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DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO POR
DURABILIDAD
Andrés Antonio Torres Acosta
Instituto Mexicano del Transporte / Universidad Marista de Querétaro
México
FOTO DE AMBIENTACIÓN OPCIONAL
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Definición de estructura durable
VIDA UTIL
PROYECTAN
Seguridad Funcionalidad
Sin Costos Inesperados de Mantenimiento y Reparación
CONSTRUYEN
UTILIZAN
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Resumen del diseño
• Definir vida útil del proyecto • Seleccionar materiales que deben utilizarse en función del ambiente de exposición
• Diseñar por cargas (método tradicional)
• Definir especificaciones en planos adecuadamente para construcción
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Máxima relación a/c
Mínimo Cont. Cem.
Mínima resistividad a 90 días
Máximo cont. Aire (%)
Requisitos adicionales para agregado
Otros requerim.
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Es una propiedad eléctrica de los materiales que mide la capacidad del material para oponerse al flujo de una corriente eléctrica, y corresponde al recíproco de su conductividad; su unidad de medida es el ohm-cm u ohm-m. Depende en gran proporción del grado de saturación de los poros del concreto y en menor grado de la hidratación de la pasta y de la presencia de sales disueltas en la fase acuosa.
Resistividad eléctrica
A
E
I
L
Placa de acero inoxidable
Esponja A : Área de la sección
transversal del espécimen. L : Longitud del espécimen.
I : Representación del miliamperímetro.
E : Representación del voltímetro.
𝒌 = 𝑨
𝑳 𝝆 = 𝑹𝒆𝒌
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Criterios de evaluación
Resistividad Porosidad interconectada en el concreto > 100 kΩ∙cm – 200
kΩ∙cm El concreto es muy denso, por lo que su porosidad interconectada es extremadamente baja.
50 kΩ∙cm a 100 kΩ∙cm El concreto tiene una porosidad interconectada baja.
10 kΩ∙cm a 50 kΩ∙cm El concreto tiene una porosidad interconectada de consideración.
< 10 kΩ∙cm El concreto tiene una porosidad interconectada excesiva.
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Puentes en Península de Florida
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Perfil de concentración de cloruros
Puentes en Península de Florida
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0.01
0.1
1
10
100
1 10 100
HFB CCC BLP DPE BSB SHP NSB BCB BPB NPB D
EF (
x 1
0-8 c
m2 /
s )
REH ( kΩ - cm )
R² = 0.759 DEF = 4·10-7 REH-1.271
1
10
100
Escoria Alto Horno
Puentes en Península de Florida
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Puentes en Península de Yucatán: Progreso
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Puentes en Península de Yucatán: Progreso
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0.1
1
10
100
1 10 100
REH ( kΩ - cm )
DAP
( x
10-
8 cm
2 / s
)
R² = 0.544 DEF = 5·10-7 REH-1.325
R² = 0.552 DEF = 2·10-7 REH-1.032
PILAS
CABEZALES
Puente en Península de Yucatán: Progreso
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Puentes en Península de Yucatán: Campeche
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Puentes en Península de Yucatán: Campeche
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REH ( kΩ - cm )
DEF
( c
m2 /
s )
10-06
1 10 100
10-07
10-08
10-09
Trabes Puente Cabezales
Losa
DEF = 4·10-7·(REH)-1.295 R² = 0.5406
Trabes Patio
Puentes en Península de Yucatán: Campeche
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R² = 0.6148
DEF = 5·10-7 REH-1.325
R² = 0.544
R² = 0.8163 R² = 0.5406
0.01
0.1
1
10
100
1 10 100
DEF
( x
10-
8 cm
2 / s
)
DEF = 4·10-7 REH-1.295 DEF = 2·10-6 REH-1.326
DEF = 4·10-7 REH-1.271
Puente Campeche
Puente Yucatán
España (inmersión)
Puentes Florida
REH ( kΩ - cm )
Puentes en el Golfo de México
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Diseño por resistividad eléctrica en ambiente marino
