El Concreto y Su Comportamiento Estructural

Diplom Dipl omado ado en Ingeni Ingenieri eria a Estruc Estructur tural al Diplomado Nuevas Tendencias en Edificaciones Urbanas e Industriales

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Comportamiento de los Materiales y sus Posibilidades Estructurales Ing. Ing. Enr Enriq ique ue Pasq Pa squel uell C. Pasque Pas quel Julio-Agosto 2010 2 de 46

Comportamiento de los Materiales y sus Posibilidades Estructurales Ing. Ing. Enr Enriq ique ue Pasq Pa squel uell C. Pasque Pas quel Julio-Agosto 2010 2 de 46

SESIÓN 5 EL CONCRETO Y SU COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL 24 Agosto 2010

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ASTM C-94 y NTP 339.114

Especificaciones para concreto premezclado

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ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 ⇒

Bases de Compra

⇒

Materiales

⇒

Requisitos para la calidad del concreto

⇒

Tolerancias en slump

⇒

Planta de dosificación, balanzas, calibración. 5 de 46

ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 ⇒

⇒

Mezcladores y Agitadores Mezclado y entrega

⇒

Guia de remisión e información incluída

⇒

Métodos de ensayo y control

⇒

Resistencia y su evaluación 6 de 46

ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 BASES DE COMPRA ⇒

Compra en m3

Chequeo de volumen suministrado mediante peso unitario según norma standard, no medición geométrica ⇒

Desperdicio, sobre excavación, deformación de encofrados, fugas, pérdida de aire, no es responsabilidad del proveedor. ⇒

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ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 MATERIALES ⇒

Cemento, agregados, agua, adtivos

deben cumplir normas para cada caso. ⇒

Se puede usar agua de lavado de mixers para

producción de concreto. 8 de 46

ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 REQUISITOS PARA LA CALIDAD DEL CONCRETO

Definición por el comprador : T.M. agregado, asentamiento, % aire, opción empleada para determinar proporciones . ⇒

Opción A : Comprador solicita que el proveedor asuma toda la responsabilidad en el diseño de mezcla  Especificar fć con requisitos de aceptación RNC y ACI 318 ⇒

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Opción A : A pedido del comprador, el proveedor deberá suministrar por escrito : Pesos para el diseño de mezcla y evidencia de la calidad de los materiales y resultados previos. ⇒ Opción B : El comprador asume responsabilidad por el diseño de mezcla, debiendo especificar al proveedor : Contenido de cemento, cantidad de agua, tipo, nombre y dosis de aditivos. ⇒

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Opción B : A pedido del comprador, el proveedor deberá suministrar por escrito : Fuente de procedencia de agregados y sus características y los pesos del diseño de mezcla. ⇒ Opción C : El proveedor asume responsabilidad por el diseño de mezcla, debiendo especificar el comprador : Contenido mínimo de cemento, tipo, nombre y dosis de aditivos, fć con requisitos de aceptación RNC y ACI 318. ⇒

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Opción C : A pedido del comprador, el proveedor deberá suministrar por escrito : Fuente de procedencia de agregados y sus características, los pesos del diseño de mezcla y resultados´previos. ⇒ Opción C : El proveedor asume responsabilidad por el diseño de mezcla, debiendo especificar el comprador : Contenido mínimo de cemento, tipo, nombre y dosis de aditivos, fć con requisitos de aceptación RNC y ACI 318. ⇒

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ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 TOLERANCIAS EN SLUMP ⇒

Cuando se especifíca un valor máximo : Slump especificado ≤

3”

> 3”

Tolerancia + 0 - 11/2” + 0 - 21/2” 13 de 46

ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 TOLERANCIAS EN SLUMP ⇒

Cuando no se especifica un valor máximo : Slump especificado

Tolerancia

2”

± ½¨

≤

2” a > 4”

4”

±

1”

±

11/2”

!OJO : Obligación del proveedor en conservación del slump sólo 30 min desde que llegó a obra.! 14 de 46

ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 PLANTA DE DOSIFICACION, BALANZAS, CALIBRACION

Planta Dosificadora, Planta Mezcladora

⇒

⇒

⇒

⇒

Compartimientos separados para insumos Sistemas de control de descarga precisos

Balanzas mecánicas o electrónicas 15 de 46

ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 PLANTA DE DOSIFICACION, BALANZAS, CALIBRACION ⇒

Dos verificaciones a realizar en calibración:

- Exactitud de las balanzas  Pesos patrón - Precisión en el pesaje  Diferencia entre peso esperado y peso real(dispositivos de control de compuertas). ⇒ Tolerancias de exactitud en balanzas : ± 0.4% de la capacidad total en cada cuarto del rango para al menos una verificación bajo carga estática. 16 de 46


Tolerancias de exactitud en balanzas : ± 0.4% de la capacidad total en cada cuarto del rango total para al menos una verificación bajo carga estática. ⇒

Ejemplo : Balanza de cemento, capacidad total = 5,000 kg ¼ Rango total = 1,250 kg ±0.4%

de 5,000 kg = ± 20 kg para verificación acumulativa estática en 1,250 kg, 2,250 kg, 3,750 kg. y 5,000 kg.

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Tolerancias en precisión de pesaje :

Cemento  Pesaje > 30% cap. Tot.  ± 1% peso requerido Pesaje ≤ 1 m3  - 0 % / + 4% Agregados  Para peso individual  ± 1% peso requerido Para peso acumulativo < 30% capacidad de la balanza  ±

0.3 % capacidad total de la balanza

±

3 % peso requerido ( el menor de ambos)

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Tolerancias en precisión de pesaje de agregados :

Para peso acumulativo > 30% capacidad de la balanza  ±

1 % del peso requerido

Agua Total  Aditivos ±

±

±

3 % del peso o volumen requerido total

3 % del peso o volumen requerido total o

la dosis requerida para 50 kg de cemento (el mayor)

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⇒

Frecuencia de calibración o verificación :

No la establece la norma Recomendable : Cada vez que se instala una Planta y luego cada 6 meses durante producción continua o 30,000 m3 producidos (lo que ocurra primero). 20 de 46

ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 MEZCLADORES Y AGITADORES.

Mezcladores y agitadores  Placa con indicación de capacidad y velocidad de mezclado. ⇒

Mezcladores estacionarios  Volumen de concreto mezclado ≤ 63 % volumen del tambor. ⇒

Mezcladores o agitadores móviles  Volumen de concreto mezclado ≤ 80 % volumen del tambor. ⇒

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ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 MEZCLADORES Y AGITADORES. ⇒

VERIFICACION DE UNIFORMIDAD DE MEZCLADO :

Muestreo de aprox. 15% y 85% de la tanda y se compara Ensayo

Diferencia máxima aceptable

Peso unitario

16.0 kg/m3

% Aire Slump

1.0 % 1” si slump es ≤ 4”, 1.5” si slump es de 4”a 6”

Agregado grueso lavado en malla Nº4

6.0 %

P. Unitario mortero libre de aire

1.6 %

fć promedio a 7 días



7.5 % 22 de 46

ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 MEZCLADORES Y AGITADORES FRECUENCIA DE VERIFICACION DE UNIFORMIDAD DE MEZCLADO : ⇒

La norma indica que debe hacerse rutinariamente con la frecuencia necesaria para detectar deficiencias en la homogeneidad del concreto.

Recomendación práctica  Cada 6 meses o 7,500 m3 . 23 de 46

ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 MEZCLADO Y ENTREGA Si el mixer ha pasado la prueba de uniformidad, se puede efectuar una sola adición controlada de agua si el slump es menor que el especificado, con 30 revoluciones adicionales. ⇒

Descarga debe realizarse dentro de 11/2 hora después de mezclado en planta o 300 revoluciones; puede obviarse si luego de este tiempo tiene un slump que permite ser colocado sin adicionar agua extra (!aditivos!) ⇒

En clima cálido, el proveedor suministrará el concreto a la temperatura mas baja posible aprobada por el comprador. ⇒

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ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 MEZCLADO Y ENTREGA En clima frio, el concreto tendrá las temperatura mínimas dependientes de la información sobre las dimensiones de los elementos a vaciar proporcionada por el comprador : ⇒

Tamaño de la sección < 0.30 m.

