concreto autocompactante

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES (L.E.M)

1 TEMA: “ANÁLISIS DE LA VELOCIDAD DE LLENADO PARA LA VALIDACIÓN DE MODELOS EXPERIMENTALES DE PRESIÓN LATERAL DE CONCRETO FRESCO DE ALTA FLUIDEZ EN COLUMNAS” Por: LUIS A. ZEGARRA CARRANZA, LUIS RODRIGUEZ MARTEL

ANÁLISIS DE LA VELOCIDAD DE LLENADO PARA LA VALIDACIÓN DE MODELOS EXPERIMENTALES DE PRESIÓN LATERAL DE CONCRETO FRESCO DE ALTA FLUIDEZ EN

COLUMNAS

Autores: Luis Zegarra Carranza ([email protected]) / Luis Rodríguez Martel ([email protected]: Ing. Pablo Jhoel Peña Torres(

) [email protected] )

RESUMEN: Se partió realizando el Análisis de Modelos Experimentales para Calcular la Presión Lateral que ejercen los concretos frescos; observando que los modelos coinciden en que un parámetro muy importante es el de "Velocidad de Llenado". Tomando como referencia ensayos ya realizados en la UNI en mutuo apoyo del IIFIC-UNI, LEM (UNI)

y de la data de diversos autores para comparar los diversos modelos para calcular la presión lateral. Se utilizó estos modelos pero ahora enfocados en Concreto de Alta Fluidez (en teoría para estos modelos el cálculo se aproxima a la presión hidrostática) llegando a observar que este tipo de concreto que se asemeja físicamente a un fluido homogéneo rompe los esquemas de los modelos ya conocidos y las ENVOLVENTES de presiones laterales propuestas por estos no se ajustan a la realidad observada por los experimentos ya realizados en la UNI, por tanto se propone un cambio a la envolvente más acorde a la realidad para este tipo de concreto. Al final de esta Investigación se hace comparaciones económicas (rendimiento y costos) para poder entender la importancia no solo científica de este tema sino que también es muy relevante en el presupuesto de Obra sí utilizamos estos tipos de Concretos de Alta Fluidez.

1. INTRODUCCIÓN

Aun no se define cuáles son las componentes y los mecanismos para poder establecer una ecuación o serie de ecuaciones que nos conlleven a un diseño vertical adecuado de la presión lateral que ejerce el concreto fresco en el encofrado cuando se utiliza un concreto de alta fluidez. HURD indica que los objetivos en este proceso deben ser: seguridad, calidad y

costo, esto genera la necesidad de conocer la presión lateral. La fig1 demuestra las envolventes generalmente aceptadas de la presión del concreto vibrado la cual es hidrostática hasta cierta profundidad. Gardner indica que con el aumento de la profundidad y del tiempo, el concreto desarrolla fuerza y fricción interna con el encofrado. Para las profundidades mayores a 2m. Gardner

mailto:[email protected]�






estableció que la magnitud de presión lateral disminuye cerca de la base del encofrado. Se han desarrollado principalmente dos maneras de solucionar el problema: para formular un modelo conceptual usando las características mecánicas y reológicas del concreto fresco o formular una ecuación empírica de los datos obtenidos en laboratorios y/o la construcción verdadera. Schjödt y Levitsky dan ejemplos de la primera manera de solucionar el problema pero el gran número de factores relacionados con las características del concreto, el encofrado y los métodos de colocación, que afectan a la presión lateral, generan modelos muy complejos que no se pueden utilizar en la práctica para el diseño del encofrado

Fig. 1.- Distribución de la presión del concreto

en el encofrado

Por lo tanto, los modelos experimentales se utilizan actualmente para predecir la presión lateral. Diversos diagramas de la envolvente han sido establecidos por los investigadores; una forma típica se demuestra en fig. 1. La

magnitud de la presión máxima de diseño es necesaria para diseñar encofrados puesto que una sobrestimación aumenta costos de construcción. Según Hanna y Senouci este aumento puede ascender a tanto como el 60% del costo de la estructura de concreto, un hecho que sea reafirmado por Hurd. Por una parte, una subestimación de la presión puede generar un problema de seguridad en la construcción.

2. OBJETIVO “Optimizar la envolvente de presión lateral para encofrados de concreto de alta fluidez y la relación de la velocidad de llenado”.

