PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA SECCION INGENIERÍA CIVIL TESIS PARA OBTAR EL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL TEMA: OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO DE ALTO DESEMPEÑO UTILIZANDO MATERIALES DE PROCEDENCIA NACIONAL PRESENTADO POR LOS BACHILLERES: ALUMNOS: RONALD KENYO ARRIETA ZAPATA DANIEL EDUARDO MEDINA CORDOVA ASESORES: ING. LUCIANO LOPEZ ING. LAURA NAVARRO Lima, abril de 2019 RESUMEN El presente proyecto busca investigar un método de diseño de mezcla para fabricar concreto de alto desempeño que permita construir estructuras cada vez más desafiantes tales como edificios de gran altura, puentes de grandes luces, túneles, etc. El método en el que se basa la investigación es el que propone el profesor Pierre Claude Aitcin de la Universidad de Sherbrooke en Quebec, Canadá, el cual parte con un parámetro nuevo que no se toma en cuenta en los diseños convencionales de concreto: el punto de saturación del aditivo. Este valor, que se obtiene a través de pruebas que se detallarán en el tratado, nos permitirá elegir el aditivo que genere mejor dispersión en una pasta de cemento y las cantidades aproximadas de los componentes de la mezcla. Después se elegirá por criterio de desempeño cuales son los componentes adecuados para nuestros fines. También se realizarán pruebas con materiales cementicios suplementarios a fin de mejorar las propiedades del concreto y también para reducir las cantidades de cemento a usar en el diseño. Se usaran como indicadores de desempeño las recomendaciones y exigencias del ACI 237R-07 “Self - Consolidating Concrete” y la norma europea EFNARC “Especificaciones y Directrices para el Hormigón Autocompactable - HAC”. Después se realizará un análisis costo - beneficio de los concretos especializados, para finalmente mostrar conclusiones y recomendaciones obtenidas de la experiencia. ÍNDICE INDICE DE TABLAS……………………………………………………………….……....VI INDICE DE IMÁGENES..............................................................................................VII 1. PRESENTACIÓN AL PROYECTO.................................................................1 1.1 Introducción…………………………………………………………………….1 1.2 Justificación…………………………………………………………………….1 1.3 Situación actual en el Perú…………………………………..……………….2 2. OBJETIVOS Y ALCANCE..............................................................................4 2.1 Objetivo general……………………………………………………..….....….4 2.2 Objetivos secundarios……………………………………………………......4 2.3 Alcances de proyecto………………………………………………..............4 3. MARCO TEÓRICO……………………………………………………………...…5 3.1 Revisión histórica del concreto moderno…………………………….…......5 3.1.1 Industrialización del concreto de alta resistencia (CAR) 3.1.2 Desarrollo del concreto autocompactado (CAC) 3.2 Concreto de alto desempeño……………………………………….….....….7 3.2.1 Definición de concreto de alto desempeño 3.2.2 Diferencia entre concreto de alto desempeño y convencional 3.2.3 Ventajas y limitaciones 3.2.4 Aplicación en edificaciones 3.2.5 Principios de desempeño 3.2.5.1 Proceso de construcción 3.2.5.2 Propiedades mejoradas 3.2.5.3 Durabilidad y vida útil 3.2.5.4 Costos y rentabilidad 3.2.6 Ciclo de producción del concreto de alto desempeño 3.3 Metodología de diseño de mezcla……………………………………….…14 3.3.1 Selección de materiales y descripción 3.3.1.1 Cemento Portland 3.3.1.2 Agua para el concreto 3.3.1.3 Agregado Fino 3.3.1.4 Agregado Grueso 3.3.1.5 Adiciones minerales 3.3.1.6 Reductor de agua de alto rango a base de polinaftalenos 3.3.1.7 Reductor de agua de alto rango a base de policarboxilatos 3.3.1.8 Aditivo mantensor de trabajabilidad 3.3.2 Propiedades en estado fresco 3.3.2.1 Características de concreto autocompactado 3.3.2.1.1 Capacidad de llenado 3.3.2.1.2 Habilidad de paso 3.3.2.1.3 Estabilidad 3.3.2.1.4 Viscosidad 3.3.2.1.5 Tixotropía 3.3.2.2 Reología 3.3.3 Propiedades en estado endurecido 3.3.3.1. Resistencia a la compresión 3.3.3.2. Durabilidad del concreto 3.3.4 Evaluación de la mezcla prueba y optimización 3.3.5 Curado 4. DELIMITACIÓN DEL PROYECTO…………………………………………....24 4.1 Especificaciones técnicas…………………………………………………..24 4.2 Influencia de los materiales…………………………………………….......26 4.2.1 Cemento 4.2.2 Agua 4.2.3 Agregado grueso 4.2.4 Agregado fino 4.2.5 Aditivos químicos 4.2.6 Adiciones minerales 4.2.6.1 Filler calizo 4.2.6.2 Microsílice 4.3 Ensayos realizados a los materiales y al concreto………………………31 4.3.1 Generalidades 4.3.2 Cono de revenimiento 4.3.3 Cono de Marsh 4.3.4 Ensayos físicos de los agregados 4.3.5 Packing density 4.3.6 Ensayos de concreto en estado fresco 4.3.7 Ensayo de concreto en estado endurecido 4.4 Plan de trabajo……………………………………………………………....40 5. ANÁLISIS DE RESULTADOS……………………………………………..….43 5.1 Selección de materiales………………………………………………...….43 5.1.1 Cono de revenimiento 5.1.2 Cono de Marsh 5.1.3 Ensayos físicos a los agregados 5.1.4 Packing density 5.1.5 Pruebas preliminares de concreto 5.1.6 Elección final de los materiales 5.2 Diseños de concreto con materiales cementicios suplementarios….…72 5.2.1 Diseño 1: cemento + filler 5.2.2 Diseño 2: cemento + microsílice 5.2.3 Análisis costo-beneficio 5.3 Diseños finales y evaluación completa…………………………………...77 5.3.1 Diseño realizados 5.3.2 Análisis costo-beneficio 6. CONCLUSIONES FINALES…………………………………………………...85 7. REFERENCIAS……………………………………………………………….…87 ÍNDICE DE TABLAS TABLA 1: CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL CEMENTO PORTLAND TIPO I ............................................ 23 TABLA 2: LÍMITES PERMISIBLES PARA CALIDAD DEL AGUA ............................................................... 24 TABLA 3: RECOMENDACIONES PARA EL CONCRETO AUTOCOMPACTADO SEGÚN EFNARC ................. 32 TABLA 4: RECOMENDACIONES PARA EL CONCRETO AUTOCOMPACTADO SEGÚN ACI 237R ................ 32 TABLA 5: ESPECIFICACIONES META PARA EL ESTADO FRESCO ........................................................ 33 TABLA 6: RESULTADOS DEL ENSAYO DE PESO ESPECÍFICO - ARENA ............................................... 54 TABLA 7: RESULTADOS DEL ENSAYO DE PESO UNITARIO - ARENA .................................................. 55 TABLA 8: PESOS ESPECÍFICOS OBTENIDOS PARA EL HUSO 67 Y HUSO 7 ......................................... 57 TABLA 9: PESOS UNITARIOS OBTENIDOS PARA EL HUSO 67 Y HUSO 7 ............................................. 57 TABLA 10: COMBINACIÓN ARENA JICAMARCA Y PIEDRA 67 ............................................................ 60 TABLA 11: COMBINACIÓN ARENA JICAMARCA Y PIEDRA 7 .............................................................. 60 TABLA 12: RESUMEN DE VALORES OBTENIDOS DE CADA MEZCLA .................................................... 62 TABLA 13: RESUMEN DE VALORES OBTENIDOS DE CADA MEZCLA .................................................... 66 TABLA 14: RESUMEN DEL ENSAYO DE CONO DE REVENIMIENTO ..................................................... 70 TABLA 15: RESUMEN DEL ENSAYO DE CONO DE MARSH ................................................................ 70 TABLA 16: DESEMPEÑO DEL DISEÑO G10-P7 ............................................................................... 71 TABLA 17: RESUMEN DE VALORES OBTENIDOS DE CADA MEZCLA .................................................... 72 TABLA 18: DESEMPEÑO DEL DISEÑO F2-P7 ................................................................................. 76 TABLA 19: REDUCCIÓN DE BOLSAS DE CEMENTO .......................................................................... 76 TABLA 20: EFECTOS DEL FILLER EN LA RESISTENCIA...................................................................... 77 TABLA 21: RESUMEN DE VALORES OBTENIDOS DE CADA MEZCLA .................................................... 78 TABLA 22: EFECTOS DE LA MICROSÍLICE EN LA RESISTENCIA .......................................................... 82 TABLA 23: DESEMPEÑO DEL DISEÑO MS1-P7 .............................................................................. 82 TABLA 24: RELACIÓN COSTO-BENEFICIO DE CADA DISEÑO ............................................................. 83 TABLA 25: DISEÑOS FINALES DE MEZCLA Y RESULTADOS OBTENIDOS .............................................. 85 TABLA 26: RELACIÓN COSTO-BENEFICIO DE LOS DISEÑOS FINALES................................................. 91 ÍNDICE DE FIGURAS IMAGEN 1: ALTURA DE LA EDIFICACIÓN, EL AÑO DE SU CULMINACIÓN Y EL MATERIAL DE SU CONSTRUCCIÓN ................................................................................................................. 10 IMAGEN 2: DISTRIBUCIÓN DE EDIFICIOS DE CONCRETO ARMADO ...................................................... 10 IMAGEN 3: MODELO DE BINGHAM (KHOELER, 2006) ...................................................................... 27 IMAGEN 4. ESQUEMA DE DESARROLLO DE LA DURABILIDAD DEL CONCRETO (KHADIRANAIKAR, 1999) .. 29 IMAGEN 5: MATRIZ DE PROPIEDADES DE ACUERDO A SUS CARACTERÍSTICAS (DACZKO, 2012) ........... 33 IMAGEN 6: ENSAYO PACKING DENSITY ........................................................................................ 41 IMAGEN 7: MEDICIÓN DEL SLUMP ................................................................................................ 42 IMAGEN 8: V-FUNNEL EMPLEADO ................................................................................................ 42 IMAGEN 9: VSI = 0 IMAGEN 10: VSI = 1 ...................................................................... 43 IMAGEN 11: VSI = 2 IMAGEN 12: VSI = 3 ...................................................................... 43 IMAGEN 13: L-BOX EMPLEADO .................................................................................................... 44 IMAGEN 14: REÓMETRO ICAR .................................................................................................... 44 IMAGEN 15: ENTORNO DEL SOFTWARE DEL REÓMETRO .................................................................. 45 IMAGEN 16: CLASIFICACIÓN REOLÓGICA DEL CONCRETO (ICAR) .................................................... 46 IMAGEN 17: PROBETAS A SER ENSAYADAS ................................................................................... 47 IMAGEN 18: CURADO DE PROBETAS............................................................................................. 47 IMAGEN 19: CURVA A/ML VS F´C (AITCIN, 1998) .......................................................................... 48 IMAGEN 20: CANTIDAD DE AGUA EN BASE A PUNTO DE SATURACIÓN (AITCIN, 1998) .......................... 48 IMAGEN 21: CANTIDAD DE PIEDRA EN BASE A SU FORMA (AITCIN, 1998) .......................................... 49 IMAGEN 22: PÉRDIDA DE EXTENSIBILIDAD PARA DISTINTAS DOSIS DE MASTER RHEOBUILD 1201 ........ 50 IMAGEN 23: PÉRDIDA DE EXTENSIBILIDAD PARA DISTINTAS DOSIS DE MASTER GLENIUM 3800 ............ 51 IMAGEN 24: PÉRDIDA DE EXTENSIBILIDAD PARA DISTINTAS DOSIS DE MASTER GLENIUM 3200 ............ 51 IMAGEN 25: TIEMPO DE FLUJO PARA DISTINTAS DOSIS DE MASTER RHEOBUILD 1201 ........................ 52 IMAGEN 26: TIEMPO DE FLUJO PARA DISTINTAS DOSIS DE MASTER GLENIUM 3800 ........................... 53 IMAGEN 27: TIEMPO DE FLUJO PARA DISTINTAS DOSIS DE MASTER GLENIUM 3200 ........................... 53 IMAGEN 28: CURVA GRANULOMÉTRICA - ARENA ........................................................................... 56 IMAGEN 29: CURVA GRANULOMÉTRICA - PIEDRA 67 ...................................................................... 58 IMAGEN 30: CURVA GRANULOMÉTRICA - PIEDRA 7 ........................................................................ 59 IMAGEN 31: PACKING DENSITY PIEDRA HUSO 67 Y 7 .................................................................... 61 IMAGEN 32: DISEÑO G1-P67 IMAGEN 33: DISEÑO G2-P67 .................................................. 62 IMAGEN 34: DISEÑO G3-P67 IMAGEN 35: DISEÑO G4-P67 .................................................. 63 IMAGEN 36: DISEÑO G5-P67 ...................................................................................................... 63 IMAGEN 37: A/A VS SLUMP ......................................................................................................... 64 IMAGEN 38: A/A VS T50 ............................................................................................................. 64 IMAGEN 39: A/A VS V-FUNNEL .................................................................................................... 65 IMAGEN 40: A/A VS L-BOX .......................................................................................................... 65 IMAGEN 41: DISEÑO G9-P7 IMAGEN 42: DISEÑO G10-P7 (PATRÓN) .................................. 67 IMAGEN 43: DISEÑO G11-P7 ...................................................................................................... 67 IMAGEN 44: A/A VS SLUMP ......................................................................................................... 68 IMAGEN 45: A/A VS T50 ............................................................................................................. 68 IMAGEN 46: A/A VS V-FUNNEL .................................................................................................... 69 IMAGEN 47: A/A VS L-BOX .......................................................................................................... 69 IMAGEN 48: RESISTENCIAS ALCANZADAS POR EL DISEÑO G10-P7 .................................................. 71 IMAGEN 49: DISEÑO F1-P7 IMAGEN 50: DISEÑO F2-P7 ................................................ 73 IMAGEN 51: DISEÑO F3-P7 ........................................................................................................ 73 IMAGEN 52: DOSIS FILLER VS SLUMP ........................................................................................... 74 IMAGEN 53: DOSIS FILLER VS T50 ............................................................................................... 74 IMAGEN 54: DOSIS FILLER VS V-FUNNEL ...................................................................................... 75 IMAGEN 55: DOSIS FILLER VS L-BOX ........................................................................................... 75 IMAGEN 56: COMPARACIÓN DE RESISTENCIAS ENTRE FILLER Y EL DISEÑO PATRÓN G10-P7 ............. 77 IMAGEN 57: DISEÑO MS1-P7 IMAGEN 58: DISEÑO MS2-P7 ............................................. 79 IMAGEN 59: DISEÑO MS3-P7 ..................................................................................................... 79 IMAGEN 60: DOSIS MS VS SLUMP ............................................................................................... 80 IMAGEN 61: DOSIS MS VS T50 ................................................................................................... 80 IMAGEN 62: COMPARACIÓN DE RESISTENCIAS ENTRE MICROSÍLICE Y EL DISEÑO PATRÓN G10-P7 .... 81 IMAGEN 63: DISEÑO S1 (PATRÓN) IMAGEN 64: DISEÑO S2 ...................................................... 