PAVIMENTOS DE CONCRETO COMPACTADO CON … Compactado con... · esta tesis es presentar la...
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PAVIMENTOS DE CONCRETO COMPACTADO
CON RODILLOS
que para obfrmr el thh òr
prtlSe!tt¿I
JOSE ALBERTO SOLIS ALDANA’
Puebla, Pue. 1992
A MIS PADRES
ABEL SOLIS MOHASOFIA ALDANA RODRIGLIEZ
Quisiera hacer mención especial a mis padres,que depositaron en mí toda su confianza,brindándome el apoyo incondicional siemprecon la firme intención de ver sus sueños realizadosen su hijo.Su apoyo en momentos de incertidumbre., fue el alicienteque me permitió proseguir con firmeza y alcanzarde pronto el sueño tan anheladamente buscado.
Por todo ello . . . iMi gracias !
A MIS HERMANOS
MARIBEL .4BELJULIA J U L I OGUADALUPE
A ustedes, que como parte de nuestro núcleo familiar,hemos buscado siempre superarnos, tratando de aquilatarlos grandes sacrificios de nuestros padres,irecompencemos sus años dedicados a nosotros,preparándonos; que con nuestra educación les brindemosjuventud a sus vidas!Les reitero mi más grande agradecimiento por apoyarme.
AL INGENIERO JORGE CARAZA ISLAS
Un merecido reconocimiento a usted,por sus comentarios y aportaciones, que han sidode gran importancia para enriquecer este trabajo,que a su vez amplían el panorama de nuestra ramaen estudio, y ofrecen así la posibilidad de seguirprofundizando el análisis sobre este sector.
A usted, con admiración y respeto.
AL MAESTRO EN INCENIERIADONATO FIGUEROA GALLO
Es para mi una gran satisfacción dedicarle estesencillo trabajo.. . a usted que contribuyó en miformación profesional , a través de sus conocimientosy experiencias ha enriquecid0.y ampliado lasperspectivas técnicas de nuestra realidad en elcontexto nacional e internacional.Justo :‘s que reconociendo su gran aportación y mérito,ponga uno de maniiiesto su alta calidad moral e intelectual.
También agradezco profundamente al IMCYC, por lasfacilidades otorgadas para la realización de esta Tesis.
INDICE
SINTESIS
INTRODUCCION _ .
CAPITULO 1
1 .11.1.11.1.21.2
CAPITULO II
II.1
11.1.1
11.1.1.1
11.1.1.2
11.1.2
II-l.3
II-l.4
11.1.5
II.2
11.2.1
11.2.2.
11.2.3
11.2.4
11.2.5
11.2.6
.......................DESARROLLO HISTORICO . . . . . . . . . . . .
DEFINICION DEL PCCR . . . . . . . . . . . . .
VENTAJAS DEL PCCR . . . . . . . . . . . . . .
DESVENTAJAS DEL PCCR . . . . . . . . . . . .
INVESTIGACIONES OBTENIDAS EN DIVERSOS PAISES
PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS . . . . . . . .
SELECCION DE MATERIALES . . . . . . . . . . .
AGREGADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . .
AGREGADO GRUESO . . . . . . . . . . . . . . .
AGREGADO FINO . . . . . . . . . . . . . . . .CEMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
LA CENIZA VOLANTE Y SUS EFECTOS EN EL PCCR. .
AGUA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ADITIVOS . . . . . . . . . . . . . i . . . .
METODOS DE PROPORCIONAMIENTO . . . . . . . .
PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS DE CONCRETO NORMAL
PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS DE CONCRETO DE
"NO REVENIMIENTO" . . . . . . . . . . . . . .
PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS PARA ALCANZAR LOS
LIMITES ESPECIFICADOS DE CONSISTENCIA . . . .
PRORORCIONAMIENTO DE MEZCLAS DE PRUEBAS PARA
ENCONTRAR LA MAS ECONOMICA COMBINACION DE AGRE
GADOS Y MATERIALES CEMENTANTES . . . . . . . .
PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS USANDO CONCEPTOS
DE COMPACTACION DE SUELOS . . . . . . . . . .
PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS DE PRUEBAS SEGUI
DO POR EL IMCYC . . . . . . . . . . . . . . :11.2.6.2 CANTIDADES APROXIMADAS DE MATERIALES EMPLEADOS
~UMAKEZCLADECONCRETO..........
pag.
1
3
4
6
6
7
9
10
ll
15
15
16
16
2 0
2 0
21
2 2
4 7
6 0
6 6
71
7 3
7 5
11.2.6.3 UTILIZACION DE LA HOJA DE CALCULO DEL IMCYC . 7 6
1!.2.7
CAPITULO III
III.1
III.2
III.3
CAPITULO IV
IV.1
I!‘. 1 .A1" 1 B. . .
1V.l.C
IV. 1 .D1S.l.E
1” 28 .
IV. 3
i !’ . 4T,, jiv.
I $Iiv.6
CAI'ITULO Y
v .i
Y-1.1
V-1.2
V-i.3
Y.1.4
V.1.5
v.2
V.3
v-3.1
V-3.2.
v-3.2.1
COMENTARIOS . . . . . . . . . . . . . . . .
DISERO DE ESPESORES DE PAVIMENTO RIGIDO . .
PROCEDIMIENTO DE DISEAO DE ESPESOR DE LA PORT-
LAND CEMENT ASSOCIATIDN (P.C.A.) . . . . .
SUB-BASES . . . . . . . . . . . . . . . . . .
COMENTARIOS s/ PROGRAMAS DE COMPUTADORA . .
PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO . . . . . . . . .
PLANTAS DOSIFICADORAS . . . . . . . . . . .
INTRODUCCION . . . . . . . . . . . . . . . .
PLANTAS CONTINUAS . . . . . . . . . . . . . .
VENTAJAS Y DESVENTAJAS . . . . . . . . . . . .
COSTOS DE EQUIPO . . . . . . . . . . . . . . .
ACOPIO DE MATERIALES (SILOS) . . . . . . . . .
CAMIONES DE TRANSPORTE . . . . . . . . . . . .
PAVIMENTAOORAS . . . . . . . . . . . . . . .
COMPACTADORES . . . . . . . . . . . : . . . .
JUNTAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ACABADO SUPERFICIAL Y CURADO . . . . . . . .
CONTROL DE CALIDAD . . . . . . . . . . . . .
PRUEBAS DE LABORATORIO . . . . . . . . . . . .
ELABORACION DE CILINDROS POR MEDIO DE
PRUEBAS DE COMPACTACION . . . . . . . . . . .
ELABORACION DE VIGAS PARA OBTENER SU MODULO
DE RUPTURA . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DETERMINACION DE LAS RESISTENCIAS . . . . .
CONSISTENCIA . . . . . . _ . . . . . . . . . .
MEDIDOR DE AIRE ATRAPADO . . . . . . . . . . .
ANALISIS DE LOS RESULTADOS . . . . . . . . . .
PRUEBAS DE CAMPO . . . . . . . . . . . . . . .
ACOPIO DE MATERIALES - . . - . - . '- . . . . -
CONTROL DEL EXTENDIDO . . . . . . . . . . . .
CONTROL DE LA DENSIDAD Y CONTENIDO DE HUMEDAD
P6g.
80
81
8 2
101
101
1 0 5
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109
114
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123
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126
133
139
143
149
150
lí3
159
159
ló2
165
ló7
173
173
174
175
Y.3.2.2. METODO DE LA ARENA . - - - . . . . - - . . . 175
v-3.4. VERIFICACION DE RESISTENCIA A LARGO PLAZO OE
ESPESORES REALES . . . . . . . . . . . . . . . 179
v.3.5
CAPITULO VI
180
VI.1
VI-l.1
182
183
185
v1.1.2
187
VI.1.3
RECOMENDACIONES FINALES . . . . : . . - -
ANALISIS COMPARATIVO ENTRE UN PAVIMENTO
RIGIM) (PCCR) Y UNO FLEXIBLE . . . . . .
COSTOS INICIALES . . . . . . . . . . . . .
DISEÑO OE PAVIMENTO CCR, ANALISIS POR FATI-
GA,PCA................ .
DISEBO DE PAVIMENTO FLEXIBLE, INSTITUTO DE
INGENI,ERIA, UNAM . . . . . . . . . . . . .
ESTIMACION DE CANTIDAD DE OBRA PARA COMPA-
RAR COSTO ENTRE LOS DOS TIPOS DE PAVIMENTO
PARA LA ESTIMACIDN DEL PAVIMENTO FLEXIBLE
SE CUANTIFICAN LAS MISMAS CANTIDADES . . . . .
COSTO COMPARATIVO DE LAS DOS ALTERNATIVAS
COSTOS DE CDNSERVACIDN Y COSTOS GENERALIZA-
D O S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
TRAMO DE PRUEBA . . . . . . . . . . . . . .
SUB-RASANTE . . . . . . . . . . _ . . . . .
CAPA DE TRANSICION (SUB-BASE) . . . . . . .
CONCRETO CDMPACTADO CON RODILLOS . . . . .
188
VI.1.4
VI.1.5
VI.2
191
192
CAPITULO VII
VII.1
VII.2
VII.3
VII.4
VII.4.1
193
198
199
199
200
PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLA . . . .,. _ . . . 201
VII.5
VII.6
VII.7
VII.8
VII.9
VII.10
a.xcLLus10,NEsY !wmEmAc10sES . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
APmIaA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
APENDICEB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
BIBLIOGRAFLA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
RESUMEN DE PROPIEDADES FISICAS DE AGREGADOS -
PROYECTO CUARNAVACA 1991 . . . . . . . . . . 203
DISEÑO DEL ESPESOR DE PAVIMENTO . . . . . . 217
P2ocmMIEm0coNsrIuJcrrvo . . . . . . . . . 221
alNTROI,DECALIDADENP~A . . . . . . . . 227
CO~LDEC4LIIlAD N OBRA
ANALISISDECOSIDS . . . . . . . . . . . . . 235
~ARIOSFIWLES . . . . . . . . . . . . 242
l l l t l
SINTESIS
En la evaluación de nuevos conceptos tecnológicos, el juicio se inhibe con frecuencia porque se supone que los factores yfenómenos desconocidos juegan un papel importante en su comportamiento y funcionamiento. Esto sucede con gran frecuencia en mu-chas áreas de la ingeniería y por supuesto, también en la de lospavimentos.
Sin embargo, esto puede evitarse si se reconocen y entie;den los fenómenos importantes y la manera cómo act6an las varia-bles involucradas en el concepto que se planea.. El propósito deesta tesis es presentar la tecnología de los pavimentos construídos con concreto compactado con rodillo (PCCR) analizando sus -componentes y las etapas por las que atraviesa hasta convertirseen una tecnología.
El primer capitulo trata sobre cuestiones fundamentales,partiendo de su origen hasta su concepcibn, dándole importanciaa las investigaciones obtenidas en el mundo y además una detallada información técnica en el Apéndice A.
En el segundo capitulo se presenta una descripción de 10%
principales proporcionamientos de mezclas. Paia cada uno de ellosse exponen los criterios y procedimientos a seguir.
En el tercer capítulo se buscan alternativas posibles para el diseito de espesores en función de sus par&aetros y condiciones.
En el cuarto capítulo se muestra el rango do posibilida--des de adaptar el procedimiento constructivo aplicado a la maqui-naria existente en nuestro país.
El quinto capítulo detalla los análisis importantes en elcontrol y supervisión de un proyecto, basado en normas y prácti--c a s e m p í r i c a s ; existiendo también un pliego de p r e s c r i p c i o n e s -técnicas (Apéndice B) .
El sexto;capítulo detalla la diferencia económica entre -soluciones alternativas de pavimentos, dando énfasis a los cos-tos de conservación y rehabilitación.
Finalmente se describe un tramo de prueba con los aspec-tos de Uiseñc de espesor, proporcionamientos de mezclas, procedimiento constructivo, control de calidad y costos; donde, partiendo de las experiencias obtenidas se logra obtener conclusiones -y recomendaciones que apoyan y justifican la tecnologia del Paviniento de Concreto Compactado con Rodillos.
INTRODUCCñON
Desde tiempos remotos el hombre ha buscado la manera de -ir de un lugar a otro para la caza y agricultura incipiente y para ello bastaron brechas abiertas sin necesidad de mejorar el terreno natural.
Poco a poco fueron creando asentamientos humanos disper--sos comunicadcs con los caminos que utilizaban en época de sequía,pero en época de lluvias eran intransitables. Entonces buscó elhombre mejorar las condiciones de sus caminos, ya fuera arrojan-do piedras en las ronas débiles (origen de la subrasante mejora-da) o la construcción de sistemas de drenaje para desalojar el -agua.
Los pueblos terminaron por convertirse en ciudades con estructuras sociales diferentes unas de otras, siendo necesario -mantener sus vínculos por una red de caminos diseiiados y transi-tables todo el año. De ahí surgió el pavimento; se empezaron acolocar piedras en hileras, que a manera de rieles permitieron -la circulación de vehículos de tracción animal.
Debido a la incorporación de nuevos territorios fue nece-
sario desarrollar mejores sistemas de pavimentación, colocando -lajas de piedras sobre bases de roca triturada y mortero de ce-mento natural, obteniendo así el primer pavimento.
Se contruyeron los primeros pavimentos modernos 100 anosatrás, llevándose a cabo las investigaciones teórico-prácticas -que permiten el disefio racional de los mismos. Esta tecnología -.contribuye a sostener vigente el sistema de transporte por vehía-los con combustión int,erna y llantas neumáticas, siendo más com-petitivo por otros sistemas : trenes convencionales, aviones, haycos y otros que seguramente se desarrollarán.
Con el empuje de esta tecnología se busca el desarrollo -de estructuras “eternas” libres de mantenimiento con espesores -capaces de soportar vehículos más pesados y más potentes.
Hoy es el reto de buscar más soluciones a los pavimentos-rígidos como es la alternativa de CONCRETO COMPACTADO COK RODI-LLOS. En Nkxico, el uso 1’ aplicación del mismo se ha destinado
‘a la construcción de presas por su buen comportamiento a los -efectos de la presión hidrostática; sin embargo, este material -no ha sido analizado en todo su potencial econónico en la cons--trucción de pavimentos, siendo clave importante si consideramos-que este procedimiento constructivo nos permite reducir costos -iniciales y de mantenimiento con el USO del concreto compactado-con rodillos.
3
W1TuL0 1
DESARROLLO HISTORICO
El Concreto Compactado con Rodillos se originó en el Oto
ño de 1923, en el camino de Sheridan, Chicago, U.S.A., donde se
construyó una losa de concreto de 7 a 8 pulg. de espesor con la
técnica Pavimento de Concreto Comprimido “ARXORPLATED” , l a -
c u a l decfa: “Ll pavimento de concreto comprimido Armorplated s e
construye bajo un proceso científ ico mejorado que se deriva del
método vibratorio de comprimir el aire y el exceso de agua d e
un concreto plástico util izando la combinación de fuerzas de vi
bración y presión aplicadas simultáneamente, lo cual deja una losa -
con la relación agua-cemento más baja posible y produce un pavi
mento de resistencia y densidad máximas”. (1)
Las palabras “CONCRETO COMPACTADO CON RODILLOS” se en-cuentran relacionadas con una me:cla de concreto pobre para ba-
se en un camino construido en el verano de 19St en Crawley, In-
(1 ) .knerican V i b r o l i t h i c C o r p o r a t i o n , 192s.
4 .
glaterra ; a mediados de los anos 30’s y en los 4O’s, las bases -estabilizadas con cemento se usaron abajo de pavimentos asfálti-cos, y como sub-bases de pavimentos de concreto en muchas partesdel mundo.
Lo anterior puede ser considerado como un gran adelanto -en la tecnología de pavimentos, que de repente quedó en el olvi-do. Reportes de los aiios 50’s y 60’s indican el uso de concre--tos pobres y bases estabilizadas antes populares empezaron a de-clinar, tal vez debido al desarrollo de la pavimentadora deslizable para asfalto y el uso extensivo de productos asfálticos en -la construcción de carreteras.
En los anos 70’s empieza una nueva era en la utilización-del concreto y su modificación en cuanto al empleo de pavimentosdebido al uso del mismo equipo de construcción utilizado en pavimentos zsfálticos y en pavimentos de concreto compactado con ro-dillos.
Esta tecnología permite la solución rígida, sin consider-bles aumentos de nuevas inversiones en maquinaria; se ha inicia-do para rr6f icos poco importantes, pero con buenos resultadosy la b*Lsqueda de soluciones que economicen productos petrolífe--ros; han hecho que su empleo y aplicación hayan ido en aumento, -utilizindose para carreteras nacionales y autopistas.