3. HIPOTESIS DEL PROBLEMA EL ACI 347-04 “GUIA DE ENCOFRADO

PARA EL CONCRETO” si bien es muy utilizado en nuestro medio, esta guía y otros MODELOS que vamos analizar no están diseñados para concretos de alta fluidez como el concreto reoplastico, autocompactane, reodinamico. Entonces los diseñadores de encofrados se ven en la necesidad de determinar de otras maneras la presión máxima mediante modelos experimentales individuales para cada empresa o asumir el caso de presión tipo Hidrostática.




4. DESARROLLO DE LA INVESTIGACION 4.1. Marco Teórico 4.1.1. Concreto de alta fluidez

Concreto de alta fluidez es una clase de concreto que fluye bajo su propio peso y se consolida sin el uso de vibraciones mecánicas y con riesgo mínimo de segregación. 4.1.2. Propiedades reologicas del concreto de alta fluidez

Los estudios reológicos han permitido comprender el comportamiento del CAC y de ese modo han contribuido a un diseño más racional de este nuevo concreto. En la Fig. 16 se comparan en forma esquemática curvas de flujo de un CONCRETO DE ALTA FLUIDEZ

(C.A) y un concreto convencional (CC).

Bajo esfuerzo de corte para iniciar el flujo: - Baja tensión estática • Bajo esfuerzo de corte para obtener un flujo constante. - Baja viscosidad • La reologia de la mezcla debe controlarse para evitar la segregación del agregado grueso.

4.1.3. Zona de Autocompactación.

La tensión estática y la viscosidad deben ser óptimas para obtener una capacidad de autocompactación sin segregación.

Fig. 2.- Velocidad de deformación vs Tensión de Corte

Baja trabajabilidad

Partículas en segregación

Zona de autocompactación

Fig. 3.- ZONA DE AUTOCOMPACTACION




4.2. Modelos propuestos para la

evaluación de la presión lateral en encofrados

Varias ecuaciones han sido propuestas para evaluar la magnitud y la forma de cómo se genera la presión lateral. Algunos de estos modelos elaborados para estimar la presión del encofrado para el concreto convencional y pocos estudios recientes que evalúan la presión del encofrado cuando se usa concreto de alta fluidez, se resumen a continuación. 4.2.1. Modelo de Rodin´s [1952] Rodin [1952] publicó datos experimentales sobre la presión lateral del concreto fresco en el encofrado. Concluyó que los factores principales que influyen en la presión lateral son la velocidad de llenado, la vibración, la consistencia del concreto y las proporciones del concreto, la temperatura del concreto, el tiempo de vaciado, y el tamaño del encofrado. Rodin [1952] publico que el encofrado debería ser diseñado según dos casos: concreto vibrado por fuera y no vibrado por fuera. El caso último por consiguiente fue dividido en dos categorías: concreto internamente vibrado y concreto colocado a mano. Se muestra la distribución de presión del concreto sobre el

encofrado como propuesto por Rodin [1952] en la Fig. 4. Los detalles de los dos casos pueden ser expresados así:

Para vibrados exteriores de concreto

El encofrado debería ser diseñado para la presión hidrostática de un líquido que tiene la misma densidad que el concreto.

Para vibrados no exteriores de concreto

Para concretos internamente vibrados

Pmax = 23.4 Hmax………...…..(1)

Para concretos colocados a mano

Pmax = 17.2 Hmax………...…..(2)

Donde, Hmax: Altura en la cual ocurre la máxima presión, m.

H max = 1.63R1/3 ………...…..(3)

Pmax: Máxima presión lateral, kPa.

R: Velocidad de llenado, m/h.

Nota: Estas ecuaciones son para el concreto de proporciones 1:2:4 de cemento: arena: piedra, un peso unitario de 2,400 kg/m3, una consistencia de 150 mm, y una temperatura de 21°C.




4.2.2. Modelo de Schojdt’s [1955] Schojdt [1955] desarrolló un modelo teórico para determinar la envolvente de presión utilizando los conceptos de mecánica de suelo, incluyendo la presión de poros de agua y el coeficiente de presión lateral. Los factores considerados en la derivación de Schojdt son la velocidad de llenado, la profundidad sumergida del vibrador, el tiempo de llenado, la consistencia, la permeabilidad del encofrado, y el tamaño del encofrado. El método de Schojdt no recibió la aceptación debido a su complejidad y la exigencia de determinar las propiedades de fuerza del concreto fresco.

