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5/28/2018 DISE O DE MEZCLAS DE CCR CONCEPTOS COMPACTACION SUELOS
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Ing. Miriam R. Escalaya A.
Dr. Jorge E. Alva Hurtado
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA CIVIL
SECCION DE POST GRADO EN INGENIERIA GEOTECNICA
DISEO DE MEZCLAS DE CCR UTILIZANDOCONCEPTOS DE COMPACTACION DE SUELOS
Iquitos, 07 al 11 de Octubre 2003
XIV CONGRESO NACIONALDE INGENIERIA CIVILXIVXIV CONGRESO NACIONALCONGRESO NACIONAL
DE INGENIERIA CIVILDE INGENIERIA CIVIL
Colegio de Ingenieros del PerConsejo Departamental de Loreto
Captulo de Ingenieros Civiles
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INDICEINDICE
INTRODUCCION
CONCEPTO
FILOSOFIAS DE DISEO
MATERIALES PARA MEZCLAS CCR
DISEO DE MEZCLAS MEDIANTE COMPACTACION DESUELOS
CONCLUSIONES
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INTRODUCCIONINTRODUCCION
El CCR es el desarrollo ms importante en el diseo y
construccin de presas en los ltimos aos, debido a su bajo
costo y rapidez de construccin.
El desarrollo del CCR proviene de especialistas en tecnologa del
concreto y en ingeniera geotcnica para la construccin de
presas. Este mtodo tambin se aplica en la construccin de
pavimentos.
En el Per se utiliz por primera vez el CCR en las estructuras decierre del reservorio de Antacoto en 1998, Proyecto Marca III. Se
ha terminado recientemente la presa Rio Rejo con el sistema
hardfill en Yanacocha.
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El presente trabajo es un avance de la investigacin experimental
que se viene realizando en la UNI sobre el CCR aplicando
conceptos de compactacin de suelos para el diseo de mezclas
y evaluacin de propiedades del material en estado fresco y
endurecido.
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Diario de Lima : El ComercioDiario de Lima : El ComercioFecha : 4.Abril.2000Fecha : 4.Abril.2000
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PLANO DE UBICACION
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PRESA INTERMEDIAPRESA INTERMEDIA LagunaLaguna AntacotoAntacoto
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PRESA PRINCIPALPRESA PRINCIPAL Vista Panormica FrontalVista Panormica Frontal
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PRESA VERTEDORAPRESA VERTEDORA Vista Panormica FrontalVista Panormica Frontal
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CONCEPTOCONCEPTO
El CCR es un concreto de consistencia seca, slump nulo, que se
coloca de manera continua y se compacta con rodillo vibratorio
en el campo.
La diferencia con el concreto convencional est en su
consistencia. El CCR debe ser lo suficientemente seco para
prevenir el hundimiento del rodillo vibratorio y lo suficientemente
hmedo para permitir una adecuada distribucin del mortero
durante el mezclado y compactacin.
Sus antecedentes estn en el suelo-cemento y las bases tratadas
con cemento. La presa de CCR ms alta del mundo es la de
Panchesshwar (310 m), en la frontera de Nepal e India.
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FILOSOFIAS DE DISEOFILOSOFIAS DE DISEO
Existen dos aproximaciones en el diseo de mezclas de CCR, lade suelos y la de concreto. Su diferencia est en el tratamiento
del agregado en la dosificacin de mezclas, ya sea como
concreto convencional o como terrapln estabilizado.
La mezcla de CCR diseada con la filosofa de concreto tiene una
consistencia ms fluda que aquella diseada con la filosofa de
suelos, ya que existe ms pasta.
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Considera al CCR como suelo procesado o agregado enriquecido
con cemento, con diseo en base a la relacin humedad-
densidad. Para un agregado y un contenido de cemento dados,
se determina el ptimo contenido de humedad para una
compactacin de laboratorio semejante a la compactacin de
campo. La pasta generalmente no rellena todos los vacos en los
agregados.
Se ilustra las curvas de laboratorio humedad-densidad para un
agregado de roca caliza de Texas utilizando tres energasdistintas de compactacin.
Filosofa de Suelos
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CONTENIDO DE HUMEDAD, % PESO SECO DE SOLIDOS
DENSIDAD
SECA
,lb/ft3
ESFUERZO DE COMPACTACION
32.5 ft-lb/in3
(PROCTOR MODIFICADO - ASTM D 1557)
ESFUERZO DE COMPACTACION
= 20 ft-lb/in3
ESFUERZO 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 SOLIDOS
0 5 10 15 20
120
135
125
130
145
140
CURVAS DE LABORATORIO PARA CCR HUMEDAD-DENSIDAD SUJETA A
VARIAS ENERGAS DE COMPACTACIN
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Se toma en cuenta el concepto de la relacin agua-cemento
establecida por Abrams en 1918. La resistencia del concreto es
inversamente proporcional a la relacin agua-cemento. Elcontenido de agua de la mezcla se determina con equipo Vebe
para alcanzar el tiempo deseado en el que la pasta aparezca en
la superficie de la mezcla.