1.1. DEFINICION DEL PCCR.
CT Pavimento de Concreto Compactado con Rodillos (PCCR),M&es construido con un material con los mismos componentes y de -resistencia similar al concreto convencional; su dir’erencia es-triba en su consistencia (revenimiento cero), con mucho menor -contenido de agua, permitiendo el soporte del equipo ‘de compactación.
s
Segfin el Comité 32.5-E del ACI (Ameritan Concrete Insti tu
te) es una mezcla seca formada por grava de tamafio m6ximo de 3/4”
para pavimentos, arena con f inos no plást icos y con puzolanas, -cemento y agua; colocado y compactado mediante equipo pesado yvibración externa.
Los pavimentos (PCCR) son el resultado de la evolución -
de una tecnología muy similar a la de las bases tratadas con ce-
mento (suelo-cemento) y una forma de diferenciarlas es que el -
primero contiene agregados gruesos, propiedades mecánicas de un
concreto sin revenimiento y con una suficiente consistencia para
soportar un rodillo vibratorio y además no requiere juntas de co
locado ni cimbras.
En muchos proyectos donde se establecen al ternat ivas d e
costos, el Pavimento de Concreto Compactado con Rodillo tiene -
una economía del 30 al 40% sobre el concreto convencional. (2)
La Instrucción Española de Secciones de Firmes de Auto-
vias lo define como una mezcla homogénea de áridos, agua y con--ylomerante, que se pone en obra de forma análoga a una base tr&
tada con cemento, aunque en contenido de cemento es similar a l
de un pavimento de concreto vibrado.
El Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto coinci--
di6 en definirlo como una tecnología constructiva que utiliza -
una mezcla de concreto con revenimiento cero, bajo contenido de
cenento (de 280 a 550 kg por metro cúbico), presencia opcional -
de puzolanas (de 20 a SO k g p o r m e t r o c ú b i c o ) , r e l a c i ó n agua-
cemento cuy baja, buena graduación de agregados con un tamaño -
máximo del orden de 3/4” para pavimentos,que generalmente se -
mezcla en plantas de proceso cont inuo y se t ranspor ta y coloca
(2) Pittman y IVhire, 1985.
6
usando equipos para movimiento de t ierras, en capas del orden -
de 15 cm y sometiendo cada capa a compactación con equipo vibra-
t o r i o .
1.1.1. VENTAJAS DEL PCCR.
1. Se puede producir utilizando el equipo tradicional pa
ra concreto convencional.
2. Su colocación se puede realizar con el equipo de con?
t r u c r i ó n , extendedora de concreto asfáltico, motoniveladora Yr o d i l l o s .
-3. El PCCR tiene un comportamiento estructural similar -
al del concreto convencional, por lo que no requiere desarrollar
nuevos métodos de disefio de espesores .
4. El contenido de agua es bajo, lo suficiente para l a
hidratación del cemento y la retracción hidráulica es menor, te-
niendo juntas de construcción espaciadas entre 1S y 18 m.
5. Su capacidad de soporte es alta, permitiendo la aper-
t u r a i n m e d i a t a a l t r á f i c o .
6. La resistencia en el PCCR es similar al concreto con-
vencional pero con una baja re lôiión A/C y p o r l o t a n t o u n conte
nido menor de cemento.
1.1.2. DESVENTAJAS DEL PCCR.
1. La textura superficial del PCCR no es muy conforta--
b l e , siendo difícil de conseguir si se realiza con motonivela-
7
dora, requiriendo de una capa de rodamiento asfsltica.
2. La compactación necesita de un cierto número de pasa-das y control estricto de las densidades de disebo.
1.2. INVESTIGACIONES OBTENIDAS EN DIVERSOS PAISES.
Uno de los materiales para carreteras cuyo empleo ha des-pertado mayor interés en los Últimos años en un gran número de -países, es el Concreto Compactado con Rodillos.
En realidad, la utilización del concreto seco constituyeun retorno a los orígenes, ya que los pavimentos de las primerascarreteras de firmes rígidos se construyeron mediante compacta--ción con rodillo, años antes del descubrimiento de la vibración,como método para compactar el concreto.
Constituye una serie de ventajas: De tipo económico ; norequiere de maquinaria especial; la posibilidad de apertura inmediata a la circulación de la obra y un abanico variado de aplicaciones, son las causas principales del nuevo interés por este material de construcción.
Una de las razones de este interés a escala internacionalradica en el hecho de países sin gran tradición en la construc--ción de pavimentos de concreto, en donde las empresas constructoras no poseen maquinaria especiali:ada necesaria (pavimentadorasde encofrados deslizantes, trenes tradicionales sobre encontra--dos), pero suelen estar bien equipadas con equipos de movimientode tierras y maquinaria para el extendido y compactación del COEcreto asfáltico. En estos casos la tecnología del PCCR permi-te la solución sin necesidad de hacer nuevas inversiones en ma-
quinaria.
s .
Los países que van a la vanguardia del PCCR son: los Estados Unidos, que ha realizado patios, bodegas, aeropuertos, acce-sos para tráfico pesado, y ya tiene elaborado normas(Flanua1 delInstituto Americano del Concreto ACI 211.3-79 y 207.SR para co;cretos masivos). Espaila sigue avanzando con buenos resultados enobras urbanas, patios, carreteras, autopistas, y en el bacheo decalles ; y tiene como normas el Pliego de Prescripciones TkcnicasParticulares del Hormig6n Compactado (Apkndice B) ; otro psis queha trabajado bastante es Argentina, en carreteras, autopistas, -calles y e? bacheo de las mismas en Cd. Neuquen, Chaco, Cd. deMar de Plata, Córdoba, Quilmes, etc. y tiene sus propias especi-f icaciones. Australia construyó el camino Duncan en Tasmania; -Brasil trabajó en los tramos Guati-Alto de Serra, Cubatao- PedroTaques (SP), aeropuerto de Viracopos; Colombia realizó algunas-pruebas experimentales en Cd. Cali, Barranquilla, Uedellin; Né -sico hizo un tramo experimental en la Autopista Mkxico-Cuernavaca, puertos marítimos, patios y calles urbanas en Temixco, More-los.
# Resulta interminable enumerar las obras que se han lleva-do a cabo hasta estos momentos, pero lo que sí es un hecho es elavance vertiginoso que tiene el PCCR por sus características yaexplicadas.
En el Apéndice A se muestran ampliamente los progresos -realizados por diversos países. Se presenta en dos partes; laprimera menciona toda la información posible de una porción de -obras documentadas ; la segunda muestra otro tanto de obras par--cialmente documentadas.
:
9
CAPITULO II
PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS
Para obtener un Óptimo proporcionamiento es imprescindi-
ble mencionar la importancia de las recomendaciones y normas a
seguir en la selección de los materiales, ya que un buen control
de calidad de los mismos, desde la explotación, acopio y prue-
bas químicas y físicas, nos permite alcanzar las metas fijadas-
en un proyecto.
Se t iene especial cuidado tanto en los agregados grueso
y f i n o , así como también con el cemento, ceniza volante (Fly -
ash) , agua y adit ivos para obtener de el los un mejor aprovecha-
miento y uso racional.
Una vez realizados los pasos anteriores, se procede a la
1 0
elección de los distintos métodos para el proporcionamiento demezclas de los PCCR que poster iormente se mencionan en estepítulo.
ca-
I I . 1 SELECCION DE MATERIALES
Para obtener un óptimo funcionamiento de los PCCR escesario tener una buena calidad de los materiales empleadoscalidad de los mismos estará verificada con sus respectivasbas siguiendo las especificaciones y requisitos que marquennormas locales.
ne-; la
pruelas
Es recomendable utilizar gravas y arenas de la misma re-gión para evitar el acarreo de los mismos y un aumento a los costos. Debe procurarse que sean extraídos de canteras, porque --ofrecen a la estructura del pavimento un alto valor de soporte.
Se considera importante tomar en cuenta los volúmenes deexplotación, la granulometría, contaminaciones de los agregados-para no afectar el ritmo de construcción.
El PCCR puede ser fabricado con cualquiera de los tipos básicos de cemento Portland con características de baja generaciónde calor, pudiéndose incluir las cenizas volantes. El agua debe ser tal que permita obtener una densidad máxima con la ener--gía de la proctor modificada ASTI1 D ljji-70.
Debe permitir la hidratación del cemento y una buena compactación ; en los PCCR tiene contenidos de agua entre el 4 y 7%que supera la humedad necesaria para la hidratación del aglome--rante (3 al 4%).
l l
II.1.1.AGREGADOS
Para la construcción de pavimentos (PCCR) se prefieren -los agregados que tengan curvas granulométricas continuas y seanproducto de una trituración; debido a esto se logran densidades-máximas.
Por razones prácticas se limita el tamano máximo del agregado a 19mm, para mayores tamaños se obtienen superficies de ro-damiento menos cómodas por la segregación del concreto.
En la seiección de los agregados se deben preferir los sanos, sin fisuras, resistentes al desgaste y de forma cbbica.
Las especificaciones relativas a sus características sons imiiares con las adoptadas normalmente para gravas y arenas tr+tacias con cementos hidráulicos, utilizadas en capa de base paraiguales condiciones de tránsito.
Los agregados forman de un 75 a 85% del volumen total deun PCCR y el Tasto lo forma el cemento y el agua.
En la gráfica No. 2-1 se tiene una granulometría típica -para pavimentos de PCCR realizada en los Estados Unidos por -Withrow H. (1) y en la gráfica No. 2-2 se muestran los patrones,tanto Canadienses como Españoles.
A continuación se muestran los rangos permisibles de algunas granulometrias típicas :
(1) Ir’ithrow H. ; Compactation parameters of Roller Compacted -Concrete, pp 123-135; USA, 1988.
Gráfica No. 2-l Granulometría tfpica parapavimentos de CCR (Withrow)
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1-L .
TAMIZ UME TAMARO MAXIMO(mm) 16mm zomnl
- - -
25 (1") 10020 (3/4") 100 85-10016 (S/S") 88-100 75-10010 (3/8") 70-87 60-835 SO-70 42-132 35-50 30-47
0.40 (40) 18-30 16-27O.OS(lOO) 10-20 9-19
TABLA 2.3 GRAWLOMETRIA ESPAÑOLA (Pliegode prescripciones técnicas. Apéndice B.
TAMIZ U.S. (Esthdar) TANARO MAXIMOCPulg) 5/8"
5/8" 1001/2" 85 - 1003/8" 68 - 92No. 4 50 - 75No. 8 35- 60No.16 26 - 48No.30 17 - 37No.50 9- 26No.100 4- 17No.200 2- 9TABLA 2-4. GIVWULOMETRIA CMADIENSE
11.1.1.2. AGREGADO FIXO
Los agregados f inos es tán compuestos por las arenas y su
graduación influye en la pasta del concreto y su compactibilidad.
Para su selección se toma la norma ASTN C-33.
Se recomienda un 5% de incremento de agregado fino que pa
se la malla No. 200 dentro del porcentaje del agregado fino sólo
(21 Callici J : Hormieón ComDactado c o n r o d i l l o : E s t u d i o Y aulica* ’ ción e n cirreteri. I n s t i t u t o d e l C e m e n t o P o r t l a n d Argen;inoS
Argentina, 1986.
15
11 .1 .1 .1 . AGREGADO GRUESO
Las especificaciones relat ivas a sus caracteristicas pue-
den identif icarse con las adoptadas normalmente a las gravas tra
tadas con cementos hidráulicos uti l izadas en capas de base para
iguales condiciones de tránsi to (ASTM C-33).
En España se recomienda que el tamaño máximo de agregado-sea de -Omm, aún cuando en l’a zona de Barcelona se ha utilizadoTWax = 38mm sin mayores problemas. En Francia se recomienda el -
uso del Tmax = 1 6 o 14mm p a r a r e d u c i r l o s r i e s g o s d e s e g r e g a -
ción. (21
.-\unque la curva más conveniente deberá determinarse me-
diante ensayos de laboratorio, se aconseja emplear los agregados
en dos grupos según tamaños, por ejemplo, de 0 a!lo. 4 y de la Yo.
4 a 3/4” (TMax). Es conveniente la utilización de piedra tritu-
rada para conseguir una “capacidad de soporte inmediata” suii--
cientemente alta para poder abrir al tránsito en cuanto se termi
nen las operaciones de curado y protección. Esta capacidad por-
tante puede evaluarse somet iendo las probetas compactadas a la
densidad exigida en obra (normalmente al 97% de la Proctor Nodi-
f icada)
1 6
cuando no se usen puzolanas .
Los agregados f inos reducen el número de pasadas del ro-
dillo vibratorio para alcanzar la densidad de proyecto en las ca
pas de los PCCR, ayuda a los requerimientos de agua y cemento pa
ra l lenar los vacíos del concreto.
11.1.2. CENENTO
Aunque los cementos recomendados son aquel los capaces de
producir bajo calor de hidratación y elevadas resistencias a ial
g o p l a z o y q u e t e n g a n u n t i e m p o d e m a n e j a b i l i d a d p a r a l a s t a -
reas de coiocación y compactación, como es el caso de los cemen-
tos con cenizas 0 puzolánicos.
Por razones de disponibilidad el aglomerante más usado -
es el Cemento Portland y su contenido debe oscilar entre 230 y
3 5 0 kg/n3 2-f zotzl d e l a m e z c l a . Existen t rabajos de invest iga
ción que recomiendan el cemento tipo 1 por permitir a la mezcla-
alcanzar mayor r e s i s t e n c i a , pues contiene mayor cantidad de alu-
minato tr:c$lcico y sulfato de calcio; el cemento tipo II reduce
el agrietamiento y los cementos expansivos lo reducen en suelos-
granulares gruesos .
La relación -de porcentaje de 1 cemento con respecto al to-
tal de la mezcla es un promedio del 10 y 15% por razones económi
cas .
11.1.3. L-\ CEXIX VOLMTE Y SUS EFECTOS Ei4 EL PCCR
L a ceniza volante es un producto de la combust ión del car
b6n m i n e r a l ; la materia no combustible se funde y se solidifica,
dando origen al residuo de la combustión. Los fragmentos de ma-
yor tamaño se deposi tan en el fondo de la cámara de combustión y
1 7
y por ello se conoce como cenizas de fondo y las partlculas másfinas permanecen suspendidas en los gases de la combustión, mo-tivo por el cual se llaman cenizas volantes. (Fly ash).
Las características de las cenizas volantes como tamaiio,forma y naturaleza, de sus particulas dependen principalmente -del tipo de yacimiento que se esté explotando, pudiendo ser utilizada como puzolana y aditivo mineral, logrando con esto unamejor manejabilidad, reducción de agua de mezclado y menor generación de calor en las mezclas de los PCCR.
La ceniza volante debe cumplir con ciertas especifica--ciones de composición química y finura; desgraciadamente en -nuestro país no existen aún normas oficiales que controlen lacalidad de la misma, por lo cual se toma como modelo las del -.GTM 618 Ceniza tipo F (Fly ash) .
Se emplean como un reemplazo parcial al cemento para re-ducir el calor de hidratación, costos, y para darle trabajabilidada las pastfculas finas (ver ACI 226.SR-87).
En los PCCR se utiliza un máximo del 6% de cenizas vol&tiles aproximadamente con respecto al peso de la grava y arena:el 60’0 de la ceniza volante hace su aportación como puzolana yel otro 40% pasa a formar parte del agregado fino.
En E-lkico contamos con ceniza volante producida por laCentral Carboelkctrica de la Comisión Federal de Electricidaden Río Escondido, Coahuila, la cual contiene sílice, alúmina ycierto grado de finura, cumpliendo con los requisitos ASTN 61s.
Las particulas de la ceniza volante son de forma esféri-ca y estructura vítrea (Fig. 2-S);estas características hacenque requiera menos agua de mezclado y mejor trnbajabilidad delos PCCR.
1S
r\ continuaci6n se muestran (Figs. 2-5, 6 y 7) resulta-dos de pruebas realizadas por la empresa minera carbonífera -Rio Escondido, S. A. (MICXRE). (5)
Fig. No. 2-5 Fotomicrografía de la ceniza volantede Río Escondido, Coah. a 2200 aumentos.
Fig. No. 2-i Efecto de la ceniza en los campos B y C sobrela resistencia y el rendimiento por kg de ce-mentante equiv. en costo en concretos con agregados andesiticos del D.F., a igualdad de con-tenidos de cementante en costo.
19
.
Fig. So. 3-6 Curva granulomktrica carac-terística de la ceniza volantei n t e g r a l .
(2) izsrado actual y perspectiva de producción y consumo de laceniza volante de Rio Escondido, Coahuila , Héx. ( Octubre1987.
20
11.1.4. AGUA
El agua a utilizar debe ser limpia y libre de impurezas, -
en los PCCR el agua óptima es entre el 4 y 78, teniendo en cuen-
ta las condiciones atmosféricas y de transporte a la obra.
Los PCCR son muy sensibles a las variaciones de agua, su
exceso o falta disminuyen el eficaz comportamiento de los mismos.