4.2.3. Modelo propuesto por el ACI

El American Concrete Institute (ACI) Comité 622 [1958] (actualmente llamado ACI 347) en la “Guía de Encofrado para Concreto” propuso que el diagrama de presión lateral que se asume sea de forma trapezoidal: Se presume que el diagrama es una distribución triangular consideradas en las recomendaciones ACI son la velocidad de vaciado, la consistencia del concreto, la concentración del agregado grueso, el tamaño nominal del agregado, la temperatura del concreto, la uniformidad y permeabilidad del material del encofrado, tamaño y forma del encofrado, método de consolidación, la presión de agua de poro, el contenido y tipo de cemento, así como también la profundidad de la colocación del concreto, o altura de concreto. Las ecuaciones del ACI son mostradas junto con la limitación de uso, en los siguientes párrafos.

Para Columnas y Placas:

++=

TRCcCwP

78.177852.7..max ………....(4)

Con un mínimo de 30Cw.kPa, pero en ningún caso mayor que γc.H

Fig. 4.- Distribución de la presión del concreto en el encofrado




Donde:

Pmax : presión lateral máxima, kPa;

T : temperatura del concreto, °C; R : velocidad de vaciado, m/h;

H : altura del concreto, m. ; γc : peso unitario del concreto, kg/m3; Cw : coeficiente de peso unitario calculado así:

+=

232015.0 cCw γ 8.0≥pero para 3/2240 mkgc <γ

0.1=Cw para 33 /2400/2240 mkgmkg c << γ

2320cCw γ

= para

3/2400 mkgc >γ

Cc : coeficiente químico calculado así:

Cc = 1.0 para el cemento tipo I o III sin retardante

Cc = 1.2 para cemento mezclado sin retardante (medio mezclado: cemento tipo I con < 70% de escoria o < 40% de reemplazo en cenizas volantes).

Cc = 1.4 para el cemento mezclado con retardante (retardante se refiere a adicionar reductores de agua, o superplastificantes).

Nota

: En 2002, Hurd reconoció que tales ecuaciones son demasiado conservadoras para ser utilizadas en la actualidad, ya que

resultaría muy costoso el encofrado. Esto es debido a la evolución en la composición de la mezclas químicas y los reemplazos de cemento portland. La consolidación y las técnicas de colocación también han experimentado cambios significativos con el uso de concreto fluido y altamente fluido. Hurd [2002] propuso aplicar algunos coeficientes a las ecuaciones ACI 1958 para tener en cuenta pesos unitarios diferentes que se encontró en el sitio de trabajo, así como también las mezclas químicas y los aditivos.

4.2.4. Modelo de Adam et al. [1963]

Adán et al. [1963] realizó pruebas de laboratorio sobre placas que miden 3 m de altura, 2.5 m de longitud, y de anchuras variables. Adán et al. [1963] estudió el efecto del tipo de cemento, aditivos, el tamaño del agregado, velocidad de vaciado, la consistencia del concreto, y la vibración sobre la presión del encofrado. Los resultados de este estudio son resumidos así:

Pmax = 19.6 + 12.3R T < 5 ºC………… (5)

Para R < 2 m/h

Pmax = 19.6 + 9.8R T = 15 ºC………… (6)

Pmax = 19.6 + 8.3R T > 25 ºC………… (7)

Para R > 2 m/h




Pmax = 40.1 + 1.96R T < 5 ºC………… (8)

Pmax = 35.3 + 1.96R T = 15 ºC………… (9)

Pmax = 32.4 + 1.96R T > 25 ºC………… (10)

Donde; Pmax : máxima presión lateral, kPa;

T : temperatura del concreto, ºC; R : velocidad de vaciado, m/h; y

4.2.5. Modelo en estándares alemanes [DIN

18218, 1980]

El DIN 18218 presentó una serie de ecuaciones para calcular las presiones restrictivas laterales del concreto internamente vibrado hecho con varios niveles de consistencia y temperatura de 15 °C [Eq. (15) o Eqs. (16)]. Para adaptarse a temperaturas variables de concreto, recomiendan disminuir la presión restrictiva (desarrollado para el concreto en 15 °C) en el 3 % para cada grado encima de 15 °C y aumentarlo en el 3 % para cada grado debajo de 15 °C.

• Para concreto vaciado a T = 15 ºC:

)74.048.0(max 2 += RKCP tcγ ………… (11)

+=+=+=

fluidasmezclasParaRPsuavesmezclasParaRP

tiesasmezclasParaRP

14181019521

max

max

max (12)

• Para concreto vaciado a T < 15 ºC: Aumento del 3% de Pmax para cada grado debajo 15 ºC.

