contraccion temprana del hormigon

CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN

Bibliografa recomendada: Erika E. Holt, 2001. Early Age Autogenous Shrinkage of Concrete. TecnicalReserch Centre of Finland.

Oskar Esping & Ingemar Lfgren, 2005. Cracking due Plastic and AutogenousShrinkage Investigation of Early Age Deformation of Self-CompatingConcrete. Chalmers University of Technology, Sweden.

W. Jason Weiss, 1999. Prediction of Early-Age Shrinkage Cracking in Concrete, for the degree Doctor of Philisophy in Field of Civil Engineering, Northwestern University.

ACI International SP-220, 2004. Autogenous Deformation of Concrete

Richard W. Burrows, 1998. The Visible and Invisible Cracking of Concrete, ACI Monograph N11.

Concrete Society, 1992. Non-Structural Cracks in Concrete, Third Edition, Technical Report N22.

ASESORA TCNICA Av. Cnel. Roca 6757 (C1439DWE) Buenos AiresTel.: (011) 4605-3000, Fax: (011) 4605-3006E-mail: [email protected]


Fisuras en Estado

Fresco

Fisuras en Estado

Endurecido

Congelamiento temprano

Plsticas

Movimientos constructivos

contraccin asentamiento encofrados base

Fsicas

Qumicas

Trmicas

Estructurales

contraccin de agregados contraccin por secado mapeo (crazing) corrosin de armaduras reaccin lcali-slice carbonatacin ciclos de congelacin y deshielo variaciones estacionales de temp. contraccin trmica temprana sobrecarga accidental creep cargas de diseo

!

!!

!!

!

!!

!!

!!

!

!Tipos de Fisuras

Fuente: Concrete Society - Non-structural Cracks in Concrete, Third edition (1992)


CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGNFisuras de Contraccin por Secado

Estado inicial

Luego de algunas horas

Luego de algunos das



Fuente: E. Becker, 2005. Deformaciones y Fisuracin Temprana del Hormign . Trabajo de Tesis.

Influencia de la contraccin, creep y resistencia en el tiempo de fisuracin.

resistenciatra

ccin

por co

ntracc

in

sin cr

eep traccin co

nsiderando

la

relajacin p

or creep

Edad de fisuracin

T

e

n

s

i

n

d

e

t

r

a

c

c

i

n

resiste

ncia

traccin

por con

traccin

sin creep

traccin

conside

rando la

relajaci

n por cre

ep

No hay fisuracin por contraccin


Menor relajacin que en caso a)

T

e

n

s

i

n

d

e

t

r

a

c

c

i

n

Tiempo Tiempo

b) Hormign no fisuradoa) Hormign fisurado

PATOLOGAS HABITUALESFisuras de Contraccin por Secado

Ventana de aserrado

Demasiado temprano para

aserrar

Demasiado tarde para aserrar (fisuracin descontrolada)

Resistencia del hormign = tensin generada por la restriccin

R

e

s

i

s

t

e

n

c

i

a

Resistencia mnima de aserrado

Fraguado del hormign

Hormign en estado fresco Hormign en estado endurecido

Tiempo



(t) = E(t) . (t)donde: (t) : tensin en funcin al tiempo

E(t) : mdulo de elasticidad en funcin al tiempo(t) : deformacin especfica en funcin al tiempo

Fuente: E. Becker, 2005. Deformaciones y Fisuracin Temprana del Hormign . Trabajo de Tesis.



De qu depende el mdulo de elasticidad?

50

40


Fuente: A. M. Neville, 1996 Properties of Concrete

0 1000 2000 30000

10

30

20

pasta

ceme

nticia

hormign

agre

gado

T

e

n

s

i

n

[

M

P

a

]

Deformacin [x 10-6]



Fuente: E. Becker & G. Fornasier, 2003. Influencia del tipo de Agregado sobre el Mdulo de Elasticidad del Hormign . 2do Seminario de Discusin Pblica del Proyecto de Reglamento CIRSOC 201-2002


y = 11,879x0,296

R2 = 0,9432

y = 13,675x0,2981

R2 = 0,8131

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

0 20 40 60 80Resistencia Compresin [MPa]

M

d

u

l

o

d

e

E

l

a

s

t

i

c

i

d

a

d

e

s

t

t

i

c

o

[

G

P

a

]

Caliza

de alto m

dulo

Granito



Tabla 3: coeficiente corrector del mdulo de deformacin en funcin de la edad.Fuente: Tabla 39.6.b de la Instruccin de Hormign Estructural EHE, 5 Edicin, 1 reimpresin enero de 2000.

