TECNOLOGÍA DEL CONCRETO AVANZADA – CIV 643 SEMESTRE 2015-2
MÓDULO 3 La arena, la piedra y el hormigón a utilizarse en el concreto
2
MÓDULO 3 La arena, la piedra y el hormigón a utilizarse en el concreto
2
Para que sirven los husos granulométricos granulométric os estándar?
3
4/116
Para que sirven los husos granulométricos estándar?
5
Para que sirven los husos granulométricos estándar?
! !
Evitan confusiones y malentendidos en el empleo de agregados al hablar un solo idioma Reducen los vacíos entre partículas ! ! !
!
Reducen el volumen requerido de pasta Reducen el contenido de cemento Reducen el costo
Mejoran la trabajabilidad del concreto fresco 6
El Módulo de Fineza Total: La herramienta fundamental para el control de la granulometría y uniformidad de las mezclas de agregados
7
El Módulo de Fineza Total: La herramienta fundamental para el control de la granulometría y uniformidad de las mezclas de agregados. 1.
Concepto general para arena y piedra
2.
Duff Abrams
3.
Suma de % retenidos acumulativos hasta el tamiz # 100 dividido entre 100
4.
Proporcional al promedio logarítmico del tamaño de partículas.
5.
Granulometrías con igual M.F. Producen mezclas similares en f´c, trabajabilidad y cantidad de agua.
6.
1925
Herramienta para agregados marginales
8
IMPORTANCIA DEL MODULO DE FINEZA TOTAL
Todas las mezclas de concreto tienen agregado global con Tamaño Máximo 1” , Módulo de Fineza Total = 5.8 300 kg de cemento por m3 y relación A/C=0.545
Referencia : Investigación de L. Pálotas – Budapest, Hungría 1933 citada en Concrete : Making Materials por Sandor Popovics – USA 1979
10
Análisis de Mallas y MF de Arena Tamaño de Malla 9.5 mm 4.75 mm 2.36 mm 1.18 mm 600 µm 300 µm 150 µm Pan Total Fuente PCA
Porcentaje Porcentaje Porcentaje retenido en la acumulativo que pasa, retenido, malla, por por masa por masa masa 0 100 0 2 98 2 13 85 15 20 65 35 20 45 55 24 21 79 18 3 97 3 0 — 100 283
Módulo de Finura = 283 ÷ 100 = 2.83
11
El Módulo de Fineza Total: La herramienta fundamental para el control de la granulometría y uniformidad de las mezclas de agregados.
MF(P+A) en Peso = %P x MFP + % A x MF A
Manteniendo el Módulo de Fineza Global en un rango de ± 0.20 no cambia el slump, la demanda de agua ni la resistencia 12
Similitudes e incongruencias entre la NTP 400.037 - 2002 y la norma ASTM C 33-2013, los problemas que se derivan y como superarlos
13
Similitudes e incongruencias entre la NTP 400.037 - 2002 y la norma ASTM C 33-2013, los problemas que se derivan y como superarlos.
14
Similitudes e incongruencias entre la NTP 400.037 - 2002 y la norma ASTM C 33-2013, los problemas que se derivan y como superarlos.
15
Similitudes e incongruencias entre la NTP 400.037 - 2002 y la norma ASTM C 33-2013, los problemas que se derivan y como superarlos.
16
Similitudes e incongruencias entre la NTP 400.037 - 2002 y la norma ASTM C 33-2013, los problemas que se derivan y como superarlos.
17
Similitudes e incongruencias entre la NTP 400.037 - 2002 y la norma ASTM C 33-2013, los problemas que se derivan y como superarlos.
18
Similitudes e incongruencias entre la NTP 400.037 - 2002 y la norma ASTM C 33-2013, los problemas que se derivan y como superarlos.
19
Pros y contras del empleo de hormigón o agregado global en la elaboración de concreto
20
Pros y contras del empleo de hormigón o agregado global en la elaboración de concreto.
NTP 400.037
21
Pros y contras del empleo de hormigón o agregado global en la elaboración de concreto. NORMA UNE 12607
22
Pros y contras del empleo de hormigón o agregado global en la elaboración de concreto.
! ! ! ! !
Permiten aprovechar agregados en condición granulométrica natural Funciona mientras el M.F. Total no varíe en ± 0.2 Requiere uniformizar lotes Sensible a variar dependiendo del estrato Puede requerir mayor consumo de cemento 23
El equivalente de arena, su trascendencia real y los problemas que ocasiona
24
El equivalente de arena, su trascendencia real y los problemas que ocasiona.