Sustituyendo “t” de 2da Ley de Fick: Cx = 1% (Cl- @ profund. acero) Cs = 3.5% (Cl- en superficie) x = 10 cm (recubrimiento) Datos obtenidos en puentes de la Florida, USA, y México
DAP = 4·10-7 REH -1.215
R² = 0.7966
0.01
0.1
1.0
10
100
1 10 100 1 000
DA
P (
10
-8 c
m2/s
)
Resistividad ( KΩ - cm )
1·05-8
3.5·10-9
2.4·10-8
2.3·10-9
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Para x = 10 cm (recubrimiento): F.S. = 1.5 (PILAS) t = 1.394·10-6 / DAP. Sustituyendo DAP : Para 10 KΩ - cm → Vida Diseño = 39 años DAP ≈ 2.438·10-8 cm2/s Para 20 KΩ - cm → Vida Diseño = 88 años DAP ≈ 1.05·10-8 cm2/s Para 50 KΩ - cm → Vida Diseño = 269 años DAP ≈ 3.45·10-9 cm2/s Para 70 KΩ - cm → Vida Diseño = 405 años DAP ≈ 2.29·10-9 cm2/s
Diseño por resistividad eléctrica en ambiente marino
DAP = 4·10-7 REH -1.215
R² = 0.7966
0.01
0.1
1.0
10
100
1 10 100 1 000
DA
P (
10
-8 c
m2/s
)
Resistividad ( KΩ - cm )
1·05-8
3.5·10-9
2.4·10-8
2.3·10-9
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Para x = 7 cm (recubrimiento): F.S. = 1.5 (CABEZALES)
t = 1.394·10-6 / DAP. Sustituyendo DAP : Para 10 KΩ - cm → Vida Diseño = 19 años DAP ≈ 2.438·10-8 cm2/s Para 20 KΩ - cm → Vida Diseño = 43 años DAP ≈ 1.05·10-8 cm2/s Para 50 KΩ - cm → Vida Diseño = 132 años DAP ≈ 3.45·10-9 cm2/s Para 70 KΩ - cm → Vida Diseño = 199 años DAP ≈ 2.29·10-9 cm2/s
Diseño por resistividad eléctrica en ambiente marino
DAP = 4·10-7 REH -1.215
R² = 0.7966
0.01
0.1
1.0
10
100
1 10 100 1 000
DA
P (
10
-8 c
m2/s
)
Resistividad ( KΩ - cm )
1·05-8
3.5·10-9
2.4·10-8
2.3·10-9
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DAP = 4·10-7 REH -1.215
R² = 0.7966
0.01
0.1
1.0
10
100
1 10 100 1 000
DA
P (
10
-8 c
m2/s
)
Resistividad ( KΩ - cm )
Diseño por resistividad eléctrica en ambiente marino
1·05-8
3.5·10-9
2.4·10-8
Para x = 5 cm (recubrimiento): F.S. = 1.5 (TRABES PREFABRICADAS)
t = 3.487·10-7 / DAP. Sustituyendo DAP : Para 10 KΩ - cm → Vida Diseño = 9 años DAP ≈ 2.438·10-8 cm2/s Para 20 KΩ - cm → Vida Diseño = 23 años DAP ≈ 1.05·10-8 cm2/s Para 50 KΩ - cm → Vida Diseño = 68 años DAP ≈ 3.45·10-9 cm2/s Para 70 KΩ - cm → Vida Diseño = 101 años DAP ≈ 2.29·10-9 cm2/s
2.3·10-9
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Diseño por resistividad eléctrica en ambiente marino
Para x = 3 cm (recubrimiento): F.S. = 1.5 t = 1.255·10-7 / DAP. Sustituyendo DAP : Para 10 KΩ - cm → Vida Diseño = 4 años DAP ≈ 2.438·10-8 cm2/s Para 20 KΩ - cm → Vida Diseño = 8 años DAP ≈ 1.05·10-8 cm2/s Para 50 KΩ - cm → Vida Diseño = 24 años DAP ≈ 3.45·10-9 cm2/s Para 70 KΩ - cm → Vida Diseño = 36 años DAP ≈ 2.29·10-9 cm2/s
DAP = 4·10-7 REH -1.215
R² = 0.7966
0.01
0.1
1.0
10
100
1 10 100 1 000
DA
P (
10
-8 c
m2/s
)
Resistividad ( KΩ - cm )
1·05-8
3.5·10-9
2.4·10-8
2.3·10-9
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Diseño de Mezclas de concreto por desempeño: 1. Tipo: Autoconsolidable 2. w/c ratio: ≤ 0.35 3. Cont. cementante: ≥ 480 kg/m3 4. Microsilica 5 - 8% 5. Resistencia a Compresión: ≥ 40 MPa @ 7 días (Aprox. 80 MPa @ 90 días) 6. Resistividad eléctrica húmeda ≥ 50 KΩ-cm (90 days) 7. Perm. Rápida de Cl-. ≤ 500 Coulomb (90 days) 8. Revenim. inicial 2 - 5 cm 9. Extensibilidad 65 ± 5 cm @ 10 cm fall distance 10. Permanencia ≈ 3 hours 11. Endurecimiento inicial ≈ 10 hours 12. Tiempo min. curado 21 days
Diseño por resistividad eléctrica en ambiente marino
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PROPIEDADES FÍSICAS GRAVA Agreg 1. 1/2" Agreg 2. 3/4" Agreg 3. 3/4"
DENSIDAD Kg/m3 2,449 2,392 2,308 ABSORCIÓN % 5.26% 7.07% 7.07% HUMEDAD % 3.00% 6.30% 4.10% MÓDULO DE FINURA (Adim.) - - -
De los tres bancos analizados, el que cumple con las características de densidad >2,400 kg/m3 (en grava), una granulometría aceptable en arena y grava y un módulo de finura menor a 3, fue el banco Agregados 1, por lo que de éste se tomaron los agregados para las mezclas 1 y 2, y del banco Agregados 2 para la mezcla 3.
