aspectos prácticos en el diseño y control de concreto...

Aspectos prácticos en el diseño y control de concreto compacto (RCC) para construcción de presas

http://www.ingprego.com

•aeropuertos,

• presas,

• autopistas,GEOTECNIA:

estudios de suelo y proyectos

17 años de experiencia en obras de infraestructura de gran envergadura:

• autopistas,

• plantas industriales,

• instalaciones petroleras,

•puentes, etc…


estudios de suelo y proyectos

PROYECTOS ESPECIALES: Inspección, control y aseguramiento de calidad, ensayos laboratorio

CONTROL DE CALIDAD EN OBRAS CIVILES (QC)

� Laboratorios móviles

� Ejecución de ensayos de suelo, ensayos de suelo, concreto y asfalto

� Control y manejo de registros de calidad

� Análisis estadísticos de resultados


PLANTAS/ EVALUACIÓN DE PROVEEDORES

�Diseño, calibración y puesta en marcha de plantas de concreto y plantas de concreto y asfalto�Canteras y minas�Materiales y agregados


Algunas referencias…Algunas referencias…

Destacada participación en licitación internacional para QA en para QA en Canal de Panamá. Proceso de dos fases: precalificación y precios.

Uno de nuestros principales proyectos en control de calidad…

RECONSTRUCCIÓN REPRESA EL GUAPOGUAPO


RECONSTRUCCIÓN REPRESA EL GUAPO

Ingeniería Geotécnica Prego participó en la primera experiencia práctica con el uso de Concreto

Compactado (Roller Compacted Concrete, RCC) para obras hidráulicas en Venezuela.



Acumulamos 70.400 h-h para el Control de la Calidad (QC) de 350.000 m3 de RCC, 350.000 m3 de compactación del núcleo de arcilla y 30.000 m3 de

concreto convencional.



Importante participación en evaluación de préstamos y diseño de mezcla de RCC con fines

constructivos.


Vista aérea antes de la falla (Nov. 1999)Vista aérea antes de la falla (Nov. 1999)

Descarga en aliviadero Descarga en aliviadero (14(14--15 Dic. 1999)15 Dic. 1999)

Colapso (16 Dic. 1999)Colapso (16 Dic. 1999)

Daños ( 20 Dic. 1999)Daños ( 20 Dic. 1999)

DATOS GENERALES PRESA EL GUAPODATOS GENERALES PRESA EL GUAPO

� Altura de la presa: 60 m

� Longitud de la cresta de la presa: 524 m

� Volumen de la presa: 2.570 m3

� Capacidad del embalse: 141.000 m3� Capacidad del embalse: 141.000 m3

� Superficie del embalse: 6.000 m2

� Uso del embalse: abastecimiento de agua potable, control de crecientes e irrigación

� Capacidad original del aliviadero: 101,8 m3/s

� Capacidad de descarga del nuevo aliviadero: 2.700 m3/s

RCC: ¿nuevo material o nuevo proceso constructivo?RCC: ¿nuevo material o nuevo proceso constructivo?

DIFERENCIAS CON CONCRETOS CONVENCIONALES

•Asentamiento nulo

•Dosis de cemento de 60 a 150 kg/m3 (5 veces men0s)

DIFERENCIAS CON SUELOS

•Pasta a/c obliga a considerar variables ambientales y “tiempo”

•Se requiere tratamiento especial en juntasTambién difiere del suelo-cemento

•Las adiciones minerales pueden alcanzar 50 a 70% en relación al cemento

•Tamaño máximo agregados hasta 3”

•Porcentaje de finos hasta 10% dependiendo de plasticidad

•Respuesta depende de densificación + dosificación cemento

•La “cohesión” que aporta el cemento prácticamente permite diseñar caras verticales aguas arriba

PARÁMETROS PARÁMETROS DE DISEÑO DE DISEÑO RCC RCC

RESISTENCIA RCC (365 días) 7 Mpa

DENSIDAD 2317 kg/m3

PROPIEDADES TERMICAS 33ºC

PARAMETROS PARA DISEÑO DE MEZCLA RCC

PROPIEDADES TERMICAS 33ºC

TIEMPO DE FRAGUADO No específicado

PERMEABILIDAD No específicado

DURABILIDAD No específicado

MODULO DE ELASTICIDAD No específicado

RESISTENCIA A LA TRACCION No específicado

TRABAJABILIDAD 20 a 30 seg.