86 IMAGEN 65: DISEÑO S3 IMAGEN 66: DISEÑO S4 ...................................................... 86 IMAGEN 67: DISEÑO S5 ............................................................................................................. 86 IMAGEN 68: VARIACIÓN DE LA EXTENSIBILIDAD EN EL TIEMPO ......................................................... 87 IMAGEN 69: VARIACIÓN DEL T50 EN EL TIEMPO ............................................................................ 88 IMAGEN 70: VARIACIÓN DEL V-FUNNEL EN EL TIEMPO .................................................................... 88 IMAGEN 71: VARIACIÓN DEL V-FUNNEL EN EL TIEMPO DESPUÉS DE 5 MIN DE REPOSO ....................... 89 IMAGEN 72: VARIACIÓN DEL L-BOX EN EL TIEMPO ......................................................................... 89 IMAGEN 73: VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD EN EL TIEMPO ............................................................... 90 IMAGEN 74: DESARROLLO DE LA RESISTENCIA EN EL TIEMPO .......................................................... 90 CAPITULO 1: PRESENTACION AL PROYECTO 1.1. Introducción El constante avance de la tecnología en la industria de la construcción así como la creciente demanda de estructuras cada vez más desafiantes como edificios de gran altura, estructuras con alta densidad de acero, puentes de grandes luces o túneles, han dado lugar a que las exigencias en cuanto a la resistencia, durabilidad y trabajabilidad en el concreto sean cada vez más elevadas. Para lograr este propósito será necesario ser selectivo en los materiales que se usarán y asegurar buenas prácticas constructivas ya que estas son las que determinarán la calidad del concreto y del proyecto en general. El concepto de concreto de alto desempeño se originó en la década de los años 60, aunque en ese entonces el único objetivo que los ingenieros tenían era el de obtener una alta resistencia por lo que el término para ese entonces era solo de “concreto de alta resistencia”. Con el paso del tiempo se observó que no sólo era necesario obtener una elevada resistencia sino que también era necesario mejorar la trabajabilidad y la durabilidad del concreto. Es así como se origina el concepto de “concreto de alto desempeño” ya que no solo involucra altas resistencias a la compresión sino varias características más. (Aitcin, 1998) Los aditivos que se emplearan para esta investigación son los superplastificantes o reductores de agua de alto rango, mantensores de trabajabilidad y las adiciones minerales como filler y microsílice, que son los componentes esenciales para la obtención de este tipo de concreto. Finalmente se evaluará las propiedades y características de este concreto así como un análisis de costos, resultados con los cuales comprobaremos la viabilidad de este tipo de concreto 1.2. Justificación La investigación presentada busca principalmente incentivar la producción industrial y el uso de concretos de alto desempeño en el Perú, esto lo logramos a través de la experimentación y realización de diseños de mezcla de este tipo de concreto. 1 La situación actual de la construcción en el país demanda la realización de más proyectos de infraestructura con condiciones no convencionales donde el concreto convencional deja de ser eficaz y útil debido principalmente a su limitada resistencia. El concreto de alto desempeño tiene aplicaciones en pavimentos de alto tránsito, estructuras de alta durabilidad, elementos esbeltos en edificios altos, puentes de grandes luces, etc. (Aitcin, 1998) El uso de un concreto de alto desempeño aportará muchos beneficios como el aumento de la durabilidad de las obras civiles, alargando su vida de servicio, además de la reducción de costos de mantenimiento (Aitcin, 1998) razón por la cual es importante capacitar al personal obrero para dar a conocer la importancia de los trabajos con estos tipos de concreto (Álvarez, 2017). También un tema importante es la sustentabilidad ya que estos concretos contienen menos cantidad de cemento que los convencionales, una reducción del consumo de cemento generaría por ende una reducción de las emisiones de dióxido de carbono (CO2) y en el consumo de energía. Sin embargo todavía se tiene el reto de lograr procesos de producción a gran escala, tales como, logística de colocación, protocolos para cumplir con estándares de calidad, preparación de personal calificado. Todo esto justifica el desarrollo de mayores estudios que se realizarán a futuro. Por estas razones, el siguiente proyecto, inspirado en soluciones extranjeras donde las altas resistencias son permitidas por diseño, ofrece diseños experimentales de concreto de alto desempeño con materiales propios de la zona probados en el laboratorio e incentiva a desarrollar nuevas y mejoradas tecnologías para que los concretos de alto desempeño sean de común uso en la mayoría de los proyectos por venir. 1.3. Situación actual en el Perú Según el Dr. Roberto Stark; los edificios muy altos, tienen una altura mínima de 200 metros, continuan creciendo en altura y será necesario que se construyan con concreto de alto desempeño (imagen 1). La raíz de esta tendencia es el incremento de nuevas empresas que necesitan oficinas, hoteles y locales administrativos a nivel mundial. 2 Imagen 1: Altura de la edificación, el año de su culminación y el material de su construcción https://www.youtube.com/watch?v=TVzEcF9GFIw . Así mismo, la situación actual mundial refleja que América central y Latinoamérica únicamente han construido el 1 % del total de edificios de concreto armado de gran altura el mundo; debido al bajo desarrollo e investigación en temas de concreto. Estados Unidos y los países asiáticos tienen un gran desarrollo en el concreto de alto desempeño por su gran crecimiento económico. Imagen 2: Distribución de edificios de concreto armado https://www.youtube.com/watch?v=TVzEcF9GFIw Finalmente, en el Perú no existe ningún edificio de gran altura, el edificio más grande cuenta con 135.5 metros de altura. La industria peruana de concreto tiene avances significativos en la investigación y producción industrial de concreto de alta resistencia y autocompactado; sin embargo, la tecnología de concreto de alto desempeño aún se investiga a nivel de laboratorio, pero no tiene venta industrial porque no existen proyectos que los requieran. 3 CAPITULO 2: OBJETIVOS Y ALCANCE 2.1. Objetivo General “Impulsar el desarrollo nacional de la tecnología de concreto de alto desempeño, mediante la evaluación y optimización de diseños de mezcla y así lograr su producción industrial” 2.2. Objetivos Secundarios - Lograr producir concreto de alto desempeño que cumpla con los requisitos necesarios para denominarse del tipo autocompactado aplicando metodología de selección de componentes. - Caracterizar las propiedades del concreto de alto desempeño en estado fresco y endurecido. - Usar en los concreto mencionados, materiales cementicios suplementarios para reducir el consumo de cemento. 2.3. Alcances del Proyecto - La resistencia de diseño se definió en 600 kg/cm2, para mayores resistencias se necesitó mayor cantidad de insumos los cuales eran limitados. - La resistencia a la compresión es la única propiedad que se evaluará para el estado endurecido debido a limitaciones con los equipos necesarios. - No se evaluará la durabilidad ni la permeabilidad por cuestiones de tiempo y limitaciones en los equipos pero como alternativa se presenta una evaluación a través del software Life 365. - Elaborar recomendaciones que se deben tener para el correcto desarrollo del concreto y así evitar contratiempos. 4 CAPITULO 3: MARCO TEÓRICO En el siguiente capítulo, se expone una breve revisión histórica del concreto en las últimas décadas. Así mismo, debido a que el término “concreto de alto desempeño” es relativamente novedoso en Perú se explica ampliamente su definición, ventajas, limitaciones y principios de desempeño. Particularmente para el proyecto de tesis, se describe la metodología de diseño de mezcla utilizada en investigaciones pasadas para la producción industrial de este tipo de concreto. 3.1. Revisión histórica del concreto moderno Hace más de 6000 años, los babilónicos y asirios usaron por primera vez una mezcla de arcilla, limo y agua para construir las primeras ciudades. El concreto propiamente dicho aparece en la época romana cuando mejoraron la mezcla probando con nuevos materiales (puzolana, rocas) para la construcción de sus estructuras. En 1824, Joseph Aspdin “inventó” el Cemento Portland pero no fue hasta que el concreto se trajo al laboratorio que se convirtió en el material idóneo para las estructuras. (Frommenwiler 2000) En los años posteriores, la evolución del concreto se explica de manera coherente con dos importantes hitos: 3.1.1. Industrialización del concreto de alta resistencia (CAR) En los años 1960, Aïtcin (1999) refiere que el uso de concreto convencional o de baja resistencia era ampliamente difundido por todas las empresas de premezclado; sin embargo, era imposible reemplazar al acero en la construcción de edificios altos. Abrams y Powers (1964) encontraron una relación entre la resistencia a la compresión y el contenido de agua, por ello, estudiaron la porosidad, la relación A/C y el grado de hidratación del cemento. Gracias a su investigación, los diseñadores y productores de concreto pudieron incrementar la resistencia significativamente, sin embargo, tuvieron muchas dificultades con el cemento que se fabricada en esa época y los primeros aditivos reductores de agua debido a que estaban compuestos a base de lignosulfatos que variaban mucho en su composición. 5 Como no se tenía mucha información en esos años, el concreto de alta resistencia probado en laboratorios no tenía muchas posibilidades de fabricarse para estructuras altas. En Chicago, una compañía de premezclado logró convencer a algunos empresarios de incrementar el número de pisos aumentando el número de columnas con concreto de alta resistencia, el resultado fue exitoso, puesto que, las pruebas concluyeron que dichas columnas alcanzaron los 230 kg/cm2. Gracias a este proyecto, los siguientes edificios fueron continuamente construidos con un incremento en la resistencia y los números de pisos. Para las empresas de concreto e investigadores el fracaso de esta tecnología en algún proyecto podía retardar su industrialización, el tope se produjo cuando alcanzaron los 600 kg/cm2 debido a que los reductores de agua de la época no podían reducir más la relación A/C. (Blick 1974) En los años 1980, La creación de una nueva generación de superplastificantes y reductores de agua, a base de policondensados de sulfonato de naftaleno, permitió mejorar el desempeño del concreto aumentando su resistencia hasta 1000 kg/cm2 (relación A/C=0.2). Sin embargo, todavía era un gran problema su transporte y colocación en obra, por ello, el revenimiento y la trabajabilidad empezaron a tener más relevancia para las empresas de concreto norteamericanas. (Aïtcin 1999) 3.1.2. Desarrollo del concreto autocompactado (CAC) Ghanbari (2011) explicó que el inicio de su concepción fue en Japón en la mitad de la década de 1980 debido a un problema: la pequeña cantidad de trabajadores calificados en la industria de la construcción, ya que conllevaba a una reducción en la calidad de los trabajos de construcción y esto a su vez afectaba la durabilidad del concreto. La problemática anterior fue resuelta en una exposición en la Universidad de Tokio con un prototipo de diseño de mezcla de autocompactado. Posteriormente se desarrolló un modelo que contenía materiales del concreto convencional. Este modelo se investigó para aumentar la capacidad de paso en zonas de alto contenido de acero de refuerzo y lograr una estabilidad en su volumen de vaciado y por ende aumentar la durabilidad. (Okamura,1999) Las investigaciones posteriores permitieron acortar el tiempo de construcción, evitando la vibración y compactación para vaciar en zonas de alto confinamiento. Así mismo, la 6 nueva generación de aditivos polinaftalenos estables y la inclusión de materiales cementicios suplementarios ocasionó la producción de un concreto con un buen desempeño en estado fresco y endurecido (se logró controlar los problemas de retracción). El inicio de la industrialización mundial del CAC se dio en Holanda, Suecia y principalmente Estados Unidos; sin embargo, todavía era costoso producirlo industrialmente. Por ello, la forma de cómo producir el CAC fue diferente en cada región dependiendo de los materiales disponibles. Thrane (2007) afirmó que el CAC sólo representaba el 1% de todo el concreto premezclado que se producía a nivel mundial; en Estados Unidos el CAC representa el 40% de la industria del concreto prefabricado (IMCYC, 2006) y se espera que ese porcentaje aumente. Si bien muchos países en la actualidad han incrementado el uso de CAC, el concreto convencional sigue teniendo vigencia porque las viviendas y la mayoría de edificaciones no necesitan altas resistencias y trabajabilidad para ser construidas. Las últimas investigaciones que actualmente se realizan tienen el objetivo de producir un concreto durable y con bajo o nulo costo de mantenimiento. 3.2. Concreto de alto desempeño (CAD) La Federal Highway Administration Research and Technology (1994) afirma que el concepto de concreto de alto desempeño o CAD se crea en 1989 en la Universidad de California del Norte. Los investigadores de esta universidad verificaron que disminuyendo la relación A/C no sólo se mejora la resistencia a la compresión sino también otras propiedades como la durabilidad, resistencia a la flexión, módulo de elasticidad, módulo de poisson, módulo de rotura, etc. En las siguientes décadas, las diferentes formas de vaciar concreto en obra obligaron a producir un concreto más versátil que pueda transportarse y colocarse eficientemente, por ello, la generación del concreto autocompactado en Japón ayudó a que todas las empresas de premezclado tengan la posibilidad de proponer mejores soluciones para la construcción y es así cómo se logró producir el CAD a nivel industrial. (Portugal, 2007) Debido a que el tema de concreto de alto desempeño tiene diferentes puntos de vista por muchos autores en la actualidad, se expondrá en los siguientes acápites el estado del arte pertinente para nuestro proyecto de investigación. 