ASTM De CCR

XIV CONGRESO NACIONAL DE INGENIERIA CIVIL

DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO COMPACTADO CON RODILLO UTILIZANDO CONCEPTOS DE COMPACTACION DE SUELOS

Ing. Miriam R. Escalaya Advíncula 1

Dr. Jorge E. Alva Hurtado 2

1.0 INTRODUCCIÓN

El Concreto Compactado con Rodillo (CCR) es probablemente el más importante desarrollo en la tecnología de presas en los últimos años, ganando aceptación alrededor del mundo en un relativo corto tiempo debido a su bajo costo, el cual es derivado en parte por su rápido modo de construcción. El método de CCR se desarrolló no sólo a partir del esfuerzo de algunos diseñadores de presas de concreto, sino también del trabajo de ingenieros geotécnicos, quienes tradicionalmente han diseñado terraplenes de tierra y enrocado. Esta combinación de esfuerzos ha originado la construcción de presas de concreto por métodos usualmente asociados con la construcción de presas de tierra. El producto es una presa menos costosa con la misma inherente seguridad de una presa de concreto convencional.

El Concreto Compactado con Rodillo, se suele usar también en la construcción de pavimentos y áreas de almacenamiento. La rapidez de la puesta en obra, el relativamente bajo contenido de cemento y la utilización de aditivos minerales (cenizas volátiles, filler calizo, residuos mineros, etc.), explican el motivo por el cual este material es económicamente interesante para la industria de la construcción.

El presente trabajo muestra los principales aspectos teóricos del desarrollo de esta técnica y las posibilidades del empleo del diseño de mezclas haciendo uso del Concepto de Compactación de Suelos que permita la optimización del CCR, utilizando la energía necesaria para la puesta en obra de este tipo de material. Estos conceptos son necesarios para una segunda fase experimental a realizarse en los Laboratorios del Cismid, UNI, que consistirá en un diseño preliminar de mezclas basado en los procedimientos geotécnicos y determinar varias propiedades del CCR.

2.0 CONCEPTO

El Concreto Compactado con Rodillo se define como "Un concreto de consistencia seca, asiento nulo, que se coloca de forma continua y su compactación se realiza con un rodillo normalmente vibrante".

De esta manera el CCR difiere del concreto convencional principalmente en su consistencia requerida. Para la consolidación efectiva, la mezcla de concreto debe ser lo suficientemente seca para

(1) Postgrado en Ingeniería Geotécnica

(2) Profesor Postgrado, Facultad de Ingeniería Civil

Universidad Nacional de Ingeniería 1

prevenir el hundimiento de los equipos de rodillo vibratorio, pero lo suficientemente húmeda para permitir la adecuada distribución del mortero conglomerante en el concreto durante el mezclado y la operación de la compactación vibratoria. (Ref. 1)

Actualmente, las presas de Concreto Compactado con Rodillo han sido diseñadas y construidas en muchos países en todas partes del mundo. El interés por este tipo de presas se ha incrementado, debido a la creciente aceptación de su empleo como concreto masivo en la construcción de presas, a la velocidad de construcción, a su bajo contenido de cemento y su condición de asentamiento nulo. Así también, un avance reciente es el empleo cada vez mayor del CCR como material durable de pavimentación que soporta cargas pesadas.

3.0 FILOSOFÍAS DE DISEÑO

En el desarrollo de la Tecnología del Concreto Compactado con Rodillo (CCR), han surgido dos filosofías o aproximaciones con respecto a los métodos de diseño de mezclas del CCR. Ellas pueden ser calificadas como la Filosofía de Suelos o Geotecnia y la Filosofía de Concreto (Ref 2). Las aproximaciones de dosificación de mezclas se diferencian significativamente dependiendo de la filosofía del tratamiento del agregado, ya sea como agregado de concreto convencional o como agregado utilizado en el vaciado de terraplenes estabilizados.

Las mezclas de CCR producidas usando métodos de diseño de concreto tienen una consistencia más fluida que las mezclas con aproximación a suelos debido a que hay más pasta en la mezcla que áridos.

3.1 LA FILOSOFÍA DE SUELOS

La filosofía de suelos considera al CCR como un suelo procesado o agregado enriquecido con cemento, cuyo diseño de mezcla está basado en la relación humedad-densidad. Para un agregado específico y un contenido de material cementante, el objetivo es determinar un contenido óptimo de humedad para un esfuerzo de compactación de laboratorio que corresponde al esfuerzo o densidad aplicable por los rodillos en el campo. En la aproximación a suelos, la pasta (cemento, puzolana, agua) no rellena generalmente todos los vacíos en los agregados después de la compactación.