La falta de agua agrava el riesgo de segregación y las dificulta
des de compactación; el exceso produce inestabilidad traducida -
en compactación defectuosa.
La determinación de la humedad se realiza con objeto d e
conseguir la mezcla que permite obtener la máxima densidad seca-
con la energía de compactación del ensayo próctor modificada. El
agua restii. -ante es superior a la que se necesita para la hidrata
ción del cemento que es de 3 al 4%.
La función principal del agua es la de hidratar el cemen-
to, produciendo la aglutinación de la mezcla y la lubricación ec
t r e l a s P a r t í c u l a s p a r a f a c i l i t a r l a c o m p a c t a c i ó n .
11.1.5. ADITIVOS
El pavimento de concreto compactado con rodillos pierde -
progresivamente su manejabilidad a medida que avanza e l f r a -
guado del cemento. E l a g u a l i b r e s e c o m b i n a c o n e l ligante y - -
pierde su rol de lubricante por aiiadidura, la unión cemento-gra-
nular comien:a a rigidizar progresivamente la mezcla cemento-grava-arena. .
Para los PCCR el concepto de “tiempo de trabajo” es muYimportante y lo podemos definir como el intervalo que va desde -
el’ amasado hasta el comienzo del fraguado, o fraguado débil, en
el cual debe realizarse totalmente la puesta en obra y compacta-
21
ción; entonces es necesario la utilización de un restaurador defraguado que se dosificará en función de las condiciones climáticas (temperatura, vierito , etc.) y de los tiempos de transporte yla correcta terminacih.
Se pueden utilizar dos tipos de aditivos teniendo en cue;ta la temperatura de puesta en obra:
l.- Retardadores de fraguado : Que sirven para aumentarla manejabilidad de la mezcla.
2 . - Plastificadores : Modifican la velocidad de fraguadoo endurecimiento del concreto consiguiendo densida--des requeridas con menores contenidos de agua, lo -cual se traduce en un aumento de la resistencia.
11.7. YETODOS DE PROPORC IONAMIENTO
Se tienen varios rxétodos para el proporci8namiento de lasmezclas de los PCCR; se difieren básicamente de su localización,los requerimientos de diseño de la estructura, la disponibilidadde los materiales, el equipo de mezclado y el tiempo de proyecto.En realidad no existe un método estándar debido a los materiales,ya que éstos tienen comportamientos diferentes que afectan las -relaciones de proporcionamiento y por lo tanto SU resistencia yeconomía.
Se recomienda realizar pruebas de laboratorio para dicta-minar sus relaciones de acuerdo a cada tipo de materiales. Se -
presenta a continuación la forma general para. elaborar un pro--porcionaniento de mezcla para concretos convencionales (2.5 a -17.5 cm de revenimiento) capítulo 11.2.1. Posteriormente se re-
sume cómo se desarrolla el proporcionamiento de mezclas secas -con “No-Revenimiento” capítulo II.:.?.
Luego se presentan los tres métodos que sigue el comitk -ACI 207.5R para el proporcionamiento de mezclas secas para con--creto masivo. Estos Gl t irnos métodos contienen alguna semejanzacon los procedimientos mencionados por el comite 211.5-75 en elcapitulo 11.2.2.
Y finalmente se presenta el proporcionamiento de mezclas-desarrollado por el Instituto Mexicano del Cemento y del Concre-to en base a las investigaciones realizadas en distintos materiales en laboratorio y en campo.
11.2-l. PROPORCIONAhlIENTO DE MEZCLAS DE CONCRETO NORMAL
;clAh’UXL DEL INSTITUTO AMERICAXO DEL COXCRETO ACI Zll.l-83 (Revisada en 1989).
Este proporcionamiento de mezcla es aplicable a concretosde peso normal y con los mismos datos y procedimientos básicos -pueden ser usados para concretos muy pesados )- masivos; esta in-formación se da en los apéndices 4 y 5 del ACI 711.1-89. La do-sificación por pesos para el concreto comprende una secuencia -lógica para un mezclado conveniente con materiales apropiados. -Los pasos a seguir son:
1. La m6xima relación a/c.2. El contenido mínimo de cementò.3. Contenido de aire.4. Revenimiento.5. Tamaño máximo nominal de agregado (TFWA).6. Resistencia.
La dosificación por pesos por mj del concreto puede serrealizada con esta secuencia.
23
PASO 1. GUIA DE REVENIMIENTO
En caso de no ser especificado el revenimiento, se estimaun valor de acuerdo al tipo de obra en la tabla No. 2-8. Son unrango de revenimientos presentes en la consolidación del concre-to aplicando vibración.
TIPOS DE CONSTRUCCION REVENIblIEIITO (mm)1Mhimo l Mínimo
hkros de cimentación y zapatas reforzadas 75 25Zapatas, cayanas y wros desencillos. 75 25Vigas y muros reforzados 100 25Columnas para edificios 100 25Pavimentos y losas 75 2s
Concreto masivo 75 25
'Pueden incrementarse en 25 mm cuando los métodos de compac
tación no sean mediante vibrado.
TXBLX No. 7-8 REVENIMIENTOS RECOME?rDADOS PARAVARIOS TIPOS DE CONSTRUCCION.
P.4SO 2. GUIA DE TAMANO ?íAXIb!O NOMINAL DE AGREGADOS (TMNA)
Generalmente el DINA debe ser grande para la economia y co;
sistente en las dimensiones de la estructura. El TMNA no debe -
exceder:
- 1/5 de la menor dimensión entre costados de cimbra.
- 1/3 del espesor de la losa. .
- j/4 del espacio libre minimo entre varillas.
- l/j del diámetro de la tuberia de bombeo.
El TMNX grande de una buena graduación de agregados tiene me
nos vacíos que los tamaiíos chicos y por lo tanto requiere menor -contenido de cemento.
2 4
PASO 3. C,ILCULO DEL AGUA DE NEZCLADO Y CONTENIDO DE AIRE
La cantidad de agua por unidad de volumen de concreto para
producir un revenimiento dado depende del TMNA, forma de la paf
tícula y graduación de los agregados y la temperatura del concre
to > contenido de aire y uso de adi t ivos. La tabla No. 2-9 pro--
porciona es:imaciones de agua de mezclado para concretos hechos-
con varios TMNA, con o sin contenido de aire, dependiendo de la
textura y forma del agregado- se pueden tomar valores&l agua d e
mezclado con bastante precisi6n para un primer cálculo.
Reveni..iento fnrn) 9.5* 12.5* 19’ 25’ 37.5* 50 * @ 75 j5 & 15055~
CONCREl-0 S I N AIRE INCLUIW
2S a SO 207 199 190 179 166 154 130 1137S a iO 228 216 205 193 181 169 145 124
150 a 173 243 228 216 202 190 178 160 -Cantidad de aireatrauafo C:i 3 2.a r 2 1 . 5 1 0.5 0.5 0.2
CoNCnJA cm i.tlk r-
‘32 a(1 1Sl 1,~~.
168 1 6 0 150 142 122iS a 100 202 193 1 8 4 175 165 157 133 10 119150 2 1x 216 205 197 la4 174 166 154 -Contenido de aireen (5) por el ti-po de exposición l *:koosición suave -Exios. tierada 2;
4.0 3 .5 3 .0 2.5 2. 0 1.5 *et;; l.o**“A5.5 5.0
6 . 0 i::4 j
tíos. íuerte C. i . 5 7.0 S:S4.0 3.S""t j.O***t'3.0 4.5***tY 4.0'***'
TABLA 2-9 AGUA DE MEZCLADO APROXIMADA Y CONTENIDO DEAIRE REQUERIDOS PARA DIFERENTES REVESIMIENTOS Y TMlASOMAXDIO NOMINAL DE .-\GREGADOS.
Tambikn indica la cantidad de aire atrapado que puede espe-
rarse de un concreto sin inclusión de aire en la parte superior
de la tabia y las recomendaciones promedio del contenido de aire
para un concreto con inclusión de aire en la parte inferior d e
l a t a b l a . Si la inclusión de aire es necesaria, tres niveles de
contenido de. a ire están dados para cada tamaño de agregados, de-
2s
pendiendo, en el objetivo de la inclusión de aire y la severidadde exposición.
A continuación se explican las observaciones de la tabla No.2 -9 recientemente presentada :
t Estas cantidades de agua de mezclado se emplean para -calcular factores de cemento en mezclas de prueba. Soncantidades máximas de agregados gruesos angulares, ra-zonablemente bien formados y con granulometría dentro-de los límites de especificaciones aceptadas.
$ Los valores de revenimiento para concreto con agregadomayor de 40 mm están basados en pruebas de revenimien-to después de la remoción de las partículas mayores deJO mm, mediante tamizado húmedo.
íi Estas cantidades de agua de mezclado se emplean para -calcular factores de cemento para mezclas-de prueba, -cuando se utilizan agregados de tamaño máximo nominalde 70 o 150 mm. Son promedios para agregados gruesosrazonablemente bien formados y con buena granulometríade grueso a fino.
En varios documentos del ACI aparecen recomendacionesadicionales con respecto al contenido de aire y a lastolerancias necesarias de contenido de aire para con-trol en el campo. Entre estos documentos están: XI -201,501, 35, 318 y 302. La norma ASTèI C94 para concretospremezclsdos también proporciona los límites de conte-nido de aire. Los requerimientos que aparecen en otrosdocumentos no siempre pueden concordar exactamente, -por lo que al proporcionar concreto debe prestarse -atención a la selección de un contenido de aire que seajuste a las necesidades de la obra, asi como a las especificaciones aplicables.
26
l *. Para concretos que contienen agregados grandes que serántamizados en húmedos a’ través de una malla de 1 1/2” an-tes de someterse a la prueba de contenido de aire; el %de aire esperado en el material de tamafio inferior a 46mm debe ser como 41 tabulado en la colrorma de 40 W. Sin emba:go, los calculadosiniciales de proporci6n deben incluir elcontenido de aire como un porcentaje del total.
:t Cuando se emplea agregado grande en concretos con bajofactor de cemento, la inclusión de aire no debe ir endetrimento de la resistencia. En la mayoría de los cssos el requerimiento de agua de mezclado se reduce losuficiente para mejorar la relaci6n agua/cemento y, deesta manera, compensar el efecto reductor de resisten-cia del concreto con inclusión de aire. Generalmente,sin embargo, para dichos tamaiios máximos grandes de -agregado los contenidos de aire recomendados en caso -de exposición severa deben tomarse en consideración, -aunque pueda haber poca o ninguna exposición a la humedad o al congelamiento.
R Estos valores se basan en el criterio de que es necesa-rio un 9% de aire en la fase de mortero del concreto. -Si el volumen del mortero va a ser sustancialmente diferente del determinado en esta obra, puede ser conveniente calcular el contenido de aire necesario tomando u n9% del volumen real del mortero.
EXPOSICION LIGERA. Cuando se desee la inclusión de aire -por otros efectos benéficos que no sean la durabilidad, porejemplo, para mejorar la cohesi6n o trabajabilidad, o paraincrementar la resistencia del concreto con bajo factor delcemento, pueden emplearse contenidos de aire inferiores alos necesarios para la durabilidad. Esta exposición inclu-ye servicio interior 0 exterior en climas en los que el co;creto no estará expuesto a agentes de congelación o deshie-lo .
EXPOSICION MODERADA. Implica servicio en climas donde esprobable la congelación, pero en los que el concreto no estará expuesto continuamente a la humedad o al agua corrien-te durante largos periodos antes de la congelación ni a -agentes descongelantes u otros productos químicos agresi--vos. Como ejemplos pueden seilalarse: vigas exteriores, columnas, muros, trabes o losas que no estén en contacto conel terreno húmedo y que estén ubicadas de manera que no reciban aplicaciones directas de sales descongelantes.
EIPOSICION SEVERA. El concreto expuesto a productos químicos descongelantes u otros agentes agresivos, o bien, cuando e l c oncre to pueda resultar altamente saturado por -el contacto continuo con humedad o agua corriente antes dela congelación. Ejemplos de lo anterior son: pavimentos,-pisos de puenres, guarniciones, desagües, aceras, revesti-miento de canales, tanques exteriores para agua o resumid2ros.
El empleo de cantidades normales de aire incluido en con--cretos con resistencia especificada a 350 kg/cm2 o aproxi-mada, puede no ser factible debido al hecho de que cada -porcentaje de aire adicional reduce la resistencia máxima-que se puede obtener con determinada combinación de mate--riales. En estos casos la exposisión al agua, sales des-- .congelantes y temperaturas de congelación, deben ser cuidaCosamente evaluadas. Si un elemento no va a estar conti--nuamente mojado ni expuesto a sales descongelantes, son -apropiados los valores de contenido de aire más bajos, como los que se señalan en la tabla No. 2-9 para exposición -moderada, aunque el concreto estk expuesto a temperaturas-de congelación-deshielo. Sin embargo, en condicionei de -exposición en las que el elemento puede estar saturado an-tes de la congelación, no debe sacrificarse el aire incluido en favor de la resistencia.
Cuando se emplean mezclas de prueba con el fin de estsble-
cer las relaciones de resistencia o verificar la capacidad
para producir resistencia de una mezcla, debe emplearse la
combinación menos favorable de agua de mezclado y aire in-
cluido ; es decir, e l c o n t e n i d o d e a i r e d e b e s e r e l máxi
mo permitido y el concreto se debe mezclar para un reveni
miento lo más elevado posible. Esto evitará la elaboración
de un cálculo demasiado optimista de la resistencia, basa-
do en la suposición de que en el campo prevalecerán las -
condiciones promedio en vez de presentarse condiciones ex
tremaS. Para obtener información sobre las recomendaciones
relativas al contenido de aire, consúltense ACI 201, 301 y
302.
PASO :. SELECCION DE LA RELACIOX AGUA-CEMENTO (A/C).
La relación requerida A/C se determina por la resistencia-
de diseiio y propiedades de durabil idad y acabado. Generalmente,
con diforentes agregados y cementos se producen diferentes resi?
tencias con ía misma relación A/C; es deseable tener o desarro--
l l a r d a t o s d e r e l a c i ó n entre l a r e s i s t e n c i a y l a r e l a c i ó n A/C -
de los _mate-iales.
RESISTENCIA ALA CO\IPRESION2s DI.iS *
Mpa I;g/cm?
JI: bao35 56030 85025 40020 320
ncr “‘^N AGUA - Cm, POR PB.50CONcIIl;IO CON
II\%LlJSIOI\’ DE AIRE
0.420.::0.540.61A rn
0.390.450.520.600.7015 240 “.“3
0.79
l i.cs valores son resistencias promedio, en Mega Pascal &X) yVer explicación en Sig. hoja.
‘d.
TABLA No. 2-10 RELACIONES DE A/C Y LARESISTENCIA A LA COMPRBSIQN
2.9
Con materiales tfpicos, el tabulador de relaciones A/Cproduce resistencias conocidas, basadas en pruebas de 28 dfas -en especificaciones bajo condiciones especificadas de laborato-rio. La resistencia promedio debe pasar, excediendo la resis--tencia especificada con margen suficiente en las pruebas den- -tro de los límites establecidos.
Para condiciones severas de exposición, la relación A/Cpuede bajar cuando los requerimientos de resistencia tengan unalto valor dentro de los valores límites, de la Tabla No. 2-11.
TIPO DEESTRUCTURA
ESTRUCTLJW MMADA, CON- ESTRUCllJRA EXPUESTAT1.W 0 FRE- AL AGUA DE MAR 0Y EICPUESTX A CONGELA- SULFATOS.‘II!Z4TO Y DESHIELO +
Secciones esbeltas (ba-randaies , guarniciones,umbrsies, ménsulas ,trabajos ornamentales)y secciones con menosde 5 zm de recubrimiento sobre el acero de-rernerzo.
0.45 0.40 ij
Todas las demásestructuras 0.50 0.45 ij
--
TABLA No. 2-11 RELACIONES XGUA-CEaIENTO PEWIISIBLESblA.YIMS PARC\ CONCRETOS CON EIPOSI-C IONES SEVERAS l .
Observaciones :En la página siguiente se da una breve explicación delas Tablas Nos. 2-10 y Z-11.
3 0
OBSERVACIONES DE LAS TABLAS Nos. 2-10 y t-11
TABLA No. 2-10 l Los valores son resistencias promedio estima-das para concreto que no contiene más del popcentaj e de aire que se indica en la T a b l a -No. 2-9.
Para una relación agua/cemento constante se -reduce la resistencia del concreto conforme -se incrementa el contenido de aire.
La resistencia se basa en cilindros de 15 x 30cm, curados con humedad a los 28 días, a 23 +1.7”C, de acuerdo con la sección 9 (b) de laNorma ASTbI C31.