7 3.2.1. Definición de concreto de alto desempeño El CAD tiene muchas definiciones y han ido variando según el avance de la tecnología del concreto. Se expondrán tres definiciones relevantes a continuación: Según ACI (1999), “Un concreto de alto desempeño es el que reúne una combinación especial de requerimientos de desempeño y uniformidad que no siempre puede ser logrados usando materiales tradicionales, mezclado normal, criterios de colocación normales y prácticas de curado ordinarios”. Esta definición propone que los requerimientos son exigentes y específicos de cada proyecto de construcción, por ello, se debe seleccionar los materiales disponibles y evaluar el proceso constructivo para producir un concreto con las especificaciones requeridas. Según Civil Engineering Research Foundation (1994), el CAD tiene obligatoriamente mejor desempeño que el concreto convencional en estas propiedades: - Fácil colocación y compactación - Alta resistencia inicial - Mayores propiedades a largo plazo (como resistencia a la abrasión y baja permeabilidad) - Estabilidad volumétrica (sin deformaciones) - Mayor resistencia a ataques químicos, ciclos de congelamiento y deshielo, altas temperaturas, etc. Según Adam Neville (1989), en alusión al concreto de alta performance, afirmó: “sus características especiales son tales que sus componentes y proporciones son específicamente escogidas para tener las propiedades particularmente apropiadas para el uso esperado de la estructura; estas propiedades son usualmente una alta resistencia o baja permeabilidad”. Por lo expuesto, se puede concluir que el CAD es un material indispensable en estructuras que requieran un proceso de colocación especial, un comportamiento mecánico específico o estén expuestos a un ambiente agresivo. Sin embargo, los materiales y los procedimientos constructivos no necesariamente son los convencionales. 8 3.2.2. Diferencia entre alto desempeño y convencional En la siguiente sección, se expondrán las diferencias en base a dos líneas de investigación: su relación A/C y el desempeño. Sin embargo, previamente es necesario precisar que en base a las investigaciones de Neville, la relación A/C = 0.4 tiene el contenido de agua suficiente para hidratar todas las partículas del cemento. a) Relación A/C: (Aïtcin, 1999) - La relación A/C del concreto convencional está entre 0.42 y 0.6, por ello, la mezcla contiene mucho más contenido de agua que el necesario para hidratar las partículas del cemento. En consecuencia, se genera mayor permeabilidad, baja resistencia y problemas de retracción. - La relación A/C del CAD es menor a 0.42. Por ello, se incrementan las propiedades mecánicas debido que éstas dependen más de la distancia de separación entre las partículas de cemento que el número de partículas hidratadas en la mezcla. Así mismo requieren de aditivos químicos o adiciones minerales para colaborar con el proceso constructivo porque, generalmente, se generan concretos no trabajables. Aïtcin (2011) b) Desempeño: - El concreto convencional no tiene ninguna oportunidad de competir con el CAD, ejemplo de esto lo tenemos cuando se requiere construir edificios de gran altura, puentes de grandes luces sin apoyos intermedios, tunelería subterránea o submarina, estructuras con alta densidad de acero, etc. El concreto convencional se produce de forma industrial y constante, por eso, los resultados del desempeño de un diseño en varios proyectos son similares. Las empresas de premezclado han estudiado este tipo de concreto y, continuamente, proponen mejoras a sus diseños abaratando los costos con la disminución o inclusión de algún componente. Sin embargo, los materiales y procesos constructivos son los usuales en todas las obras; por ello, Khadiranaikar (1999) identificó cuatro principales deficiencias del concreto convencional: - No es durable en ambientes severos (corta vida útil y necesita de mantenimiento) 9 - Excesivo tiempo de construcción (demora en el desencofrado y lenta ganancia de la resistencia a la compresión) - No tiene capacidad de absorber energía (exclusivamente para estructuras antisísmicas) - Requiere reparación y trabajos rehechos - Baja resistencia inicial (o lenta ganancia de propiedades mecánicas en el tiempo) El CAD, por lo contrario, satisface todos los enunciados anteriores y puede incluir más ventajas según el proyecto. Las soluciones para mejorar las propiedades del concreto en todo su ciclo de vida son únicas para cada proyecto y no pueden ser replicadas en otro similar. Debido a ello, los resultados en cuanto a desempeño son ampliamente superiores. En consecuencia, los diseños de un CAD requieren una rigurosa evaluación técnica y económica; y pueden optimizarse de acuerdo a la experiencia previa de los resultados en proyectos similares anteriores. 3.2.3. Ventajas y limitaciones Con todo lo anterior mencionado, son evidentes las ventajas del CAD, sin embargo, no todos los beneficios se dan en igual magnitud en todos los proyectos. The Portland Cement Association (2004) propone las ventajas en la mayoría de los proyectos construidos en Norteamérica: - Reducción en las dimensiones de los elementos - Menor tiempo de proceso constructivo - Gran trabajabilidad y bombeabilidad - Inclusión de materiales con mejores propiedades - Mayor rentabilidad de retorno - Durabilidad en ambientes agresivos - Mayor vida de servicio De las ventajas mencionadas podemos decir que la más notoria es la reducción de dimensiones, un ejemplo sencillo: tenemos una columna de 60x60 cm con un concreto convencional de 210 kg/cm2, pero si usamos un concreto de mayor resistencia estas dimensiones podrían hasta reducirse a una de 25x25 cm, lo cual representa una reducción del 82% en el consumo de concreto (considerando columnas de 2.30 m de 10 altura) además de no generar cambios drásticos en el diseño; el costo del concreto llegará a superar al anterior pero no de una forma excesiva. Sin embargo, el CAD tiene algunas limitaciones que impide su producción industrial en la mayoría de proyectos complejos (Aïtcin, 1999): - Estricto proceso de selección de sus componentes - Materiales con mejores propiedades, pero más costosos - Estricto control de calidad en su producción y colocado - Pruebas en laboratorio y ensayos in situ costosos y no habituales - Mayor número de especialistas calificados o tecnólogos de concreto involucrados 3.2.4. Aplicación en edificaciones El CAD puede aplicarse en todas las especialidades de ingeniería civil. Por ejemplo: en la geotecnia, los pilotes, muros pantalla y losas flotantes. En la ingeniería hidráulica, las presas, acueductos y alcantarillados. En el caso de nuestro proyecto de investigación la especialidad es construcción de edificaciones. En el caso de la construcción de edificaciones, Benavides (2014) afirmó que el continuo reto de diseñarlas con más altura ha propiciado el desarrollo de concretos con mejor desempeño que generen menos impacto ambiental (sostenibles). En este caso particular, las edificaciones están dirigidas a satisfacer las siguientes necesidades específicas: - Optimizar el espacio del terreno de la zona urbana - Mayor vida útil de la estructura - Mayor trabajabilidad para mejor colocación y compactación - Disminuir el peso de los elementos estructurales El proyecto que se expondrá tiene como referencia procedimientos requeridos para un buen control del CAD: El Burj Khalifa es el edificio más alto del mundo con 828 metros de altura. Los primeros 610 metros han sido construidos con una presión de bombeo de 300 kg/cm2 y los últimos 218 metros es una estructura de acero. El profesor Kamal Khayat y sus asistentes de la 11 Universidad Sherbrooke optimizaron la composición y reología del concreto con materiales disponibles en Dubai. Así mismo, hubo una colaboración internacional de especialistas de Korea y Australia en la cooperación para realizar los ensayos previos. (Aldred 2010) Actualmente, el mismo grupo de tecnólogos buscó soluciones económicas de concreto para construir la Torre Jeddah en Arabia Saudita. Aïtcin (2011) menciona que tuvieron dos retos principales: - El primero es bombear concreto a una altura de 1000 metros. - El segundo es soportar las condiciones de temperatura baja extrema en las noches dificultando el proceso de fraguado final del concreto. 3.2.5. Principios de desempeño Okamura (1988) exige a la producción del CAD enfocarse en tres fases de la edad del concreto: fresco, edad temprana y endurecida. Así mismo, Khadiranaikar (1999) afirma que los requerimientos del buen desempeño del CAD se pueden agrupar en principios de desempeño con una variación a lo postulado por Okamura. Finalmente, Reyes (2010) menciona un cuarto e importante principio del CAD como el material con mejor retorno de inversión. Por ello se explican los cuatro siguientes: 3.2.5.1. Proceso de construcción En los proyectos complejos, el CAD se vuelve indispensable debido a que colabora con el avance de la construcción. La colocación de concreto es una de las partidas más importantes de cualquier planificación de obra, por lo tanto, el CAD necesita un alto control de calidad desde el mezclado en planta hasta el curado del material endurecido; para que no altere la ruta crítica o genere demoras y sobrecostos por la reparación de concreto en caso de que se encuentre cangrejeras o segregación. El proceso constructivo inusual obliga a los productores del CAD a tener un alto nivel de control de la fluidez; capacidad de paso en encofrados reducidos y de gran confinamiento de acero; tener estabilidad volumétrica; gran bombeabilidad; entre otras propiedades. 12 3.2.5.2. Propiedades mejoradas Las propiedades de trabajabilidad, fluidez y reología se encuentran optimizadas y mejoradas debido a los cuidados que se toman tanto en la selección de materiales como en la fabricación, las cuales lo hacen un concreto superior a los convencionales. Si se realiza un buen control durante el mezclado, transporte, colocación y curado de concreto; el siguiente paso es verificar, usando ensayos normalizados, el comportamiento mecánico de los elementos vaciados en obra según su función estructural. Por ello, se evalúan propiedades a corto plazo (esencialmente instantáneas) y a largo plazo (el resto de su vida útil); y no únicamente la resistencia a la compresión. 3.2.5.3. Durabilidad y vida útil Cuando se ha realizado un apropiado diseño; una cuidadosa producción; una correcta colocación; y un buen curado en obra del CAD manteniendo un control de calidad en todo el proceso, el concreto es inherentemente un material durable. Sin embargo, ante condiciones adversas, el concreto es vulnerable a varios ataques que lo deteriora como el congelamiento y el deshielo, el ataque de sulfatos, la reacción álcali-agregado y la corrosión del acero. Cada uno de los ataques anteriores involucra el movimiento de agua o de otros fluidos, transportando agentes agresivos a través de la estructura porosa del concreto. Por lo tanto, la porosidad y la permeabilidad se convierten en importantes propiedades por controlar y verificar en el diseño de mezcla. (Federal Highway Administration Research and Technology, 1994) 3.2.5.4. Costos y rentabilidad Cuando se pretende producir concreto en forma industrial para un proyecto en particular, la búsqueda del mejor retorno de inversión, de la empresa de premezclado, incide en la calidad de todos los procesos de fabricación del material. En otras palabras, Reyes (2010) menciona en su exposición que la mejor solución que demandan las especificaciones no es necesariamente la más económicamente viable para el cliente. Por lo tanto, se debe analizar los costos de cada procedimiento desde su diseño hasta su mantenimiento en obra de tal forma que satisfaga los principios anteriores. 13 3.2.6. Ciclo de producción del concreto de alto desempeño El lector, hasta los anteriores acápites, está informado de la definición, características, ventajas, limitaciones, principios de desempeño y un ejemplo moderno del CAD. Sin embargo, es necesario conocer el proceso de producción general para obtenerlo en forma industrial, con el cuál muchos autores y especialistas están conformes, que se presenta a continuación: - Las condiciones estructurales y de la zona conllevan a unas especificaciones técnicas únicas para el CAD, éstas son entregadas a los especialistas en concreto para la revisión, viabilidad y comparación en proyectos similares. - El grupo de especialistas realiza los primeros diseños de mezcla en el laboratorio; el objetivo es lograr un diseño óptimo. Se empieza con el diseño patrón y seguido se empieza el proceso de optimización. No existen reglas fijas para optimizar los diseños. La variabilidad del diseño se sustenta en la disponibilidad de diferentes materias primas en cada país o región. - El proceso de optimización culmina con la prueba industrial (similar una producción real en la planta de premezclado) de los modelos óptimos que se obtuvieron buenos principios de desempeño en el laboratorio. - Con el diseño final elegido, la labor de los especialistas es lograr los resultados obtenidos en laboratorio en la colocación del concreto in situ. Debido a esto, se analizan los procesos de obtención y propiedades de componentes, mezclado, transporte, colocación, llenado, curado y control de sus propiedades en el inicio de su vida útil. - Después de una retroalimentación y la corrección de procesos que afectan la calidad del concreto; el CAD llega a una producción controlada de forma industrial que tiene muy pocas o nulas observaciones en sus propiedades al final de la obra. 3.3. Metodología de diseño de mezcla En el listado numérico anterior, se menciona diversos métodos de diseño de mezcla en la producción del CAD investigado por varios autores. Sin embargo, este proyecto de investigación se basa en el método desarrollado por Pierre-Claude Aïtcin, el cual tiene como parámetro principal de entrada al punto de saturación de los aditivos, valor con el 14 cual podemos definir las cantidades de insumos a usar y el ACI 237R-07 “Self- Consolidating Concrete” para el cumplimiento de los principios de desempeño de las propiedades en estado fresco; endurecido; y de costo y rentabilidad. Por ello, se explicarán los pasos a seguir para obtener el diseño de mezcla más óptimo en orden secuencial: 3.3.1. Selección de materiales y descripción El primer paso del diseño de mezcla es identificar los materiales con los cuales se disponen en un gran margen o volumen en una región o país. Por ello, los materiales tienen diferente procedencia, cantera, fábrica o métodos de almacenamiento. En estos párrafos se pretende definir o caracterizar los componentes del concreto, la influencia y aporte en mejorar las propiedades del CAD se mencionarán más adelante. 