Los principios de compactación desarrollados por Proctor en los inicios de 1930, son aplicados a las proporciones de mezclas de CCR con aproximación a suelos. Proctor determinó que para un esfuerzo de compactación dado existe un “óptimo contenido de humedad” que produce una máxima densidad seca. Incrementando el esfuerzo de compactación resulta una mayor máxima densidad seca y un menor óptimo contenido de humedad. Por ejemplo, en la Figura Nº 1 se muestran curvas de compactación para tres esfuerzos de compactación en un agregado de roca caliza de Austin, Texas, siendo el mayor el correspondiente al Proctor Modificado (ASTM D 1557).

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CONTENIDO DE HUMEDAD, % PESO SECO DE SOLIDOSDENSIDAD SECA, lb/ft3ESFUERZO DE COMPACTACION32.5 ft-lb/in3(PROCTOR MODIFICADO - ASTM D 1557)ESFUERZO DE COMPACTACION= 20 ft-lb/in3ESFUERZO DE COMPACTACION= 13.3 ft-lb/in3(Texas Highway Dept- Tex - 113E)MATERIAL: PIEDRA CALIZA CHANCADA, MSA 1.5"CONTENIDO DE CEMENTO : 5.5%CONTENIDO DE CENIZA FINA : 2.2 %POR PESO SECO DE SOLIDOS0 5 10 15 20120135125130145145140

Fig Nº 1.Curvas de Laboratorio parea RCC humedad-densidad sujeta a varias energías de compactación.

En base a principios de compactación, la densidad seca es usada como el índice de diseño en la aproximación a suelos. La densidad seca es definida como el peso seco de sólidos por unidad de volumen del material, independientemente del contenido de agua. Estos pueden calcularse de la densidad húmeda y viceversa por la fórmula: wPPwd+=1

donde Pd = densidad seca Kg/m3 (lb/ft3)

Pw = densidad húmeda Kg/m3 (lb/ft3)

w = contenido de humedad de la mezcla total, expresado como un decimal.

Si se usa un óptimo contenido de humedad correspondiente al esfuerzo de compactación alcanzado por los rodillos en el campo, se producirá un material en su máxima densidad seca. Para un esfuerzo de compactación dado (constante), el contenido de agua debajo o encima del óptimo puede producir una disminución de la densidad seca y consecuentemente una reducción de la resistencia a la compresión. En concordancia, una reducción de la resistencia a la compresión puede ser esperada de una mezcla que recibe menor esfuerzo de compactación del que fue usado para determinar el óptimo contenido de humedad.

3.2 LA FILOSOFÍA DE CONCRETO

Para la filosofía del concreto se considera que la mezcla de CCR es un verdadero concreto cuya resistencia y otras propiedades siguen la relación agua-cemento establecida por Abrams en 1918. Es decir, suponiendo agregados resistentes y limpios, la resistencia del concreto completamente consolidado es inversamente proporcional a la proporción agua–cemento. Usando menos agua con una constante cantidad de cemento se produce un concreto con mayor resistencia a la compresión y propiedades relacionadas.

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Para la aproximación a concreto el contenido de agua de la mezcla es determinado usando una mesa vibradora (equipo Vebe) para alcanzar el tiempo deseado en el que la pasta empiece a aparecer en la superficie de la mezcla del CCR.(Figura Nº 2)

El enfoque de concreto está basado en el concepto que existe suficiente pasta en la mezcla CCR que rellena todos los vacíos en el agregado, haciendo que la mezcla se compacte completamente produciéndose un concreto con asentamiento nulo. Sin embargo, la mezcla CCR no debe contener un exceso de pasta que sea llevado a la superficie con sólo unas pocas pasadas del rodillo vibratorio.

Fig 2. Aparato Vebe.

Además de estas filosofías que han surgido al realizar los diseños de mezclas del CCR, las mezclas CCR y consecuentemente las presas se han dividido en el pasado en: (Ref. 3 )

- Presas CCR con alto contenido de pasta ( contenido de material cementante > de 150 Kg/m3)

- Presas CCR con contenido medio de pasta ( contenido de material cementante de 100 a 149 Kg/m3)

- Presas con bajo contenido de pasta ( contenido de material cementante < 99 Kg/m3)

- Presas RCD (construidas en Japón)

- Presas Hardfill (material derivado del CCR con un muy bajo contenido de material cementante)

4.0 MATERIALES PARA MEZCLAS CCR

4. 1 MATERIALES AGLUTINANTES (CEMENTANTES)

El tipo y la cantidad de cemento Portland o cemento más puzolana requerido en las mezclas de CCR dependen del volumen de la estructura, las propiedades requeridas por ésta y las condiciones de exposición. Además, la mayoría de presas de CCR son suficientemente grandes para requerir consideraciones del calor de hidratación del material cementante. ( Ref 1, 4, 5)

4.1.1 CEMENTO

El CCR puede ser hecho de cualquiera de los tipos básicos de Cemento Portland. Para la aplicación en masa, son útiles los cementos que tienen como característica la baja generación de

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calor comparados con el tipo I de ASTM C150. Estos incluyen el tipo II, tipo IP y el tipo IS. El desarrollo de la resistencia para estos

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