• Para concreto vaciado a T > 15 ºC: Disminución del 3% en Pmax para cada grado encima de 15 ºC

donde;

Pmax : máxima presión lateral, kPa;

γc : peso unitario del concreto, kg/m3;

R : velocidad de vaciado, m/h;

C2: coeficiente añadido;

Kt: coeficiente de temperatura = (145 – 3R)/100

T : temperatura del concreto, ºC; 4.2.6. Modelo de CIRIA [1965 - 1978]

The Construction Industry Research and Information Association (CIRIA) patrocinaron una investigación de campo en gran escala de presiones en el encofrado realizadas por la Asociación de Cemento y Concreto que fueron publicados en 1965. El estudio de CIRIA propuso un método de diseño de presión lateral que implicó la consideración de la velocidad de llenado, la temperatura del concreto, consistencia del concreto, materiales constituyentes del concreto, el peso unitario del concreto, dimensiones y forma del encofrado, y la continuidad de vibración. El procedimiento de




diseño de CIRIA consideró que la envolvente de presión lateral es hidrostática hasta un valor máximo (Pmax) limitado por el inicio de fraguado del concreto y los efectos de arqueo, como dado por las dos ecuaciones debajo. En secciones estrechas, fue encontrado que la fricción de la placa puede limitar considerablemente la máxima presión ejercida [CIRIA, 1965]. En 1978, CIRIA publicó una carta de diseño de dos páginas para sustituir

• Para arqueo 7.1432414.3094.037.14max oHRdP <++=

………… (13)

• Para concreto endurecido

( ) 7.1432489.16.41

4

max

max oHR

ttc

RTP c <++

+

=γ

………… (14)

• Formula General

[ ] )...(121max kPahRCHKCRCP cc γγ >−+=

………… (15) Donde; Pmax : Máxima presión lateral, kPa

d : dimensión mínima del encofrado, mm; R : velocidad de vaciado, m/h;

T : temperatura del concreto fresco, ºC;

t : tiempo después de iniciado el vaciado, h; tmax: tiempo de endurecimiento, h; c : tiempo de vibración; γc: peso unitario del concreto, kg/m3; H: altura vertical del encofrado, m; h: altura de concreto fresco sobre el punto

considerado, m; C1 : coeficiente dependiente de la forma y

tamaño del encofrado ( =1.0 en placas). C2 : coeficiente dependiente de los

materiales que constituyen el concreto ( = 0.3 – 0.6 );

K : coeficiente de temperatura tomado

como 2

1636

+T; y

(c y tmax son definidos empíricamente)

4.2.7. Modelo de Gardner’s [1980 - 1984]

Gardner [1980] realizó estudios de laboratorio que usan una gran instrumentación en el encofrado. Las variables consideradas por Gardner [1980] son la profundidad de vibración, la fuerza de vibrado, la velocidad de vaciado, la temperatura del concreto, las dimensiones del encofrado, y la consistencia del concreto. Para objetivos de diseño de encofrados, Gardner [1980] consideró que la envolvente de presión lateral es bilineal. La envolvente es hidrostática en la superficie libre a un valor máximo a partir




de entonces se hace constante hasta el inferior. Las ecuaciones propuestas son así:

HSTRd

dHPhP i 24

1075

18400

40300024max <

−+

++++=

………… (16)

Donde; Pmax : máxima presión lateral, kPa;

H: altura total del encofrado, m;

R : velocidad de vaciado, m/h;

hi : profundidad sumergida del vibrador debe ser mayor que 1m, m;

d : dimensión mínima del encofrado, mm;

HP : potencia del vibrador;

T : temperatura del concreto, ºC; y

S : slump después del uso del superplastificante, mm.

Con una investigación subsiguiente que usa el mismo equipo, Gardner [1982, 1984] investigó el efecto de incorporar superplastificante y materiales suplementarios cementisios; ceniza volante tipo F, y escoria de alto horno sobre presión lateral. Fue encontrado que aquel reemplazo (suplente) de cemento parcial de

cemento portland por la ceniza volante o la escoria de alto horno puede aumentar la movilidad del concreto y disminuye la velocidad del aumento de presión a temprana edad, así causando un aumento de la presión del encofrado. Un factor adicional fue presentado en la susodicha ecuación para representar la ceniza volante y substituciones de escoria. Mostraron la ecuación para dar valores de diseño conservadores para el concreto de ceniza volante.

HSFT

Rdd

HPhP i 2410

75%100

10018400

40300024max <

−+

−++++=

……… (17)

Donde:

F: porcentaje de substitución de cemento por ceniza volante tipo F o escoria de alto horno.