PROPIEDADES FÍSICAS ARENA Agreg 1. 3/16" Agreg 2. 3/16" Agreg 3. 3/16"
DENSIDAD Kg/m3 2,427 2,404 2,463 ABSORCIÓN % 4.17% 4.17% 2.04% HUMEDAD % 3.85% 4.50% 6.03% MÓDULO DE FINURA (Adim.) 2.98 2.77 3.45
Diseño de mezcla propuesta
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Composición de la mezcla
Mezcla Aditivo 3 Cemento 1 CPO 40
R RS
Mezcla Aditivo 2 Cemento 1 CPC 40
R Cemento kg/m3 480.00 518.40 Arena Caliza kg/ m3 945.00 853.86 Grava Caliza kg/ m3 635.00 698.61 Agua lts/ m3 220.00 165.00 Aditivo “A” kg/m3 6.24 - Aditivo “C” kg/m3 0.96 - Aditivo “D” - 8.09 MSA (8%) 38.40 - Aire (%) 1% 2%
Diseño de mezcla propuesta
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Mezcla Edad de ensayo (días) Coulombs Nivel de
permeabilidad Aditivo 3 318 496 Muy bajo Aditivo 2 318 1097 Bajo
Diseño de mezcla propuesta
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Mezcla Edad de ensayo (días) Coulombs Nivel de
permeabilidad Aditivo 3 D.O
304 233 Muy bajo Aditivo 3 550 299 Muy bajo
Aditivo 2 318 622 Muy bajo
AD 2
AD 3 DO
AD 3 550 AD 1
Diseño de mezcla propuesta
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Supervisión por durabilidad durante la construcción
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Supervisión por durabilidad durante la construcción
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Supervisión por durabilidad durante la construcción
CAJA NO.2, QUINTO ENVÍO CAJA NO.6, CUARTO ENVÍO MUESTRAS DEL CUARTO ENVÍO
CAJA NO.2, TERCER ENVÍO CAJA NO.1, TERCER ENVÍO MUESTRA DEL TERCER ENVÍO
CAJA RECIBIDA DEL SEGUNDO ENVÍO
CAJA NO. 2 DEL SEGUNDO ENVÍO
MUESTRAS DEL SEGUNDO ENVÍO
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Simbología de acuerdo a la propuesta de las prueba de destino
Cl << Prueba de Cloruros (2-3 cm)
Simbología de profundidad de las partes
VF << Pruebas de % Vacíos y Fagerlund (4-5 cm)
Parte más superficial
Parte más profunda (remanente)
<< Para pulverizar
Long corte Long corte Long corte Long corte
4 cm 3 cm
9.5 cm 10 cm 13.7 cm 10 cm 13.5 cm 14.9 cm
10 cm
Long corte Long corte Long corte Long corte
4 cm 3 cm
9.3 cm 14.4 cm 10 cm 13.5 cm 10 cm 13.3 cm
10 cm
EJE C.4.1
VF5-1 Patín
superior
6-2 Patín
superior
RV
7-3 Patín
superior
8-4 Patín
inferiorVF
RV
RV
4-4 Alma-
Patín
EJE 7-8
RV <<Pruebas de compresión, VPU y
resistividad (10 cm)
VF
RV
VF
RV
RV
1-1 Patín
superior
2-2 Patín
superior
3-3 Alma-
Patín
Cl
Supervisión por durabilidad durante la construcción
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Supervisión por durabilidad durante la construcción
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PORCENTAJE TOTAL DE VACIOS, TODAS LAS SERIES
Supervisión por durabilidad durante la construcción
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RESISTENCIA A LA COMPRESION, TODAS LAS SERIES
Supervisión por durabilidad durante la construcción
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