Temperatura min. en ºC 13

0.30 m. a 0.90 m.

10

0.90 m. a 1.80 m.

7

>

1.80 m.

5

Temp. Máx.del concreto con agua o agregados calientes  32 ºC

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ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 GUIA DE REMISION ⇒

El proveedor debe suministrar guía con la siguiente información:

- Nombre de la planta de premezclado - # de serie del documento - Fecha - Número del camión - Nombre del comprador - Nombre y ubicación de la obra - Designación del concreto de acuerdo a lo solicitado 26 de 46

ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 GUIA DE REMISION ⇒

El proveedor debe suministrar guía con la siguiente información:

- Nombre de la planta de premezclado - Cantidad de concreto en m3 - Hora del carguío en planta - Agua adicionada en obra e iniciales del responsable

A solicitud expresa del comprador se proporcionará información adicional para fines de certificación sobre Tipo y marca de cemento, Tipo y marca de aditivos, características y certificados de materiales, firma del representante del proveedor. 27 de 46

ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 METODOS DE ENSAYO Y CONTROL ⇒

Todos los estandarizados para concreto en condición controlada :

Muestreo (ASTM C-172), Slump (ASTM C-143), Contenido de aire (ASTM C-231,C-173), Peso unitario (ASTM C-138), Temperatura (ASTM C-1064), Especímenes para ensayo de compresión (ASTM C39), etc. El reporte de ensayos para determinar el cumplimiento con esta norma debe indicar cuales han sido realizados por personal de laboratorio del proveedor y los realizados por otro laboratorio. Frecuencia de muestreo no menor de una vez cada 115 m3 o por cada día y clase de concreto. 28 de 46

ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 METODOS DE ENSAYO Y CONTROL

Si el slump o el % de aire no cumplen con los límites especificados se hará un segundo chequeo definitorio. ⇒

Si falla en el segundo chequeo, se considerará que el concreto no cumple con los requisitos de la presente norma. ⇒

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ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA NORMA ASTM C-94/NTP 339.114 RESISTENCIA Y SU EVALUACION

Probetas muestreadas, moldeadas, curadas y ensayadas bajo condiciones estandarizadas. ⇒

⇒

Un ensayo = Promedio de 2 testigos

⇒

Requisitos de aceptación :

Promedio de 3 ensayos consecutivos ≥ fć Ningún ensayo menor de fć en mas de 35 kg/cm2 30 de 46


El comprador debe registrar el # de guía del suministro y la ubicación exacta en la obra donde se coloque el concreto representado por un ensayo de resistencia. ⇒

Si el concreto no cumple con los requisitos, el proveedor y comprador convendrán para determinar un acuerdo para ajustar el diseño si esto es factible. ⇒

Ojo Alternativas del RNC y ACI 318-08 31 de 46


Si no se llega a un acuerdo, se debe tomar una decisión mediante un panel de 3 ingenieros calificados, uno designado por el comprador, otro por el proveedor y el tercero elegido por estos dos miembros del panel. La responsabilidad del costo del arbitraje será determinada por el panel, siendo su decisión obligatoria para las partes. ⇒

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CONCRETO ESPECIFICADO POR f ć y relación Agua/Cemento a la vez

⇒

El fć es resultante del diseño estructural.

La especificación por relación Agua/Cemento se define por durabilidad. ⇒

Normalmente prima A/C y obtenemos mayor resistencia que la requerida por razones estructurales. ⇒

Ojo Diferencias en costos 33 de 46

Tabla 12.5 .- Relaciones Agua/Cemento máximas para condiciones especiales de exposición ( Ref. ACI - 318 )

CONDICION DE EXPOSICION

RELACION A/C MAXIMA

( Concreto Normal ) Concreto con baja permeabilidad expuesto a agua dulce

f’c MINIMO CONCRETO NORMAL Y LIGERO

( Kg/cm2 )

0.50

280

Concreto expuesto al hielo y deshielo en condición húmeda

0.45

315

Para prevenir corrosión en Concreto expuesto a sales, agua de mar, aguas salobres.

