Seminario Internacional: Dosificación y especificación de hormigón por desempeño

2. Experiencias en los estudios
para dosificaciones de hormigones
para pavimentos en Chile
Juan Pablo Covarrubias
2017

3. Especificaciones Técnicas (MOP)
• El árido grueso deberá tener un tamaño máximo absoluto de 40 mm y cumplir con los
requisitos de Tabla 2.7
• La fibra estructural debe ser sintética y cumplir con lo especificado en la norma ASTM
C1116.
• El hormigón deberá ser confeccionado con cemento hidráulico de alta resistencia y con
una dosis de cemento mínimo de 300 kg/m3 y máximo de 380 kg/m3.
• El hormigón deberá ser dosificado por métodos tradicionales y optimizar su
granulometría mediante el método de Shilstone. El resultado deberá estar dentro de la
zona achurada descrita como “Zona para pavimentos” mostrada en la Ilustración 2.21.

4. Especificaciones Técnicas (MOP)
Requisito Exigencia Método
Porcentaje de chancado Entre 50% y 90% 8.202.6 del MC-V8
Porcentaje de lajas Máximo 2% 8.202.6 del MC-V8
• El hormigón debe ser HF 5 (80) 40 a los 90 días
• Debe cumplir con una resistencia residual de 1,0 MPa según ASTM 1609.
Ilustración 2.21 Gráfico de Shilstone que muestra zona para pavimentos.

5. Necesidades del hormigón para pavimentos
1. Cumplir EETT
2. Costo
3. Utilización de materiales locales
4. Aridos adecuados - Preparación
5. Homogeneidad en características de materiales
6. Volúmenes de abastecimiento
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6. Requerimientos del hormigón
• Dosificación: Granulometría continua hasta malla 100 - Shilstone
• Trabajabilidad: Superficie del Pavimento - IRI
• Estructural: Resistencia a flexotracción
• Apertura al tránsito
– 75% resistencia de diseño
– Uso de madurez
– Aprox 2 a 3 días – hormigón normal con frazadas

7. Trabajabilidad
Se produce por un equilibrio entre:
– Pasta de cemento: Agua + Cemento
• Calidad à Razón A/C
• Cantidad: suficiente para
– Cubrir superficie arenas
– Llenar espacios entre arena
– Separar las partículas de arena
– Mortero: Pasta de cemento + arena
• Cantidad:
– Cubrir superficie de la árido grueso
– Llenar espacios entre árido grueso
– Dar un medio fluido para que el arrido se pueda desplazar entre si
con facilidad
– Hormigón : Mortero + Árido Grueso

8. Calidad y forma de los Áridos
• Correlación Análisis
Visual vs
N°Angularidad
• se observa que el porcentaje de
huecos tiene una correlación
aceptable con las aristas y con el
porcentaje de partículas cúbicas, con
lo cual se comprueba que el
porcentaje de huecos es un
parámetro adecuado para medir la
forma del árido
% Huecos vs Aristas
R = 0,5481
37,00
38,00
39,00
40,00
41,00
42,00
43,00
44,00
2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00
Aristas
%Huecos
% Huecos vs % Partículas Cúbicas
R = 0,5330
37,00
38,00
39,00
40,00
41,00
42,00
43,00
44,00
40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00
% Partículas Cúbicas
%Huecos

9. Influencia forma del árido en cono
Cono vs % Huecos
R = 0.5797
2
4
6
8
10
12
14
16
18
41,00 41,50 42,00 42,50 43,00 43,50 44,00 44,50 45,00 45,50 46,00
% Huecos
Cono
(cm)
Cono vs Arista
R = 0.4801
2
4
6
8
10
12
14
16
18
2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00
Arista
Cono
(cm)
Cono vs % Particulas Cúbicas
R = 0.4839
2
4
6
8
10
12
14
16
18
55,00 60,00 65,00 70,00 75,00 80,00 85,00 90,00
% Part. Cúbicas
Cono
(cm)
Influencia del arido en la
trabajabilidad:

10. Influencia forma de grano en resistencia
Resistencia vs % Huecos
R = 0.0067
300
320
340
360
380
400
420
440
41,00 41,50 42,00 42,50 43,00 43,50 44,00 44,50 45,00 45,50 46,00
% Huecos
Resistencia
(kg/cm2)
Resistencia vs Arista
R = 0.0141
300
320
340
360
380
400
420
440
2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00
Arista
Resistencia
(kg/cm2)
Resistencia vs % Particulas Cúbicas
R = 01342
300
320
340
360
380
400
420
440
50,00 55,00 60,00 65,00 70,00 75,00 80,00 85,00 90,00
% Part. Cúbicas
Resistencia
(kg/cm2)
Influencia de la forma del árido en
la Resistencia (=a/c):
Nota: todos los áridos chancados,
y con granulometrías parecidas a
curva 3 Road Note

11. Clasificación
Ang 18
Ang 6

12. Arenas Cauquenes Chanco

13. Shilstone - Dosificación
• Factor de Grueso =
– Indica si una mezcla es con granulometría continua o discontinua
• Factor de Trabajabilidad =
– Se corrigue por cantidad de cemento ( W adj)
– Indica si una mezcla es gruesa o fina
% retenido sobre malla 9.5mm
% retenido sobre malla 2.36mm
% pasa malla 2.36mm
Courtesy of Jim Grove

14. Factor de mortero
• El valor de FM deberá estar entre 49% y 54%
Cc = Contenido de cemento (kg)
𝝆s = Densidad cemento (kg/lt)
PA total = Peso del árido total (kg)
𝝆RT = Densidad Real Arena en condición Saturada Superficialmente Seca (kg/lt)
Agua Libre, aditivo y % aire se deben considerar en litros.

15. Hormigón con problemas lechada superficial
Cantidad de Pasta ≠ Cantidad y Granulometría de mortero ( finos)
Arena gruesa con pocos finos, con mucha exudación y pasta superficial

16. Trabajabilidad
Asentamiento de cono
• Molde deslizante: 3 a 6 cm
• Molde fijo: 7 a 12 cm
• Pisos industriales: 10 a 17 cm
Necesidad de IRI

17. Gráfico de Trabajabilidad
Coarseness Chart
25
30
35
40
45
50
2030405060708090
Coarseness Factor
(percent)
WorkabilityFactor
(percent)
Well Graded
1½" to ¾"
Well
Graded
Minus ¾"
Rocky
Sandy
Control
Line
Coarse
Gap
Graded
Reference: Shilstone, J. Sr., ”Concrete Mixture Optimization”, Concrete International, June 1990, pp 33-39
Courtesy of Jim Grove
Zona MOP para pavimentos

18. Coarseness Factor Incentive Chart
Iowa DOT
1
Workability Factor VS Coarseness Factor
for Combined Aggregate
20
25
30
35
40
45
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Coarseness Factor
(percent)
Workability
(percent)
IV
IIII-D
II-C
II-B
II-C
I
III
V
II-A
Assumptions: 564 lbs cement per cubic yard, 1 inch Aggregate, and Slipformed
Pay Factor Chart
Gradation
Zone
Pay
Factor
II-A 1.03
II-B 1.02
II-C 1.01
II-D 1.00
IV 0.98
I 0.95
V 0.00
Courtesy of Jim Grove

19. Análisis manual de trabajabilidad
hormigón MALO

20. Análisis manual de trabajabilidad
hormigón REGULAR

21. Análisis manual de trabajabilidad
hormigón BUENO

22. ESTUDIO DEL HORMIGON
Camino La Pólvora

23. ESTUDIO DEL HORMIGON - La Pólvora
30 hormigones de prueba, en 4 etapas, para definir:
– El árido
– El cemento
– La fibra
– Los aditivos
Para cada una de las mezclas, se midió
– asentamiento de cono sin fibras y con fibras,
– densidad
– temperatura
– contenido aire
– compresión cúbica a 3, 7 y 28 días - (relación cubo vigueta)
– tracción por flexión
– resistencia residual.