4.3. Comparación de los modelos

Para tener un mejor Análisis y fácil observación, también nos apoyamos de la publicación del Ing. JACINTO MARTIN PALANCA en la “REVISTA DE OBRAS PUBLICAS”. Marzo 1984. Págs. 151 a 160 (MADRID-ESPAÑA). El autor compara, la realidad física del fenómeno,




obtenida por los ensayos de Mr. Gardner en el laboratorio de la Universidad de Ottawa, con los distintos métodos de cálculo de presiones utilizados en la actualidad. Realiza después el estudio comparativo de los resultados así obtuvimos un aporte más para nuestra hipótesis del sobredimensionamiento que los modelos ya mencionados recomiendan al utilizar Presión Hidrostática cuando se tienen Velocidades de Llenados superiores a lo habitual.

4.3.1. Características de los concretos y

velocidades de llenado

La velocidad ascensional de llenado fue variable: 6,1 m/hora con mayor frecuencia, pero se utilizaron valores más altos (12,2 y 36,6 m/hora) y otras veces menores (5,50, 3,05 y 1,52 m/hora). La temperatura de curado, medida en el hormigón, fue distinta según los ensayos, variando entre 4,5° y 29,0° C. También fue variable la docilidad del hormigón, con valores extremos de 50 y 11 5 mm. de asiento en el cono Abrams. La vibración se practicó siempre con aguja, cuya potencia tenía dos únicos valores, de 1,0 y 2,5 CV, sumergida 0,60 ó 1,00 m. según los casos, durando la vibración, casi siempre, 0,5 ó 2,5 min., aunque a veces, excepcionalmente, también 3,5 o 5,0 minutos.

4.3.2. Análisis de graficas comparativas El autor grafica los resultados obtenidos por ensayos y los compara con los Análisis de los modelos de GARDNER, C.I.R.I.A, A.CI. y la HIDROSTATICA. En las abscisas se ubican las precisiones calculadas, y en ordenadas resultados obtenidos. Se entiende que la línea diagonal se encontraría los puntos donde coinciden los valores obtenidos por ensayo y los modelos respectivamente.

Fig. 5.- Relación Presiones calculadas en Campo vs Met. CIRIA




La segunda forma de representación, se refiere al clásico «DIAGRAMA DE FRECUENCIAS» (Fig.3,4,5,6), donde las abscisas representan escalones de divergencias relativas, positivas y negativas (en nuestro caso, de 10 en 10%), y las ordenadas la cantidad de ensayos comprendidos dentro de cada escalón.

Fig. 6.-Relación Presiones calculadas en Campo vs Met. GARDNER

Fig. 7.- Relación Presiones calculadas en Campo vs Met. ACI.

Fig. 8.- Relación Presiones calculadas en Campo vs Met. HIDROSTATICA.




Superponemos dichos gráficos a la curva campana forma de Gauss, que nos definiría la perfección estadística al respecto. En las soluciones de C.I.R.I.A. y de GARDNER, hay un pequeño desplazamiento horizontal, hacia la derecha, del primero respecto a la segunda, aunque no demasiado importante; mientras que en los sistemas de A.C.I. e Hidrostática, dicho desplazamiento es ya muy fuerte lo que nos muestra la que estos modelos aún están muy distanciados de la realidad y si se asemejan a la presión hidrostática.

4.4. Marco Experimental

4.4.1. Diseño, instrumentación y fabricación de transductor de presión

Para medir las presiones que ejerce el concreto en los elementos verticales, se diseñaron transductores de presión utilizando strain gages con el apoyo del Instituto de Investigación de la Facultad de Ingeniería Civil de la UNI (IIFIC-UNI), los cuales tienen como objetivo medir presiones repartidas de manera homogénea en todo el diafragma cuando el concreto se encuentra en estado plástico, para realizar el diseño se presentan las siguientes consideraciones que son dadas sólo como una

Fig. 9.- Campana De Gauss y Los Modelos Comparados.




guía general para el diseño preliminar de diafragmas de transductores de presión.

Las fórmulas se basan en las siguientes suposiciones:

• El espesor uniforme del diafragma • Deflexiones pequeñas • Infinitamente rígido y empotrado

alrededor del margen del diafragma • Comportamiento perfectamente elástico • Insignificancia de la rigidez y los efectos

de la masa debido a la presencia de strain gages en el diafragma.