La relación supone un tamaño máximo de agregado de 3/4- a l”, para un banco dado, la resis-tenciacproducida por una relación aguaícemen-to dada, se incrementará conforme se reduce -el tamaño máximo de agregado.
TABLA No. 2-11* Basado en el informe del Comité ACI 201,
“Durability of Concrete in Service”.
+ El concreto también debe tener aire incluído.
$ Si se emplea cemento resistente a los sulfatos(Tipo II o Tipo V de la norma ASTM CljO), larelación agua/cemento permisible puede incre-mentarse en 0.05.
31
Cuando se emplean materiales puzolánicos en el concreto, -
debe considerarse una relación agua/cemento más puzolana por pe-
so, en vez de la tradicional relación agua/cemento por peso. Exis
ten dos enfoques que se emplean normalmente para determinar unarelación A/(C + P) que pueda considerarse equivalente a la rela
ción A/C de una mezcla que contiene solamente cemento Portland:a ) P e s o e q u i v a l e n t e d e l m a t e r i a l a g l u t i n a n t e , ’
b) Volumen absoluto equivalente-del material aglutinante en la mezcla.
Para eA primer enfoque, la equivalencia del peso, el peso total del llg-
terial aglutinante sigue siendo el mismo ,[es decir, A/(C + P)=.~/C
directamente]; pero el volumen absoluto total del cemento más pu
20 lana, normalmente será ligeramente mayor. Con el segundo enfo
que, aplicando la ecuación No. 2, se calcula una relación de -
;:/(C + P) por Teso que mantiene la misma relación de volumen ab-
so lu to , pero que reducirá el peso total del material aglutinante,
puesto que el peso específico de las puzolanas es normalmente in-
ferior al del cemento.
Las ecuaciones para convertir una relación agua/cemento, -
A/C, deseada a una relaci6n por Peso de agua/cemento más puzola-
n a , X/(C + P), p o r : equivalencia de peso, o equivalencia -
de volumen, son las s iguientes :
Equivalencia de peso (ecuación No. 1)
hF relación de peso, equivalencia de peso = -&
donde,
hF = peso del agua dividido entre el peso del cemento
+ puzolana.
;- relación agua/cemento deseada por peso
3 2
Cuando S C emplea el enfoque de equivalencia de peso, el -
porcentaje o fraccibn de puzolana empleado en el material aglu-
t inante se suele expresar por peso. Así pues: Fw, porcentaje de
la puzolana por peso del total de cemento más puzolana, expresa-
do como un factor decimal, es:
PF, = -C+P
donde :
F =w
porcentaje de puzolana por peso, expresado como fac-
tor decimal.
P = peso del material puzolhico.
; = peso del cemento.
Soca: Guando solamente se conoce el factor deseado de por
cerita) e cie puzolana por volumen absoluto Fv, és te puede conver--
t i r s e a Fv de la siguiente manera:
Fii =l+(F) (;L - ‘>
donde :
F =\ porcentaje de puzolana por volumen absoluto del volu
men absoluto rota1 del cemento más puzolana, expresa
do como factor decimal.
G =P
peso específico de la puzolana.
j.lS= peso específico del cemento Portland (seempleará el
valor real si se sabe que es diferente).
t Si se requiere una relación agua/cemento de 0.60 y s e v a a
emp lear puzolana de ceniza volante, como 202 del mater ial agluti-nante en la mezcla por peso (Fw = 0.20) , entonces la relación requerida de aguaicemento más puzolana sobre la base de equivalen--cia de peso, será:
3 3
A A- = - = 0.60, yC+P C
P .F = - = 0.20.~
VI C+PSuponiendo un requerimiento de agua de mezclado estimado
en 160 kg/m3, el peso requerido de cemento + puzolana será de:160- = 267 kg0.60
y el peso de la puzolana será de:
(0.20) (2.67) = 53 kg
El peso del cemento será por lo tanto de:
267 - 55 = 214 Kg.
Si en vez del 20% de ceniza volante por peso se especifi-ca el 20% por volumen absoluto de cemento más puzolana (F =0.20),vel Factor de peso correspondiente se calculará como sigue, paraceniza volante con un peso específico supuesto de 2. $0 :
FY+(L2)(~- l) =
F\f= l+(gl( &- l) =
F 1= = 1 = - 1 =w 0.16l+ (1.31) (1) 1 + 5.24 6.24
En este caso, el 20% del volumen absoluto es 16% por peso,el peso de la puzolana en el lote sería:
(0.016) (267) = 43 kgy el peso del cemento:
267 - 43 = 244 kg
34 ’
Equivalencia de volumen absoluto (ecuación No. 1’)
A relación de peso, equivalencia de volumen absolutoC+P
3.15 AC
I3.15 (l-F,,) + Gp UvI
donde,
A- = peso del agua dividido entre el peso de cementoc + P más puzolana
A-= relación agua/cemento deseada por pesoC
3.15 = peso especifico del cemento Portland (utilícese elvalor real si es diferente)
Fv = porcentaje de puzolana por volumen absoluto del VO-
lumen absoluto total de cemento mis puzolana, expre -sado como factor decimal.
Nota : Si solamente se conoce el porcentaje deseado de pu-zolana por peso (F,), puede convertirse a F, de la siguiente ma-nera :
donde las literales tienen las mismas definiciones que en el ca-so anterior.
35
Ejemplo Yo. 2. Equivalencia de volumen absoluto
Utilícense los mismos datos básicos que para el ejemplo No.
‘1, pero especificando que la relación equivalente agua/cemento -
más puzolana se establezca con base en el volumen absoluto, lo -
que mantendrá en la mezcla la misma relacibn de volumen de agua -
con volumen de material aglutinante. Cuando se cambie de cementosolo a cemento más puzolana. También en este caso, la relación -
agua/cemento requerida es de 0.60, e inicialmente se supone que -
es conveniente emplear un 20% de ceniza volante por volumen abso-
l u t o (Fv = 0 . 20 ) . El peso específico de la ceniza volante se su
pone de 2.40 en este ejemplo.
.r\ = 5.15 +- 3 .15 (0 .60 )
C+? 3 . 1 5 (1-Fv) + G Fp ( v) = [3.1S)(O.~O)+(2.40)(0.20) =
JL= 1.39
c+:2.=~ + 0.48 = G = o*63
Así pues, la relación deseada de peso para mantener una -
equivalencia de volumen absoluto es A/(C + P) = 0.63. Si también
en este caso el agua de mezclado es de 160 kg/m3, entonces e l pe
so requerido de cemento + puzolana será de:
160 =0.63 254 k g
y puesro que el factor de porcentaje de peso correspondiente pa-
r a Fv = 0.20 es F,< = 0.16 como se calculó en el ejemplo No. 1, -
el peso de la ceniza volante que debe emplearse es de:
(0.016) (254) = 41 kg
y el peso del cemento es de:
254 - 41 = 213 kg
El procedMento de equivalencia de volumen proporciona pesos menores
56 ,
de materiales aglutinantes. Verificando los voltinanes absolutos,se obtiene :
Ceni:a v o l a n t e = 41 = 0.0171 m3(2.40) (1 000)
Cemento sa 213 - 0.0676 m3(3.15) (1 000)
Total - 0.0171 + 0.0676 = 0.0847 m3
?orcentaje de puzolana por volumen, 0.0171 x 1oo = 20%0.0847
Si en vez de 20% de ceniza volante por volumen (Fv = 0.20),se hukiers especificado un porcentaje de peso igual al 20% (Fw =0 ‘0’*- /: Y-oàría convertirse a Fv empleando G P
= 2.40 y la fórmula ---.aprap :3ca.
F P 1 1= - = 0.247\- 1 + (0.762) (4) 4.049
En este casorelacik
el 20% por peso es casi el 25% por volumen absolutc. L a equivalente’ X/ (C + P) por volumen, deberá -ser calculada de nuevo para esta condición, puesto que Fv ha sidocambiado de la originalmente supuesta en este ejemplo.
37
A 3.15c+ (3..15) ( 0 . 6 0 )-sC+P 3.1s ( 1 - F v ) + G
P ( v)F a
3.X,1 - ~.ts)+(2.40)(0.25) =z
A-= (3.15) (0 .60 )7 ‘0 (0 25) i 1.89
C+P 3). . J + ,.+ 2.36 + 0.60 = +-+ = o-ti4
E l t o t a l d e l m a t e r i a l a g l u t i n a n t e s e r í a d e :
160O-65 = 250 kg
D e e s t e p e s o , e l 20% (Fw = 0 . 2 0 ) s e r í a l a c e n i z a v o l a n t e :
(250 ) (0 .20 ) = SO kg de ceniza volante y250 - 33 = 200 kg de cemento
PASO S. CALCULO DEL CONTENIDO DE CEblENTO
La cantidad de cemento por unidad de volumen de concreto
e s f i j a d a p o r l a s determinaciones hechas en el ‘paso 3 y 4. Elrequerimiento es igual al contenido de agua de mezclado, dividi-
d o e n t r e l a r e l a c i ó n A/C.
PASO 6. ESTIMAC;JN DEL CONTENIDO DE AGREGr\DO GRUESO
Los agregados del mismo tamaño (TPINA) y graduación, pro-
ducen un concreto trabajable con un volumen dado de agregado -
g rueso , en base a un volumen compacto seco . Valores aproxima
dos para volúmenes de a-regados están dados en la Tabla Yo. 2-12;
se puede apreciar que para igual trabajabilidad, el volumen de
agregado grueso en unidad de volumen de concreto es dependiente
del TNNA y el módulo de finura del agregado fino.
TAMANO NOMINAL VOLUMEK DE AGREGAIXI GRUESO l SECO CCXWm WRMAXXMO DE ACRE tJMDAD DE VOLUMEN DE CONCRETO PARA DIFEfBTESGADO (mm) iCDlJLOS DE FINURA DE LA ARENA
2.40 2.60 2.80 3.00
9 .5 (3/8” 0.50 0.48 0.46 0.44
12.5 (l/Z”l 0.59 0.57 0.55 0.53
19.0 (3/4”) 0.66 0.64 0.62 0.60
25 ( 2” ) 0.71 0.69 0.67 0.63
37.5 (1 1/2”) 0.75 0.73 0.71 0.69
50 ( 2” ) 0.78 0.76 0.74 0.72
75 ( 3” 1 0.82 0.80 0.78 0.76
150 ( 6” ) 0.87 0.85 0.83 0.81
rxELA 2-12 VOLLIMEK DE AGREGADO GRUESO POR L’::IDADDE VOLUIEN DE CONCRETO.
Observaciones : l Los volúmenes estfin basados en agregados
en condiciones de vari l lado en seco, como se describe en la
norma ASTM C29. Estos volúmenes se han seleccionado 2 par-
tir de relaciones empíricas para producir concreto con u n
grado de trabajabil idad adecuado a 12 construcción reforza-
da común. P a r a c o n c r e t o s m e n o s t r a b a j a b l e s , como los reque
ridos en la construcción de pavimentos de concrete, pueden
incrementarse en un 10% aproximadamente. P a r a c o n c r e t o s -
t r a b a j a b l e s , v é a s e l a seccih ACI 211 .l-
Diferencias en la cantidad de mortero requerido para traba-
j a b i l i d a d c o n d i f e r e n t e s a g r e g a d o s , d e b i d o a d i f e r e n c i a s e n l a -
forma de la partfcula y graduación son compensados autocáticamen-
te por diferencias en el contenido de vacíos del volrrmen coy&to seco .
El volumen de agregados en m3, en base a un compac:ado s e -
co por m3 de concreto es igual al valor de la tabla No. 2-12. Es-
te volumen es convert ido a peso seco compactado de agregado grue-
so requerido en m3 de concreto, por multiplicación del peso secocompactado por m3 de agregado grueso.
Para obtener un concreto de buena trabajabilidad, lo que aveces es necesario para colar mediante bombeo o cuando el concreto se cuela alrededor de lugares congestionados de acero de refuerzo. es deseable reducir el contenido estimado de agregado -grueso determinado por la tabla Yo. 2-12, hasta en un 10%. Sinembargo, deben tomarse precauciones para garantizar el revenirni-to resultante, la relación agua/cemento y las propiedades de re-sistencia del concreto concuerden con las recomendaciones de los pa-sos 1 y .4, aanplan con los requisitos aplicables de las especifica-ciones de proyecto.
P.4SO 7. ESTIIIACION DEL CONTENIDO DE AGREGADO FISO.
Es un complemento del paso 6; todos los componentes del -concreto tienen una buena estimación, excepto el agregado iino.-Es cuantitariva su determinación por diíerencia. Otros procedi-mientos se pueden emplear: El mktodo de “Peso” (a) o el método -de “Volumen Absoluto” Ib).
a) Si el peso iel concreto por unidad de volumen es cslcu-lado por la experiencia, el peso requerido de agregado fino es -la diferencia del peso del concreto fresco y el peso total delosotros materiales. Después la unidad de peso del concreto es co-nocida con ra:onable precisión de experiencias previas con los -materiales.
En la ausencia de tal información, la Tabla Xo. 2-13 puedeusarse para una primer3 estimación, tal estimación de peso de -concreto por m 5 es amplio, las proporciones de mezcla son preci-sas permitiendo ajustarse en las bases de dosificaciones conoci-das.
9.5 (WY)
12.5 (1/2”)
19 (3/4”)
25 ( 1” 1‘X.5 (1 1/2”)
50 ( 2”)75 WI
150 (6’7
Fxra4m iW~f.INAL E5TPWIOS DE LA MASA UNITARIA DE UMCREIO,,4AXIED DE ACRE- _ kg/m3. l
;u⌧) CmN fzoKRIm SIN INCLU- CoN- CON lxLlJs1oNSION DE AIRE. DE AIRE.
2280 2200
2310 2230
2345 2275
2380 2290
2410 2350
40 -
-
,x3LA No. 2 -13. ESTIMACIONES DE PESOS DE CONCREIO FRESCO
08servaciones : ‘Valores calculados por medio de la ecuación
~0.5 cara concreto de riqueza mediana (330 kg de cemento -
po r m’) y revenimiento medio con agregado de peso específi-
c o d e 2 . 7 . Los requerimientos de agua se basan en’ valores
de l a t a b l a No.2’9 para revenimiento de 8 a 10 cm. Si se -dese3, el peso est imado puede afinarse como sigue, cuando -
s e bisponga de la información necesaria: por cada 5 kg de -
diferencia en los valores de agua de mezclado de la tabla.-:.o . -‘-9 para revenimiento de 6 a 10 cm, corregir el peso por-
mj.
en 8 kg en dirección contraria; por cada 20 kg de dife--
rencia en contenido de cemento de 330 kg, corregir el peso
p o r m3 en kg en la misma dirección, por cada 0.1 que el pe-
so específico del agregado se desvié de 2.7, debe corregir-
se el peso del concreto er. 70 kg en la misma dirección.
4 1
Cuando se desea un cálculo tbcnicamente exacto del peso delconcreto fresco por m’, puede emplearse la siguiente fórmula:
U m - 10 Ga (100-A) + Cm(l-Ga/Gc)-Am (Ga-l) (Ecuaci¿n No. 3)
donde :
Um = Peso del concreto fresco (kg/m3).Ga = Densidad promedio del volumen combinado del agregado
grueso y fino (kg/m3) a granel SSS*.Gc = Densidad del cemento (generalmente 3.15)..4 = Contenido de aire (%).Am = Requerimiento de agua de mezclado (kg/m3).Cm = Requerimiento de cemento (kg/m3).
l SSS = Condiciones de saturado y superficie seca
b) Un procedimiento más exacto para el cálculo de la can-t idaci requerida de los agregados finos comprende el uso de volúmenes sustituídos Por los componentes. En este caso el volumen to-tal sustituído por los componentes (agua, aire, cemento y agrega-do grueso) es restado de la unidad de volumen del concreto te -niendo el volumen requerido de ,agregado fino. El volumen ocupadoen el concreto por cualquier componente es igual en peso divididoentre la densidad de este material.
PASO 9. AJUSTE DE LA HUMEDAD DE LOS AGREGADOS.
Los agregados pueden estar h6medos y sus pesos secos se in-crementar& por el (%) de agua contenida en ellos. La suma de
agua de mezclado en la dosificación puede reducirse por la canti-dad igual de la humedad libre contribuida por el agregado; u n
ejemplo, (humedad total menos absorcibn).
42
a) En algunos casos es necesaria la dosificación del agrc
gado en condic iones secas , en la absorci6n (medida porsaturación en un dia) es alta aproximadamente (1%) y -
s i e l p a r o d e l a e s t r u c t u r a d e l a s partlculas d e l agre
gado es tal que una fracción significativa de la absol
ción corre durante el t iempo previo a la prueba, puede
incrementarse en el índice de la pérdida de revenimie;
to debido a una efectiva disminución en e: agua de me2
clado.