3.3.1.1. Cemento Portland El cemento es un material conglomerante del tipo hidráulico producto de calcinación de rocas calizas y arcillas. Es un polvo muy fino que al hacer contacto con el agua forma una pasta moldeable muy trabajable que se endurece al paso del tiempo desarrollando propiedades adherentes y resistentes. El cemento que se empleará para esta investigación es el Cemento Portland Tipo I. Este cemento cumple con lo establecido por la NTP 334.009 y su equivalente, la ASTM C- 150. A continuación se presentan las características físicas del cemento a usar. Tabla 1: Características Físicas del Cemento Portland Tipo I Norma ASTM C-150 Cemento Características NTP 334.009 Portland Tipo I Peso Específico (gr/cm3) No presenta 3.13 Calor de hidratación 7 días (cal/gr) No presenta 77.57 Calor de hidratación 28 días (cal/gr) No presenta 82.69 Superficie especifica Blaine (m2/kg) 260 (mín.) 335 Contenido de aire (%) 12 (máx.) 7.28 Expansión autoclave (%) 0.8 (máx.) 0.09 Fraguado inicial Vicat (min) 45 (mín.) 130 Fraguado final Vicat (min) 375 (máx) 303 15 f´c a los 3 días (kg/cm2) 122 291 f´c a los 7 días (kg/cm2) 194 340 f´c a los 28 días (kg/cm2) - 393 13.15%, 53.60%, C2S, C3S, C3A, C4AF - 9.66%, 9.34% Fuente: Información proporcionada por el fabricante 3.3.1.2. Agua para el concreto NTP 339.088 El agua es un componente esencial para la fabricación del concreto ya que hace que el cemento desarrolle sus propiedades conglomerantes. El agua usada debe ser de preferencia potable pero de no ser el caso la calidad del agua usada para la producción de concreto está determinada por la NTP 339.088. A continuación se muestran los rangos de valores establecidos para el agua no potable. Tabla 2: Límites permisibles para calidad del agua Sustancia Valores Sólidos en suspensión Máx. 5 gr/l (5000 ppm) Materia orgánica (en oxigeno consumido) Máx. 3 mg/l (3ppm) Alcalinidad (NaHCO3) Máx. 1 gr/l (1000 ppm) Sulfatos (SO4-) Máx. 0.6 gr/l (600 ppm) Cloruros (Cl -) Máx. 1 gr/l (1000 ppm) pH Entre 5 y 8 Fuente: NTP 339.088 3.3.1.3. Agregado fino El agregado fino o arena es un material que se obtiene de la desintegración natural o artificial de otros agregados de mayor tamaño. Está comprendido por todos los tamaños que quedan retenidos desde la malla #4 hasta la #200. El agregado fino que se usará para la fabricación del concreto proviene de la cantera de Jicamarca y deberá cumplir los estándares mínimos de calidad de acuerdo a la norma. 16 3.3.1.4. Agregado grueso Son materiales que se obtienen por la desintegración natural o artificial de las rocas. Se considera agregado grueso a todo material que se encuentre retenido entre las mallas de 3” y 3/8”. Se usaron dos tipos de piedra: la del huso 67 y del huso 7. Igual que el agregado fino, el agregado grueso también proviene de las canteras de Jicamarca. 3.3.1.5. Adiciones minerales Las adiciones minerales son partículas finas, algunas más finas que el cemento que tienen como función reemplazar parte del contenido de cemento a fin de brindar a la mezcla un mejor desempeño principalmente en la trabajabilidad y viscosidad, también existen adiciones que elevan considerablemente la resistencia y la mayoría al ser partículas muy finas reducen considerablemente la permeabilidad. Sin embargo existen rangos máximos de reemplazo. Hay varias clases de adiciones, las más conocidas son: filler, microsílice, ceniza volante, escorias o puzolanas. En esta investigación se usó filler y microsílice debido a su disponibilidad. 3.3.1.6. Aditivo reductor de agua de alto rango a base de polinaftalenos Aditivo reductor de agua de alto rango perteneciente a la generación de los polinaftalenos recomendado para la fabricación de concreto reoplástico. Permite que la trabajabilidad del concreto sea más duradera permitiendo trabajar con relaciones agua- cemento bajas. Cumple con las especificaciones de la norma ASTM C494 para aditivos reductores de agua tipo A y aditivos reductores de agua de alto rango tipo F. Para la investigación se usó en específico el aditivo Master Rheobuild 1201, proporcionado por la empresa BASF Construction Chemicals Perú S.A. 3.3.1.7. Aditivo reductor de agua de alto rango a base de policarboxilatos Aditivo reductor de agua de alto rango perteneciente a la generación de los aditivos basados en la tecnología del policarboxilato. Indispensable para la fabricación de concreto del tipo autocompactado. Cumplen con las especificaciones de la norma ASTM C494 para aditivos reductores de agua tipo A y aditivos reductores de agua de alto rango 17 tipo F. Para la investigación se usaron los aditivos Master Glenium 3200 y 3800, proporcionados por la empresa BASF Construction Chemicals Perú S.A. 3.3.1.8. Aditivo retenedor de trabajabilidad Aditivo retenedor o mantensor de trabajabilidad que proporciona distintos grados de retención del revenimiento de acuerdo a la dosificación que se especifique. Cumple con la especificación ASTM C494 para aditivos de desempeño específico Tipo S. Para la investigación se usó el aditivo Master Sure Z60, proporcionado por la empresa BASF Construction Chemicals Perú S.A. 3.3.2. Propiedades en estado fresco Las propiedades del concreto autocompactado en estado fresco son las más importantes debido a que éstas son las que lo diferencian de un concreto convencional (Daczko, 2012). Estas propiedades son: la habilidad de llenado, la capacidad de paso y la estabilidad. Cada una de estas propiedades tiene pruebas de control que se realizan para poder calificar y caracterizar al concreto. 3.3.2.1. Características del concreto autocompactado El ACI 237R lista una serie de características que debe cumplir el concreto para ser considerado de alto desempeño, las cuales son las siguientes tres: 3.3.2.1.1. Capacidad de llenado La capacidad de llenado se define como la habilidad que tiene la mezcla de concreto para fluir y llenar todos los espacios del contenedor o molde por su propio peso. El ensayo que se realizará para medir esta propiedad es el del Slump Flow. La definición del ensayo se detallará más adelante. 3.3.2.1.2. Habilidad de paso La capacidad de paso consiste en la habilidad que tiene la mezcla de concreto para fluir a través de espacios reducidos o estrechos por su peso propio. Los ensayos asociados son: Anillo J, Caja en U y la caja en L, para esta investigación sólo se contó con la prueba del L-Box, el cual se detallará más adelante. 18 3.3.2.1.3. Estabilidad Consiste en evaluar el estado de la mezcla después de que sale del trompo mezclador, para ver si existen problemas de segregación o exudación excesiva. Para medir esta característica existen varios métodos como el de la columna de segregación, prueba a la penetración y el índice de estabilidad visual (VSI por sus siglas en inglés). En esta investigación se usó únicamente el VSI, cuyo procedimiento se explicará en el siguiente capítulo. Las siguientes definiciones no se encuentran especificadas en el ACI 237R-07 sino que son definiciones aparte. 3.3.2.1.4. Viscosidad El ACI 116R-00 define la viscosidad como la propiedad de un material que resiste el cambio en la forma o la disposición de los elementos durante el flujo de los mismos. Para el caso del concreto lo observamos de forma directa al ver el medir el tiempo que demora en fluir. Para controlar esta propiedad usamos la prueba del V-Funnel y la del T50. 3.3.2.1.5. Tixotropía Un material tixotrópico experimenta una reversible, dependiente del tiempo, disminución de la viscosidad cuando es sometido a una fuerza (Koehler, 2009). En palabras más simples la tixotropía la definimos como la pérdida de viscosidad debido a la acción de una fuerza, para el concreto esta fuerza vendría a ser el batido de la mezcla. La prueba que nos permitirá evaluar esta característica será el embudo en V o V-Funnel pero haciendo dos mediciones, uno apenas se termine de mezclar y el otro pasados cinco minutos. 3.3.2.2. Reología Palabra introducida por primera vez por Eugene Bingham en 1929, se define como la ciencia que estudia la deformación y el flujo de la materia sometida a fuerzas a través de modelos matemáticos. El modelo que se empleará es el de Bingham ya que es el más aceptado (Dazcko, 2012). 19 Imagen 3: Modelo de Bingham (Khoeler, 2006) Como se aprecia en la figura, el modelo responde a una ecuación lineal donde las variables son el esfuerzo cortante de fluencia (τ) y la viscosidad plástica (μ). Viscosidad plástica se define como la resistencia que ofrece el concreto a fluir y el esfuerzo cortante de fluencia como la cantidad de fuerza que se necesita para iniciar el flujo. 3.3.3. Propiedades en estado endurecido 3.3.3.1. Resistencia a la compresión Para el estado endurecido del concreto, en esta investigación se realizó únicamente el ensayo de resistencia a la compresión en probetas de moldes cilíndricos (ASTM C39). En este estudio, para el estado endurecido, es el ensayo más importante ya que nos permitirá saber que tanto puede soportar el concreto frente a los esfuerzos para los cuales fue diseñado. Al tratarse de concretos que tendrán una responsabilidad estructural muy alta, es de suma importancia que se alcancen los valores de resistencia para los que fueron diseñados ya que obtener valores por debajo de lo requerido puede traer graves consecuencias tanto humanas como económicas. 3.3.3.2. Durabilidad de concreto El concreto de alto desempeño requiere mantener su acabado, calidad y servicio iniciales al estar expuesto a su ambiente. La durabilidad del concreto de acuerdo a lo establecido por el ACI 201 se define por su capacidad para resistir la acción de: 20 - Congelamiento y deshielo: debido a la acción de las heladas. - Exposición a agentes químicos agresivos: debido a los ataques químicos por sulfatos, ataques físicos por sales, exposición al mar, ataque por ácidos y carbonatación. - Abrasión del concreto: debido al desgaste por frotamiento y fricción. - Corrosión de los metales embebidos en el concreto (acero). - Reacciones químicas de los agregados: reacción álcali-sílice y álcali-carbonato. - Cualquier proceso dañe al concreto En el desarrollo de alto desempeño, se ha logrado un mejor rendimiento de la durabilidad mediante el uso de concreto de alta resistencia y baja relación agua/cemento. Dos enfoques expuestos en la imagen 4 para alcanzar la durabilidad a través de diferentes técnicas son los siguientes: a) Reducir el sistema de poros capilares de modo que no pueda ocurrir ningún movimiento de fluidos; mediante el uso de microsílice, buena compactación y curado mejorado; b) Crear sitios de unión químicamente activos que eviten el transporte de iones agresivos como los cloruros, mediante el uso de materiales cementicios suplementarios. Imagen 4. Esquema de desarrollo de la durabilidad del concreto (Khadiranaikar, 1999) 21 3.3.4. Evaluación de la mezcla de prueba y optimización El proceso de evaluación y optimización empezará una vez concluido el proceso de selección de materiales. Se prepararán diversos diseños de mezcla con diferentes particularidades tratando de alcanzar las especificaciones requeridas; se someterán a las pruebas en estado fresco y endurecido y se analizará su desempeño. En donde se encuentre alguna falla o incumplimiento se realizarán modificaciones. Los diseños que arrojen resultados satisfactorios se optimizarán lo más posible, ya sea reemplazando cemento por materiales cementicios suplementarios o reduciendo el contenido global de cementante, a fin de lograr un concreto que sea lo más económico posible pero con un desempeño que satisfaga todas las especificaciones. 3.3.5. Curado Como ya es sabido, el curado es importante y necesario para lograr la mayor hidratación y por consecuencia la mayor resistencia y menor permeabilidad (Neville, 1995). Para los concretos de alto desempeño es de mucha mayor importancia realizar el curado ya que se necesita la mayor hidratación posible, controlar las retracciones y las grietas que aparecerán en mayor cantidad. Aitcin (1998) menciona cinco tipos de retracciones que afectan al concreto: retracción plástica, autógena, por secado, por temperatura y por carbonatación. Sin embargo las más significativas son tres: Retracción Plástica: Se da cuando la tasa de evaporación del agua superficial es mayor que la tasa de exudación, lo cual hace que la parte superior de concreto se contraiga más rápido que la inferior ocasionando grietas. El CAD al ser mezclas de relación agua/material ligante bajas la exudación es poca por lo que se deben tomar medidas para aminorar esta contracción. (NRMCA) Retracción Autógena: La retracción autógena se diferencia de los otros tipos de reacción, por cuanto no es atribuible a la pérdida de agua sino a la reducción de volumen que experimenta al combinarse químicamente con el cemento. Esta reducción de volumen, de no existir aportes de agua externos que permitan compensarla, da origen a poros de vacío en la masa del concreto y en consecuencia a fuerzas capilares capaces de generar retracción. (Giani, Navarrete y Bustos 2008). El CAD al poseer baja relación 22 agua/material ligante no posee agua suficiente para que continúe la hidratación, lo cual implica una mayor cantidad de poros. Retracción por Secado: Se debe principalmente a la pérdida del agua de absorción de la pasta de cemento por cambios en la humedad entre en ambiente y la superficie expuesta (Mehta y Monteiro, 2005) La principal causa del agrietamiento en el concreto es la retracción, y ésta a la vez se da principalmente cuando la relación agua/material ligante disminuye. Podemos concluir entonces que el CAD al tener relaciones agua/material cementante bajas tendrá problemas de contracción mayores que a la de un concreto convencional, por lo que el curado se vuelve es indispensable. 23 CAPITULO 4: DELIMITACION DEL PROYECTO Se debe mencionar que todas las pruebas realizadas en esta investigación están dirigidas a un concreto que se trabajará en condiciones normales. Es decir, no se expondrá a temperaturas extremas o ambientes corrosivos ni sulfatados ni cerca del mar. Las pruebas de durabilidad no se realizarán en este informe debido al tiempo que demandan los ensayos y el equipamiento del laboratorio de pruebas, sin embargo presentará un modelo de predicción en base al software Life 365. 