24. ESTUDIO DEL HORMIGON
Primera etapa: 5 mezclas de hormigón, para 4 tipos de áridos
• Las dosificaciones de los áridos variaron según el tipo de éste
• Las dosificaciones del cemento, fibra y aditivo se mantuvieron constantes

25. Shilstone para árido seleccionado con
300 kg cemento por m3 y Curvas Inglesas
8/18 Curve

26. Shilstone para los áridos estudiados y dosis
de cemento de trabajo

27. Hormigón cono 6 cm

28. Hormigón cono 6 cm

29. Resultados ensayos de áridos
Arido 1 2 - 1 2 - 2 3 4 4 Rep
Dosificación
Cemento
kg/m3
340
340
340
340
340
340
Grava
kg/m3
697
753
377
718
722
716
Gravilla
kg/m3
283
455
678
170
171
165
Arena 1
kg/m3
904
871
697
1001
1006
954
Arena 2
kg/m3
-
-
132
-
-
-
Fibra
kg/m3
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
AdiBvo
lts/m3
1,53
1,53
1,53
1,53
1,53
1,53
Agua dosificación
lts/m3
164
164
164
164
164
166
Cono
mm
65
60
55
55
60
55
Trabajabilidad en la mano Muy Buena Mala Buena Regular Muy Buena Muy Buena
Agua para Cono 6 cm lts/m3 real 171 184 192 172 166 179
Pesos Dosificacion
2392
2587
2392
2397
2407
2345
Densidad Real
2311
2318
2365
2327
2341
2373
Dosis real cemento 327 299 331 328 330 342
Razón A/C Real 0,52 0,62 0,58 0,52 0,50 0,52
Resistencia Flexotraccion
3 dias
4,1
3,5
44,0
4,1
3,6
4,7
7 dias
4,3
4,0
5,0
4,6
4,4
5,3
28 dias 5,0 4,8 5,0 5,2 5,4 5,5
Resistencia Cilindrica
3 dias
37
32
39
35
34
41
7 dias
42
36
45
40
40
50
28 dias 49 45 53 47 49 55
Resistencia Residual 28 dias 1,6 1,5 1,4 1,5 1,7

30. Dosis de agua teórica vs real para diferentes
áridos

31. Dosis de agua para cada árido
cono 6 con

32. Resistencia a flexotracción para diferentes
áridos con igual dosis de cemento

33. Costo hormigón para diferentes áridos
Tipo 1
Tipo 2
Tipo 3
Tipo 4.a
Tipo 4.b
Tipo 4.c
340
0,0%
1,9%
6,4%
-0,8%
-1,2%
-1,1%
320
0,0%
2,0%
6,6%
-0,8%
-1,2%
-1,2%
-2,0%
-1,0%
0,0%
1,0%
2,0%
3,0%
4,0%
5,0%
6,0%
7,0%
8,0%
Variación Porcentual [%]
Tipo Árido
340
320

34. ESTUDIO DEL HORMIGON
Segunda etapa: 10 hormigones de prueba para 5 tipos de fibras:
• Para cada tipo de fibra se utilizaron 2,5 kg/m3 y 3 kg/m3
• Las dosis de árido, cemento y aditivo se mantuvieron constantes.

35. Resultados ensayos de fibras
FIBRAS
Dosis de
Fibras
Resistencia Flexo Resistencia Compresion Resistencia Residual
3 dias 7 dias 28 dias 3 dias 7 dias 28 dias 28 días
1 2,5 4,0
4,4
5,3
36
40
45
1,6
2 2,5 4,3
4,7
5,1
36
40
46
1,6
3 2,5
4,2
5,0
43
50
1,4
4 2,5
5,2
5,7
39
45
1,4
5 2,5
4,7
5,5
47
55
1,3
1 3 5,0
5,2
5,9
40
47
53
1,6
2 3 4,2
4,7
5,0
34
40
47
1,6
3 3
4,8
5,0
46
52
1,9
4 3
5,1
5,4
47
53
1,0
5 3
4,8
5,4
45
52
1,6
Con dosificación Shilstone, con cantidad de mortero apropiada, las diferentes fibras
mostraron resistencias residuales similares