25
El equivalente de arena, su trascendencia real y los problemas que ocasiona. EQUIVALENTE DE ARENA ASTM D 2419-09, NTP 400.018 !
Ensayo que determina las proporciones relativas de suelos arcillosos o finos plásticos y polvo en suelos granulares y agregados finos que pasan el Tamiz Nº 4.
!
Nos permite cuantificar la cantidad de contaminación de limo o arcilla en el agregado fino o suelo.
!
No distingue el limo de la arcilla !!!!!
!
Inhabilita arenas innecesariamente
26
El equivalente de arena, su trascendencia real y los problemas que ocasiona. AZUL DE METILENO ASTM C 837-09, UNE EN 933-9
Ensayo realizado al agregado fino cuando éste excede el porcentaje de malla 200 Objetivo: Indicar la presencia de arcilla para la calificación del agregado fino para su uso en concreto; expresado como valor azul.
27
Procedimiento
1.- Pesar 5g de la muestra de arena y añadir agua destilada hasta completar 150ml. 2.- Agitar por unos minutos y empezar la titulación con la solución de azul de metileno.
3.- Indicar el volumen gastado de azul cuando la gota embebida en el papel filtro se observe la formación del halo turquesa alrededor de la gota. 28
El equivalente de arena, su trascendencia real y los problemas que ocasiona. Importancia: El valor azul del agregado es un indicador de la presencia de arcilla. Un valor alto indica altos contenidos de arcillas que pueden ser perjudiciales al concreto.
Discrimina arcillas de limos arenosos no perjudiciales Limite Permisible: El valor encontrado no debe ser mayor a 2.0 29
El equivalente de arena, su trascendencia real y los problemas que ocasiona. !
! !
!
El equivalente de arena no distingue finos arcillosos de finos no plásticos o limos arenosos pues sólo mide granulometría por sedimentación El ASTM C 33 no lo considera ni ninguna norma internacional sobre pavimentos La Norma NTP 400.0037 es obsoleta y origina problemas prácticos por su aplicación irrestricta en algunas especificaciones o por algunos supervisores El ensayo de azul de metileno es el que cuantifica la contaminación exclusivamente por arcillas y supera con amplitud al equivalente de arena como elemento de juicio 30
Mitos y realidades de la piedra triturada
31
Mitos y realidades de la piedra triturada. ¿Agregado Triturado?
¿Agregado Zarandeado?
32
Mitos y realidades de la piedra triturada.
“Analicemos algunas de las cosas se dicen por ahí al respecto”
33
“Debe ser triturado porque así lo dicen las normas”
COARSE AGGREGATE 9. General Characteristics
9.1 Coarse aggregate shall consist of gravel, crushed gravel, crushed stone, air-cooled blast furnace slag, or crushed hydraulic-cement concrete (see Note 6), or a combination thereof, conforming to the requirements of this specification. NOTE 6—Although crushed hydraulic-cement concrete has been used as an aggregate with reported satisfactory results, its use may require some additional precautions. AGREGADO GRUESO 9. Características Generales
9.1 El agregado grueso consistirá de grava, grava triturada, roca triturada, escoria enfriada al aire, o concreto de cemento hidraúlico triturado o una combinación de ellos, (ver Nota 6), Nota 6—Aunque el concreto de cemento hidráulico triturado ha sido usado Como agregado con resultados satisfactorios reportados, su uso puede requerir algunas precauciones adicionales.
! La Norma C 33 no lo dice ! 34
“Debe ser triturado porque internacionalmente es lo más empleado”
Gravel and Sand Close to half of the coarse aggregates used in concrete in North America are natural gravels dug or dredged from a pit, river, lake, or seabed.
Grava y arena Cerca de la mitad de los agregados gruesos usados en concreto en Norteamérica son gravas naturales excavadas o dragadas de pozos, ríos, lagos y lechos marinos.
!No es cierto!
35
“Debe ser triturado pues el zarandeado requiere más pasta y más cemento por su forma redondeada y lisa”
36
“Debe ser triturado pues el zarandeado requiere más pasta y más cemento por su forma redondeada y lisa”
Cubo de lado = d = 1cm
Esfera de diámetro = d = 1cm
37
“Debe ser triturado pues el zarandeado requiere más pasta y más cemento por su forma redondeada y lisa”
CUBO
ESFERA
Área = 6d2 = 6cm2
Área = !d2 = ! cm2
Volumen = d3= 1 cm3
Volumen = !d3 /6 = ! /6 /cm3
Superficie Específica = A/V = 6cm2 /cm3
Superficie Específica = A/V = 6cm2 /cm3
!Para el mismo Tamaño Máximo y granulometría requieren similar cantidad de pasta y cemento!