Tambikn la relaci6n A/C puede disminuir para cualquier
absorci6n de agua por el agregado previo a la prueba.
b) Es sugerido por la ASTM C-192 que la cantidad absorbi-
da debe se r un 80% de la diferencia entre la cantidad-
actual del agua en los poros de los agregados en su es
tado libre seco y el nominal de 24 hr. de absorción de
terminado por la ASTN C-127 0 C-128. P o r l o t a n t o , pa
ra al tas absorciones de agregados, ASTM C-192, requiere
prc-condic iones de agregados con sat isfactoria absorción
con ajustes en e l peso de agregados basados en la hume-
d a d t o t a l , incluyendo el ajuste de la superficie mojada
como una parte de la cantidad requerida del agua de -
mezclado.
PASO 9.- AJUSTES A LOS ENSAYOS DE PRUEBA.
Los proporcionamientos de mezclas calculados deben veri
ficarse por medio de mezclas preparadas y probadas con apego del
ASTN C-192. Deben observarse cuidadosamente la trabajabilidad, -
segregaci6n y acabado del concreto.
a) La cantidad de agua de mezclado para producir el mismo
revenimiento, en la prueba de ensaye es igual a la can-
t idad neta de agua usada dividida por el rendimiento de
43
la prueba de ensaye en m3. S i e l r e v e n i m i e n t o d e l a -prueba de mezcla no es correcto, incremhtese o dismi-
núyase la reestimación de la cantidad de agua por 2 kg
para cada requerimiento, increméntese o disminúyase 1cm en el revenimiento.
b) Si en el contenido de aire deseado (para inclusión de
aire en el concreto) no es logrado, tómese en cuenta -
un adit ivo para un contenido de aire propio y reduzca
o incremente el agua de mezclado de los párrafos (a) -
p o r 3 kg/m’ por cada (1%) por el contenido de aire in-
crementado o disminuido previo a la prueba de la mez-
cla.
cl Si ~1 peso esTimado por m3 de concreto fresco es igual
a l a nasa u n i t a r i a d e kg/m3 medido en la prueba de -
me:cla > redúrcase 0 i n c r e m é n t e s e p o r e l p o r c e n t a j e i;
crenentado o iisminuido del contenido de aire.
Calc:le los zuevos pesos de mezcla empezando con el pa-
s o 1, modificando el volumen de agregado grueso de lat a b i a X0. 2-11 para obtener una trabajabil idad adecuada.
EJE‘!PLO PARA 55 CALCULO DEL PROPORCIONAMENTO.
Calcular -1 proporcionamiento de una mezcla de concreto con
u n a r e s i s t e n c i a d e2: YPa (384 kg/cm’) con un revenimientode 7.5
a 10 cm. E l a g r e g a d o Zrueso t i e n e e l TMNA = j/l” ( 1 9 m m ) y u n
peso volumétrl c o s e c o de 1600 kg/cm3. Exposición moderada y -
sin inclusión de aire.
Datos : - Cemenro = Tipo 1 con YC = 3.15- Agregado grueso = vag
Absorcicin= 2 . 6 8 kg/ m3
= 0.5%Humedad = 2.0%
- Agregado Fino a fAbsorción = OY7%Humetad = 6.0%,\16fa1~ de finura (UF)
= 7 . 6 4 kg/m’
= 1.78
44 .
PASO
PASO
T- Agregado fino = af = 2.64 Abs = 0.7% MF 12.78
humedad = 6%.
. - El revenimiento pedido es de 7.5 a 10 cm.
.- El agregado grueso debe ser TMNA = 19 mm.
PASO 3.- Se calcula el agua y contenido de aire entrando a
PASO 1
PASO 3
PASO 6 . -
la tabla 2-9 con los dados del TMNA = 19 mm y el
revenimiento de 75 a 100 mm, dando: agua =205 Kg/m3
(agua de mezclado neto). Conteni do de aire = 2%.
Escoger la relación A/C de las relaciones de re--
sistencia a compresión de la tabla No. Z-10 de -
acuerdo con la resistencia de 24 Wa, s iendo de:
? = 0 .62 . (por interpolación).
Se deternina el contenido de cemento con resulta-
dos de los pasos 3 y 4.
Agua 205Cemento = - = -= 331 Kg/n”A,/C 0.62
Cilculo del agregado grueso es est imado de la ta-
bla No. 2-12, entrando con el dato de módulo d eíinura del agregado fino y TMNA.
MF = 2 .S , T>WX = 19 mm:
Vag = 0.ó: mj
Peso seco ag = VagsP\‘SC = 0.62x1600 = 992 Kg.
PASO i.- Determinación del agregado fino y cant idades de -
los materiales.
4s
a) Por peso
Con la ayuda de la tabla No. 2-13, se obtiene el peso
del concreto sin aire en m3 con el dato de TMNA:
Peso del concreto (PC) = 2345 kg/m3
donde :
A g u a = 205 k gConcreto = 331 kg
A.Grueso = 992 kg
Peso de materiales (Pm) = 1528 kg en un m3
. . Agregado f ino = PC - Pm = 2345 - 1528 = 817 kg (seco)*
b) Por volumen absoluto
Con las cantidades de cemento, agua, agregado grueso y
contenido de aire atrapado, se determina el agregado fl
no como sigue:
Volumen de agua = 205/1000 = 0. 205m3
Volumen de cemento = 331/(3.15 x 1 0 0 0 ) = 0.10s m3
Volumen de X.grueso = 992/(2.68 x 1 0 0 0 ) 5= 0 .370 m
V o l u m e n d e a i r e = 0 .02 x 1 .000 = 0.020
Volumen de materiales a excepción de la arena (Vm) = 0.700 m'
Volumen requerido de arena = 1 - Vm = 1.000 - 0.700 = 0.300 m3
P e s o s e c o = Vaf x raf I 1000 = 0.300 x 2.64 x 1000 = 792 kg
de la arena (Paf)
*No se toma en cuenta la absorción del agregado, puesto que SUmagnitud es insignificante en relación con otras aproximaciones.
46
A continuación se comparan los Pesos por mf d e m e z c l a s -de concreto , calculados con base en las dos posibi l idades:
Por peso (kg) Por Volumen (kg)
A g u aCementoAgregado grueso (seco)Agregado f ino (seco)
205 205331 33199281i
PASO 8. Ajuste de los pesos del agregado grueso, finoy del agua con los datos de humedad y absorción.
IMATERIAL MOJ,\DO = (material en kg) (q. + 1) = kg
Agregado grueso (noj ado) = (992) ( & +l= 1012 kg
Agregado fino (nojadoj = ( 8 1 7 ) (& +l) =866 kg
El agua absorbida no forma parte del agua de mezclado y
debe quedar excluída del ajuste adicional. Así pues , e l agua
superficial proporcionada por el agregado grueso será:
Humedad menos absorción
- Agregado grueso = 3’ - 0.5% = 1.5%
y por el agregado fino:
- .-\gregado f i n o I 6% - 0.7% = 5.3%
p o r l o t a n t o , el requerimiento de adición del agua será:
Agua to ta l = A g u a [.-\.grueso x (Hum-Abs)] - [A.Finox(Hum-.tis)]A g u a = 205 - 992 (0.015) - 817 (0.053) = 147 kg
Cant idades f inales :
A g u a = l-17
cemento = 331
A. Grueso =1012
A. Fino = 866
Total : = 2356 k g
47
11.7.2. PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS DE CONCRETO DE “NO REVENI-
MIEYTO” .
Manual del Instituto Americano del Concreto ACI 2163-?9
(revisado en 1987)
Información General :
Este método se basa en el proporcionamiento anterior (11.2.
l), pero con determinadas variantes para poder lograr un concreto
de “No-Revenimiento” .
La trabajabilidad es la propiedad del concreto que determi-
na con qué facilidad es mezclado, colocado, consolidado y el acaba-do de su text’Lra. La consistencia se deÍine como la capacidad de
La mezcla fresca del concreto para fluir , y se usa como índice de
trabajabiliàad. El rango de mezclas secas puede ampliarse adop--
tando t6cnicts de compactación con grandes impactos de energía -
dentro de la nasa compactada.
El aparato Vese’ pasa a determinar el factor de compactación y la me
sa de caída Jcsarro,llada por Thaulow ; es tos aparatos proporcio-
nan una medita de la consistencia para mezclas de concreto con rnc
nos de 7.54 cm de revenimiento y para una detallada descripción -
de cada uno BS presentado en el capítulo V.1.4.
De los t res , el aparato VeRe eS el m6S adecuado para la me-
dición de la consistencia para los concretos de “no-revenimiento”,
ya que sirve como punto para la determinación de la consistencia-
y trabajabilikd del concreto para su control en el laboratorio y
obra.
Las interrelaciones de es tos métodos se dan en la tabla NO.
Z-14.
DESCRIFCION DE REVENIMI~O VeBe FmR DE COM- MESADE CAIDALA coss1STEKcL4 (cm) (seg) PACTACION
(P-10) (REwLucIo,\zs)
Extremdamente seca - 32 a 18 - 112 a 56blry rigida 18 a 10 0.70 56 a 28tigida Oa lOa 5 0.75 28 a 14Semi rígida 3a8 Sa 3 0.85 14 a 7Plástica 8 a 13 3a 0 0.90 > 7Fluida 13 a 18 0.95
3B.A No. 2-14 CObfPAR4CION DE MEDICIONES DE CONSISTENCIAPOR VARIOS METODOS .
51 apzrato VeBe y la mesa de caída pueden dar una medida deconsisrencia en mezclas extremadamente secas (ver capítulo 1'.1.1.Ay B).
E:: ia TaDla No. 2-9 del proporcionamiento de mezca de concreto ncrna? se dan cantidades de agua de mezclado para concretos -conforme 3 las ccnsistencias semiplástica, plástica y fluida.
?auiox amplió el promedio de los contenidos de agua inclu--yendo a las mezclas rígidas, cono se ve en 12 tabla No. Z-15 .
CONSISTENCI=\ CONTEKICO DE AGUA XPROXIMADA, EN PORCIEì\'TO )rc'2THAULOIS OBEXUXI EN L4 TABLA
No . 2-9 en wr cienroExtremadamente seca 78
83
t3 92100 100108 '106
TABLA No. 2-15 CONTENIDO DE XGUA PARA DIFERENTES CONSISTENCIAS
4 9
Se tienen contenidos de agua en kg por m3, basado en lasconsistencias y contenido de agua usados por Thaulow en la ta-bla No. 2-16.
También se tienen limitaciones en el tamafio máximo del agregado grueso (TW) con 4 rango de 3/8” a-1 112” para garantizar las seisconsistencias, verificadas y comparadas con la prueba de reveni-miento, la prueba VeBe, la mesa de caída y el factor de compactacibn con aprobación y justificación del comité ACI.
Se debe considerar la forma de la partícula del agregado, -temperatura del concreto, efectividad del mezclado y el métodode compactación, para no tener concretos distintos a los espera-dos.
PASO 1. SELECCION DE PROPORCIONAMIENTOS
Como se recomienda en el proporcionamiento II -2.1 (ACI X1.1),el concreto puede hacerse con una mínima cantidad de agua, tenie;do una favorable influencia en resistencia, durabilidad y otras -propiedades físicas. Se aplican las mismas consideraciones en -los proporcionamientos en concretos “no -revenimiento” como a lasmezclas más plásticas, estas consideraciones son:
1 . Adecuada durabilidad y resistencia en climas adversos yotros agentes destructivos a que puede estar expuesto.
2. Resistencia satisfactoria a las cargas impuestas.
3. Usando un TN4 se tiene una buena economía, colocación yresistencia del concreto.
4. Se utiliza la consistencia rígida para compactar un co;creto homogéneo.
PASO 2. EL REVEXINIENTO Y EL TNA
En el XI 311.1 contiene recomendaciones para consistencias
TA
QL
A
N.
Z-1
6..
AG
UA
DE
ME
ZC
LA
00
PA
RA
D
IFE
RE
NI
ES
CG
NS
ISlE
NC
IAS
Y T
AMAf
iOS
MA
XIM
OS
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AG
RE
GA
DO
S”
EO,>
CA
E,O
SN
, IH
C,A
&N_
-_---
I -
--
--
-
T----T
---
-_-
32 -
aN
,B--
w
lo-6
1-s
s-0 -
.---.-.
--
5 1
en el ramo de “semirígida” a “fluida”; estas están incluìdas enla tabla No. Z-16. La consistencia Óptima de un trabajo es de-pendiente del método y equipos a usar, tal que un rango recomen-dado para una planta de operación no es adecuado para otra. ElComit6 ACI recomienda verificar las posibles consistencias usa_das adecuadamente compactadas (si es necekario) para un concreto.
El TMA seleccionado para un tipo de construcción es dictadopor la mínima dimensión de la sección, el mínimo espacio entre -las barras de refuer:o, tendones presforzados, duetos para tendo-nes post-tensado, etc. Esto es para otros tipos de obras, ya quepara el PCCR está determinado en 19 mm el tamaño máximo de agregado.
PASO 5. REQUERIMIEXTOS DE AGUA
La cantidad de agua por unidad de volumen de concreto, ?rodgce una mezcla de consistencia deseada, está influída por el ì!JA,forma de la Partícula y graduación del agregado y la inclusión deaire ; es relativamenEe afectado por la cantidad Je cemento cerca-de ‘í’0 a 500 kg por 3;. En mezclas ricas se dan incrementos ie ‘-agua signif icarivos y cambién de cemento.
Las cantidades de agua de la Tabla No. 2-16 son suficienre--mente acertadas para preliminares proporciohamientos; con una CO;
binación particular de materiales, si el agua requeridaes ti altaque la indicada, el cemento se incrementa manteniendo la relacióndeseada A/C.
Algunos nateriales necesitan menos agua que la indicada enla tabla No. Z-16, pero se necesita comprobar su resistencia enpruebas de laboratorio para no realizar un ajuste al contenido -de cemento, también esth explkitos otros factores de compensa-sión. Por ejemplo, de un agregado redondeado y otro angular, aE
52 .
bos gruesos, bien graduados y de buena calidad, se espera que puedan producir concretos de aproximadamente la misma resistencia ala compresión por el mismo factor de cemento, a pesar de la dife-rencia en la relación A/C resultante de los diferentes requerimiectos de agua de mezclado. La forma de la particula no indica porsi misma que el agregado estará por encima o por debajo del pro-dio en cuanto a su capacidad para obtener resistencia.
PASO 4. SELECCION DE LA RELACION A/C
La tabla No. 2-17 es similar en su información, a la tabla -No. Z-11, que presenta las máximas relaciones permisibles de A/C ,para disiintos tipos de estructuras y grados de exposición. Es--tos valores están basados en estudios estensivos de laboratorio,con inclusión de aire intencional, dando una calidad de pasta decemento.
Esta inclusión de aire es recomendada para concretos expues-tos a rangos severos de temperatura y ciclos de congelación y deshielos.
Para una mejor durabilidad se determina la relación A/C conayuda de la resistencia deseada; esta relación A/C se puede determinar en pruebas de laboratorio y en caso de no ser posible talespruebas, la tabla No. 2-18 reproduce la información de la tabla -NO. 2-10 del proporcionamiento normal (II. 2.1) y da información -adicional para bajas relaciones X/C.
Las resistencias ahí mostradas son un promedio conservador -de las resistencias para distintas relaciones A/C.
Usando ia máxima relación permisible A/C de la tabla No.2-17o de la tabla No. 2-.18 y la tabla No. 2-16, el factor de cemento-puede ser calculado por la división de los kilogramos de agua re--querida por m3 entre la relación A/C. Con iguales relaciones, las
5 3
EsTwcNRA FCNADA CON- i5STlUJClURA EWESI’ATlMAbiW.EOFRECLmm AAWADEMR 0
TIPO DE ESTRUCTURA -YEXPUmAAm SULFATOS.GELQm Y'DESHIELO-+
SECCIONES DELGADAS (BA-RANDALEs,SARD1NERPs, M-BRALES,ESCsUONES,TFMAJOS ORNAMENTALES) Y SEC- 0.45CIOZS CON MENOS DE -
0.40 ;;
5 mnDE CUBIERTASOBREEL ACEPfl DE REFUERZO.
TODAS LAS DEM4.S !ZSTRLlCTU-RAS. 0.50 0.45 ;;
TABLA No. Z-17. 3ELxKIONES PEP.hlISIBLES ,MAXI,\lAS DE A/C PARAEXPOSICIONES SEVE!tG** Igual a la tabla ‘lo. 2-11.
RESISTENCIX .4 LX FGUCION DE AGLJA-CE!EhTO, POR PESO¿O>IPRESIO?I X 33 -ilmEro SLL'LI C~rnlO COND IXS(Kg f/cn+
INCLüSION DE AIRE IKLUSION DE XIRE
500 0.33450 0.38400 0.43 0.34350 0.48 0.40300 0.55 0.46250 0.62 0.53200 0.70 0.61150 0.30 0.71
TXBLA No. I-15. REUCIONES ENTRE .4/C Y RESISTENCIA XCO>lPRESION.'