4.1. Especificaciones Técnicas Para nuestro proyecto se tomaron en cuenta los parámetros establecidos para producir concreto autocompactado tanto por el comité ACI 237R-07 y la norma europea EFNARC. A continuación mostramos todos los parámetros y especificaciones tomadas en cuenta. Tabla 3: Recomendaciones para el concreto autocompactado según EFNARC Margen habitual de valores Ensayo Unidad Mínimo Máximo Flujo de asentamiento por cono Abrams mm 650 800 Flujo de asentamiento T50 segundos 2 5 Embudo V (V-Funnel) segundos 6 12 Caja en L (L-Box) (h2/h1) 0.8 1.0 Tabla 4: Recomendaciones para el concreto autocompactado según ACI 237R Margen habitual de valores Ensayo Unidad Mínimo Máximo Flujo de asentamiento por cono Abrams mm 450 760 Flujo de asentamiento T50 segundos 2 5 Índice de Estabilidad Visual - 1 0 Caja en L (L-Box) - 0.8 1.0 Ahora para que podamos establecer nuestras propias especificaciones meta se tuvo en consideración la matriz de atributos o propiedades que debe tener el concreto en estado fresco, propuesta por Joseph Daczko. Esta matriz se construyó a base de reportes de 24 construcciones donde se empleó el concreto autocompactado. Esta matriz limita las propiedades del concreto de acuerdo a las condiciones y tipo de elemento que se construirá; y evitará que se realicen ajustes innecesarios: Propiedades en Estado Fresco Fluidez Habilidad de Paso Viscosidad Bajo Medio Alto Bajo Medio Alto Bajo Medio Alto Bajo Nivel de Medio Refuerzo Alto Bajo Forma del Medio elemento Alto Bajo Altura del Medio elemento Alto Importancia Bajo del Medio acabado Alto Longitud Bajo del Medio elemento Alto Bajo Espesor de Medio muro Alto Imagen 5: Matriz de Propiedades de acuerdo a sus características (Daczko, 2012) Considerando que las estructuras que se van a construir son principalmente de media a alta en el nivel de refuerzo y con luces grandes se establecen las siguientes especificaciones meta: Tabla 5: Especificaciones meta para el estado fresco Ensayo 0 hrs Cap. Llenado Slump Flow (cm) 65-75 Cap. Llenado T50 (seg) 2-5 Cap. Llenado V-Funnel (seg) 6-12 Cap. Paso L-Box 0.80 Estabilidad VSI 0-1 Además a esto indicamos los límites que se deben cumplir para clasificarlo como alto, medio o bajo: 25 Fluidez: Baja: Slump Flow entre 50 y 60 cm Media: Slump Flow entre 60 y 70 cm Alta: Slump Flow mayor a 70 cm Viscosidad Baja: V-Funnel mayor a 30 segundos Media: V-Funnel entre 15 y 30 segundos Alta: V-Funnel entre 6 y 15 segundos Habilidad de paso: Baja: L-Box entre 0.60 y 0.70 Media: L-Box entre 0.70 y 0.80 Alta: L-Box mayor a 0.80 Viscosidad: Baja: Menor a 50 Pa.s; T50 menor a 2 segundos Media: Entre 50 y 100 Pa.s; T50 entre 2 y 5 segundos Alta: Mayor a 100 Pa.s; T50 mayor a 5 segundos Con todos estos datos se podrá elegir un concreto que no tenga propiedades muy elevadas cuando la situación no lo requiera. 4.2. Influencia de los materiales 4.2.1. Cemento Khadiranaikar (1999) afirma que el cemento portland tiene dos aportes principales al CAD: a) Desarrollo de la resistencia con el tiempo. b) Facilitar las características reológicas adecuada del hormigón fresco. Adicionalmente respecto a su composición y comportamiento, Perenchio (1973) y Dackzo (2012) anuncian: - La finura del cemento es un parámetro crítico. Una gran cantidad de finos incrementa el desarrollo de resistencias tempranas, sin embargo, puede conducir a deficiencias reológicas. Si la finura del cemento se incrementa, la demanda del superplastificante o demanda de agua se va a incrementar para alcanzar la máxima fluidez. 26 - El silicato tricálcico (C3S) contribuye de manera muy importante a las resistencias iniciales. Así mismo, experimentalmente se ha comprobado que los concretos elaborados con cementos con mayor porcentaje de silicato tricálcico presentan una mejor acción a los ciclos de hielo y deshielo. Se recomienda su uso en zonas de climas fríos dado su alto calor de hidratación. (Koehler y Fowler, 2007) - Se debe evitar el alto contenido de aluminato tricálcico (C3A) en los cementos usados para CAD, de tal manera así se mejora la reología y no exista una rápida pérdida de fluidez en estado fresco. El C3A es muy sensible a la acción de sulfatos y cloruros, debido a ello se puede originar agrietamiento y fisuras en el CAD. (Portugal, 2007) Desde un punto de vista reológico, el contenido de cemento tiene esta influencia en el CAD: (Koehler y Fowler, 2007) - Con una relación agua/cementante constante, el incremento de cemento proporciona más pasta para recubrir los agregados y rellenar los espacios; generando así mejor trabajabilidad. - El incremento del uso de materiales cementicios suplementarios, relativo al volumen del agregado, genera la disminución del esfuerzo de fluencia y la viscosidad plástica. - El incremento de la finura del cemento ocasiona el incremento del esfuerzo de fluencia y viscosidad plástica en las pastas. 4.2.2. Agua de mezclado The Portland Cement Association (2004) enuncia que el uso del agua para el CAD debe ser potable, y recomienda hacer una rápida inspección de su sabor y olor, si éstos permiten el consumo humano es bueno para la calidad del concreto. Lo importante para el CAD es el control del contenido del agua: éste debe reducirse al mínimo requerido para la reacción química del cemento no hidratado ya que el exceso de agua terminaría en la formación de vacíos indeseables en la pasta de cemento endurecido. Adicionalmente, Koehler y Fowler (2007) afirman: 27 - El incremento de la relación agua/cementante reduce el esfuerzo de fluencia y la viscosidad plástica. - La adición de agua reduce la concentración de sólidos y baja la resistencia a fluir, por ello disminuye el esfuerzo de fluencia. - El aumento excesivo del agua y la relación agua/cementante genera la segregación y exudación del concreto además de la disminución de la resistencia a la compresión. 4.2.3. Agregado grueso Primero, se expondrá la influencia del agregado grueso en el CAD a partir de sus principales propiedades: (Dackzo, 2012) - Packing density (densidad de empaquetamiento): con esta propiedad determinamos el contenido de vacíos entre sólidos que deben rellenarse con mortero; por ello, un óptimo packing density ocasiona una disminución en la viscosidad en la mezcla y es influenciado por la distribución del tamaño y forma de la partícula gruesa. - Tamaño máximo nominal: el máximo tamaño del agregado grueso debe oscilar entre 10 y 40 mm. El incremento del TMN empobrece la capacidad de paso en un área con gran confinamiento de acero. Okamura (1999) indica que el TMN del agregado grueso afecta al área de superficie total del agregado global, incrementando el requerimiento de pasta en la dosificación. - Forma de la partícula: a partir del contenido de pasta requerido, esta propiedad influenciará en la movilidad del agregado en la mezcla fluida. Las partículas redondeadas y de dimensiones similares van a movilizarse y girar más libremente durante la colocación. - Gravedad específica: tiene impacto directo con la segregación. Las partículas grandes en un agregado liviano tienden tener menor densidad que las partículas pequeñas. Estas partículas tendrán una tendencia a flotar a la superficie más fácilmente que en hundirse, como el agregado de peso normal cuando la mezcla es inestable. En segundo lugar, y desde un punto de vista reológico, el agregado grueso tiene esta influencia en el CAD: (Koehler y Fowler, 2007) 28 - Incremento en el volumen de agregados provoca el incremento en el esfuerzo de fluencia y viscosidad plástica. - Grandes volúmenes de agregados reduce el espacio entre las partículas ocasionando gran resistencia a fluir. - La concentración de volumen de sólidos y la viscosidad está bien establecida para suspensiones concentradas. 4.2.4. Agregado fino En primer lugar, se expondrá la caracterización del agregado fino en el CAD a partir de sus principales propiedades: (Dackzo, 2012) - Mineralogía: las arcillas, según la locación, que se encuentran en el rango del tamaño de la partícula fina pueden ocasionar el incremento de la demanda de agua y el superplastificante para alcanzar un nivel de fluidez. - Módulo de finura: las mezclas con arena de alto valor tienden a sangrar más la mezcla. La tendencia del sangrado está en función del contenido de agua y el contenido de finos (cemento y puzolanas). - Granulometría: la distribución del tamaño de la partícula fina influenciará el packing density y la pasta requerida para llenar los vacíos entre el agregado grueso y promover el flujo. - Packing density (densidad de empaquetamiento): impacta en el requerimiento de pasta y la reología de mortero. - Forma de la partícula: se recomienda escoger partículas redondeadas y de dimensiones similares. - Relación agua/finos: Este parámetro permite predecir el comportamiento del concreto en estado fresco. EFNARC pone un rango de 0.8 a 1, valores fuera de este rango puede generar resultados negativos. Aiticin (1998) describe algunas recomendaciones en las propiedades para control de calidad del CAD: - La distribución del tamaño del grano en los agregados finos del CAD, ha permanecido dentro de los límites recomendados por ACI para concreto convencional. 29 - Se debe tener una arena con el mayor grosor posible entre los límites del ACI (es decir un Módulo de Finura entre 2.7 y 3). - El uso de arena gruesa se sustenta que ya hay partículas más pequeñas como el cemento y las adiciones cementicias para rellenar los vacíos. En cambio para el concreto convencional, se usa la arena fina porque el concreto no tiene gran cantidad de material cementante pero tiene más agua. - La arena gruesa permite un corte más fácil de la pasta de cemento durante el mezclado. 4.2.5. Aditivos químicos Su utilización es indispensable en el CAD; y depende de cuatro condiciones: la trabajabilidad requerida, colocación de concreto in situ, desarrollo rápido de las resistencias tempranas y las condiciones del ambiente al que el material estará expuesto. Por ello, se expondrá a continuación la influencia de los aditivos más utilizados en la fabricación de CAD: (Dackzo, 2012) - Reductores de alto rango (HRWR): minimiza el contenido de agua asegurando una adecuada viscosidad. El ajuste en su dosis provoca el incremento o disminución en la fluidez. (Aitcin, 1998) - Modificadores de viscosidad (VMA): mejora la viscosidad para incrementar la estabilidad de la mezcla reduciendo el sangrado y la segregación. - Retenedores de trabajabilidad: proporciona una retención de fluidez para mejorar la colocación y paso del concreto en dimensiones con gran reforzamiento de acero. - Acelerantes de fragua: Incrementa el desarrollo de resistencias a temprana edad. Facilita el colocado de CAD en condiciones de clima frío. - Incorporadores de aire: mejora la durabilidad en climas fríos, e incrementa el contenido de pasta de la mezcla para incrementar la fluidez y la estabilidad. 4.2.6. Adiciones Minerales 4.2.6.1. Filler calizo Material muy fino cuyo tamaño de partículas varía entre los 45 y 300 micrómetros, proveniente de las calizas. De baja reactividad, su función principal es servir de relleno 30 para compensar la pasta perdida debido a la disminución de cemento. Favorece la trabajabilidad ya que permite un mejor deslizamiento de los agregados pero usarlo en altas cantidades genera pérdida de la trabajabilidad. Su uso se limita hasta un 30% de reemplazo como máximo. 4.2.6.2. Microsílice El ACI 318 limita la cantidad de microsílice a un reemplazo de hasta un 10% en peso del cemento. El tamaño de esta partícula es mucho menor que el de la mayoría de las adiciones por lo que su uso implica elevar la cantidad de agua o de superplastificante. Algunos estudios han demostrado que el uso de microsílice en bajas cantidades (4–5% en peso) genera una disminución de la viscosidad (Daczko 2012). 4.3. Ensayos realizados a los materiales y al concreto 4.3.1. Generalidades Los ensayos realizados en esta sección se dividen en dos partes: primero, ensayos de compatibilidad cemento/aditivo donde encontramos el cono de revenimiento y el ensayo de cono de Marsh; segundo, ensayo Packing Density y pruebas de concreto preliminares para elegir el tipo de piedra más óptimo en cuanto a desempeño. Las pruebas de compatibilidad tienen como objetivo obtener el punto de saturación, parámetro a través del cual se podrá elegir el aditivo más óptimo para la investigación además que es el punto de partida para nuestros diseños de concreto. Posteriormente se evaluará los dos tipos de piedra escogidos a través de mezclas de concreto evaluadas en distintas pruebas y se elegirá la que presente un mejor desempeño. 4.3.2. Ensayo de Cono de Revenimiento Consiste en evaluar la expansión diametral que posee la pasta de cemento con aditivo a través del tiempo. Esto se realizó con la ayuda de un cono metálico pequeño y lectura de resultados cada 30 minutos. 31 4.3.3. Ensayo de cono de Marsh Este ensayo nos permite evaluar el tiempo de flujo que presenta una pasta de cemento. Consiste en dejar fluir a través de un cono de dimensiones definidas la pasta de cemento y medir el tiempo que toma en fluir a través de él. Se realizaron dos lecturas: una cuando recién se ha preparado la pasta (T=0) y otra al cabo de una hora (T=60); el punto de intersección de ambas curvas obtenidas será el punto de saturación. 4.3.4. Ensayos físicos de los agregados Consiste en una serie de pruebas normadas donde se evalúa las propiedades físicas tanto de la piedra como de la arena. Estos ensayos son los siguientes: Peso específico NTP 400.022/ASTM C-128 Se define como el cociente entre el peso de la muestra sin considerar los vacíos y el volumen que ocupa. Adicionalmente, se calcula el peso específico de masa saturado con superficie seca (SSS). Peso unitario NTP 400.017/ASTM C-29 El peso unitario se define como el cociente entre el peso del agregado y el volumen que ocupa, se expresa como el peso por metro cubico de volumen. La norma peruana indica que el peso unitario se expresa de dos formas: peso unitario suelto y peso unitario compactado. Peso unitario suelto Es el peso del agregado colocado en un recipiente sin ningún tipo de compactación. Peso unitario compactado Para obtener este valor, se debe llenar el recipiente colocando tres partes iguales donde cada capa se compacta de acuerdo a la norma. 32 Granulometría NTP 400.012/ASTM C-136 Este ensayo nos permite observar la distribución del agregado de acuerdo al tamaño de sus partículas. Para lograr esto se usan tamices normalizados y un procedimiento que se encuentra establecido en la norma. Este ensayo es muy importante ya que si se obtiene una correcta distribución de tamaños, favorecerá al correcto desarrollo de la resistencia. Módulo de finura (MF) NTP 400.011/ASTM C-125 El módulo de finura del agregado se obtiene mediante la sumatoria de los porcentajes retenidos acumulados en los tamices después de realizado el análisis granulométrico. Material fino que pasa la malla N°200 NTP 400.018/ASTM C-117 Este ensayo nos permite obtener el porcentaje de material que pasa la malla #200. Este valor cuando es elevado afecta de forma negativa en el concreto evitando la correcta adherencia de los materiales con el cemento. Contenido de humedad NTP 339.127/ASTM C-566 Con este ensayo podemos calcular la cantidad de agua que se encuentra atrapado dentro de las porosidades del agregado en su estado natural. Su valor influirá en el cálculo de la cantidad de agua para la mezcla. Porcentaje de absorción NTP 400.022/ASTM C-128 La absorción se define como el porcentaje de agua que le es necesario tomar al agregado para llegar a la condición de saturación con superficie seca (SSS). 4.3.5. Packing Density Este ensayo tiene como objetivo lograr la máxima densidad de agregados a través de la combinación de estos. Se ensayó con distintas relaciones de arena y piedra (relación a/A). Para esta investigación el procedimiento se realizó mezclando los agregados en el trompo mezclador y llenando el contenedor en 3 capas y vibrado en mesa 30 segundos por cada capa (método empírico). 