Con las consideraciones antes mencionadas y efectuando el diseño del transductor con Aluminio debido a las características y propiedades del material

Valores Asumidos:

Con estos valores asumidos, efectuamos las ecuaciones cuyos resultados son los siguientes:

Resumen de cálculos:

P (kPa) = 928.65

v = 0.345

E (Pa) = 7.1010

Ro (cm)= 3.7

Densidad (kg/m3)= 2700

ERc ( 106m/m )= 1500

t (mm)= 2

eo (mV/V)= 3

Yc (mm)= 0.5

fn (Hz)= 3716.9

Fig. 10.-Transductor de Presión Diseñado por

el Ing. Pablo Jhoel Peña Torres (UNI)

Fig. 11.-Plano del diseño del Transductor de Presión




Para realizar la calibración se sobrepuso un adaptador sobre el transductor de presión para llenarlo de agua, una vez lleno de agua y con la seguridad de no tener aire atrapado se tapa uno de los orificios para luego inyectarle presión con una manguera conectada al otro orificio del adaptador, este ensayo se realizó con un equipo pre calibrado del Laboratorio de Geotecnia del CISMID, Luego de realizada la calibración se obtuvo una precisión de 0.33 kPa.

4.4.2. Ensayos experimentales

Se realizaron 2 ensayos con diseños de mezcla diferentes para el llenado de las columnas, este concreto de alta fluidez. En el 1er ensayo se utilizó concreto rheoplastico de 9” de slump y en el 2do ensayo se utilizó un concreto autonivelante de 47.5cm de slump flow.

Fig. 12.-Transductor de Presión por el Ing. Pablo Jhoel Peña Torres (UNI)

Fig. 14.-Modulando la presión para la calibración por el

Ing. Pablo Jhoel Peña Torres (UNI)

Fig. 13.-Transductor de Presión en la

calibración




La colocación del concreto se dieron a altas velocidades, a temperaturas similares, una cuantía de 0.49% y utilizando una bomba que nos asegura la velocidad constante.

Luego del vaciado de los elementos se mostraron comportamientos similares en la presión lateral del encofrado, las cuales se muestran a continuación.

En las graficas de Altura vs. Presión lateral observamos que el comportamiento de la presión lateral es bilineal que es indicada por una línea azul, notamos que la primera recta no va siguiendo la presión hidrostática debido a que no es un fluido, la segunda recta muestra valores de presión casi constantes. La presión máxima registrada por los transductores es de 50% de la presión hidrostática, lo que

significaría que el factor de seguridad para estos casos es de 2, debido a que la norma indica que el diseño del encofrado debe hacerse considerando la presión hidrostática de la altura total del encofrado. Observamos que la presión máxima es mucho menor que la presión hidrostática que es la indicada por la norma ACI347-04 para el diseño del encofrado bajo estas condiciones.

Columna Experimental 1

• Para el ensayo 1:

• Altura = 2.8 m.

• Velocidad = 100 m/h

• Temperatura = 18 ºC

• Slump = 9¨

Notamos que la presión máxima está entre el 50% y 72% de la presión hidrostática y que la

Fig. 15.-Diagrama de colocación del transductor de

presión en el encofrado




primera recta tiene una influencia de 2.1m de altura.

Columna Experimental 2

• Para el ensayo 2:

•

• Altura = 3.6 m.

Velocidad = 90 m/h

• Temperatura = 17 ºC

• Slump flow = 47.5 cm

Notamos que la presión máxima está entre el 50% y 83% de la presión hidrostática y que la primera recta tiene una influencia de 2.4m de altura.

Fig. 19.-Grafica tiempo vs. Presión (CE2)obtenidas por el

Ing Pablo Peña Jhoel Torres

4.4.3. Modelamiento matemático del comportamiento de la presión

Notamos que la presión lateral que ejerce el concreto sobre el encofrado es bilineal, entonces podemos graficarla así:

Fig. 17.- Grafica tiempo vs. Presión (CE1) Obtenida por el Ing Pablo Peña Jhoel Torres

Fig. 16.- Grafica altura vs. Presión (CE1) obtenidas por el Ing Pablo Peña Jhoel Torres

Fig. 18.-Grafica altura vs. Presión (CE2 obtenida por el

Ing Pablo Peña Jhoel Torres)




Fig. 20.-Envolvente de presión lateral

Notamos que la presión lateral que ejerce el concreto sobre el encofrado es bilineal, entonces podemos graficarla así:

Definimos la presión máxima con la siguiente expresión:

Donde C(0) es el cociente de la presión máxima medida y la presión hidrostática.