60

70

80

90

100

Por

cent

aje

mas

fino

BANDA LÍMITE DE GRANULOMETRÍA COMBINADA RECOMENDADA EN PROYECTO

COMPONENTES DEL COMPONENTES DEL RCCRCC

Tam. Máx. 2”

0

10

20

30

40

50

60

Tamaño de las partículas

Por

cent

aje

mas

fino

Entre 2% y 7% Pasante

Tamiz #200

COMPONENTES DEL COMPONENTES DEL RCC RCC

CEMENTO

El cemento debe cumplir con los requisitos de la norma ASTM C150, paracemento Tipo I y Tipo II.

Es recomendable un cemento con bajo contenido de álcalis, cuyo contenidomáximo permitido es de 1% Ojo¡

La temperatura medida en los silos de almacenamiento de la planta de RCC noserá superior de 75ºC.

ESTUDIO DE PRÉSTAMOSESTUDIO DE PRÉSTAMOS

•EL préstamo 2A constituía un material excelente para la producción de RCC, debido principalmente al volumen disponible.

•En todos los préstamos había •En todos los préstamos había déficit de arenas.

•Para suplir el déficit de arena, se recomendó triturar agregados gruesos (mismos préstamos).

• Se recomendó lavar todas las arenas usadas. También hubo que prelavar en la fuente.

Planta de trituración - Layout

2da etapa: Separación de

agregados

Grava 2, Grava 1 y Arena

3ra etapa: Trituración del % de la Grava 1 para añadirlo a

la arena

Cemento y

4ta etapa: Combinación de

agregados en proporciones

variables + cemento

4ta etapa: lavado de arena

producidas

1ra etapa: Grizzly

Rechazo del retenido en 2”Planta*

(Fue necesario hacer un prelavado del material en el préstamo)

ESQUEMA FUNCIONAL

Grava 2

Grava 1

¾”

#4

Arena

Pasante 2”

#10

Arena

Pasante 2”

* 3ra etapa lab.:

Se tamizó material adicional

Cemento y agua según

diseño

Trompo mezclador

Arenas lavadas

2”

Lab.Desperdicio

(%)

Pasante 2”

MÉTODO DE DISEÑOMÉTODO DE DISEÑOMÉTODO DE DISEÑOMÉTODO DE DISEÑOACI 2075r_99ACI 2075r_99

¿ENERGÍA DE COMPACTACIÓN?¿ENERGÍA DE COMPACTACIÓN?¿ENERGÍA DE COMPACTACIÓN?¿ENERGÍA DE COMPACTACIÓN?

¿ENERGÍA DE COMPACTACIÓN?¿ENERGÍA DE COMPACTACIÓN?

La forma de compactación en laboratorio, debe apuntar a alcanzar el 99% de la densidad máxima teórica

Métodos:

� Aparato Vebe (ASTM C-1176)

� Martillos eléctricos (ASTM C-1435)

� Compactadores neumáticos o bailarinas (sin estándar)

DATOS:

•DENSIDAD DE DISEÑO: 2317 kg/m3

CALIBRACIÓN DE ENERGÍA DE COMPACTACIÓN

INCÓGNITAS:

•¿HUMEDAD? H.O. proctor Modificado= 7,5%•¿HUMEDAD? H.O. proctor Modificado= 7,5%

•¿DOSIS INICIAL? Diseños previos= 75 kg/m3

•¿HERRAMIENTAS?

•¿ENERGÍA DE COMPACTACIÓN?:

•¿N° DE CAPAS?

•¿TIEMPO DE COMPACTACIÓN?