33 Imagen 6: Ensayo Packing Density https://goo.gl/ikujSw 4.3.6. Ensayos de concreto en estado fresco Para el concreto autocompactado se realizaron diversas pruebas de desempeño, propias de este tipo de concreto, que se encuentran especificadas en el ACI 237R y la norma europea EFNARC: Slump Flow (ACI 237R – EFNARC 2002) Consiste en tomar la medida de la extensibilidad a través del cono de Abrams invertido. Imagen 7: Medición del Slump 34 Flujo de asentamiento T50 (ACI 237R – EFNARC 2002) Consiste en tomar el tiempo que toma el concreto en alcanzar una extensibilidad de 50 cm. Embudo en V (EFNARC 2002) Consiste en tomar el tiempo que toma el concreto en pasar a través de un embudo en forma de V, de dimensiones definidas por EFNARC. Se harán dos lecturas, una a los 0 minutos y otra pasado 5 minutos a fin de evaluar la tixotropía del concreto. Imagen 8: V-Funnel empleado Índice de estabilidad visual (ACI 237R) Consiste en observar y analizar el estado del concreto después de finalizar la medida de la extensibilidad. Presenta la siguiente clasificación: VSI= 0, mezcla muy estable sin existencia de segregación VSI=1, mezcla estable con muy ligera presencia de segregación VSI=2, mezcla inestable con presencia de segregación VSI=3, mezcla muy inestable, segregación total y presencia de corona de agua 35 Imagen 9: VSI = 0 Imagen 10: VSI = 1 Imagen 11: VSI = 2 Imagen 12: VSI = 3 Ejemplos de concretos con distinta clasificación VSI (Fuente: BASF Construction Chemicals) Caja en L (ACI 237R – EFNARC 2002) Ensayo mediante el cual podemos analizar la capacidad de paso del concreto, consiste en una caja en forma de L de dimensiones establecidas. Simula el flujo del concreto a través de los aceros estructurales. 36 Imagen 13: L-Box empleado Reología El equipo consiste en una computadora portátil (laptop) y el equipo del reómetro. Se comienza colocando 20 litros de la mezcla en una olla y sobre esta se coloca el lector del reómetro que vendría a ser una paleta (vane). Una vez colocado todo en su posición se da inicio al software y este a su vez inicia el giro de la paleta. El ensayo dura 20 segundos donde el equipo registra el torque empleado para iniciar y mantener el flujo, y la velocidad de giro. Con estos valores se forma una gráfica lineal donde finalmente se obtiene los valores de la viscosidad plástica y la del esfuerzo de fluencia. Imagen 14: Reómetro ICAR 37 Imagen 15: Entorno del software del reómetro Estos dos parámetros son los que nos permitirán caracterizar al concreto obtenido ya que engloban todos los resultados obtenidos de las distintas pruebas establecidas por el ACI 237. Al tratarse de un concreto del tipo autocompactado se espera obtener valores bajos de esfuerzo de fluencia y viscosidad de acuerdo con la tabla mostrada a continuación. 38 Imagen 16: Clasificación reológica del concreto (ICAR) De la imagen mostrada podemos ver que existe un variado rango de valores de viscosidad en los cuales se puede dar la condición de concreto autocompactado y su variación influye tanto en el desempeño ya que tener un concreto con alta viscosidad o baja viscosidad involucra la trabajabilidad como en lo económico ya que fabricar un concreto menos viscoso implica uso de mayor dosis de aditivo superplastificante y de modificador de viscosidad, elevando su costo, por lo que elegir un valor no debe tomarse a la ligera. 4.3.7. Ensayos de concreto en estado endurecido La prueba que se realizó para el estado endurecido fue la de resistencia a la compresión (ASTM C39). Se realizó con frecuencia de 1, 3, 7, 28 y 56 días. La razón de que se realicen pruebas pasados los 28 días se debe a que al usar materiales cementicios suplementarios el desarrollo de la resistencia es más lento. Para esto se fabricaron probetas de dimensiones 10x20 cm y fueron curadas de forma tradicional dejándolas sumergidas en una poza de agua. 39 Imagen 17: Probetas a ser ensayadas Imagen 18: Curado de probetas 4.4. Plan de trabajo El plan de trabajo se explica a continuación: - En primer lugar, con la resistencia especificada (600 kg/cm2) eligió una relación a/c referencial de 0.35. La cual se modificó por el proceso de optimización. 40 Imagen 19: Curva A/ML vs f´c (Aitcin, 1998) Es preciso mencionar que el grafico presentado es el resultado de varios ensayos en laboratorio que no necesariamente se cumplen en los laboratorios de concreto industrial peruanos; sin embargo, fue un buen punto de partida para iniciar el plan de trabajo. En segundo lugar, se calculó el punto de saturación a través de los ensayos de compatibilización cemento-aditivo. A continuación se estimó la cantidad de agua con el siguiente esquema: Imagen 20: Cantidad de agua en base a punto de saturación (Aitcin, 1998) En tercer lugar, la cantidad de agregado grueso a usar se determinó por la forma de la partícula, según el siguiente esquema. 41 Imagen 21: Cantidad de piedra en base a su forma (Aitcin, 1998) En cuarto lugar, la cantidad de agregado fino se calculó por la diferencia de volúmenes según el método de diseño del ACI 211. En quinto lugar, se calculó el porcentaje de reemplazo de cemento por los materiales cementicios complementarios (filler calizo y microsílice). Finalmente se realizó el mezclado con el siguiente procedimiento: Mezclar agregado fino y grueso en el trompo por un minuto, acto seguido, se agregó tres cuartas partes del agua y se mezcló por dos minutos. Después se agregó el cemento, las adiciones suplementarias y el agua restante. Luego de dos minutos de batido se añadieron los aditivos y se batió hasta los 10 minutos. 42 CAPITULO 5: ANÁLISIS DE RESULTADOS 5.1. Selección de materiales A continuación, mostramos los resultados que se obtuvieron en el laboratorio para la elección de los insumos adecuados. 5.1.1. Ensayo de Fluidez (a/c = 0.35) Aditivo: Master Rheobuild 1201 25.00 23.00 21.00 0.80% 19.00 17.00 1.20% 15.00 1.60% 13.00 2.20% 11.00 2.60% 9.00 7.00 3.50% 5.00 4.00% 0 30 60 90 120 150 Tiempo (min) Imagen 22: Pérdida de extensibilidad para distintas dosis de Master Rheobuild 1201 El ensayo concluyó cuando la diferencia de extensiones entre una dosis y la siguiente fue menor a 1 cm. Por lo tanto, para el aditivo Master Rheobuild 1201 el punto de saturación obtenido fue de 3.5%. 43 Extensibilidad (cm) Aditivo: Master Glenium 3800 34 32 30 28 0.60% 26 0.80% 24 0.90% 22 20 1.00% 18 1.10% 16 1.20% 14 0 30 60 90 120 150 Tiempo (min) Imagen 23: Pérdida de extensibilidad para distintas dosis de Master Glenium 3800 Para el aditivo Master Glenium 3800, se encontró que su punto de saturación es 1.10%, se encontró que a mayores dosis la pasta se encuentra totalmente exudada. Aditivo: Master Glenium 3200 31.00 30.00 29.00 28.00 27.00 0.50% 26.00 25.00 0.60% 24.00 0.70% 23.00 22.00 0.80% 21.00 20.00 0.90% 19.00 0 30 60 90 120 150 Tiempo (min) Imagen 24: Pérdida de extensibilidad para distintas dosis de Master Glenium 3200 Para el aditivo Master Glenium 3200, se encontró que su punto de saturación es 0.80%, a mayores dosis la pasta presenta segregación y exudación. 44 Extensibilidad (cm) Extensibilidad (cm) 5.1.2. Cono de Marsh (a/c = 0.6) Aditivo: Master Rheobuild 1201 45 44 43 42 41 T=0 40 T=60 39 38 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Dosis Aditivo (%) Imagen 25: Tiempo de flujo para distintas dosis de Master Rheobuild 1201 Del gráfico obtenido se observa que para este aditivo las curvas obtenidas no presentan punto de intersección, lo cual nos indica que con este aditivo la pérdida de fluidez con el paso del tiempo es elevada. Para este caso el punto de saturación viene a ser el punto donde ambas curvas se encuentran lo más cerca posible, por lo tanto, para el Master Rheobuild 1201, el punto de saturación es de 2.0%. 45 Tiempo de flujo (seg) Aditivo: Master Glenium 3800 60 55 50 45 T=0 40 T=60 35 30 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 Dosis Aditivo (%) Imagen 26: Tiempo de flujo para distintas dosis de Master Glenium 3800 Al igual que lo ocurrido con el Master Rheobuild 1201, vemos que con el Master Glenium 3800 tampoco ocurre una intersección de curvas pero están cercanas, del gráfico obtenido concluimos que el punto de saturación es 0.80%. Aditivo: Master Glenium 3200 90 80 70 60 50 40 T=0 30 T=60 20 10 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Dosis Aditivo (%) Imagen 27: Tiempo de flujo para distintas dosis de Master Glenium 3200 46 Tiempo de flujo (seg) Tiempo de flujo (seg) Del gráfico obtenido observamos la intersección entre ambas curvas, además la cercanía entre ambas curvas indica la poca pérdida de fluidez en el tiempo. Por lo tanto, concluimos que para el aditivo Master Glenium 3200 el punto de saturación es de 0.60%. 5.1.3. Ensayos Físicos de los Agregados Agregado Fino Peso específico NTP 400.022/ASTM C-128 Se define como el cociente entre el peso de la muestra sin considerar los vacíos y el volumen que ocupa. Adicionalmente, la norma nos permite calcular el peso específico aparente y el peso específico de masa saturado con superficie seca (SSS). Para la arena usada los resultados obtenidos fueron los siguientes: Tabla 6: Resultados del Ensayo de Peso Específico - Arena Peso Específico de Masa 2610 kg/m3 Peso Específico de Masa SSS 2666 kg/m3 Peso unitario NTP 400.017/ASTM C-29 El peso unitario se define como el cociente entre el peso del agregado y el volumen que ocupa, se expresa como el peso por metro cubico de volumen. La norma peruana indica que el peso unitario se expresa de dos formas: peso unitario suelto y peso unitario compactado. Peso unitario suelto Es el peso del agregado colocado en un recipiente sin ningún tipo de compactación. 47 Peso unitario compactado Para obtener este valor, se debe llenar el recipiente colocando tres partes iguales donde cada capa se compacta de acuerdo a la norma. La tabla de pesos obtenida se muestra a continuación. Tabla 7: Resultados del Ensayo de Peso Unitario - Arena Peso Unitario Suelto 1425 kg/m3 Peso Unitario Compactado 1649 kg/m3 Granulometría NTP 400.012/ASTM C-136 Este ensayo nos permite observar la distribución del agregado de acuerdo al tamaño de sus partículas. Para lograr esto se usan tamices normalizados y un procedimiento que se encuentra establecido en la norma. Este ensayo es muy importante ya que si se obtiene una correcta distribución de tamaños, favorecerá al correcto desarrollo de la resistencia. Los resultados del análisis granulométrico se muestran en la siguiente gráfica: 48 100 90 80 Límites para el Agregado Fino 70 (ASTM C33) 60 50 40 30 20 10 0 2" 11/2" 1" 3/4" 1/2 " 3/8" #4 #8 #16 #30 #50 #100 fondo TAMICES STANDARD ASTM Imagen 28: Curva Granulométrica - Arena Módulo de finura (MF) NTP 400.011/ASTM C-125 El módulo de finura del agregado fino se obtiene mediante la sumatoria de los porcentajes retenidos acumulados de los tamices N°4, 8, 16, 30, 50 y 100 entre 100. Material fino que pasa la malla N°200 NTP 400.018/ASTM C-117 Este ensayo nos permite obtener el porcentaje de material que pasa la malla #200. Este valor cuando es elevado afecta de forma negativa en el concreto evitando la correcta adherencia de los materiales con el cemento. Contenido de humedad NTP 339.127/ASTM C-566 Con este ensayo podemos calcular la cantidad de agua que se encuentra atrapado dentro de las porosidades del agregado en su estado natural. Su valor influirá en el cálculo de la cantidad de agua para la mezcla. 49 % PASANTE ACUMULADO Porcentaje de absorción NTP 400.022/ASTM C-128 La absorción se define como el porcentaje de agua que le es necesario tomar al agregado para llegar a la condición de saturación con superficie seca (SSS). Su cálculo es importante ya que nos permitirá saber cuánta agua de la mezcla tomará el agregado. Agregado Grueso Peso específico NTP 400.021/ASTM C-127 Al igual que para el agregado fino, se realizaron los ensayos y se obtuvieron los siguientes resultados: Tabla 8: Pesos Específicos obtenidos para el Huso 67 y Huso 7 P67 P7 Peso Específico de Masa 2699 kg/m3 2730 kg/m3 Peso Específico de Masa SSS 2754 kg/m3 2785 kg/m3 Peso unitario NTP 400.017/ASTM C-29 De la misma forma se realizaron los ensayos y los resultados fueron los siguientes: Tabla 9: Pesos Unitarios obtenidos para el Huso 67 y Huso 7 P67 P7 Peso Unitario Suelto 1546 kg/m3 1499 kg/m3 Peso Unitario Compactado 1708 kg/m3 1659 kg/m3 Granulometría NTP 400.012/ASTM C-136 El análisis granulométrico se determinó de acuerdo a lo establecido en norma y se obtuvo los siguientes resultados: 50 Piedra Huso 67: 100 90 80 70 Límites para el Huso 67 60 (ASTM C33) 50 40 30 20 10 0 2" 11/2" 1" 3/4" 1/2 " 3/8" #4 #8 #16 #30 #50 #100 fondo TAMICES STANDARD ASTM Imagen 29: Curva Granulométrica - Piedra 67 51 % PASANTE ACUMULADO Piedra Huso 7: 100 90 80 70 60 Límites para el Huso 7 (ASTM C33) 50 40 30 20 10 0 2" 11/2" 1" 3/4" 1/2 " 3/8" #4 #8 #16 #30 #50 #100 fondo TAMICES STANDARD ASTM Imagen 30: Curva Granulométrica - Piedra 7 Módulo de finura NTP 400.011/ASTM C-125 Para el cálculo del módulo de finura se realizó la sumatoria de las mallas 1 ½”, ¾”, 3/8”, más 600 y entre 100. Contenido de humedad NTP 339.127/ASTM C-566 Se procedió de acuerdo a lo establecido a la norma. Porcentaje de absorción NTP 400.022/ASTM C-128 Al igual que para el agregado fino, se realizó el mismo procedimiento y se obtuvo el siguiente resultado: Porcentaje de Absorción Huso 67 = 1.18 Porcentaje de Absorción Huso 7 = 1.30 52 % PASANTE ACUMULADO 5.1.4. Packing density Se combinó la arena con las 2 piedras en distintas proporciones y los resultados se muestran a continuación: Tabla 10: Combinación Arena Jicamarca y Piedra 67 a/A Peso Packing (kg/m3) 40 33.35 1815.40 50 36.22 2017.82 55 36.51 2038.27 60 36.46 2034.74 70 35.6 1974.09 Tabla 11: Combinación Arena Jicamarca y Piedra 7 a/A Peso Packing (kg/m3) 40 34.19 1874.64 50 35.61 1974.79 55 35.80 1988.19 60 35.32 1954.34 70 34.86 1921.90 Representación Gráfica de los resultados obtenidos 2050 2038.272017.82 2034.74 1988.19 2000 1974.79 1974.09 1954.34 1950 1921.90 1900 1874.64 P67 P7 1850 1815.40 1800 30 40 50 60 70 80 a/A (%) Imagen 31: Packing Density Piedra Huso 67 y 7 53 PACKING (kg/m3) Como era de esperarse se observó que el agregado global formado por arena Jicamarca y piedra 67 presenta mejor packing density que el formado con la piedra 7, debido a que el huso 67 presenta mejor gradación en los tamaño de piedra lo cual hace que la mayor cantidad de vacíos sean ocupados. 5.1.5. Pruebas preliminares de concreto Concreto con Piedra 67 Se realizaron 5 pruebas con distintas relaciones de arena/agregado global (a/A) a fin de evaluar su desempeño. En estas pruebas no se usó el mantensor de trabajabilidad. Tabla 12: Resumen de valores obtenidos de cada mezcla Concreto + P67 + Aditivo Diseño G1-P67 G2-P67 G3-P67 G4-P67 G5-P67 a/A 40 45 50 55 60 Dosis (cc/kg) 8.85 9 10 10 11 Slump (cm) 51 67.5 67 71 62.5 T50 (s) 14 4 5 4 4 V-Funnel (s) > 60 18 29 11 14 L-Box - - 0.16 0.55 0.27 VSI - 0 0 0 1 A/F 0.98 0.97 0.95 0.94 0.93 Pasta 41.05 41.31 41.59 41.85 42.12 Mortero 63.4 66.42 69.51 72.54 75.6 54 Panel Fotográfico: Imagen 32: Diseño G1-P67 Imagen 33: Diseño G2-P67 Imagen 34: Diseño G3-P67 Imagen 35: Diseño G4-P67 55 Imagen 36: Diseño G5-P67 De las imágenes mostradas podemos ver que el diseño G1-P67 no cumple con ninguna especificación, debido al bajo contenido de arena (a/A=0.40), el resultado fue una mezcla pedregosa muy pesada casi no trabajable. Los diseños G2-P67, G3-P67 y G4-P67 resultaron ser mezclas que cumplieron parcialmente las especificaciones con excepción del V-Funnel y L-Box, se pudo observar como la cantidad de arena afecta a las propiedades debido a la presencia de las partículas finas; finalmente el diseño G5-P67 presentó rápida pérdida de trabajabilidad y se debió a la elevada cantidad de arena. Como se pudo observar, una elevada cantidad de arena o poca cantidad de arena puede afectar de forma negativa al diseño, además de la implicancia de tener que usar más aditivo plastificante. Los valores de a/A recomendados a partir de estas pruebas son 50 o 55. 