0.40

350

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T a b l a 1 2 . 3 .-

T IP O D E E X P O S IC I O N A LOS SULFATOS

R e q u i s it o s p a r a c o n c r e t o e x p u e s t o a s o lu c i o n e s c o n s u l fa t o s ( R e f . 1 2 . 2 )

SUL FATOS SOL UBLE S EN AGUA (S O 4 ) PRESENTES EN SUELOS

SUL FATOS (S O4 ) EN AGUA

(% en peso )

( p .p . m . )

D e s p r e c ia b le

0 a 0.10

0 a 15 0

- -- --

- -- --

- -- --

M o d e ra d a

0 .1 0 a 0 .2 0

150 a 1,500

II , I P ( M S ) IS ( M S ) , IP M (M S ) I( S M )( M S )

0.50

280

Severa

0 . 2 0 a 2 .0 0

1,500 a 10,000

V

0 .4 5

315

V + P u z o la n a

0 .4 5

315

M u y S e v e ra

>

2 . 0 0

>

1 0 , 0 0 0

T IP O D E CEM ENTO RECOM ENDAD O

R E L A C IO N A G U A /C E M E N T O RECOMENDADA

( C o n c r e to

N o r m a l)

f ’c M IN IM O

(Kg/cm 2)

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CONCRETO ESPECIFICADO POR fć y RELACIÓN AGUA/CEMENTO A LA VEZ EJEMPLO PRACTICO

Condiciones Establecidas por el proyectista fć especificado = 210 kg/cm2 (Este valor lo establece el proyectista en base al análisis estructural) 

Relación Agua/Cemento = 0.50 (Este valor lo establece el proyectista independientemente de las consideraciones estructurales, para darle durabilidad a las estructuras bajando la permeabilidad vía la relación A/C, para contrarrestar las condiciones de exposición y agresividad a que estarán sometidas durante su vida de servicio) 



Para el ejemplo se considera concreto sin aire incorporado

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CONCRETO ESPECIFICADO POR fć y RELACIÓN AGUA/CEMENTO A LA VEZ EJEMPLO PRACTICO a)

Analicemos primero qué resistencia promedio fćr se requiere en obra por la exigencia estructural fć = 210 kg/cm2

1)

Calcularemos el fćr exigido por el código ACI 318-08 es decir la resistencia promedio mínima (resistencia con sobrediseño) a lograrse en obra para cumplir con la expectativa de falla de 1 en 100 prevista en el código :

2)

fćr = fć + 1.34Ds (Acápite 5.3.2.1)

3)

Ds promedio = 30 kg/cm2

4)

fćr = 210 kg/cm2 + 1.34 x 30 kg/cm2

5)

fćr = 250 kg/cm2

6)

Es decir, que la resistencia promedio en obra nunca debe ser menor de 250 kg/cm2 mientras la Ds no supere 30 kg/cm2, para cumplir con los criterios de aceptación y expectativa de falla del Código. 37 de 46

CONCRETO ESPECIFICADO POR fć y RELACIÓN AGUA/CEMENTO A LA VEZ EJEMPLO PRACTICO b) Analicemos a continuación a qué relación Agua/Cemento corresponde el fćr obtenido en base al cáculo anterior 1)

Emplearemos el gráfico referencial fć vs Relación Agua/Cemento obtenido del acápite 6.3.4 del Reporte del Comité ACI 211.1 -91 – Reaprobado en 2002, “ Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight and Mass Concrete”

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Curva Típica Resistencia en compresión vs Relación Agua/Cemento en concreto sin aire incorporado

500

2 450 m c / g 400 k n e 350 c ´ f

!Para f’c=210kg/cm2 y f’cr=250kg/cm2 A/C=0.60!