David A. Lange et al. Propusieron el siguiente modelamiento matemático para C(t) y determinar el decrecimiento de la presión en el tiempo.

Donde:

C(0) : es el valor inicial. : Define el ángulo inicial y final del ángulo de la curva.

Fig. 21.-Decrecimiento de la presión lateral

El tiempo depende de muchos factores como son los aditivos, temperatura del medio ambiente, cemento utilizado, etc.

5. INFLUENCIAS EN EL PRESUPUESTO DE OBRA

5.1. En los Costos

En el continuo esfuerzo por mejorar la economía, es esencial el aumento de la productividad del vaciado del concreto. La posibilidad de la eliminación completa del trabajo de compactación conducirá al incremento de la eficiencia y a la mayor efectividad en los costos. El desarrollo del CONCRETO DE ALTA FLUIDEZ aumentará el atractivo de la construcción con concreto, al reducir las arduas tareas y el ruido que acompaña la compactación en los sitios de obra.

)23(.. )(max oc CHP γ=

)24()1.( 2

)()( α+=

taC

C ot

α,a




Pese al mayor costo directo de los materiales, el uso del concreto autocompactado permite notables ahorros en la obra, producto de la facilidad del llenado del concreto, de la menor necesidad de personal, de la calidad de la terminación y del menor desgaste de equipos y encofrados. Por otro lado, abre notables perspectivas para el diseño de formas complejas que hasta ahora hacían difícil su materialización.

5.2. Ventajas para el constructor Buen desempeño mecánico y durabilidad de los elementos y las estructuras: las bajas relaciones A/C, permiten una importante reducción de la porosidad, lo que implica una mayor impermeabilidad como parámetro fundamental de la durabilidad. Debido a sus características de formulación, la resistencia mecánica siempre se ve mejorada.

m: Unidad de cantidad de producción ( cuando se avanza) K: Modulo de ciclicidad (cuanto tiempo demora)

5.3. Ventajas para el propietario de la

construcción

Reducción de los costos de mantenimiento y reparaciones: reduce ampliamente los vacíos o ratoneras, así como los defectos en la superficie, reduciendo de esta manera las reparaciones y el mantenimiento de la estructura. Garantía de comportamiento estructural y de durabilidad de su edificación: al

Duración de la cadena de construcción 14 K < 18K

Fig. 23.-Producción con concreto de Alta Fluidez

Fig. 22.-Producción con concreto de

convencional (CICLOGRAMA)

18K




proteger el acero de refuerzo, eliminar la porosidad y las grietas y evitar la segregación de agregados, el concreto autocompactado garantiza su buen comportamiento estructural y su durabilidad. Mejores acabados: en lo que se refiere a la estética, presenta excelentes acabados que colaboran también en su durabilidad. Queda con un buen acabado alrededor de detalles complejos, filos y bordes. Reducción de costos de ejecución: el disminuir la cantidad de personal, el mejorar la calidad del acabado y el ahorro en equipo de vibración, nos llevan a reducir el costo directo del concreto.

5.4. Cuadros comparativos ACU de elementos hechos con Concreto Convencional y Concreto de Alta Fluidez ( autocompactante)

VIGAS PORTANTES PARA PUENTES

Resistencia a 28 d Resistencia

edadtemprana

f'c = 350 kg/cm2

f'c 80% a las 12 - 14 horas

(280 kg/cm2)

Elemento Vigas portantes para puentes Dimensiones : 7.20 m x 0.70 m x

0.30 mVolumen elemento:1.51 m3

Características Concreto autocompactable sin

curado avapor

Trabajabilidad durante 40 minutos

ANALISIS UNITARIO CON CONCRETO AUTOCOMPACTANTE

Mano de Obra: 1 Peón

Equipo: No se requiere

Tiempo llenado por Viga: 2 min

Rendimiento: 45.30 m3/h

CON CONCRETO CONVENCIONAL

Mano de Obra: 1 Oficial

1 Peón

1 Ayudante

1 nivelador

1-2 vibrado concreto

1 operador

1 capataz

Equipo: 1 Vibradores

1 Caldera curado a vapor

Tiempo llenado por viga: 30 min


Fig 24 .-Asociación Nacional De IndustrialesDel Presfuerzo Y La Prefabricación, A.C (MEXICO)




VIGAS LOSA “T

Proyecto

” Genómica Xochimilco

Resistencia a 28 d f'c = 350 kg/cm2

Resistencia edadtemprana f'c 80% a las 16 horas (280 kg/cm2)