* Igual a la Tabla No. l-10
54
resistencias para concretos con inclusión de aire están un 20% -abajo de los concretos sin inclusión de aire; estas diferencias-no pueden ser grandes en las mezclas de “No-Revenimiento”. En rneLclas con aire incluido usando cementos con inclusión de aire oaditivos inclusores de aire, no reducen significativamente la durabilidad del concreto. Las diferencias en resistencias para uncontenido de cemento son compensadas por una reducción de agua -con resultados de inclusión de aire. Una variación en la rela--ción A/C es buena y un + 1% en el conter.ido de aire es considera-do normal.
P.4.sO 5 . ESTIMAR LA CANTIDAD DE AGREGADO GRUESO.
Para la cantidad de agregado grueso de un concreto dado seconsulta la tabla No. 2-19 o por pruebas de laboratorio usando -los materiales del trabajo elegido con posterior ajuste en el -campo 0 planta. Estos valores de volumen de agregado grueso COIJ
pac’lado en seco por unidad de volumen de concreto, están basadosen la estabilización empírica de la guía de relaciones para diferenres agregados COT! límites convencionaies. Puede tenerse cam-bios en la consistencia de UR concreto ?or cambios en la cantidadde agregado grueso; con grandes cantidades de agregado grueso laconsistencia decrece. En la tabla No. 2-19 se dan volúmenes deagregado grueso en base al módulo de f¿:ura, y la tabla No. 2-20contiene algunos valores típicos del volumen de agregado gruesopara diferentes consistencias, tomando en cuenta el tanafio del -agregado.
55
TiVW?O WDX) DEL ML. DEAGREGXXJ GRUESO- SECO COMPACIU FORUNIMD DEAGREGADO (ITun) ML..DE CONCRJZU.PAlU DIFEREKIB hDDULOS DE FIMJRA DE
LAARENA.2.40 2.60' 2.80 x00
10 0.50 0.48 0.46 0.44
12.5 0.59 0.57 0.55 0.53
20 0.66 0.64 0.62 0.60
2s 0.n 0.69 0.67 0.65
40 0.76 ‘ 0.74 0.72 0.70
-rAEu No. 7-19. VOLUMEN DE .-\GREGADO GRUESO POR UNIDAD DEVOLUhlEN DE CONCRETO PARA CONSISTENCIAS PLASTICXS (a-13 cmREVENIXENTOS).
l Igual a la tabla No. 2-12 .
ML. DE A.GlUJEs SECO CCWACTO FORUNIDAD DE w)L. 3E CON- BJA TAbkl¡W MX. DE AGREGiW (EXPRESUI -EN % DE LOS ".UXES DE L-\ TAEU
COSSISTEXCIA No. 2-19)
DEXRIFCION ?E’. Vese !!esa de Factor(aj (seg) caída de
(Revol) Compact.(2) 1omm 12.Sm zomm 25Jnn 4OtlUIl
E(TR'&l. SECA - 32-18 117-56 - 190 170 145 140 130
WY RIGIDA - 18-10 56-28 O.rO 160 145 130 ES 12s
RIGIDA 0 - 3 lo- 5 38-14 0.X 135 130 115 115 120
SEN1 RIGXM j-3 S- 3 u- 7 0.35 108 106 104 106 109
PLisTíC\ 5-13 3- 0 <; 0.91 100 100 100 100 100
FLUIDA 13-15 - - 0.95 97 98 100 100 100
TABLA No. 2-20 \DLlJlW DE AGREGADO GRUESO POR UNIDAD DE MLlJIEN DE COSCREIU
l?Wi DIFERHIXS CONSISTWCIAS*
l Basado en pruebas de concretos s in inclusión de aire hechas con %
a r e n 2 n a t u r a l , teniendo un modelo de finura de 2.90 y una grava
redonda (Tamanos máximos usados donde 3/8”, 3/4” y 1 l/?“) va-
l o r e s p a r a l/?” y 1” deben ser interpolados.
Es asumido para el proyecto de este m6todo que la multiplica-
ción de factores son los apropiados para arenas con otros m6-
dulas d e f i n u r a . Estos valores son una aproximación y guia -
en el establecimiento de las primeras mezclas de pruebas. Pos-
ter iores ajustes serán necesarios .
Esta información contenida en las dos tablas, proporciona-
una bzse para la selección de la cantidad apropiada del agregado
gruesc _ Cuando se t ienen diferentes t ipos de agregados con dis-
t i n t a r formas de particulas, el uso de un mismo volumen de agre-
gado grueso da varias cantidades de mortero como reflejo del -
contenko de vacío del agregado grueso. Por ejemplo, agregados
angulares t ienen un al to contenido de vacíos; entonces requierenmás nor:2ro que los agregados redondos .
S; proceso no refleja variaciones en la graduación de agre-
gados gruesos con diferentes límites de tamaño máximo, pero sí co
mo un re<lcjo en el (J) de vacíos . Por lo tanto, los agregados -gruesos que están dentro de los l ímites de graduación conveniente,
esta omisión es probablemente de poca importancia. Puede obser - -varse que el agregado grueso depende del tamaño máximo y el módu-
lo de finura del agregado fino, c o m o e s t á i n d i c a d o e n l a t a b l a -
NO. “ - 1 9 .
PA% 6. CALCULO DEL X. FINO Y EL AJUSTE DE LA HUMEDAD.
Se siguen los mismos procedimientos descritos anteriormen- -te en la sección 11.2.1. (pasos 7 y 8).
Ejemplo para el cálculo del proporcionamiento.57
Se requiere de un concreto con un f'c = 325 kg/cm' con unTMA = 19 mm (3/4").
kg/mj ,
El agregado grueso cuenta con un PVSC - 1602un peso específico (vag) de 2.68, su humedad = 1% con una
absorción de 0.5%; el agregado fino tiene un peso especifico (yaf)de 2.64 y una absorción dc 0.7% y humedad = S%, con un módulo de
finura de 2.80. El concreto estar6 a una exposición severa, se -necesitará una consistencia muy rigida para el soporte del equipode compactación, el procedimiento es como sigue:
PASO 1. Se seleccionan (si no cuenta con ellos), la consistenciaconsultando las tablas No. 2-14 y Z-15, y el tamario máximo del agregado de acuerdo al tipo de obra a realizar.
Consistencia:Datos: ( Tbw =
extremadamente seca19 mm
PASO 1. Se determina la relación A/C de acuerdo al tipo de expo-
sición en la tabla Yo. 2-17 con relaciones X/C que no -excedan 0.90. De la tabla No. z-18 se selecciona tambiénla relación X/C por peso con ayuda de la resistencia a -
compresión para concretos C/S inclusiÓn.de aire. De losdos valores de ,\/C determinados se escoge el más bajo.
Datos: I Por èxposición severa .-I/C = 0.50.I Con una f'c = 325 kg/cm2 tenemos .A/C = 0.13
PASO 3. Cuantificar e? agua para producir una consistencia en elrango de Extremadamente seca a muy fluida de la tabla -
N O . 2-16 para concretos C/S inclusión de aire, entrando-con los datos de la consistencia y el TMA.
Concreto sinDatos: 1 Consistencia
TMA = 19 mm
.. . Volumen de agua -Cont. de aire =
inclusión de aire.extremadamente seca.
161 kg/m'
2%
2:.
: -7
cc?,;.PASO 5.
PASO 6.
C a l c u l e e l conte’nido d e cemento con los resul tados de
los pasas 2 y 5 como sigue:
Cemento = $5 = +& = 3 7 4 kg/m3
Determine el volumen de agregado grueso de la tabla No.
2-19 con el tamaño máximo del agregado y el módulo de fi
nura de la arena requerido en un m3 de concreto, tenien-
do una consistencia de 8 a 10 cm de revenimiento.
Este volumen encontrado se multiplicará por los valores
expresados e n ( S ) d e l a t a b l a N o . 2 - 2 0 , fandadas e n l a s
6 consistencias y el THA.
nu = 19 mmDatos: {MF = 2.50
Consistencia Extremadamente seca.
.. . D e l a t a b l a S o . 2 - 1 9 Vagl = 0 .61 m3/m3 d e c o n c r e t o .
D e l a r a b l a N o . 2 - 2 0 V a g . , = 148: = 1 . 18 .
T e n e m o s : VaS t o t a l = Vagl x Vag, = 0 .61 (1 .48 ) = 0 .90 mj.
Peso del agregado gruego (Pag) = V a g Total x PVSC. = o .go
( 1 6 0 7 ) = 1421 k g .
Determinación del agregado fino y las cantidades finales
del proporcionamiento.
Con las cantidades obtenidas del cemento, agua, agregado
grueso y aire, se calcula la arena y se toma en cuenta -
el agua absorbida por los agregados como en el ejemplo -
No. 1.
Volumen de cemento = 374 = 0 .118 m33. 15 x 100-u
59
V o l u m e n d e a g u a = & z3 0 .161 m3
1441Volumen del agregado grueso = -2 9. x oo(-j’ 0 . 5 3 7 m3
Volumen de aire = 0.02 x 1.000 = 0 . 0 2 0 m3
Volumen de los materiales exceptol a a r e n a (Vm) = 0 . 0 8 2 6 m3
Volumen de arena = 1 .000 - 0 .836 = 0 . 1 6 4 m3
Peso del agregado fino (Paf) =
= Va x Yrafx1000=0.164 (2.64) (1000) = 433 kgPeso seco del agregado = 0 .164
Agua absorbida por agregado
=[(Peso a g x abs) + ( p e s o a f x abs)] =
=[ (1441) (0.005)+(433) (0.007)] = 10 kg
* Zantidades f i n a l e s d e m e z c l a d e c o n c r e t o s i l o s agre-. .fados es tuvieran secos . Para un m3:
Agua = 171 kg
Cemento ‘= 374 kg
A.grueso =1441 k g
X.fino = 433 k g
Total : = 2419 kg
Se corr igen los pesos de los agregados por la humedad -
exis tente :
Grava = Peso ag x humedad = 1441 (1.01) = 1455 kg
Arena = Peso af x humedad = 433 (1.05) = 455 kg
El agua absorbida no forma parte del agua de mezclado y
60
y debe quedar excluida del ajuste adicional. Así pues, elagua superficial proporcionada por el agregado grueso sería:
1.0% - 0.5% = 0.5%y por el agregado fino:
5.0% - 0.7% = 4.3%por lo tanto, el requerimiento de adición de agua será: .
Xgua (.; . grueso) = Peso ag x (Hum-Abs) = 1441 x(0.005) = 7kg
Agua (A. f ino) = Peso af x (Hum-Abs)= 433 x(0.043)= 19 kg‘.
Agua total = A-Aag - Aaf = 161-7-19 = 135 kg
Cant idades finales : Agua = 735Cemento = 374
A. grueso (mojado)= 1455A. fino (mojado) = 4S5
Total : 2419 kg
II.-.3 . ?ROPORCIONAMIENTO DE ?;EZCLAS PARA ALCMZAR LOS LIMITESZPECIFICADOS DE CONSISTENCIA. (ACI 207.5R-89)
Este método se basa en la prueba de compactación VeBe. . -.noalr lcada, ?ara determinar la trabajabilidad y proporcionamie;
tos de agregados ópt imo s .
;\) CONTEXIDO DE AGUA
Las mezclas con exceso de vacíos se compactan al 98% dela densidad libre de aire, donde las variaciones en el conteni-do de agua afectan la compactach requerida para lograr la co;solidación de diseiio. El contenido de agua óptima es cuando setiene un esfuerzo mínimo para compactar para lograr la consoli-dación necesaria.
6 1
BI CONTEN IDO DE CEEIENTO
El contenido de cemento depende de las resistencias de -diseño (compresión y tensión) y temperatura; para una resisten-cia del concreto a una edad dada puede ser máxima y el volumen-de pasta mínimo, ya que ésta rellena los vacíos del agregado.
Puede usarse la ceniza volante (puzolana) como requeri--miento de una mínima generación de calor.
C) PROPORCIONtilIENTO DEL AGREGADO GRUESO PARA REQUERIMIENTOSMINIMOS DE !lORTERO
El proporcionaniento del agregado grueso depende de lòsefectos combinados de los vacíos del agregado, área y forma delas partículas.
Por medio de la observación directa y separación de losagregados se controlan las graduaciones en función de sus tama-ños ; el contenido de vacíos puede ser controlado dentro de loslímites permitidos.
Del proporcionaziento dependen las densidades secas; elcontrol de las graduaciones, el número de tamaños que se tienenseparados y la variación de la graduación dentro de cada uno del o s tamanos.
Con un control satisfactorio de la graduación, un incre-mento en el tamaño másino del agregado (TblA) aumenta la densi--dad seca y reduce el contenido de vacíos. L a s partfculas de -los agregados triturados se determinan por dos cosas: caracteris-ticas de la roca madre a través del tiempo y tipo de tritura--
ción. Para una mejor compactación. se emplean agregados de aris_tas cúbicas o redondas y decrece con las formas planas.
6 2
Para cualquier (TMA), el volumen mínimo de agregado quetenga una consistencia sin revenimiento es establecido por unproporcionamiento con la cantidad de mortero que rinda la tesistencia necesaria, ajustando el agregado grueso y mortero para -lograr un revenimiento cero.
En estos ajustes las cantidades de agregado fino, cemen-to y agua deberán tener una fija relación.
DI PROPORCIONAMIENTO DE AGREGADO FINO PARA REQUERINIENTOS MINI-MOS DE PASTA.
El contenido de vacíos se realiza por la medición del peso seco y varía del 34 al 42%. Si la medición es ineficiente -el contenido de vacíos puede ser un poco menor; esto hace una -diferencia en la cantidad mínima de cemento, puzolana (si es usada), aire y contenido de agua, logrando un sólido volumen .llenan-do los vacíos del agregado fino y las partículas del agregado.-El volumen mínimo de pasta se determina por las curvas de densidad máxima, de la misma manera que para el contenido de agua ÓEtima para suelos, el procedimiento es como sigue:
l.- Usando la relación de agua-cemento (A/C) o agua ma-terial cementante total de la mezcla;en incrementosiguales incorpore agregado fino y de los especímenes -se mide la densidad usando la compactación de sue--los o vibración prolongada.
2.- Grafique la densidad contra el cálculo de volúmenesde masa.
3.- Determine el volumen de pasta produciendo la densi-dad máxina en los especímenes de mortero. Este vo-lumen de pasta, con una relación del volumen totalde mortero puede incrementarse de un 5 a un 10% en
63
el proporcionamiento de las mezclas de concreto. Para mezclasespeciales diseñadas como encamados, juntas de construcción, es‘-te volumen de pasta puede incrementarse de 20 a 25%.
E) SELECCION DE PROPORCIONAMIENTO PARA MEZCLAS DE CONCRETO
Las mezclas de concreto con revenimiento cero donde su -consistencia conforme con el ACI 211.3 no soportarían el. pesode rodillos vibratorios sin alteración al procedimiento. El -contenido de agua de las mezclas debe ser cercano a la tabla No.
Z-21.
Usando el procedimiento del ACI-211.3 y los contenidos -de agua de la tabla So. J-21 en una relación máxima de A/C,con peso de 0.6, es recomendable mezclas sin puzolanas asegurando un volumen suficiente de pasta para llenar los vacios de -agregado, Traduciendo mayores resistencias y alta generación -le calor.
Un método alternativo de proporcionamiento de mezcla ceLcano a la densidad náxima es el siguiente:
a) Determine el volumen mínimo de pasta discutido en elinciso (D), el porcentaje de vacios en el volumen depasta (Pv) varía de 38 a 42%.
b) Seleccione ?ara una mezcla de prueba las relacionesP/C [puzolana/cemento] ; y A/(c+p) ; [agua-(cemento+pu--olana] de la gráfica No. Z-22.
c) Determine el volumen del agregado grueso (Vao) por latabla No. 7-23 del proceso en el inciso (D).
d) Calcule el volumen de mortero sin aire por m3 (W -con el 2: de aire atrapado, de:
IlK) uit PULLW INMUJ MPALPJJ LJG r\c>~cuuN (ruL.uruA, 04
3/8 j 14 1 ll2 3 4 l/? 6 .COYTA!IDO DE AGUA UNlTARIA LB/yd'
MtJSAINTElUOR 195 180 165 145 153 130
MEO EXTERIOR 215 200 185 - - -
TABLA No. 2-21 Requerimientos aproximados de agua enla mezcla CCR sin puzolanas (agregadosexplotados en planta quebradora).