!En la práctica esto no es cierto!
38
“Debe ser triturado pues el zarandeado requiere más pasta y más cemento por su forma redondeada y lisa”
Agregado zarandeado T.M. 1” Contenido de vacíos " 33%
Agregado triturado T.M. 1” Contenido de vacíos " 45%
!EL ZARANDEADO REQUIERE MENOS PASTA Y MENOS CEMENTO! Ref.: “Aggregates in concrete” by Mark Alexander & Sidney Mindess Photos by Gil Owens Cement and Concrete I nstitute of Souh Africa
39
“Debe ser triturado pues el zarandeado requiere más pasta y más cemento por su forma redondeada y lisa”
Arena natural zarandeada Requerimiento de agua = 200 -205 kg/m3
Arena triturada Requerimiento de agua = 220 - 235 kg/m3
!LA ZARANDEADA REQUIERE MENOS PASTA Y MENOS CEMENTO! Ref.: “Aggregates in concrete” by Mark Alexander & Sidney Mindess Photos by Gil Owens Cement and Concrete I nstitute of South Africa
40
“Debe ser triturado pues con el zarandeado no se logra llegar al módulo de rotura especificado” f'c vs Relación Agua/Cemento - Comité ACI 211.1
1.00 0.90 o s e p n e o t n e m e C / a u g A n ó i c a l e R
0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460
Resistencia en compresión en kg/cm2 Sin aire incorporado
Con aire incorporado
41
Relación entre compresión y flexión
!Siempre es posible obtener el Mr independientemente de la forma del agregado 42
“Debe ser triturado pues resiste mejor el desgaste por el tránsito
!Para el f´c y Mr de los pavimentos modernos no es relevante!
43
Mitos y realidades de la piedra triturada. ! !
!
!
!
Ninguna norma internacional de calificación de agregados para concreto exige el uso de agregado triturado. Internacionalmente se usa tanto el agregado zarandeado como el triturado por consideraciones diferentes a su desempeño Se puede satisfacer cualquier requerimiento de resistencia empleando tanto agregado triturado como zarandeado La durabilidad de los pavimentos de concreto se puede obtener con ambas alternativas si se hace el diseño de mezcla correcto Probablemente con agregado zarandeado se requiera algo más de cemento para lograr el módulo de rotura vs el triturado debido al anclaje mecánico de éste último 44
El estado del arte en relación al pasante del Tamiz # 200 y la obsolescencia de la norma NTP 400.037 y de la norma ASTM C 33 en este rubro
45
El estado del arte en relación al pasante del Tamiz # 200 y la obsolescencia de la norma NTP 400.037 y de la norma ASTM C 33 en este rubro.
46
NORMA EN 12620:2002 AGREGADOS PARA CONCRETO 4.6 Contenido de finos El contenido de finos determinado de acuerdo con EN 933-1 deberá declararse de acuerdo con las categorías relevantes especificadas en la Tabla 11 Tabla 11 – Categorías para valores máximos de contenido de finos
AGREGADO
Agregado grueso
Porcentaje que pasa Tamiz 0.063 mm ( ASTM Nº 230)
CATEGORÍA f
1.5 4 >4 Sin requisito
f1.5 f4 fDeclarado fSR
# #
Agregado de Gradación Natural Tamaño 0/8 mm
#
3 # 10 # 16 >16 Sin requisito
f3 f10 f16 fDeclarado fSR
Agregado global
#
3 # 11 >11 Sin requisito
f3 f11 fDeclarado fSR
Agregado Fino Tamaño 0/4 mm
#
3 # 10 # 16 # 22 >22 Sin requisito
f3 f10 f16 f22 fDeclarado fSR
4.7 Calidad de los finos (Pasante Tamiz 0.063) La nocividad de los finos en el agregado fino, incluyendo el agregado tipo filler, deberá evaluarse de acuerdo con el Anexo D
ANEXO D Evaluación de finos Los finos se considerarán no nocivos cuando se cumpla alguna de las cuatro condiciones siguientes : a) El contenido total de finos del agregado fino es menor que 3% u otro valor de acuerdo a lo especificado en el sitio de uso del agregado. b) El valor de equivalente de arena (EA) cuando se ensaye de acuerdo con EN 933-8 excede un límite inferior especificado. c) El ensayo de azul de metileno (AM) cuando se ensaya de acuerdo con EN 933-9 reporta un valor menor que un límite particular especificado. d) Cuando se establezca desempeño equivalente al de agregado satisfactorio conocido o hay evidencia de su empleo sin experimentar problemas.