n ó 300 i s e r 250 p m o 200 c n e a 150 i c n e 100 t s i s e 50 R 0 0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

Relación Agua/cemento en peso

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CONCRETO ESPECIFICADO POR fć y RELACIÓN AGUA/CEMENTO A LA VEZ EJEMPLO PRACTICO c) Analicemos finalmente qué resistencia en compresión promedio se obtiene con una relación Agua/Cemento = 0.50 1)

Emplearemos igualmente el gráfico anterior pero entrando con la relación Agua/Cemento para deducir la resistencia en compresión promedio estimada :

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500

2 450 m c / g 400 k n e 350 c 335 ´ f

!Para A/C = 0.50 se obtiene del gráfico un f’cr=335kg/cm2 !

n 300 ó i s e r 250 p m o 200 c n e a 150 i c n e 100 t s i s e 50 R 0 0.3

0.4

0.5

0.57

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

Relación Agua/cemento e n pe so

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CONCRETO ESPECIFICADO POR fć y RELACIÓN AGUA/CEMENTO A LA VEZ EJEMPLO PRACTICO d) Comparando ambos casos en el mismo gráfico

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500

2 450 m c / g 400 k n e 350 c 335 ´ f

! Se trata de dos concretos diferentes donde prima el que satisface ambos requerimientos!

n 300 ó i s e r 250 p m o 200 c n e a 150 i c n e 100 t s i s e 50 R

!El concreto con relación Agua/Cemento = 0.50 es el que satisface ambos requerimientos de resistencia estructural y durabilidad¡

0 0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

Relación Agua/cemento e n pe so

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CONCLUSIONES 1) La relación Agua/Cemento 0.50 es predominante como parámetro de diseño de la mezcla cuando se especifica a la vez una f’c hasta del orden de 300kg/cm2 o menores, pues se obtienen como consecuencia resistencias promedio alrededor de los 335kg/cm2 que igualan o sobrepasan lo exigido por el f’c, con Ds de hasta 30kg/cm2. 2) El lograr una relación Agua/Cemento=0.50 o menor se facilita con aditivos, pero no significa que baste ponerle aditivo adicional a un concreto convencional con f’c=210kg/cm2 y A/C=0.60 que ya tiene reductor de agua, y poder bajar la relación A/C a 0.50 o menos de manera económica sin incrementar cemento. 3) Con la tecnología actual de reductores de agua de alto rango o superplastificantes se puede hacer esto, pero es mas caro que poner cemento adicional, con el inconveniente de que la trabajabilidad se vuelve dependiente de tiempo efectivo de acción del producto, y aumenta la posibilidad de retardo en el tiempo de fraguado inicial, por ello nadie utiliza este recurso para estos casos por ser antieconómico. 4) En el caso de un proyecto en que con la relación A/C especificada por durabilidad se considera que se están obteniendo resistencias que sobrepasan en exceso la resistencia estructural, ello sólo es debido a lo ya mostrado en los slides anteriores, y que es de conocimiento de los proyectistas cuando deciden optar por la especificación mixta fć y A/C, y no porque se esté empleando más cemento del necesario.

CONCLUSIONES 5) Por lo tanto, el solicitar bajar cemento manteniendo la relación Agua/Cemento obligaría a bajar también agua para mantener la relación mencionada, lo cual sólo es factible de hacerse con aditivo superplastificante a un costo mayor que la economía obtenida con la reducción de cemento solicitada. 6) Como un orden de magnitud, para bajar 10 kg de cemento/m3 (aproximadamente $ 1.30/m3) manteniendo una relación A/C=0.50, implica que deberíamos bajar también 5 litros de agua/m3, y ello se logra con una dosis de alrededor de 1.5 a 2.0 litros de superplastificante/m3, representando un costo del orden de $1.80 a $2.40/m3, con lo que la aparente economía en cemento no es rentable. 7) Se ha desarrollado el ejemplo para una relación A/C=0.50, pero es obvio que la situación es aún más crítica con relaciones Agua/Cemento menores.

El Concreto y Su Comportamiento Estructural

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