Elemento Losas "T"

Longitud: 10.5 mVolumen

elemento: 2.4 m3 Características Concreto autocompactable

sin curadoa vapor

ANALISIS UNITARIO

CON CONCRETO AUTOCOMPACTANTE

Mano de Obra: 1 Peón

Equipo: No se requiere

Tiempo llenado por Losa : 5 min


CON CONCRETO CONVENCIONAL

Mano de Obra: 1 capataz

1 Oficial

2 vibrado concreto

2 colocación de concreto

2 acabado

Equipo: 1 Caldera curado a vapor

2 vibradores

Tiempo llenado por viga: 30 min


6. CONCLUSIONES

- La velocidad de llenado es el principal parámetro con el que se puede controlar la presión.

- El concreto fluido con el transcurrir del tiempo no mostró un desarrollo mayor de la presión que

Fig 25 .-Asociación Nacional De Industriales Del Presfuerzo Y La Prefabricación, A.C (MEXICO) vaciado con Concreto Autocompactante

Fig 26 .-Asociación Nacional De Industriales Del Presfuerzo y la prefabricación, A.C (MEXICO) vaciado con Concreto Autocompactante




cuando se realiza el vaciado y por lo tanto, a no ser que la forma de diseño sea para altas presiones, el gran cuidado debería ser tomada cuando se realiza el vaciado en alta o posiblemente aún en moderada velocidad de vaciado.

- La hipótesis de que la presión lateral desarrollada por un concreto reoplastico sea la presión hidráulica es muy conservadora.

- Estos resultados sirven para dar recomendaciones para un mejor análisis de la presión en los encofrados y que esto conlleve a un diseño más económico y genere un ahorro en la construcción ya que estos elementos constituyen un 12% del costo de una edificación.

- Un mayor conocimiento de la presión del encofrado conducirá versiones mejoradas de modelos de presión de encofrados. Varios modelos de presión de encofrados han sido desarrollados, y un elemento común es que todos los modelos requieren ensayos particulares de concreto fluido y la obtención del valor de un parámetro representativo para describir la reología o fluidez. Tales modelos representan la gran oportunidad de mejorar la predicción de presiones de encofrados en la construcción, permitiendo realizar vaciados a velocidades mayores con una confianza mayor.

Estos avances harán la construcción más económica con concretos fluidos.

- Los 2 ensayos experimentales utilizando concreto de alta fluidez ha concluido que a velocidades de llenado muy altas (100m/h a 90 m/h) causa presiones que son por lo general el 50% de la presión hidrostática.

- A causa de la facilidad de bombeo y el progreso rápido en la colocación debido a la carencia de vibración, las velocidades de llenado usadas para un concreto de alta fluidez son por lo general más altas que 4.5 m/h (Velocidad máxima de llenado indicada por la norma ACI347).

7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

(1) Dr. Billberg Peter, Form Pressure Generated by Self-Compacting Concrete — Influence of Thixotropy and Structural Behaviour at Rest – EEUU, 2006.

(2) Dr. Billberg Peter, Dr. Österberg Thomas y Dr. Silfwerbrand Johan - Form Pressures Generated by Self-Consolidating Concrete “Casting rate is a dominant factor” – ACI International – EEUU, 2005.




(3) Dr. Graubner Carl-Alexander, Dr. Proske Tilo, Self Compacting Concrete “PRESSURE ON FORMWORK AND ABILITY TO DEAERATE” – EEUU, 2002.

(4) Dr. Khayat Kamal, Dr. Shah Surendra, Dr. Taylor Peter, SCC FORMWORK PRESSURE - THE NATIONAL READY-MIX CONCRETE RESEARCH FOUNDATION – EEUU, 2007.

(5) Dr. Nmai, Charles K., ACI-PERU, Memorias del Seminario Internacional “Todo sobre Concreto autocompactante” – Lima, Perú – 2007.

(6) A. Santilli, A. Lopez, Rate of placement discussion for the validation of experimental models of fresh concrete lateral pressure in columns” – Navarra, España – 2009.

(8) VISHAY MICRO MEASUREMENTS, Design Considerations for Diaphragm Pressure Transducers– EEUU – (Julio 2007).

(9) Tesis: “ANÁLISIS DE PRESIÓN EN ENCOFRADOS DE ELEMENTOS VERTICALES DE CONCRETO ARMADO CUANDO SE EMPLEA CONCRETO DE ALTA FLUIDEZ” por Peña Torres, Pablo Jhoel

UNI, 08 Septiembre 2011

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