48
El estado del arte en relación al pasante del Tamiz # 200 y la obsolescencia de la norma NTP 400.037 y de la norma ASTM C 33 en este rubro.
49
50
El estado del arte en relación al pasante del Tamiz # 200 y la obsolescencia de la norma NTP 400.037 y de la norma ASTM C 33 en este rubro. !
La Norma ASTM C 33 ya eliminó al pasante de la malla 200 como sustancia perjudicial
!
ASTM C 33 ya admite el azul de metileno como método potencialmente válido
!
La Norma Europea acepta superfinos > 5% hace años
!
En nuestro medio todavía se aplica radicalmente la norma C 33 y NTP 400.037 sin evaluar superfinos
!
Descalificación innecesaria de arenas aptas
!
Desconocimiento y falta de especialización e investigación
!
Costos adicionales algunas veces innecesarios
!
En muy poco tiempo ASTM C 33 va a cambiar
Lavado 51
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto
52
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto.
53
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto. Profesor Stanton 1936
54
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto.
55
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto.
56
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto.
57
58
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto.
59
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto.
60
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto.
61
62
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto.
63
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto.
64
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto.
65
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto.
66
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto.
67/116
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto.
68/116
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto.
69
Reacción Álcali - Sílice : El VIH del concreto. !
La Norma ASTM C 33 ya es obsoleta en este aspecto
!
ASSHTO ya ha dado el paso a establecer la metodología acorde con el enfoque moderno a nivel mundial
!
En nuestro medio todavía se aplica radicalmente la norma C 33 y NTP 400.037 sin considerar los criterios modernos
!
Se descalifican agregados sin el análisis meticuloso que se requiere
!
Costos adicionales algunas veces innecesarios al recurrirse a otras canteras o usar soluciones antieconómicas
!
En muy poco tiempo ASTM C 33 va a cambiar
70
La prueba de intemperismo ASTM C88 y la realidad de las condiciones climáticas en el Perú
71
La prueba de intemperismo ASTM C88 y la realidad de las condiciones climáticas en el Perú. !
La prueba mide capacidad de deformación del agregado
!
Los agregados mas porosos tienen mayor deformación
!
En la zona andina los agregados son más livianos y en algunos casos no cumplen con ASTM C88
!
En muchas zonas andinas en época de congelamiento y deshielo no hay lluvia, hay sequía
!
La probabilidad de congelamiento y deshielo disminuye o es insignificante
!
No tiene sentido especificarla para estructuras que no estarán sujetas a congelamiento
!
Es absurdo pedirla en la Costa y Selva
72
Las impurezas orgánicas en los agregados y su trascendencia práctica
73
Las impurezas orgánicas en los agregados y su trascendencia práctica.
74
La gran incógnita de los diseñadores y supervisoress : Los límites de cloruros y supervisore sulfatos en agregados
75
La gran incógnita de los diseñadores y supervisores : Los límites de cloruros y sulfatos en agregados. Requisitos para agresividad química
76
La gran incógnita de los diseñadores y supervisores : Los límites de cloruros y sulfatos en agregados.
SO3 = SO4x0.833
77
Límites del Contenido de Iones de Cloro en Concreto Nuevo según el ACI 318 (% de Masa de Cemento)
Concreto presforzado Concreto reforzado expuesto a cloruros en su condición de servicio Concreto reforzado que estará seco o protegido de la humedad en su condición de servicio Cualquier otra construcción de concreto reforzado
0.06% 0.15%
1.00%
0.30%
78
La gran incógnita de los diseñadores y supervisores : Los límites de cloruros y sulfatos en agregados.
Piedra + Arena ~ 1,600 kg a 1800 kg 70% x 1.0% = 0.7% 300 kg x 0.7% = 2.1kg de cloruros 2.1kg/1600kg x 100 = 0.13 % " 1300 ppm 2.1kg/1600kg x 100 = 0.13 % " 1300 ppm 2.1kg/1800kg x 100 = 0.12 % " 1200 ppm Límite conservador 600 ppm de cloruros en piedra y 600 ppm en arena
79
Distorsiones de los diseñadores en las especificaciones de agregados
80
Distorsiones de los diseñadores en las especificaciones de agregados.
81/116
Distorsiones de los diseñadores en las especificaciones de agregados. !
Exigir abrasión < 50%
!
Especificar la prueba de intemperismo ASTM C 88 independientemente de la exposición ambiental
!
Pedir un % de desgaste por intemperismo menor que ASTM C 33
!