FIG Na. 2-22.,CURVAS DE PROPORCIONAMIENTO PARA CONCRETOS
DE IGUAL RESISTENCIA
TAMAFIO MAXIMO DEAGREGADO. (PULGADA')- 6 4 1/2 3 1 1/2 j/4 31s
VOL. ABSOLUTO ENPOR CIENTO DE VOL.DE CONCRETO UNITARIO. - 63-63 61-63 Si-61 52-56 46-52 42-48
TABLA 2-23. Volumen absoluto de agregado grueso porunidad de volumen de concreto.
65
Vm = CV (0.98) - Vap
donde: CV = Volumen unitario de concreto.
e) Calcule el volumen de pasta sin aire (Vpasta) usando la relación del primer paso del (Pv) de:
Vpasta = Vm (Pv)
f) Determine el volumen de agregado fino (Vaf)
Vaf = Vm(l-Pv) 0 Vaf = Vm - Vpasta
g) Determine el volumen de agua (Vagua) de:
Vagua = Vpasta [A/ (c+p) 1 / Il+M (c+P) 1
h) Determine el volumen de cemento (Vc) de:
Vc = Vagua/[A/(c+p)] (l+p/c)
i) Determine la ceniza volante o volumen de puzolana (Vp) de:
Ve = Vc(p/c)
j) Estableciendo el peso de los diferentes materiales multipli-cando los volúmenes individuales por sus respectivos pesosde los vol(rmenes unitarios.
k) Verifique la consistencia de la mezcla, por medio del apara -to YeBe modificado y determine el tiempo mfnimo de vibraciónexterna en segundos (seg) necesarios para alcanzar la mali-ma densidad de compactación.
1) Con los resultados de los volbmenes de agregado grueso, rea
6 6
lite dos mezclas adicionales, una más alta y otra más baja de
l a s r e l a c i o n e s A/(c+p) y g r a f i q u e l a r e l a c i ó n d e r e s i s t e n c i ac o n t r a A/(c+p) p a r a l a e l e c c i ó n f i n a l d e l a m e z c l a d e diseno.
11.2.4. PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS DE PRUEBAS PARA ENCONTRAR
LA MAS ECONOMICA COMBINACION DE AGREGADOS Y MATERIALES
CEMENTANTES (ACI 207. SR-89)
Las mezclas de pruebas basan su proporcionamiento en los re-
sul tados de pruebas f ís icas realizadas usando una relación fija
8e agregados y una variación de los contenidos de cemento para
comparar los resultados.
La combinación económica de los agregados y cemento e s
acuella que se cumpla con las resis tencias de disefio y demás pa
ránetros. Este procedimiento puede ser usado con contenidos deTcementos con un rango de 30 a 300 kg/m’ con res is tencias en un
año de 4 0 a 380 kg/cm’.
a) CONTENIDO DE AGUX
El contenido de agua logra una compactación satisfacto--
ria; el mezclado y el manejo de la mezcla fresca se le d e b e dar
adiciones de agua para recuperar la humedad apropiada en el pro
ceso. D u r a n t e l a construccijn, e l c o n t r o l d e l c o n t e n i d o d e -
agua es determinado con observación visual para una compactación
óptima y verificada con un densímetro nuclear o el método de la
arena.
b) CONTENIDO DE CPIESTO Y PUZOLANA
En el proceso se l leva a cabo dos t ipos de mezcla; la -
primera se realiza sin puzolana y la segunda, con iguales pro--
porciones de cemento y puzolana. Si se requieren finos en un -
67
proceso de mezclas se debe reducir el cemento o puzolana, lo-grando con esto la optimización de vacíos del agregado fino, -usando una disminución del cemento del. l% para un incremento del3% de finos por medio de la ceniza volante.
c) AGREGMOS
Tomando los materiales disponibles de la región para lo-grar la combinación y producción en una granulometría completa,de la más económica combinación de los materiales dentro de loslímites de la fig.. 7-74 y tabla No. 2-25 para ser usado en lamezcla de diseño.
020 4 2 0.4 02 004 onz ‘0.004 omz
TAhtiO OE PAR?lQIw E N PUUAOAS
FIG. N.. 2-24,GRAWACION DE AGREGADOS PARA CCR.
TABLA. No. 2-25.,GRADUAClON TIPICA DELA MASA DE CCR
68
Dentro de esta granulonatrín. pueden ser usados e l basal
f-0 > granitos, calizas, pizarra, etc.; el contenido de agregado
fino t iene rangos de ji al 50% del volumen de agregados y SU -
cantidad depende de su plasticidad en la Tabla No. 2-26 por me-
dio de sus límites se define la cantidad de finos permisible.
TABLA No. 2-26.,CONTENICO MAXIMO GEFINOS PERMISIBLES
2x.5 5-K) j 9 . 025-7.5 10.1, / 6.5
25-35 IL20 / LO
25.25 20-25 I LS
69 I
finos (muestra lavada) que pasa la malla No. 40 o50; los resultados obtenidos son similares paraotras mallas. El número de malla depende de laconveniencia de la prueba.
d) SELECCION DE MEZCLA DE TRABAJO
La selección de la mezcla está basada en pruebas de resitencia y elasticidad en mezclas con diferentes contenidos de ce-mento y puzolana, éstas incluyen las pruebas de resistencia acompresión, tensión y módulo de elasticidad a 3,7,14,28,56,90,180 y 365 días.
Se estudian los efectos del contenido de cemento y puzol+na yara determinar la mezcla más económica, desarrollando fami--lias de gráficas con los efecros de estas variables y edad o propiedades del material endurecido del concreto compactado con ro-dillos como en la fig. Yo. 2-77 y 2-28.
Usando este tipo de proporcionamiento de mezcla, las re12ciones (agua/cemento) por pesos tienen resultados con un rango -de 0.4 a 7.0. Las resistencias altas se obtienen con bajas re-laciones de agua-cemento, esto es, atribuido en su mayor parte -a un cambio en el volumen de pasta.
FIG. No. Z-n.- EFECTO DEL CEMENTO CON/SIN PUZOLANA(Y EL CAMBIO DE RESISTENCIA EN LA -RELAC!ON AK) EN LA RESISTENCIA.
7 0
FIG. No. Z-Z8JEsISTEiiCI~ TIFUS DE COMPRESIONVARIAN00 EL CONTENIDO DE CEMENTO
11.2.5. PROPORCIONA?VIENTO DE MEZCLAS USANDO LOS CONCEPTOS DECOMPACTACION DE SUELOS. (ACI 207.5R-89)
Este método se basa en el proceso de compactación de suelos, siendo más apropiado para mezclas de agregado chico y generalmente con contenidos de cemento altos. Se realizan pruebasen los materiales por medio de la Proctor Modificada (ASTM D1557-70) para determinar la curva de densidad seca-máxima; para el -contenido de agua se realizan los mismos procedimientos de losmateriales de terraplén y suelo-cemento.
El esfuerzo compatible de la proctor modificada de 27.50kg-cm/& tiene correspondencia directa con 1%~ mediciones de -densidad en sitio, se debe tomar en cuenta el esfuerzo de com- -pactación, ya que puede fracturar a las partículas del agregadoen el procedimiento del laboratorio dando . un valor erróneo.
a) CO!!TENIDO DE XGLJA
El óptimo contenido de agua depende de los agregados usa-dos > del contenido de cemento y el esfuerzo de compactación aplicado. El contenido ie agua (por peso) es expresado en porcenta-je del peso seco del agregado. Este varía debido a los distin--tos pesos específicos de los materiales y valores de absorción,-dificultando la comparación de resistencias. de diferentes mez-C?JS.
La determinación del contenido de agua depende de los mé-todos de pruebas usados y diiiere de los factores de hidratación,evaporación, contenido de puzolana, aditivos y absorción.
b) CONTENIDO DE CBIENTO Y PUZOLANA
El contenido de cemento y puzolana es determinante en laresistencia a la compresión y contenidos de agua para diferentes
7 2
mezclas; y el contenido de cemento varía debido a la’s propieda-
des fisicas de los materiales teniendo un rango de 148 a 338kg
de cemento por m3 cuando se expresa en peso por unidad de VO 15
men.
c) AGREGADOS
El tamaño máximo de agregado es l imitado a 2” (SO. 8 mm)
en e l caso de presas , y la granulometría integral permitida es-
tá especificada en la tabla No. 2-29, donde está considerada -
una serie de variaciones de agregados y contenidos de humedad -
con sus densidades a lcanzadas v asociadas a las propiedades del
Concrete Compactado con Rodillos (CCR).
~.kX:40 RANGO DE ESPECIFICA Proal. h’ FOR- P!XMEDIO EN3E IA CIOX W POR CIWTO- CIM’O QUE % RETENICOIJXLLX QUE P.W. P.ASA.
1 PLllg. 100 100 0ji4 ” 56-91 7 0 3-44
Y8 ” 38-80 49 ll-18
No. 4 26-6s X 12-1s
x0. 10 10-49 25 16-24!\:o. 40 12-2s 1 8 2-24
No. 200 9-16 1 2 3-9PASA-200 9-16
TABLA iNo. 2-29. GRADUACION TIPICA DE XRECWDS PARA CCR, USANLXI
EL MEIUKI DE ODMPACIXION DE SLIELOS.
73
11.2.6. PROPORCIONMlIENTO DE MEZCLAS DE PRUEBAS SEGUIDO POR ELIMCYC.
Este método se basa en las propiedades físicas de los -materiales que intervendrán en el PCCR para lograr su mejor -aprovechamiento en el proporcionamiento. En el laboratorio setrabaja con los agregados, determinando su curva granulométricapara verificar que esté dentro de los patrones existentes (verCap. II.l.l.), en caso de no cumplirse este control se corrige -ajustando la graduación de los agregados.
Para asegurar un buen proporcionamiento se tienen los siguientes controles de los agregados que se deben tomar en cuen-ta:
a) Sus densidades.b) Las humedades ;: absorciones (%) .c) Los pesos volumétricos secos compacto (Kg/m3).d) El módulo de finura para arena.e) El TMA de la grava.f) La curva granulométrica debe estar dentro de los va-
lores especificados.g) Obtener el máximo peso volumétrico seco compacto
(PVSC) de la relación grava/arena (G/X).
No siempre ser5 el PVSC máximo el que predomine en elproporcionamiento, ya que puede resultar que la grava sea másligera que la arena, dándonos una relación (G/A) fuera del ran-go usual provocando un incremento de contenido de cemento y ba-ja resistencia (por falta de resistencia del agregado).
II. 2.6 .l. DETERMINACIO~ DEL PVSC !4AXI>lO EN FUNCION DE LAS RELA-CIONES DE (C;X)
Se reali:a una gráfica de las relaciones (C/A) contra pe
74
so volumétrico seco compactado para determinar su PVSC máximo y
con e s t o l a óptima relación (WA) que nos da la mejor densidad
en función de los pesos específ icos .
Para los valores de las relaciones (G/A) se deben tomar
proporciones en rango tentat ivo de 40/60, 45/f5, SO/SO, SS/Jj,-
60/40 para determinar la curva (Fig. No. 2-30), y por últ imo se
comprueba la curva’ granulométrica d e l a 6ptima relacion G/A.
PVSC( 3c) A
f k9/ i-f-i?
1450
4 , PVSC máximo_---_m---------- ;
65
I I
2f-Y0.50
%/A ÓptimoFUERA OE ESCALA
_-.F I G . No. Z-3O.,CURVA TIPICA D E P V S C C O N T R A R E L A C I O N E S G /A
Punto No. .I’ = O/lOO * 0Punto No. Z = 40/ 60 = 0.65Punto No. 3 = 451 55 p 0.82
REWCION G/A Punto No. .l = so/ 50 - 1.00Punto No, 5 = 5!i/ 45 = 1.35Punto No. 6 = 60/ JO = 1.50Punto No. : =lO!l/O = 00
75
:X1.2.6.2. CANTIDADES APROXIMDAS DE UTERIALES EMPLWDOS EN UNA
MEZCLA DE CONCRETO.
Estos valores son tentat ivos, como resul tado de los t ra-
bajos realizados por diferentes países
1. ESTADOS UNIDOS
l Manual del ACI 211.3-75 y 207.5R-89
a) Cemento : 2 0 0 a 400 Kg/m3.
b) Relacion A/C: 0.4 a 0 . 7 .
c) Agua:14 a 17%
¿) Volumen de agregados: 69 a 80%.
e) Ceniza volante: se ignora.
:) Contenido de aire: 2 a 6%.
2 . -SPANA
* P l i e g o d e prescripciones t é c n i c a s particulares
Hormigón Compactado .
5 j Cemento : 230 a 530 Kg/m’.
5) R e l a c i ó n A/C: 0 . 3 5 a 0.5.
i: .igua: 4.5 a 6.3;
0) Volumen de agregados: 70 al 8.74.
é) Ceniza volante: 33 a 45%.
f) Contenido de aire: Se ignora.
3. iRGENTIxlr\
* Insti tuto del Cemento Portland Argentino.
a) Cemenro : 230 a 530 Kg/m3.
b ) R e l a c i ó n X/C: 0.55 a 0.41.
c) Agua: 4 a 7%.
d) Volumen de agregados: 75 a 18%.
76
e ) C e n i z a v o l a n t e : 15 a l 505.
f) Contenido de aire : Se ignora.
4. NEXICO
Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto.
aj Cemento: 280 a 550 Kg.
6) R e l a c i ó n A/C: 0 . 3 a 0 . 4 .
c)Agua: 4a6%.
d) Volumen de agregados: 6G a 50%.
e) Ceniza ‘volante : en invest igación.
f ) C o n t e n i d o d e a i r e : O - 2 0 .
I I .3.6.3. ÜIILIZACION DE LA HOJA DE CXLCULO DEL IFlCYC.
En l a f i g u r a N o . 2-51 se t iene un formato de proporciona
miento de una mezcla de concreto.
1. E n l a s p r i m e r a s l í n e a s s e ar,otan e l n(lmero de’mezcla,
obra, MI , revenimiento y relación A/C requeridos.
2. En el primer cuadro se escriben los datos de identi-
f icación y densidades de los materiales obtenidos an
teriormente.
3. Er, e l segundo cuadro se escriben la composición grava
y arena, de acuerde con el inciso (g), sus granulome-
t r í a s y s u r e l a c i ó n (en peso) G/A -2 donde :
Pg = peso de la grava
Pa = peso de la arena
4. En el tercer cuadro se colocan las cantidades de los
materiales para un m’ de acuerdo con el diseño.
/
F{G. N o . 2-37.,PROPORCIONAMIENTO D E U N A M E Z C L A D E CONCREI: i
Mezcla NY Obra:
Kg./cm! Revenimiento : cm. A/C’
M A T E R I A L ) IDENTIFICACION (Cemento
Puzolono
Arena
Grava
Aditivos
Areno- G r a v a
- Grova
-, G r a v a
G r a v a
Puzolana 1 ! I IAguaVacios
Arena
G r a v a
S u m a
I
l
ZONTENIDO CE ARENA Y GRAVA (LlS /d,vop. = 1000 - =
V9 Pg da-z-x -=Va Pa dq
=
V o 9Vo=-=I +s
=
Vg= Vag-Va = = l
0:C A N T I D A D E S
PROPORCION BASEH U M E D A D 1 A B S O R C I O N CANTIDADES
/ SATURADAS % I Pesa I OA I peso CORREGIDAS
Adicionoe d o mofrrialrs :
Cemento =
Aqua =
m=
S e olaboraron:
Obrervaclonrr:
Fscho:
Resultadoa:
Rwrnimienro f
Fluidar -
R v . =
Enao+:
cm. Aire = x I
Ye Temp conc.. ; T
f KW2 ’
Reqhwd :
70
a) El contenido de agua se obtiene por medio de la
r e l a c i ó n (UC)
Agua = x c e m e n t o = äg/m3
5. En el cuarto cuadro se obtiene el contenido de arena
y grava.
a) Se determina el volumen de agregados (Vag) en un3
m , menos el cemento, cer,iza volante , agua y con-
t e n i d o d e a i r e .
Vag = 1000 - (Cemento+Ceniza+Agua+Cont. d e a i r e )
b) Obtención de la relaci6n de volúmenes de agrega-
d o s (2)
2 = 2 x $ donde : Vg = volumen de grava
Va = volumen de arena
da = densidad de arena
d!z = densidad de grava
c) Luego se obtiene (Va) Ce la ecuación Va =
y después se efectua ur,a resta para tener
(Vg) de: Vg = Vag - Va
E l r e s u l t a d o d e ( V g ) v (Va) s e a n o t a n er. e l t e r -
cer cuadro.
