento y aditivo se mantuvieron constantes.
Resultados ensayos de fibras Resistencia Flexo
Resistencia Compresion
Resistencia Residual
FIBRAS
Dosis de Fibras
1
2,5
4,0
4,4
5,3
36
40
45
1,6
2
2,5
4,3
4,7
5,1
36
40
46
1,6
3
2,5
4,2
5,0
43
50
1,4
4
2,5
5,2
5,7
39
45
1,4
5
2,5
4,7
5,5
47
55
1,3
1
3
5,0
5,2
5,9
40
47
53
1,6
2
3
4,2
4,7
5,0
34
40
47
1,6
3
3
4,8
5,0
46
52
1,9
4
3
5,1
5,4
47
53
1,0
5
3
4,8
5,4
45
52
1,6
3 dias
7 dias
28 dias
3 dias
7 dias
28 dias
28 dĂas
Con dosificaciĂłn Shilstone, con cantidad de mortero apropiada, las diferentes fibras mostraron resistencias residuales similares
Comportamiento diferentes fibras
Costo hormigรณn para diferentes fibras
Tipo Fibra
Variaciรณn Porcentual (%)
1
-0,3%
2
0,0%
3
-0,2%
4
-0,8%
5
-0,4%
CEMENTOS ANALIZADOS Tercera etapa: 10 mezclas de hormigón para analizar 5 tipos de cemento: • Biobio AR • BSA • Melón Extra • Polpaico Premium • Polpaico P400 • •
Las dosis de cemento estudiadas fueron 300 y 340 kg/m3. Las dosificaciones del árido, fibras y aditivos se mantuvieron constates para todas las mezclas.
Resultados ensayos de cemento Resistencia Flexo
Resistencia Compresion
CEMENTOS
Dosis de Cemento
3
7
28
3
7
28
1
340
3,7
4,8
5,9
32
46
57
2
340
3,5
4,3
4,9
39
43
51
3
340
3,9
4,7
5,2
37
46
52
4
340
5,2
5,6
7,0
41
54
63
5
340
3,8
4,5
5,4
33
41
52
1
300
3,5
4,5
5,5
26
37
47
2
300
3,7
4,0
4,5
35
39
43
3
300
4,4
4,7
5,2
35
41
46
4
300
4,1
5,2
6,2
37
47
60
5
300
2,8
3,7
4,4
27
35
43
Costo hormigĂłn para diferentes cementos
Tipo Cemento 1 2 3 4 5
Dosis MĂnimas
Dosis 320 kg/m3
0,00% 3,23% 3,06% 7,09% 0,90%
0,00% 3,43% 3,28% 7,58% -1,90%
Dosis 340 kg/m3 0,00% 3,32% 3,17% 7,33% -1,84%
Resistencia a flexotracciรณn para diferentes cementos
Resistencia a compresiรณn para diferentes cementos
Dosis de cemento vs tipo de cemento para 4,5 MPa a flexotracciรณn
Costo hormigón – diferencia porcentual para diferentes cementos
Limitación = dosis mínima 300 kg/m3
ESTUDIO DEL HORMIGON Cuarta etapa: 4 mezclas, utilizando distintos tipos de aditivos para un mismo tipo de árido, cemento y fibra. – Aditivo para controlar la reología Evita caída del borde con moldajes deslizantes
– Aditivo que incorpora aire para mejorar cohesividad a algunas mezclas. Mejora trabajabilidad y puede reducir costos del hormigón
Costo hormigรณn con y sin aire incorporado
Barreras con dosificaciรณn normal
Barreras con dosificaciรณn Shilstone
Experiencia dosificaciones Cuesta El Colo
Cuesta El Colo Shilstone inicial
Ensayo en la mano Shilstone inicial
Resultados con Shilstone inicial
Cuesta El Colo Shilstone corregido
Resultados con Shilstone corregido
Cono 10 cm – ondulaciones en pendiente
Cono 6 cm – sin problemas en pendiente
Muchas Gracias