Valor de Edad del hormign [das] 3 7 28 90 365Hormign de endurecimiento normal (1) 0,63 0,80 1,00 1,09 1,16Hormign de endurecimiento rpido (1) 0,74 0,87 1,00 1,07 1,09

Vase la definicin de hormign de endurecimiento rpido, o de endurecimiento normal, en 30.3 (Instruccin deHormign Estructural EHE).





Tipo de agregado

Resistencia de la pasta cementicia

Edad




De qu depende la deformacin?

Volumen de pasta

Velocidad de hidratacin

Relacin a/c

Velocidad de evaporacin

Diferencias trmicas

Absorcin de los agregados

Restricciones internas y externas


CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGNAgregado grueso utilizado y relacin a/c

Ensayo Edad [hs]

Canto rodado fracciones

6-20 + 10-30 + 30-50

a/c = 0,40


6-20 + 10-30a/c = 0,40

Piedra Partida fracciones

6-20 + 10-30 + 30-50

a/c = 0,43

17 5,3 4,5 3,2

19:30 6,5 6,2 5,2

24 10,2 8,7 8,7

17 0,74 0,75 0,79

19:30 1,1 1,0 0,9

24 1,2 1,3 1,4

17 14,0 16,7 24,7

19:30 18,3 16,1 17,3

24 11,8 14,9 16,1

17 no determinado 23,0 no determinado

19:30 no determinado no determinado no determinado

24 30,5 26,9 17,9

Mdulo de elasticidad [GPa]

Traccin / Compresin [%]

Traccin por compresin diametral [MPa]

Resistencia a la compresin [MPa]

Tabla 4: Diferencias de comportamiento entre hormigones con canto rodado y piedra partida como AG

Fuente: E. Becker, 2007. Informe Tcnico 0257 del 28/09/2007



Ensayo Edad [hs]


6-20 + 10-30 + 30-50

a/c = 0,40


6-20 + 10-30a/c = 0,40


6-20 + 10-30 + 30-50

a/c = 0,43

17 5,3 4,5 3,2

19:30 6,5 6,2 5,2

24 10,2 8,7 8,7

17 0,74 0,75 0,79

19:30 1,1 1,0 0,9

24 1,2 1,3 1,4

17 14,0 16,7 24,7

19:30 18,3 16,1 17,3

24 11,8 14,9 16,1



24 30,5 26,9 17,9






+70% Tensin




Ensayo Edad [hs]


6-20 + 10-30 + 30-50

a/c = 0,40


6-20 + 10-30a/c = 0,40


6-20 + 10-30 + 30-50

a/c = 0,43

17 5,3 4,5 3,2

19:30 6,5 6,2 5,2

24 10,2 8,7 8,7

17 0,74 0,75 0,79

19:30 1,1 1,0 0,9

24 1,2 1,3 1,4

17 14,0 16,7 24,7

19:30 18,3 16,1 17,3

24 11,8 14,9 16,1



24 30,5 26,9 17,9





- 42%Resistencia





Ahora, qu ocurre en la pasta de cemento durante

las 1eras horas?


CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGNHidratacin del cemento

Compuestos S-C-H



Evolucin tpica de la hidratacin de la pasta cementicia (de izquierda a derecha) con decrecimiento de la porosidad [Knonlf, 1999].

Fuente: E. Holt, 2001. Early Age Autogenous Shrinkage of Concrete.



Fuente: Oskar Esping & Ingemar Lfgren, 2005. Cracking Due to Plastic and Autogenous Shrinkage Investigation ofEarly Age Deformation of Self-Compacting Concrete (Chalmers University of Technology, Gteborg, Sweden).



0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

100

0

Grado de Hidratacin,

Productos de hidratacin

Poros del gel

Poros capilares

Cemento anhidro

V

o

l

u

m

e

n

O

c

u

p

a

d

o

[

%

]

80

60

40

20

Volumenes relativos en funcin del grado de hidratacin para a/c = 0,50Fuente: F. Irassar, 2004. Estructura de la Pasta de Cemento Prtland. Apuntes de clase de la materia Materiales Componentes del Hormign de la Maestra de Tecnologa y Construcciones de Hormign.