Compresor SULLIVAN185 C.F.M (Cubic Feet

EQUIPOS UTILIZADOS

185 C.F.M (Cubic Feetper Minute; 87,3 l/s)

Tamper (compactador) marcaKawasaki KPT-6 con las siguientescaracterísticas:

•Diámetro del pistón: 38 mm•Consumo de aire: 15 l/s

EQUIPOS UTILIZADOS

•Consumo de aire: 15 l/s•Entrada de aire: ½”•Tasa de impactos: 600 golpes/minuto•Recorrido del impacto: 152 mm•Peso: 14 kg

Moldes convencionales parafabricación de cilindros de

EQUIPOS UTILIZADOS

fabricación de cilindros deconcreto, fijados a una base rígida ycon un collar adicional adaptado enla parte superior

•Con 3 capas: no se alcanzódensidad; se distingue la uniónentre capas; compactación nouniforme; incremento de tiempofatiga al material.

RESULTADOS ENERGÍA DE COMPACTACIÓN

fatiga al material.

•Con 6 capas: se alcanzó densidadde diseño con 10 seg; no sedistinguen uniones; compactaciónuniforme.

RESULTADOS ENERGÍA DE COMPACTACIÓN

•La energía resultante esligeramente inferior a la delProctor Modificado (ASTM1557): 274. 883 kg-m/m3

33

6

/840.2400053,0

152,0146min6010

min/600

/#

mmkgm

mkgcapasgolpes

Volumen

AlturaMasaCapastiempotiempogolpesEnergiaKPT

−=×××

×

=××××=−

EXPERIENCIA: aunque no está normalizado, es recomendable apuntar

33

06

/206.2850053,0

140,0183min6020

min/600mmkg

m

mkgcapasgolpes

EnergiaTokuJet

−=×××

×

=

•Luego se cambió el equipocompactador al modeloToku JET-06 con lassiguientes características:

•Masa: 18 kg•Caída: 140 mm

Lográndose mayoreficiencia con 20 seg y 3capas

normalizado, es recomendable apuntar a la energía del Proctor Modificado para compactar con equipo neumático.

HUM. ÓPTI.+ DOSIS DE CEMENTO, ¿VARIABLE DE RESPUESTA?HUM. ÓPTI.+ DOSIS DE CEMENTO, ¿VARIABLE DE RESPUESTA?Identificación de

la mezclaContenido

cementante % Humedad Agregados

D1065 kg/m3

6%

Proveniente de préstamo PR1, dosificados de

acuerdo algráfico gráfico gráfico gráfico adjuntoadjuntoadjuntoadjunto

D11 7%D12 8%D13

75 kg/m36%

D14 7%D15 8%D16

80 kg/m36%

D17 7%D18 8%

APARIENCIA DE LA MEZCLAAPARIENCIA DE LA MEZCLA

RESULTADOS RESULTADOS HUMEDADHUMEDAD--DOSIFICACIÓNDOSIFICACIÓN--RESISTENCIARESISTENCIA

VARIABLE DE DISEÑO:Resistencia a compresión

Humedad óptima= 7%Dosis= 75 kg/m3

Experiencia: aunque no está normalizado, se recomienda hacer 3 puntos , simétricos a la Humedad Óptima del Proctor Modificado, por cada dosis de cemento

Dosis= 75 kg/m3

RECAPITULACIÓN EN DISEÑO Y RECAPITULACIÓN EN DISEÑO Y PREPARACIÓN DE MEZCLAS DE RCCPREPARACIÓN DE MEZCLAS DE RCC

MATERIALES

� Cemento: Portland tipo II ; según dosis Ojo¡

� Aditivos ó suplementos minerales

Tips:� Bacheos para un

máximo de 6 minerales

� Agua potable: ASTM C94; Humedad Óptima

� Agregados: banda granulométrica (consenso)

máximo de 6 cilindros

� Cámara húmeda

RESULTADOS DEL DISEÑORESULTADOS DEL DISEÑO(350.000 m(350.000 m33 desde oct. 06 hasta oct. 07)desde oct. 06 hasta oct. 07)

RESULTADOS DEL DISEÑORESULTADOS DEL DISEÑO(350.000 m(350.000 m33 desde oct. 06 hasta oct. 07)desde oct. 06 hasta oct. 07)

EXPERIENCIA: el ajuste de datos conuna curva potencial (A*días^B) pareceuna curva potencial (A*días^B) parecebastante satisfactorio.