36. Comportamiento diferentes fibras

37. Costo hormigón para diferentes fibras
Tipo Fibra Variación Porcentual (%)
1 -0,3%
2 0,0%
3 -0,2%
4 -0,8%
5 -0,4%

38. CEMENTOS ANALIZADOS
Tercera etapa: 10 mezclas de hormigón para analizar 5 tipos de cemento:
• Las dosis de cemento estudiadas fueron 300 y 340 kg/m3.
• Las dosificaciones del árido, fibras y aditivos se mantuvieron constates para todas las
mezclas.

39. Resultados ensayos de cemento
CEMENTOS Dosis de Cemento
Resistencia Flexo Resistencia Compresion
3 7 28 3 7 28
1 340 3,7
4,8
5,9
32
46
57
2 340 3,5
4,3
4,9
39
43
51
3 340 3,9
4,7
5,2
37
46
52
4 340 5,2
5,6
7,0
41
54
63
5 340 3,8
4,5
5,4
33
41
52
1 300 3,5
4,5
5,5
26
37
47
2 300 3,7
4,0
4,5
35
39
43
3 300 4,4
4,7
5,2
35
41
46
4 300 4,1
5,2
6,2
37
47
60
5 300 2,8
3,7
4,4
27
35
43

40. Costo hormigón para diferentes cementos
Tipo Cemento Dosis Mínimas Dosis 320 kg/m3 Dosis 340 kg/
m3
1 0,00% 0,00% 0,00%
2 3,23% 3,43% 3,32%
3 3,06% 3,28% 3,17%
4 7,09% 7,58% 7,33%
5 0,90% -1,90% -1,84%

41. Resistencia a flexotracción para
diferentes cementos

42. Resistencia a compresión para diferentes
cementos

43. Dosis de cemento vs tipo de cemento
para 4,5 MPa a flexotracción

44. Costo hormigón – diferencia porcentual
para diferentes cementos
Limitación = dosis mínima 300 kg/m3

45. ESTUDIO DEL HORMIGON
Cuarta etapa: 4 mezclas, utilizando distintos tipos de aditivos para un mismo tipo de árido,
cemento y fibra.
– Aditivo para controlar la reología
Evita caída del borde con moldajes deslizantes
– Aditivo que incorpora aire para mejorar cohesividad a algunas mezclas.
Mejora trabajabilidad y puede reducir costos del hormigón

46. Costo hormigón con y sin aire incorporado

47. Barreras con dosificación normal

48. Barreras con dosificación Shilstone

49. Experiencia dosificaciones Cuesta El Colo

50. Cuesta El Colo Shilstone inicial

51. Ensayo en la mano Shilstone inicial

52. Resultados con Shilstone inicial

53. Cuesta El Colo Shilstone corregido

54. Resultados con Shilstone corregido
Cono 10 cm – ondulaciones en pendiente Cono 6 cm – sin problemas en pendiente

55. Muchas Gracias

56. Pavimentación Manual

57. Estacas para moldes

58. Detalle machihembre de molde metálico

59. Estacas colgando molde metálico

60. Soporte contra vuelco

61. Estaca colgando molde madera
con clavo doble cabeza

62. Moldes colgados de estacas

63. Posición de estacas

64. Compactación de base con molde colocado

65. Marcado de Tolerancias de Espesor

66. Molde metálico colgando de estaca

67. Soporte borde del molde

68. Refuerzo anti vuelco sobre base rígida

69. Refuerzo alambre tortoleado en base rígida

70. Palas para hormigón
Pala punta de huevo recortada

71. Platachos Anchos

72. Platachos Anchos

73. Burbujas en la Superficie

74. Problema Platacheo

75. Terminación Superficial - Rayado