6. En el quinto cuadro de podrán obtener los pesos (Kg)d e l o s m a t e r i a l e s a p a r t i r de la cant idad deseada de
un m3 . Se corrige la humedad y absorción de la gra-
va y arena:
79 I
a) En el (5) de la humedad, ya sea para la grava y/oarena, se multiplica por la cantidad saturada en-tre 100 y será (+) positivo el resultado pero (-)negativo para la absorción total.
b) En el (%) de absorción para la grava y/o arena, -se multiplica por la cantidad saturada por su (%)de absorción entre 100 y el resultado será (-) negativo, pero (+) positivo para la absorción total.
c) En las cantidades corregidas de la grava y/o are-na se realiza la suma de los pesos de humedad yabsorción (si están presentes).
d) Para la absorción total de los .agregados se suma -la humedad y absorción en peso, que será el aguaadicional para la mezcla.
e) El cemento, agua, ceniza y aditivos se anotan sinvariación en cantidades corregidas.
f) Por úitimo se tienen las cantidades finales en -las castidades corregidas para realizar la mezcla.
in la parte inferior del formato existen renglones-para anotar adiciones de materiales, resultados y observaciones.
II. 2. 7. COt4E!:TARIOS
80 .
Las proporciones calculadas por cualquier método debenconsiderarse siempre objeto de una revisión basada en la expe-rimentación con las mezclas de disefio.
De acuerdo con las circunstancias, las mezclas de prue-ba pueden prepararse en un laboratorio o de preferencia, como -muestras de campo de tamafio natural.
Este Último procedimiento, cuando es factible, evita’ laspos ibles fallas derivadas de suponer que los datos de pequeiias-mezclas hechas dentro del laboratorio predicen el comportamien-to er. condiciones de campo.
81
WITULO I I I
DISERO DE ESPESORES DE PAVIELENTORIGIDO
El pavimento de concreto compactado con rodillos es deltipo rígido constituído por losas de concreto simple y una sub-base . El propósito de este capítulo es hallar el espesor míni-no que resultará en el menor costo anual determinado por los -costos iniciales y de conservación. Existen varios procedimie;tos para el diseño, de los cuales podemos mencionar:
- Portland Cement Association (PU).- Ameritan Association of State Highway and Transporta-
tion official (AASHTO).- Ameritan Concrete Institute (XI)- Catalogo de Francia.- Catálogo de Espafia.
8 2
Todos usan acero de refuerzo en sus procedimientos, perola pcA tiene la opción de no utilizar acero de refuerzo, ni pa-sa juntas, lo que lo hace ser el mbtodo más idóneo por su aho--rro económico.
Este método se aplica a los proyectos de autopistas, ca-rreteras, Areas de estacionamiento, etc., con sus parámetros ccrrcspondientes. Usa la misma sub-base de los concretos conven-cionales y juntas de trabazón de los agregados realizados con -
I sierra a determinada distancia.
III-l. PROCEDIMIENTO DE DISERO DE ESPESOR DE LA PCRTLAND CEMENTASSOCIATION (P.C.A.)
Este procedimiento aquí descrito es apiicable a los PCCRy reconoce dos criterios:
a) Por fatiga, conservando los esfuerzos en el pavimentodebidos a la repetición de cargas dentro de los lími-tes de seguridad.
b) Por erosión, para limitar ios efectos de las deflexicnes del pavimento en los bordes de la losa, en las -juntas y en las esquinas.
1 . PARAMETROS DE DISERO
a) Resitencia a flexión del concreto (Nódulo de ruptura-,PlR) .
b) La resistencia de la sub-rasante, o de la combinaciónde la sub-rasante o sub-base (k) real o utilizando lafigura No. 3-l.
83/
c) Los pesos, frecuencia y tipos de cargas de elos camiones que el pavimento soportará.
d) El periodo de diseño.
, ,
/ “,um oe. 0oPomz :e -IJuoRJ41r\ - : F.C. I i i3 4 56 7 0 9 ;5 1 5 20 :5 10 4c 30 6 0 iOBD
es de -
92 1c/1
34iil90 1c
FIG. No. 3-1. RELXCIONES ITROXIMADAS ENTRE CLXSIFICXCIONESDE.SUELO i' !';\LORES DE SOPORTE.
84
2. T R A N S I T O
Como el tránsito no puede predecirse con exactitud paraun período más largo, un periodo de diseiio de 20 aflos se usa comunment e . La selección del período de diseno para un proyecto-especifico se debe basar en el juicio ingenieril y en el análisis económico de los costos y el servicio proporcionado duranteel periodo completo.
Los números y pesos de cargas de eje esperadas durante -la vida de diseños se derivan de estimaciones de:
a ) EI tr6nsito diario promedio en ambas direcciones (to-dos los vehículos, MIT).
b) E l tránsito de camiones diario promedio en ambas d i -recciones (ADTT) .
cj Las cargas de eje de camiones.
Para obtener los datos de volumen de tránsito se usan tasas anuales Ue crecimiento de? tránsito y factores de proyeccciónde tránsito. El factor de proyección se multiplica por el ADTpresente para obtener un ADT de disefic. Los factores de pro-yec:iÓn para 20 y 40 años se muestran en la tabla No. S-2.
Donde se tengan dudas sobre la tasa de crecimiento, seaconseja usar tasas altas, especialmente en carreteras de altotránsito .
El .ADTT se puede expresar como un porcentaje del ADT ocomo un valor real. SS10 incluye camiones con 6 0 más llantas,sin contar vehículos de 4 ruedas ni camionetas.
85
al -‘PASAS ANOALES’ DL CSJ?CMILHIO 3L TNANSITO C O N SVS CORllSSPUtDIPmS
FAcToNzs Dt mtorxcx2a.
1 1 .1 1 .2II 1 .2 1 .32 1 .2 1 .521 1 .3 1 . 6
1 1.1 1 .834 1 .4 2 . 04 1 . 5 2 . 241 1 .6 2 . 45 1 .6 :.751 1 . 7 2 . 9b 1 . 8 3 . 2
1.3a2.i75.548.10
L.501.305.093.86
2 . 0 83.886 . 3 79 .13
2 . 3 54.4,7 . 4 7
10.24
1 . 0 45 . 2 68.86
11 .90
-.
l.3a2.775 .54
TXBLA N o . 5-Z Dctos d e T a s a s mules d e cye&niento
d e l tdnsitv Y v a i o r e s de k par2 jub-baes.
86
El ADTT se puede calcular del porcentaje de camiones del
ADT . Para prop6sitos de diseno se necesita el número total decamiones en el período de diseno; éste se obtiene multiplicandoel ALIT de diseño por el porcentaje de ADTT dividido entre loo-por el número de días en el periodo de disefic. Para caminos de4 o más carriles el ADTT se ajusta, según la figura 3-3.
Fig. 3-3 Proporción de camiones er. el carrilderecho de carreteras con 1 y 6 carriles.
Para calcular el número de ejes sencillos y tándem conlos diversos pesos esperados durante el período de diseño, se -necesitan datos de la distribuci6n de carga-?je del tránsito decamiones, El uso de los datos de carga-eje se ilustra en la tabla No. 3-4, en que las cargas de eje se agrupan en incrementosde 0.9 Ton para ejes sencillos .y 1. S Tan para ejes tándem. Losdatos bajo la segunda columna quedan de modo conveniente para -calcular la distribuci6n de carga-eje, aunque se les debe hacer
87
(ll (21 (3) (4)C a r g a d e e j e E j e s p o r c a d a E j e s p o r c a d a E j e s e n e l
Uon 1 1000 camiones 1000 camiones período de(ajustada) disefio
Ej es sencillos-
12.: -13.611.5-12.7
.‘- .10 3 10 93:1:10:0.--’ 9.1
,.3- 8.L
6.4- 7.3i.G- 6.4J.2- 2.4
Ej es tándem
21.3-23.6-t-,1- .- - .
13 ..l-LU.;)lb.;-LS.114.J-16.5l?.Y-14.5lO.l-2. /5.1-3.9
.z- 9.13.T- ..3
TABLA YO. 3 - J DATOS DE CARa - EJE
Las coiumna.5 1 y 1 se derivan de datos de pesaje.
Coluzna 3 : Los valores de la columna’ 1, ajustados paracamiones de 1 ejes y 4 ruedas ; igual a la co-lumna 7/(1-(Porciento de camiones de 4 ruedasY 3 ejes)/lOO)
Columna 4 = columna 3 x (Camiones en el período d e dise-ño)/lOO)
un ajuste . La columna 2 da valores para todos los camiones, in
cluyendo los pequeños vehículos de 4 ruedas . E l a j u s t e s e
describe al pie de la tabla YO. 3-4.
Las cargas de eje se multiplican por un factor de seguri-
dad de carga. Para carreteras con un flujo ininterrumpido detránsito se recomienda un valor de 1.2 y para carreteras con -un tránsito de camiones moderado 1.1. En casos especiales -el uso de un factor de seguridad de carga de 1.3 se justifica,para mantener un nivel superior de servicialidad del pavimentodurante el periodo de diseño.
3. PROCEDIMIENTO DE DISERO
En la figura No. 3-5 se muestra el formato para completarel diseño y se requieren como datos de entrada:
- La resistencia a flexión del concreto (blR) a los 28 días.
- El valor de k de la sub-rasante o la combinación de lasub-rasante y sub-base.
_ Zf4d* factor de seguridad de carga.
- La distribución carga-eje (columna 1).
- El nbmero esperado de repeticiones de carga-eje duranteel período de diseño (columna 3)
Sn la misma hoja se efectúan los análisis por fatiga (pa-ra controlar el agrietamiento por fatiga) y por erosión (para -controlar la erosión de la cimentación y del acotamiento y e lbombeo).
El análisis por fatiga controlari usualmente el disefio depavimentos con tránsito ligero. El análisis por erosión contralari el diseño de pavimentos con tránsito pesado.
El procedimiento de diseño es el que sigue: los datos de .
89
entrada en la parte superior de la figura, se establecen y sellenan las columnas 1 y 3. Las cargas de eje se multiplican -por el factor de seguridad de carga (LSF) para llenar la columna 2.
ANALISIS DE FATIGA. Los resultados de este aniliris y por en-de las tablas y figuras usadas, son los mismos para pavimentossin refuerzos y continuamente reforzados. Si no se tienen acotamientos use la tabla No. 3-6 y la Fig. No. 3-7. Si se tie--nen acotamientos de concreto, use la Tabla No. 3-8 y Fig. NO.
3-i.
PASOS A SEGUIR:
1 . IntmduzcaCOmO datos S y 11 en la hoja de trabajo de -la t a b l a apropiada, los factores de esfuerzo equiva--lente dependiendo del espesor inicial y el valor Ir,
2. Divídalos entre el nódulo de ruptura del concreto e -inclúyalos como dato 9 y 12.
3. Xpunte en la columna i, las repeticiones permisibles,determinadas en la iig. NO. 3-i.
4. Calcule la columna 3 dividiendo la columna 3 entre lacolumna 4 y multiplicando por 100. Luego coloque lasuma de las fatigas en la parte interior.
XNALISIS POR EROSION. Si los pavimentos sin acotamientos, conbarras pasajuntas o continuamente reforzados, use la tabla No.j-9 y la Fig. No. j-10; si el pavimento tiene juntas con traba-zón de agregados, use la tabla ‘lo. 3-11 y la Fig. 3-10 con acotamientos de concreto; si se tienen pavimentos con barras pasa-juntas o continuamente reforzados, use la tabla No. 3-12 y ia -Fig. No. 3-13, si el pavimento tiene juntas con trabaz6n de -agregados, use la tabla Yo. 3-l-1 y la Fig. No. j-13.
9 0
RASOS A SEGUIR:
1. Introduzca los factores de erosi6n (tomados de la ta-bla apropiada) como datos 10 y 13 en la hoja de trabajo.
2. Uene la columna 6 con las repeticiones permisibles de- la fig. No. 3-10 0 13.S. Calculela columna 7 dividiendo la columna 3 entre la -
columna 6 y multiplicando por 100. Enseguida coloqueel daño por erosión en la parte inferior.
Al usar las grãficas no se necesita una interpolación -precisa de repeticiones permisibles. Si la línea de intersec--ción sale por el extremo superior sin tocar la recta de repeti-ciones de carga permisibles; éstas se consideran ilimitadas.
El espesor inicial no da un diseño adecuado si cualquierade los porcentajes de daño por fatiga 0 por erosión son mayoresque 100% y se debe seleccionar un espesor mayor para reiniciarel proceso. En caso contrario, si los totales son mucho meno--res que lOO%, se puede seleccionar un espesor menor que el ini-
.c121.
9 1
FIG. No. 3-5 CALCULO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO
ProyectoEspesor propuesto c m . Juntas con pasajuntas sí- no-k de la subrasante-subbase kgjcm3.Módulo de ruptura, MRFactor de seguridad de=a
kg/cma . Acotamiento de concreto sí- no-
Período de diseño años.
Carga de ,Multi- Análisis por fatiga Análisis poreje, plica- RePeticiones erosiónTon. das esperadas. kepetic. Fatiga Repeticiones Daño
p o r LSF permisibles % permisibles s1 2 3 4 5 6 7
6. Esfuerzo Equiv. 10. Factor de erosión9. Factor de relación de esfuerzos
Ei es sencillos
ll. Esfuerzo Equiv. 13. Factor de erosión12. Factor de relación de esfuexos
TUTAL TOTAL
8b
’S
/61’9
86's /PS'9
68
’9
/LT
’L99'L
IfL
'LOC'8
/91'8Sf'6/61'8
6f'TI/ZI'O7
OL
’S
/LP
’99Z'9
/68'9L
I’L
IZS
’LZ
O'8
/91'859'8
/8S'8
OL'6 /8Z'6
18*TI/69*01
86's /Z8'9
PS'9 /bZ'LSP'L
/b6'L
LE'8 /8S'8
Lo'6 /Lo'6
ZI'OI/lL'6
Lf'Zt/8I'lI
9z.9 IPZ'L
28'9 /99'L
08-L /Pb-8
ZL'8 /LO'6
GP'G
/SS-G
Z9'Ol/bC'OlL8'ZI/I8'TT
PS'9 /99'L
LI-L /91'8
9t'8 /f6'8
BI.6 /E9'6
TG'G /Z1'01
Tl'If/OG'OI
oS'~l/bb'Z~
68'9 /91'8
ZS'L /S9'8
8S.8 /(ib'6
9S'G /Gr*ol
II~'OIl'~L'lll 09'11/00'1
rEr'~r/ZZ'Er
TC-L /S9'8b6'L
/rZ'6
LO
-6 /II’0
1so~or/r8~ol
oG-or/9k'rr CZ'Zl/OE'ZI
W'bt/9O~br
Tl.1 /8Z'6
LE'8 /be'6
9s’6
/9L
’OI
z9'0vo9'1rCS'll/CZ'Zl
LO'ZI/ST'CT
19'S1/86'bI
fZ‘8 /16'6
98'8 /SS'01
zr~or/rs~rlSz'rr/l~P'zI
91-7r/Xo'El LS'E1/90'~1
zs'9r/fo'91
ZL'8 /Z9'OT
Zb'6 /ZT'11
9L
’OV
LE
’Z!
S6'rL/9f'flLH'ZII9O'P~
Ib-Pl/zI'st
Pb'LIhZ'LI
SE'6 /9b-11Zr-OI/fZ'ZT
9b'11/9E'flEL'ZI/Ib'PI
U'fI/6t*St ff'St/If'9t
9S'8t/9S'81
SO'OI/bb'ZTf8'01/ZZ*fT
CZ'ZI/8b'bIls*fr/r9*sr
Z9'bI/SP'91 K'9I/ZL'LI
9L'6T/bO'OZ
06*Ol/OS*fIbL'll/Ib'bI
ZZ'fI/Z8*STZ9'bI/lO'Lt
89'SI/fG'Lt IS'Lt/s)Z'GI
6o'rz/L8'rz
88'IT/9L'bIfL'Z~ISL'S1
LZ
-bf/O
C’L
r!iL'Sl/C9-81
b6'9I/Z9'Gl l'8'81/6O'tZ
IL'ZZ/Oó'fZ80.fI/bZ'91
66'fVOf‘LT19’S
I/SO
’61
9I'lT/fS'OZZb'HI/8S'lZ
6L'OZ/lZ:rZ
bS'bZ/Lf'9ZSS.bT/OO'81
LP'W61'6191’11/6O
’IZLL'81I8L'ZZ
II'OZ/86'fZ 6Z'ZZ/OS'SZ
ZL'9Z/Zf'6ZK'9~/bO'OZ
or'rr/Lf'rzS
O’6t/Z
9-fZ18'OZ/Sb'SZ
ZZ'ZZ/98'9Z Lb'bZ/06'8Z
SZ'6Z/69'Zf9Se81/OS'ZZ
SS'6T/ZT'bZbbeTZ/S9'9Z
LZ'fZ/9L'8ZZ8'bZ/OE'OC
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FIG. N. 3-7.- ANALISIS POR FATIGA-REPETICIONES DE CARGAPERMISIBLE 8ASADAS EN EL FACTOR DE RELA--CION DE ESFUERZOS (CON Y SIN ACOTAMIENTODE CONCRETO)
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