En este caso R2 =0,9921

AJUSTES AL DISEÑOAJUSTES AL DISEÑO

Ley de Abrams

CURADO ACELERADO

AJUSTES AL DISEÑOAJUSTES AL DISEÑO(Resistencias a 90 días)(Resistencias a 90 días)

Proyección365días= 3,2564 *(días)^0,1998= 10,6 Mpa(Resistencia esperada a 365 días)(Resistencia esperada a 365 días)

AJUSTES AL DISEÑOAJUSTES AL DISEÑO(Distribución de Frecuencias a 90 días)(Distribución de Frecuencias a 90 días)

Promedio requerido365días= 1,645 * σσσσ+ X=1,645* 1,1 + 7= 8,8 Mpa

Resistencia de diseño a 365

días

1,645* 1,1 + 7= 8,8 Mpa

(Resistencia requerida para 5% fracción defectuosa)

AJUSTES AL DISEÑOAJUSTES AL DISEÑO(Cambio en dosificación con igual Eficiencia de la Mezcla)(Cambio en dosificación con igual Eficiencia de la Mezcla)

Mpa

mKg

Mpa

mkg

esperadasistencia

cementoDosisMezclaEficiencia

33 /09,7

6,10

/75

_Re

__ ===

Ahorro= 16%

3

3

6,12/

09,7*)6,108,8(

_*).Re.(Re_

m

Kg

Mpa

mkgMpaMpa

mezclaEficienciasistsistdosisAjuste esperadarequerida

−=−=

−=

Ahorro= 16%

AJUSTES AL DISEÑOAJUSTES AL DISEÑO(Experiencias aprendidas)(Experiencias aprendidas)

Experiencia= Muy importante la producciónde los primeros 30-45 días para proyectar y

Promedio= 7,4 MpaDesv. estándar= 1,7 MpaCoef. variación= 23%Proyección= 3,4396(días)^0,1768 (Mpa)

de los primeros 30-45 días para proyectar yhacer ajustes confiables a los 120-135 días(proyecciones con Coef. Variación> 15% no sonconfiables)

3

3

27,0/

68,7*)76,98,9(

_*).Re.(Re_

m

Kg

Mpa

mkgMpaMpa

mezclaEficienciasistsistdosisAjuste esperadarequerida

+=−=

−=Cambio en dosificación= 0%

¡El control de calidad puede ser una ¡El control de calidad puede ser una herramienta de ahorro!herramienta de ahorro!

Como empresa de ingenieros, nos

enfocamos en generar economías en las Enfoque

PLANIFICAR

Definir puntos de control

enfocamos en generar economías en las

obras y darle un valor agregado a los

clientes…..

Enfoque PHVA en QC de plantas de

producción de concreto

HACER

Hacer lo planificado

VERIFICAR

Medir y acumular

estadísticas

ACTUAR Ajustar

dosificación

…gestionando la calidad segúnISO 9000 y SHIAO bajoestándares internacionales…

RESUMEN PUNTOS IMPORTANTESRESUMEN PUNTOS IMPORTANTES

•Reproducir en laboratorio proceso productivo deplanta.•Seleccionar la forma de compactación.•Si es compactación dinámica por impacto,seleccionar herramientas apuntando a la energía delseleccionar herramientas apuntando a la energía delProctor Modificado.•Elaborar un conjunto de al menos tres puntosequidistantes de la HO (PM) para cada dosiscemento.•Con 9 a 15 probetas se determina Humedad Diseñoy Dosis de Cemento, para la variable de respuestaseleccionada .

RESUMEN PUNTOS IMPORTANTESRESUMEN PUNTOS IMPORTANTES

•Acumular suficiente data en los primeros 30-45 días de producción para revisar diseño a los 120-135 días.•La Curva Potencial (del tipo A*días^B) parece bastante satisfactoria para ajustar los datos.

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