56 Resultados Gráficos a/A vs Slump 75 71 70 67.5 67 65 62.5 60 55 51 50 45 9 cc 9 cc 10 cc 10 cc 11 cc 40 35 40 45 50 55 60 65 a/A (%) Imagen 37: a/A vs Slump a/A vs T50 16 14 14 12 10 8 6 5 4 4 4 4 2 9 cc 9 cc 10 cc 10 cc 11 cc 0 35 40 45 50 55 60 65 a/A (%) Imagen 38: a/A vs T50 57 T50 (seg) Slump (cm) a/A vs V-Funnel 35 29 30 25 20 18 14 15 11 10 5 9 cc 9 cc 10 cc 10 cc 11 cc 0 35 40 45 50 55 60 65 a/A (%) Imagen 39: a/A vs V-Funnel a/A vs L-Box 0.6 0.55 0.5 0.4 0.27 0.3 0.2 0.16 0.1 0 0 0 35 40 45 50 55 60 65 a/A (%) Imagen 40: a/A vs L-box 58 L-Box (%) V-Funnel (seg) Concreto con Piedra 7 Con la experiencia obtenida de las mezclas anteriores, estas mezclas fueron reducidas a solo tres: G9-P7, G10-P7 y G11-P7 con relación a/A de 45, 50 y 55 respectivamente, donde también se evaluó principalmente el desempeño que presentaron. Tabla 13: Resumen de valores obtenidos de cada mezcla Concreto + P7 + Aditivo Diseño G9-P7 G10-P7 G11-P7 a/A 45 50 55 Dosis (cc/kg) 10 10 10 Slump (cm) 53 71 60 T50 (s) 6 3 6 V-Funnel (s) 35 11 18 L-Box 0.45 0.80 0.25 A/F - 0 0 A/F 0.95 0.95 0.94 Pasta 41.32 41.59 41.85 Mortero 66.45 69.49 72.53 59 Panel Fotográfico: Imagen 41: Diseño G9-P7 Imagen 42: Diseño G10-P7 (Patrón) Imagen 43: Diseño G11-P7 Los resultados son similares a los obtenidos con la piedra 67, se corrobora que la relación a/A óptima para este tipo de concreto oscila entre 50 y 55. En nuestro caso optamos por el valor de a/A=50% ya que fue el que cumplió con todas las especificaciones. Una vez más se comprueba que tanto la disminución o aumento de arena en la mezcla afecta a sus propiedades de forma negativa. 60 Resultados Gráficos a/A vs Slump 75 71 70 65 60 60 55 53 50 45 10 cc 10 cc 10 cc 40 40 45 50 55 60 a/A (%) Imagen 44: a/A vs Slump a/A vs T50 7 6 6 6 5 4 3 3 2 1 10 cc 10 cc 10 cc 0 40 45 50 55 60 a/A (%) Imagen 45: a/A vs T50 61 T50 (seg) Slump (cm) a/A vs V-Funnel 40 35 35 30 25 18 20 15 11 10 5 10 cc 10 cc 10 cc 0 40 45 50 55 60 a/A (%) Imagen 46: a/A vs V-Funnel a/A vs L-Box 0.9 0.8 0.8 0.7 0.6 0.5 0.45 0.4 0.3 0.25 0.2 0.1 10 cc 10 cc 10 cc 0 40 45 50 55 60 a/A (%) Imagen 47: a/A vs L-Box 62 L-Box (%) V-Funnel (seg) 5.1.6. Elección final de los materiales Aditivos: Con respecto a las pruebas de compatibilidad presentamos las tablas resumen: Tabla 14: Resumen del Ensayo de Cono de Revenimiento Aditivo Punto de Saturación Extensibilidad (cm) Master Rheobuild 1201 3.5% 21.70 Master Glenium 3800 1.1% 28.27 Master Glenium 3200 0.8% 28.88 Tabla 15: Resumen del Ensayo de Cono de Marsh Aditivo Punto de Saturación Tiempo de flujo (seg) Master Rheobuild 1201 2.0% 40 Master Glenium 3800 0.8% 50 Master Glenium 3200 0.6% 44 Como resultado de ambos ensayos, concluimos que el aditivo más óptimo para la investigación es el Master Glenium 3200, esto se debe principalmente al gran poder dispersante que presenta este aditivo debido a su desarrollo a base de policarboxilatos. Agregados: Con respecto a las pruebas de concreto, se observó que tanto la piedra 67 como la 7 dan buenos resultados, sin embargo en el ensayo del L-Box, los resultados del huso 67 no son satisfactorios debido a que sus valores son muy bajos, el ACI 237 recomienda valores de L-Box iguales o superiores a 0.80. Además a esto, la norma E.060 establece restricciones para el tamaño de la piedra que depende principalmente del espaciamiento entre las barras de refuerzo; las estructuras que se construirán a partir de estos diseños demandarán un alto contenido de acero. Las mezclas hechas con piedra 7, en especial el diseño G10-P7, presentaron mejores resultados por lo tanto concluimos que por desempeño el huso 7 es mejor que el 67. Por lo tanto: Se define el diseño G10-P7 como nuestro diseño patrón. 63 Tabla 16: Desempeño del diseño G10-P7 Ensayo Unidad Mínimo Máximo Resultado Verificación Extensibilidad cm 65 80 71 Cumple T50 seg 2 5 4 Cumple VSI - 1 0 0 Cumple V-Funnel seg 6 12 11 Cumple L-Box - 0.8 1 0.80 Cumple Eficiencia 100% Los valores máximos y mínimos mostrados en la tabla obedecen a lo establecido por el ACI 237 para los ensayos de T50, VSI y L-Box; y la norma europea EFNARC para los ensayos de extensibilidad y V-Funnel. Cabe mencionar que el ACI 237 propone una extensibilidad de 45 y 76 cm como valores mínimo y máximo respectivamente. Resistencia alcanzada por el patrón G10-P7 G10-P7 900 766 800 708 700 638 600 545 500 365 400 300 200 100 0 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 Tiempo (días) Imagen 48: Resistencias alcanzadas por el Diseño G10-P7 64 f´c (kg/cm2) En la ilustración podemos observar el desarrollo de la resistencia a la compresión del diseño patrón, donde se puede apreciar que a los 7 días se obtuvo una resistencia de 638 kg/cm2 con lo cual se superó la resistencia de diseño especificada (600 kg/cm2). Finalmente, a los 56 días se obtuvo una resistencia de 766 kg/cm2 (1.28f´c), lo cual nos permitió reducir la cantidad de cemento. 5.2. Diseños Preliminares con materiales cementicios suplementarios El propósito de esta parte es usar adiciones suplementarias a fin de reducir la cantidad de cemento pero logrando las características obtenidas en nuestro diseño patrón (G10- P7). Se usaron dos materiales cementicios: Filler calizo y microsílice bajo el nombre de Master Life SF 100, ambos provenientes de la empresa BASF Construction Chemicals Peru S.A. 5.2.1. Diseño 1: Cemento + Filler Se realizaron tres tandas con distintas proporciones de Filler, con una relación A/ML = 0.35 y a/A = 0.50. Tabla 17: Resumen de valores obtenidos de cada mezcla Concreto + P7 + Filler Diseño F1-P7 F2-P7 F3-P7 a/A 50 50 50 Dosis Aditivo cc/kg) 10 9 13 Dosis Filler (%) 10 20 30 Slump (cm) 62 65 61 T50 (s) 6 4 3 V-Funnel (s) 18 11 5 L-Box - 0.17 - VSI 0 0 0 A/F 0.94 0.93 0.92 65 Pasta 41.84 42.09 42.4 Mortero 69.60 69.74 69.89 Panel Fotográfico: Imagen 49: Diseño F1-P7 Imagen 50: Diseño F2-P7 Imagen 51: Diseño F3-P7 De las imágenes podemos observar que las tres pruebas resultaron estables sin rastro de segregación o exudación y con una extensibilidad satisfactoria. El uso del filler nos permitió obtener mayor trabajabilidad sin embargo, como se verá más adelante, este material afectará de forma negativa en la resistencia a la compresión, además de la rápida pérdida de trabajabilidad debido al aumento del área superficial ya que el filler es más fino que el cemento y esto a su vez trae como consecuencia el aumento en la dosis del aditivo. 66 Resultados Gráficos Dosis Filler vs Slump 66 65 65 64 63 62 62 61 61 10 cc 10 cc 10 cc 60 0 5 10 15 20 25 30 35 Dosis Filler (%) Imagen 52: Dosis Filler vs Slump Dosis Filler vs T50 7 6 6 5 4 4 3 3 2 10 cc 10 cc 10 cc 1 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Dosis Filler (%) Imagen 53: Dosis Filler vs T50 67 T50 (seg) Slump (cm) Dosis Filler vs V-Funnel 20 18 18 16 14 11 12 10 8 5 6 4 10 cc 10 cc 10 cc 2 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Dosis Filler (%) Imagen 54: Dosis Filler vs V-Funnel Dosis Filler vs L-Box 0.18 0.17 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Dosis Filler (%) Imagen 55: Dosis Filler vs L-Box 68 L-Box (%) V-Funnel (seg) De los gráficos podemos observar que las requerimientos de extensibilidad, T50, V- Funnel fueron cumplidos me manera satisfactoria, sin embargo el ensayo L-Box fue donde se encontró fallas ya que sus valores fueron bajos (<0.30). El diseño que mejores resultados presentó fue el diseño F2-P7. Tabla 18: Desempeño del diseño F2-P7 Ensayo Unidades Mínimo Máximo Resultados Verificación Extensibilidad cm 65 80 65 Cumple T50 seg 2 5 4 Cumple VSI - 1 0 0 Cumple V-Funnel seg 6 12 11 Cumple L-Box - 0.8 1 <0.3 No Cumple Eficiencia 80% Como se mencionó antes, el uso del filler permitió reducir la cantidad de cemento empleado. A continuación se muestra las reducciones realizadas. Cabe mencionar que el diseño patrón esta hecho a base de 550 kg de cemento. Tabla 19: Reducción de bolsas de cemento Patrón F1 - P7 F2 – P7 F3 – P7 Cemento (kg) 550 495 440 385 Bolsas 13 12 11 9 Podemos observar que se logró una considerable reducción de hasta 4 bolsas de cemento, lo cual representa una considerable reducción en los costos ya que no hubo necesidad de alterar la dosis de aditivo o cualquier otro insumo. 69 900 800 766 708 710 700 669 690 638 652 610 568 590600 545535 531 491 500 458441 400 365351 301293 300 200 100 0 1 3 7 28 56 Tiempo (días) Patron F1 (10%) F2 (20%) F3 (30%) Imagen 56: Comparación de Resistencias entre Filler y el Diseño Patrón G10-P7 En cuanto a las resistencias, como se puede observar en el gráfico de resistencias, los resultados de los tres diseños se encuentran por debajo del diseño patrón, con lo cual concluimos que usando solamente Filler no es posible replicar el diseño patrón. Sin embargo, si analizamos los diseños F1 y F2 de forma independiente se observa que cumple con los requisitos de resistencia. La disminución en la resistencia se debe a lo explicado en el capítulo 3, el filler tiene una reactividad muy baja. Al aumentar la cantidad de filler disminuye el cemento, si bien se mantiene la relación agua/material ligante, la relación agua/cemento aumenta. Tabla 20: Efectos del filler en la resistencia F´c (28 días) F´c (56 días) Patrón 708 (100%) 766 (100%) 10% Filler 669 (94%) 710 (93%) 20% Filler 652 (92%) 690 (90%) 30% Filler 531 (75%) 590 (77%) 70 f´c (kg/cm2) Se observó que al reemplazar un 10% en peso de cemento por filler se produjo una disminución de la resistencia de aproximadamente 6%. Para un reemplazo de 20% se produjo una disminución del 10%, mientras que para un reemplazo del 30% la reducción fue del 25%. Con estos valores se podrá elegir con mayor facilidad las cantidades finales para realizar los diseños definitivos. 5.2.2. Diseño 2: Cemento + Microsílice Al igual que con el Filler, se realizaron tres tandas con distintas dosificaciones de microsílice. Tabla 21: Resumen de valores obtenidos de cada mezcla Concreto + P7 + Microsílice Diseño MS1-P7 MS2-P7 MS3-P7 a/A 50 50 50 Dosis Aditivo (cc/kg) 8 13 15 Dosis MS (%) 5 10 15 Slump (cm) 63 43 54 T50 (s) 4 6 6 V-Funnel (s) 13 - - L-Box - - - A/F 0.93 0.92 0.90 Pasta 41.95 42.33 42.69 Mortero 69.67 69.85 70.04 71 Panel Fotográfico: Imagen 57: Diseño MS1-P7 Imagen 58: Diseño MS2-P7 Imagen 59: Diseño MS3-P7 De las imágenes podemos observar que el mejor diseño es el MS1-P7 ya que presenta uniformidad y buena consistencia. El diseño MS2-P7 resultó ser muy pesado y seco debido a la alta cantidad de partículas finas, lo cual fuerza a usar más aditivo, falló en todas las pruebas. Finalmente el diseño MS3-P7 al contener más microsílice obligó a añadir más aditivo para evitar que salga igual que el diseño MS2-P7; sin embargo los resultados no fueron mejores y se empezó a ver señales de exudación y segregación (saturación). 72 Resultados Gráficos Dosis MS vs Slump 65 63 60 54 55 50 45 43 40 35 8 cc 13 cc 15 cc 30 0 5 10 15 20 Dosis (%) Imagen 60: Dosis MS vs Slump Dosis MS vs T50 7 6 6 6 5 4 4 3 8 cc 13 cc 15 cc 2 0 5 10 15 20 Dosis MS (%) Imagen 61: Dosis MS vs T50 73 T50 (seg) Slump (cm) Al observar los resultados concluimos que el diseño MS1-P7 es el que presenta mejores condiciones de desempeño, pero sus valores están muy cerca de los límites. El alto contenido de finos obliga a subir las dosis del aditivo para poder mantener sus características, lo cual hizo que la mezcla elevara su costo de fabricación. Todas los diseños presentan problemas de desempeño (falla en V-Funnel y L-Box) por lo que no se considera como concreto del tipo autocompactado pero si de alta resistencia. 1200 1000 964931 865 843 789 817 800 766708 670 638 657 639 600 545 537 558 562 400 365 358 303 307 200 0 1 3 7 28 56 Tiempo (Días) Patrón MS 1 (5%) MS 2 (10%) MS 3 (15%) Imagen 62: Comparación de Resistencias entre Microsílice y el Diseño Patrón G10-P7 Por otro lado, como se esperaba, las resistencias obtenidas son muy buenas, gracias a la alta reactividad que tiene la microsílice, a los 7 días se supera la resistencia de diseño f’c. El diseño elegido MS1-P7 alcanzó una resistencia de 789 kg/cm2 (1.32 f’c) a los 28 días y 843 kg/cm2 (1.41 f´c) a los 56 días, mientras que el MS3-P7 alcanzó 865 kg/cm2 (1.44 f´c) y 964 kg/cm2 (1.61 f´c) a los 28 y 56 días respectivamente. Al analizar los resultados obtenidos a los 28 y 56 días podemos establecer una relación entre la cantidad de microsílice y la resistencia obtenida. Se muestra el siguiente cuadro: 74 f´c (kg/cm2) Tabla 22: Efectos de la Microsílice en la resistencia F´c (28días) F´c (56 días) Patrón 708 (100%) 766 (100%) 5% MS 789 (111%) 843 (110%) 10% MS 817 (115%) 931 (121%) 15% MS 865 (122%) 964 (125%) De la experimentación podemos afirmar que una adición de 5% en peso de la microsílice genera un incremento de la resistencia de 10%, un incremento de 10% en peso genera un incremento promedio de 18% en la resistencia mientras que para un incremento del 15% se genera un incremento de 25% en la resistencia. Estos números nos servirán de mucho para poder dosificar cantidades cuando se quiera alcanzar una resistencia especificada o aumentar su valor. El diseño MS1-P7 fue el que presentó mejor desempeño. Tabla 23: Desempeño del Diseño MS1-P7 Ensayo Unidad Mínimo Máximo Resultados Verificación Extensibilidad cm 65 80 63 No cumple T50 seg 2 5 4 Cumple VSI - 1 0 0 Cumple V-Funnel seg 6 12 13 No cumple L-Box - 0.8 1 <0.3 No cumple Eficiencia 40% Finalmente como conclusión general podemos afirmar que no se puede fabricar un concreto del tipo autocompactado con las especificaciones requeridas usando únicamente filler o microsílice, por lo que se tuvo que usar una combinación de ambas para alcanzar las especificaciones deseadas. De no existir especificaciones tan estrictas como en este caso, estos concretos serían excelentes opciones de uso. 75 5.2.3. Análisis Costo-Beneficio A continuación se muestra la relación que existe entre el costo de la mezcla, el desempeño y la resistencia alcanzada a los 56 días Tabla 24: Relación Costo-Beneficio de cada diseño % Respecto del patrón en: Diseño Costo Reología Resistencia G10-P7 Patrón Patrón Patrón Filler 10% 93% 20% 93% Filler 20% 85% 80% 90% Filler 30% 85% 60% 77% MS 5% 129% 40% 110% MS 10% 170% 20% 121% MS 15% 197% 20% 125% Como se puede apreciar en el cuadro, el costo de las mezclas hechas con filler es inferior al costo del patrón, se logra una reducción de costo de hasta un 15% esto se da gracias a la reducción de cemento que se consiguió y que el filler es mucho más barato que el cemento. Sin embargo, el desempeño y la resistencia se ven afectado negativamente, verificamos que dosis mayores a 20% de filler genera serias disminuciones en el desempeño y la resistencia lo cual no es conveniente para los fines establecidos. Por otro lado, el costo de la microsílice es mayor que la del cemento, razón por la cual observamos que las mezclas con microsílice tienen un costo mucho mayor (hasta un 200% del costo del patrón). Mientras más microsílice se usó, mayor fue la dosis de aditivo, lo cual en conjunto elevan el costo de la mezcla; por el lado del desempeño también se observa serias deficiencias mientras que la resistencia es elevada y superior al patrón. Con esto concluimos que es necesario realizar una mezcla con una combinación de ambos materiales para poder obtener un concreto que cumpla con las especificaciones pero que también tenga un costo viable. 