0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

100

0

V

o

l

u

m

e

n

O

c

u

p

a

d

o

[

%

]

Poros capilaresPoros del gel

Productos de hidratacin

Cemento anhidro

80

60

40

20

Relacin a/c [kg/kg]

Fuente: F. Irassar, 2004. Estructura de la Pasta de Cemento Prtland. Apuntes de clase de la materia Materiales Componentes del Hormign de la Maestra de Tecnologa y Construcciones de Hormign.


0.50 0.50 w/cw/c

0.30 0.30 w/cw/c

Incremento del grado de hidrataciIncremento del grado de hidratacinn

0.50 0.50 w/cw/c

0.30 0.30 w/cw/c

Granos de cemento inicialmente

separados por agua


Fraguado inicial de la pasta

La contraccin qumica asegura alguna porosidad remanente an en = 1

Agua extra disponible en poros pequeos, incluso

hasta = 1

Poros hasta 50 nm vacos

HR interna y la presin de poros se reduce a medida que los poros pequeos se vacan

ContracciContraccin n autautgenagena

Fuente: Zachary C. Grasley & David A. Lange, 2005. Autogenous Shrinkage as a Viscoelastic Response to Self-Desiccation


estado endurecidoestado fresco


alta a/c

(relacin agua/cemento, en

masa)

D =

f (a/c,

s)

baja a/c

(relacin agua/cemento, en

masa)D

= f (a

/c, s)


r2 r1

r1

r2 r2 r1

r1

r2

Pc

**

Esquema de un lquido entre 2 partculas esfricas en la superficie.



CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGNLa teora ms difundida dice que la contraccin plstica se produce directamente por evaporacin del agua superficial del hormign. Si la tasa de evaporacin excede la velocidad de exudacin, la superficie del hormign se seca y provoca la formacin de meniscos de agua cerca de la superficie del hormign. La formacin del menisco de agua produce una presin negativa en el poro de agua y consecuentemente fuerzas de contraccin entre las partculas. Esas fuerzas capilares son inversamente proporcionales al radio del menisco. Las tensiones capilares de traccin, consecuentemente, se incrementarn con la disminucin del espacio interpartcula (baja relacin a/c, alta finura, etc.). Las observaciones prcticas confirman la teora de la contraccin plstica, como que la tendencia a que se produzcan en tiempo caluroso, seco y ventoso cuando la superficie tiende a secarse en forma generalizada.

En un hormign donde se evit la evaporacin, la presin capilar (negative) comenzar a desarrollarse cuando fragua. Como un esqueleto slido en formacin, la contraccin qumica no se traduce completamente en un cambio volumtrico externo. Si se suspende la disponibilidad de agua, aparecen poros vacos en la pasta y se forman meniscos de aire-agua (ver figura). La fuerza capilar (Pc) que se genera puede describirse por la ecuacin de Gauss-Laplace (1), que relaciona la presin con el radio de capilaridad y por la ecuacin de Kelvin (2) que relaciona la presin con la humedad relativa (HR):




Ecuacin de Gauss Laplace:

Pc Pv = . ( )1 1+r1 r2Pc : presin capilarPv : presin de vaporr1 y r2 : radios de curvatura: tensin superficial del agua capilar

Ecuacin de Kelvin:

Pc : presin capilarPv : presin de vaporR : constante de los gases [8.314 J/mol.K]T : temperatura absolutaM : masa molar del aguav : volumen especfico del agua

Pc Pv =R . T ( RH ). lnM . v




Combinando ambas ecuaciones y suponiendo Pv = 0 y r1 = r2:

Pc = =2 r

( RH )R . T . lnM . v

De acuerdo a Powers (1968), la presin capilar en la pasta de cemento es:

Pc : presin capilar [MPa] : tensin superficial del agua capilar [N/m2]S : superficie especfica del cemento [m2/kg]w/c : relacin a/c, en masa

. Sw/cPc = 1 . 10

-3 .




0 20 40 60 80 100Humedad relativa [%]

1.000.000

100.000

10.000

1.000

100

10

1

P

r

e

s

i

n

c

a

p

i

l

a

r

[

k

P

a

]

Relacin entre humedad relativa y presin (succin) basado en una combinacin de las ecuaciones de Laplace y Kelvin.Fuente: E. Holt, 2001. Early Age Autogenous Shrinkage of Concrete.




10-2 10-1 100 101 102Dimetro de poros [m]

Vporos

Vagua

V

o

l

u

m

e

n

d

e

p

o

r

o

s

[

c

m

3

/

c

m

3

]

aguaporo

Volumen de poros vacos

Volumen de poros llenos de agua

Representacin esquemtica de la distribucin de poros con nfasis en el estado de los poros de agua respecto del volumen total de poros [Koenders, 1997].Fuente: E. Holt, 2001. Early Age Autogenous Shrinkage of Concrete.