Pedir % pasante del tamiz # 200 del 3% independientemente del tipo de superfino y la condición de servicio.
!
Exigir agregado triturado
!
Exigir Equivalente de arena para concreto
82
Empleo de agregados marginales
83
Empleo de agregados marginales.
84
Empleo de agregados marginales.
85
Empleo de agregados marginales.
86
Empleo de agregados marginales.
87
Reciclaje de agregados provenientes de lavado de mixer y equipos de mezclado
88
Reciclaje de agregados provenientes de lavado de mixer y equipos de mezclado.
89
Manejo de la Temperatura del Concreto Fresco mediante los agregados
90
Manejo de la temperatura del concreto fresco mediante los agregados. Influencia de la Temperatura de los Agregados en la Temperatura del Concreto ) C o ( o t e r c n o C l e d a r u t a r e p m e T
60.0 55.0 50.0 45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
Temperatura de Agregados (oC)
1 oC de Temperatura de Agregados " 0.6 oC de Incremento en Temperatura del Concreto Para el cálculo de la temperatura se consideran los otros insumos a una temperatura de 20
Manejo de la temperatura del concreto fresco mediante los agregados. Almacenando Agregados Bajo Sombra, con aspersor de agua Cemento
80 oC o
80 oC o
Agua
23 C
23 C
Agregados
28 oC
20 oC
To Concreto
30.9 oC
25.9 oC
Sistema más económico
Enfriando el Agua de Mezcla Cemento
80 oC o
80 oC o
Agua
23 C
18 C
Agregados
28 oC
28 oC
To Concreto
30.9 oC
29.5 oC
Evaluar Impacto en costo de concreto por m3 8m3
" 550
ton agua 92
Manejo de la temperatura del concreto fresco mediante los agregados. Temperatura del Concreto en función del Incremento de Temperatura de Insumos )60.0 C o (55.0 o t e50.0 r c n45.0 o C l e40.0 d a35.0 r u t a30.0 r e p 25.0 m e T
Agregados
Agua
Cemento
20.0 20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
Temperatura de Insumos (oC)
93
El mercado de los agregados en el Perú y el mundo
94
Estudio realizado en Canteras en Conos en Lima 95
Distritos considerados en la investigación
Cono Norte
Cono Este
Cono Sur
Los Olivos
San Juan de Lurigancho Villa María del Triunfo
Puente Piedra
Ate
San Martín de Porres Chosica Independencia
Villa el Salvador San Juan de Miraflores
Santa Anita
Comas 96
Canteras de Agregado Fino
Canteras de Agregado Grueso
La Molina
La Gloria
Cerro Camote
Lurín
San Martín
Los Primos
Trapiche
Iguchi
Arena de río
Jicamarca San Martín Piedra de río Ancón Limatambo
PASANTE M-200 DEL AGREGADO FINO SEGÚN SU PROCEDENCIA
16.00 14.00 0 12.00 0 2 M10.00 E T 8.00 N A 6.00 S A P 4.00
2.00 0.00
PROCEDENCIA
98/116
MODULO DE FINEZA DEL AGREGADO FINO SEGÚN SU PROCEDENCIA 3.8 3.6 Z 3.4 E N I 3.2 F E 3.0 D O 2.8 L U D 2.6 O M2.4
2.2 2.0
PROCEDENCIA
99/116
MODULO DE FINEZA DEL AGREGADO GRUESO SEGÚN SU PROCEDENCIA 7.7 7.6 7.5
Z E N I 7.4 F E 7.3 D O L 7.2 U D 7.1 O M
7.0 6.9 6.8
PROCEDENCIA
100/116
PASANTE M-200 DEL AGREGADO GRUESO SEGUN SU PROCEDENCIA 7.00 6.00 0 0 5.00 2 M E 4.00 T N A 3.00 S A P 2.00 %
1.00 0.00
PROCEDENCIA
101/116
Distribución aproximada del consumo de agregados en porcentaje
19% 79% 2%
Artesanalmente procesados no calificados Procesados calificados para premezclado Hormigón natural
102/116
Curiosidades de la mayor parte del mercado de agregados # # # # # # #
Exige agregado del mayor tamaño posible, monogranular, rechazando gradación técnica completa. Rechaza la arena limpia, exigiendo color y liga (finos" suciedad) No tiene percepción de calidad técnica, guiándose por conceptos distorsionados El principal cliente es la autoconstrucción En paises desarrollados es a la inversa Hay crisis de canteras en Europa y USA La corriente ecológica hará cada vez más difícil y caro el disponer de canteras para concreto en todas partes “
”
“
”
103