76 5.3. Diseños finales y evaluación completa 5.3.1. Diseños Realizados Estos diseños fueron hechos con una combinación de filler y microsílice a fin de cumplir las especificaciones que no se pudieron lograr de manera independiente; adicionalmente se usó el aditivo Master Sure Z60 para mantener la trabajabilidad en el tiempo. Estas mezclas al ser las definitivas fueron sometidas a los ensayos de reología a fin de poder completar todas las pruebas concernientes a un concreto autocompactado. Se realizaron cinco pruebas, cada una con distintas cantidades de insumos basados en las experiencias anteriores a fin de compararlos entre ellos y optimizarlos. El diseño S1 fue el diseño patrón que es una réplica del diseño G10-P7, se esperan que los resultados sean similares a los que se obtuvieron anteriormente. El diseño S2 es una combinación de cemento y filler similar al F2-P7, donde se espera analizar sus resultados. Los diseños S3, S4 y S5 son combinaciones de cemento, filler y microsílice en distintas proporciones, siendo el S5 el que tiene mayor concentración de microsílice. En estos tres diseños es en donde se espera encontrar nuestro mejor diseño optimizado. 77 Tabla 25: Diseños finales de mezcla y resultados obtenidos Materiales (Unidades por m3) S1 S2 S3 S4 S5 Relación agua-material cementante 0.35 0.35 0.33 0.28 0.29 Cemento Portland tipo I (kg) 550 440 413 382 385 Contenido de agua (kg) 192.5 192.5 180 170 160 Filler (kg) - 110 (20%) 117 (21%) 206 (34%) 138 (25%) Microsílice (kg) - - 20 (3.70%) 18 (3%) 28 (5%) Agregado grueso SSS (HUSO 7) en kg 749 742 754 739 739 Agregado fino SSS Jicamarca (kg) 892.5 884.5 896.7 878.2 956.2 MasterGlenium 3200 (cc/kg) 8 9 9 10 14 MasterSure Z60 (cc/kg) 10 10 15 15 15 Contenido de aire (% de 1 m3) 1.4% 2.9% 1.9% 1.6% 1.6 % Volumen de pasta (% de 1m3) 41.71 42.23 40.42 41.65 38.49 Volumen de mortero (% de 1m3) 72.47 72.73 72.29 72.83 72.79 a/A (% de 1m3) 55 55 55 55 57 A/F 0.94 0.92 0.84 0.72 0.74 Slump flow (cm) 69 69 65 72 70 T50 (s) 2 2 3 4 4 V-Funnel 0 min (s) 6 12 17 13 37 V-Funnel 5 min (s) 7 23 45 30 86 L-Box 0.8 0.38 0.19 0.80 0.80 VSI 0 0 1 0 0 78 Panel Fotográfico: Imagen 63: Diseño S1 (Patrón) Imagen 64: Diseño S2 Imagen 65: Diseño S3 Imagen 66: Diseño S4 Imagen 67: Diseño S5 79 Como se puede apreciar en las imágenes, todas las mezclas presentaron buena trabajabilidad y consistencia sin presencia de segregación o exudación. La trabajabilidad fue buena en todos los diseños, el aditivo mantensor MasterSure Z60 permitió que los diseños mantuvieran su trabajabilidad por mucho más tiempo (>3hrs). Los diseños S4 y S5 tienen una peculiaridad, su relación A/F está fuera del rango sugerido por EFNARC y el ACI 237, sin embargo como se explicó en el capítulo 4, estos valores son referenciales que pueden variar modificando otros parámetros de diseño. Resultados Gráficos Extensibilidad 80 72 69 69 70 67 66 6870 65 67 66 65 64 64 64 61 62 6360 58 60 57 50 S1 40 S2 30 S3 20 S4 S5 10 0 0 1 2 3 Horas Imagen 68: Variación de la extensibilidad en el tiempo 80 Extensibiliddad (cm) T50 25 20 15 S1 S2 10 S3 S4 5 S5 0 0 1 2 3 4 Horas Imagen 69: Variación del T50 en el tiempo V - Funnel 180 160 140 120 S1 100 S2 80 S3 60 S4 40 S5 20 0 0 1 2 3 4 Horas Imagen 70: Variación del V-Funnel en el tiempo 81 V-Funnel (seg) T50 (seg) V - Funnel (5 min) 250 200 150 S1 S2 100 S3 S4 50 S5 0 0 1 2 3 4 Horas Imagen 71: Variación del V-Funnel en el tiempo después de 5 min de reposo L-Box 0.9 0.8 0.7 0.6 S1 0.5 S2 0.4 S3 0.3 S4 0.2 S5 0.1 0 0 1 2 3 4 Horas Imagen 72: Variación del L-Box en el tiempo 82 L-Box V-Funnel (seg) Viscosidad 300 250 200 S1 150 S2 S3 100 S4 50 S5 0 0 30 60 90 120 150 180 210 Tiempo (min) Imagen 73: Variación de la viscosidad en el tiempo 900 840 800 737 743 743 714 721 700 666651 627 649611 583 600 526 540504 482 500 457 428 449 400 334323 307 300 219200182 200 100 0 1 3 7 28 56 Tiempo (días) S1 S2 S3 S4 S5 Imagen 74: Desarrollo de la resistencia en el tiempo 83 f´c (kg/cm2) Viscosidad (Pa.s) 4.1.1. Análisis Costo-Beneficio Tabla 26: Relación Costo-Beneficio de los diseños finales % Respecto del patrón en: Diseño Costo Reología Resistencia Sostenibilidad S1 Patrón Patrón Patrón Patrón S2 87% 80% 87% -110 kg/m3 S3 107% 60% 97% -12.5 L/m3; -137 kg/m3 S4 106% 100% 100% -22.5 L/m3; -224 kg/m3 S5 119% 80% 113% -32.5 L/m3; -166 kg/m3 Como se ve en el gráfico, el costo del metro cúbico de las cinco pruebas no presentan mucha variación, la mezcla más económica es el diseño S2 (13% menos que el patrón) ya que sólo está hecha a base de cemento y filler, por otro lado la reología no es mala ya que presentó buenos resultados con excepción del L-Box. En cuanto a resistencia obtenida se encuentra por debajo del patrón (87%) lo cual hace que este diseño sea para otras edificaciones donde las exigencias no sean muy altas. El diseño S3 tiene un costo ligeramente mayor que el patrón (7% más) debido a la presencia de la microsílice, y debido a esta adición trajo como consecuencia una disminución en la reología (falló en L-Box y V-Funnel), además la resistencia obtenida se encontró ligeramente por debajo del patrón (97%). Por otro lado, el diseño S4 fue el que cumplió con todo lo requerido con un costo ligeramente por encima del patrón pero la resistencia alcanzada fue la misma que del patrón y la mezcla más cara, el diseño S5; debido a que contiene mayor cantidad de microsílice cuesta un 20% más, presenta una viscosidad media, sin embargo la resistencia alcanzada es mayor a la de patrón (113%). Todas las alternativas propuestas también son consideradas sostenibles ya que se optimizó el contenido de agua y cemento sin alterar notoriamente las propiedades del diseño patrón. Las propiedades y resultados obtenidos hacen que el precio sea justificable para cualquier constructor que desee un concreto con altos requerimientos. También debemos recordar que todas estas mezclas presentan el aditivo mantensor de trabajabilidad por lo que las propiedades reológicas tienen mucha más duración. De acuerdo a las especificaciones y tipo de proyecto que se necesite, se podrá elegir el concreto más adecuado. 84 CAPITULO 6: CONCLUSIONES FINALES - Se concluyó que trabajar con las incidencias de agregados (a/A) es de vital importancia para la obtención del concreto de alto desempeño, ya que si se usa valores de incidencias menores a la óptima se obtendrá un concreto muy cohesivo con un valor de viscosidad elevado y con poco o nada de trabajabilidad; mientras que si usamos valores mayores a la óptima, obligará a usar una mayor dosis de aditivo o a elevar la cantidad de agua y cemento lo cual generaría un aumento en el costo del concreto. - De los ensayos realizados podemos afirmar que para diseñar un CAD no basta únicamente con disminuir la cantidad de cemento y agua ya que al hacer esto el concreto pierde sus propiedades reológicas. Esta es la razón por la cual los materiales cementicios suplementarios son necesarios, estos materiales compensan la disminución de la pasta y en conjunto con los aditivos permiten mantener y mejorar las propiedades reológicas. Las pruebas realizadas en esta investigación fueron satisfactorias por las que a continuación presentamos las proporciones adecuadas a usar para obtener un adecuado CAD: Filler: de 10 a 20% en peso del cemento Microsílice: de 5 a 10% en peso del cemento - De los resultados obtenidos de las pruebas podemos establecer un rango de valores que debe cumplir el concreto para que pueda ser considerado de alto desempeño del tipo autocompactado en nuestro país: Relación agua/cementante: de 0.29 a 0.35 % de pasta: de 34 a 42% % de mortero: de 71 a 73% Relación agua/finos: de 0.70 a 0.95 Incidencia arena/agregado: de 50 a 55% Se verificó que a pesar de que la relación A/F en algunos diseños se salía del límite, los resultados son positivos si modificamos otro parámetro de diseño. 85 - La reología engloba totalmente las propiedades del concreto fresco porque puede reemplazar a los ensayos anteriores realizados ya que gracias a los parámetros de esfuerzo de corte y viscosidad se puede caracterizar al concreto y predecir su comportamiento y desempeño. Es muy importante tener el control de estos parámetros en el tiempo ya que el bajo contenido de pasta que poseen hace que la trabajabilidad disminuya rápidamente y muchas veces el concreto se enfrenta a viajes largos, razón por la cual usar el mantensor de trabajabilidad es de vital importancia para contrarrestar este efecto. - El diseño referencial S1 (550 kg de cemento) tiene un desempeño en estado fresco y endurecido que cumple con los requerimientos técnicos. Las alternativas presentadas buscan optimizar el contenido de cemento sin afectar estas propiedades ni el costo de fabricación. Concluimos que el diseño más eficiente es el S4 ya que mantuvo todas sus propiedades iniciales, su costo es 6% más que el referencial con una reducción del agua y cemento de 23 L/m3 y 163 kg/m3 respectivamente lo cual también lo hace sostenible. Es importante mencionar que la viscosidad es el limitante con respecto a las reducciones, razón por la cual la segunda mejor opción es el diseño S5 ya que presenta un desempeño 20% menor que al referencial y su costo es 19% mayor. 86 CAPITULO 7: REFERENCIAS American Concrete Institute 2007 “Self-consolidating concrete”. Farmington Hills, Michigan, USA. Comité 237R   American Concrete Institute 2008 “Report on Measurements of Workability and Rheology of Fresh Concrete”. Farmington Hills, Michigan, USA. Comité 238.1R Aïtcin, P. 2004 “High-Performance Concrete”. Québec, Canada: Taylor & Francis e-Library.   Aïtcin, P. y Neville, A. 1997 “Concreto de alto desempeño”. London, England: Concrete international.   Aldred, J. 2010 “Pumping, finishing and curing of high-performance concrete”. Sydney, Australia: Institution of civil engineers.   Alvarez, José 2017 “Solución de Gran Durabilidad”. CONSTRUCTIVO. 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PESO SECO CORRECCIÓN TANDA DE PRUEBA MATERIALES PROCEDENCIA VOL. kg/m3 % % kg/m3 POR HUMEDAD PESO MEZCLA UNIDAD Cemento Tipo I Cementos Lima 3130 550 0.1767 550.00 33.00 kg Filler Cementos Lima 2710 0 0.0000 0.00 0.00 kg MasterLife SF100 BASF 2200 0 0.0000 0.00 0.00 kg Agua Planta Basf 1000 192.50 0.1925 148.59 8.92 Lt Arena Jicamarca 2660 7.530 1.77 892.5 0.3355 959.63 57.58 kg Piedra 7 Jicamarca 2730 0.300 1.30 749 0.2745 751.63 45.10 kg MasterGlenium 3200 BASF 1045 5.06 0.00440 0.0044 264.0 ml MasterSure Z60 BASF 1041 6.66 0.0055 0.0055 330.0 ml Aire 0.0200 TOTAL 2396.03 1.000 Diseño S2 Dosificación del aditivo Dosificación de los agregados MasterGlenium 3200 = 0.92 % = 9.00 cc Vol. Aire: 2.0 % MasterSure Z60 = 7.80 % = 10.00 cc Vol. Agregados: 0.604 Arena: 55 % Piedra #7: 45 % P. ESP HUM. ABS. PESO SECO CORRECCIÓN TANDA DE PRUEBA MATERIALES PROCEDENCIA VOL. kg/m3 % % kg/m3 POR HUMEDAD PESO MEZCLA UNIDAD Cemento Tipo I Cementos Lima 3130 440 0.1413 440.00 26.40 kg Filler Cementos Lima 2710 110 0.0406 110.00 6.60 kg MasterLife SF100 BASF 2200 0 0.0000 0.00 0.00 kg Agua Planta Basf 1000 192.50 0.1925 149.02 8.94 Lt Arena Jicamarca 2660 7.530 1.77 884.5 0.3322 950.19 57.01 kg Piedra 7 Jicamarca 2730 0.300 1.30 742 0.2718 744.24 44.65 kg MasterGlenium 3200 BASF 1045 5.69 0.00495 0.0050 297.0 ml MasterSure Z60 BASF 1041 6.66 0.0055 0.0055 330.0 ml Aire 0.0200 TOTAL 2380.51 1.000 Diseño S3 Dosificación de los agregados Dosificación del aditivo Vol. Aire: 2.0 % MasterGlenium 3200 = 0.92 % = 9.00 cc Vol. Agregados: 0.614 MasterSure Z60 = 7.80 % = 15.00 cc Arena: 55 % Piedra #7: 45 % P. ESP HUM. ABS. PESO SECO CORRECCIÓN TANDA DE PRUEBA MATERIALES PROCEDENCIA VOL. kg/m3 % % kg/m3 POR HUMEDAD PESO MEZCLA UNIDAD Cemento Tipo I Cementos Lima 3130 413 0.1327 413.00 24.78 kg Filler Cementos Lima 2710 117 0.0432 117.00 7.02 kg MasterLife SF100 BASF 2200 20 0.0091 20.00 1.20 kg Agua Planta Basf 1000 180.00 0.1800 135.80 8.15 Lt Arena Jicamarca 2660 7.530 1.77 896.7 0.3311 965.92 57.96 kg Piedra 7 Jicamarca 2730 0.300 1.30 754 0.2709 756.56 45.39 kg MasterGlenium 3200 BASF 1045 0.21 0.00050 0.00050 297 ml MasterSure Z60 BASF 1041 0.33 0.00083 0.00083 495 ml Aire 0.0200 TOTAL 2383.03 1.000 Diseño S4 Dosificación de los agregados Dosificación del aditivo Vol. Aire: 2.0 % MasterGlenium 3200 = 0.92 % = 10.00 cc Vol. Agregados: 0.602 MasterSure Z60 = 7.80 % = 15.00 cc Arena: 55 % Piedra #7: 45 % P. ESP HUM. ABS. PESO SECO CORRECCIÓN TANDA DE PRUEBA MATERIALES PROCEDENCIA VOL. kg/m3 % % kg/m3 POR HUMEDAD PESO MEZCLA UNIDAD Cemento Tipo I Cementos Lima 3130 382 0.1227 382.00 22.92 kg Filler Cementos Lima 2710 206 0.0760 206.00 12.36 kg MasterLife SF100 BASF 2200 18 0.0082 18.00 1.08 kg Agua Planta Basf 1000 160.00 0.1800 136.67 7.60 Lt Arena Jicamarca 2660 7.530 1.77 878.2 0.3311 947.04 56.82 kg Piedra 7 Jicamarca 2730 0.300 1.30 739 0.2709 741.78 44.51 kg MasterGlenium 3200 BASF 1045 6.97 0.00606 0.0061 363.6 ml MasterSure Z60 BASF 1041 11.00 0.0091 0.0091 545.4 ml Aire 0.0200 TOTAL 2414.25 1.000 Diseño S5 Dosificación de los agregados Dosificación del aditivo Vol. Aire: 2.0 % MasterGlenium 3200 = 0.92 % = 14.00 cc Vol. Agregados: 0.602 MasterSure Z60 = 7.80 % = 15.00 cc Arena: 55 % Piedra #7: 45 % P. ESP HUM. ABS. PESO SECO CORRECCIÓN TANDA DE PRUEBA MATERIALES PROCEDENCIA VOL. kg/m3 % % kg/m3 POR HUMEDAD PESO MEZCLA UNIDAD Cemento Tipo I Cementos Lima 3113 385 0.1237 385.00 23.10 kg Filler Cementos Lima 2710 138 0.0509 138.00 8.28 kg MasterLife SF100 BASF 2200 28 0.0127 28.00 1.68 kg Agua Planta Basf 1000 160.00 0.1600 116.67 7.00 Lt Arena Jicamarca 2660 7.530 1.77 880.7 0.3311 947.04 56.82 kg Piedra 7 Jicamarca 2730 0.300 1.30 740 0.2709 741.78 44.51 kg MasterGlenium 3200 BASF 1045 8.87 0.00771 0.0077 462.8 ml MasterSure Z60 BASF 1041 10.00 0.0083 0.0083 495.9 ml Aire 0.0200 TOTAL 2350.15 1.000