1 2 4 6 8 10 1 3 70

200

400


Desarrollo de la extensibilidad de una mezcla de hormign

Fuente: Concrete Society, 1992. Non-structural cracks in concrete. Technical Report N22

100

300

Tiempo [h, das]

E

x

t

e

n

s

i

b

i

l

i

d

a

d

[

x

1

0

6

]



Fuente: B. Pease, A.B. Hossain & W.J. Weiss, 2004. Quantifying Volume Change, Stress Development, andCracking Due to Early-Age Autogenous Shrinkage, ACI SP-220, Autogenous Deformation of Concrete, pp 23 38.

Esquema conceptual de la microfisuracin por contraccin autgena.

Def

orm

aci

nD

efor

mac

in

Microfisuras

PastaAgregados

Desarrollo de tensiones localizadas de traccin

Tiempo

Tiempo

CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGNHidratacin

Contraccin volumtrica

Aporteexternode agua

Poros y capilares

conectados?

Sin meniscoSin contraccinautgena

Auto disecacin

Menisco

Contraccin autgena

No

S

S

No

Cundo y cmo se desarrolla la contraccin autgena.Fuente: P.C. Atcin, G. Haddad & R. Morin, 2004. Controlling Plastic and Autogenous Shrinkage in High-Performance Concrete Structures by an Early Water Curing, ACI SP-220, Autogenous Deformation of Concrete, pp 69-82.



V =

DespusAntesNivel de pasta de cemento en el frasco

volumen de agua que penetr en la pasta

DespusAntes

Esquema de la experiencia de Le Chatelier.Fuente: P.C. Atcin, G. Haddad & R. Morin, 2004. Controlling Plastic and Autogenous Shrinkage in High-Performance Concrete Structures by an Early Water Curing, ACI SP-220, Autogenous Deformation of Concrete, pp 69-82.



Fisuras de Retraccin Plstica

Base

Losa de Hormign

2 a 3 cm

Fuente: E. Becker, 2001. Seminario sobre Patologas Habituales en el Hormign.



ASESORA TCNICA Av. Cnel. Roca 6757 (C1439DWE) Buenos AiresTel.: (011) 4605-3000, Fax: (011) 4605-3006

Fuente: FHWA HIF 07-004. Integrated Materials and Construction Practices for Concrete Pavement: A State of the Practice Manual


Fuente: FHWA HIF 07-004. Integrated Materials and Construction Practices for Concrete Pavement: A State of the Practice Manual

ASESORA TCNICA Av. Cnel. Roca 6757 (C1439DWE) Buenos AiresTel.: (011) 4605-3000, Fax: (011) 4605-3006


Fuente: ASTM C 1581-04: Standard Test Method for Determining Age at Cracking and Induced Tensile Stress Characteristic of Mortar and Concrete under Restrained Shrinkage.



Las 4 acciones prcticas para evitar la fisuracin temprana:

1) Minimizar la contraccin temprana

2) Aumentar la extensibilidad de la mezcla

3) Disminuir la restriccin entre la losa de pavimento y la base

4) Adecuado debilitamiento controlado (materializacin de

juntas)



1) Minimizar la contraccin temprana

a) Utilizar 0,42 w/c 0,58b) Minimizar el CUC (contenido unitario de cemento)c) Minimizar el volumen de pasta de cementod) Maximizar el volumen de AGe) Evitar la prdida temprana de aguaf) Reducir la evaporacing) Realizar un curado hmedoh) Provocar una expansin controlada de la mezclai) Reducir la contraccin de la mezcla



2) Aumentar la extensibilidad de la mezcla

a) Utilizar piedra partida como AGb) Utilizar un AG de bajo mduloc) Utilizar fibrasd) Incorporar aire en forma controlada



3) Reducir la restriccin entre la losa de pavimento y la base

a) Colocar una lmina de nylonb) Colocar una capa de material compresiblec) Maximizar la planicidad de la superficie de la based) Pintar la superficie de la base con una lechada de cal



4) Adecuado debilitamiento controlado (materializacin de juntas)

a) Asegurar la alineacin y ubicacin de los pasadoresb) Asegurar la alineacin y paralelismo de las juntasc) Aserrar en el momento adecuadod) Aserrar con la secuencia adecuadae) Aserrar a la profundidad adecuada


contraccion temprana del hormigon

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