Debe existir suficiente pasta en la mezcla que rellena los vacos
en el agregado para que sta se compacte completamente,
producindose un concreto de asentamiento nulo. Adems, no
debe contener exceso de pasta que sea llevada a la superficie
con pocas pasadas de rodillo.
Filosofa de Concreto
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Se ha establecido la siguiente clasificacin
Presas CCR con alto contenido de pasta (> 150 Kg/m3 de cemento)
Presas CCR con medio contenido de pasta (100-150 Kg/m3 decemento)
Presas CCR con bajo contenido de pasta (< 100 Kg/m3 de cemento)
Presas Hardfill (contenido muy bajo de cemento)
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APARATO VEBE (ASTMAPARATO VEBE (ASTM C1170)C1170)
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MATERIALES PARA MEZCLAS CCRMATERIALES PARA MEZCLAS CCR
Los tipos de cemento IP, II y IS presentan propiedades
beneficiosas para su aplicacin en CCR, ya que desarrollan bajocalor de hidratacin durante la fragua, tienen menor retraccin de
fragua que el tipo I, alargan la trabajabilidad del material y
mejoran la puesta en obra.
Cemento
Puzolana
Se utiliza como reemplazo parcial del cemento para reducir la
generacin del calor de hidratacin y reducir costos. Tambin
para aumentar los finos y mejorar la trabajabilidad para
volmenes mnimos de pasta. La puzolana acta a lo largo de losaos, por lo que puede contribuir a la resistencia al largo plazo.
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La calidad de los agregados depende de las propiedadesdeseadas del CCR, principalmente su resistencia. Para
resistencias altas de CCR se requiere un agregado de alta
calidad. Para CCR no expuesto a congelamiento-deshielo o noest sometido a esfuerzos altos, se pueden utilizar agregados de
baja calidad.
Agregados
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34.5
27.6
20.7
13.8
6.9
0 30 59 85 119 148 178
CEMENTO kg/m3
1ao
28 dias
14 dias
7 dias
90 dias
0 30 59 85 119 148 178
CEMENTO kg/m3
RESISTENCIA
A
LA
COMPRESION
MP
34.5
27.6
6.9
20.7
13.8
1ao
90 dias
28 dias
14 dias
7 dias
(a) CURVAS DE RESISTENCIA CCR QUE PUEDEN SER DESARROLLADAS CON VARIASPROPORCIONES DE CEMENTO PARA AGREGADOS DE BUENA CALIDAD. (b) CURVASDE RESISTENCIA CCR DESARROLLADAS CON AGREGADOS DE MENOR CALIDAD.(ACI207.5R-99-REF. 1)
(a) (b)
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La granulometra del agregado para el CCR con aproximacin a
concreto es similar a la requerida para concreto. El tamao
mximo es de 3, aunque se han usado tamaos mximos de 2 y6. El porcentaje de finos se ha limitado al 3% del total de peso
del agregado, si se usa alto porcentaje de puzolana.
La granulometra del agregado para el CCR con aproximacin a
suelos, se limita a un tamao mximo de 2 y la cantidad de finos
de 8 a 16%. Para proyectos de pequeo a mediano tamao se
propone la siguiente granolometra.
100
90 -100
35 - 6015 - 30
5 - 10
38 mm (1.5 )
25 mm (1.0 )
N
4N 40
N 200
PORCENTAJE QUE PASA POR PESO(2)
TAMAO DE TAMIZ(1)
Tabla N 1 Granulometra recomendada de agregados
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El agua debe estar libre de cantidades excesivas de lcalis,
cidos o material orgnico que puedan inhibir la ganancia de
resistencia. Generalmente se requiere de 89 a 119 Kg/m3 de
agua para agregados de tamao mximo mayor a 2.
Agua
Los ms utilizados son los reductores de agua y los retardadores
de fragua, pues mejoran la trabajabilidad y las condiciones decolocacin. Los incorporadores de aire no son usados debido a la
dificultad en generar las burbujas de aire y su distribucin
cuando la mezcla tiene asentamiento nulo.
Aditivos
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DISEO DE MEZCLAS MEDIANTEDISEO DE MEZCLAS MEDIANTE
COMPACTACION DE SUELOSCOMPACTACION DE SUELOSEs similar al diseo de mezclas de suelo-cemento y bases
estabilizadas con cemento. Se emplea una granulometra deagregados fija y la variacin en el contenido del material
cementante para un ptimo contenido humedad. Se preparan
especmenes de prueba para ensayos a la compresin simple yse comparan resultados.
El ptimo contenido de humedad se determina con ensayos decompactacin tipo Proctor Modificado, aunque pueden utilizarse
otras energas de compactacin. Se debe verificar la variacin de
la curva con el contenido de cemento.
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Se utiliza cilindros de 6 x 12. Existen dos mtodos para preparar
los especmenes:
Especmenes para Resistencia
- Usando el martillo del Proctor Modificado (ASTM D 1557)
- Usando un martillo vibrador Hilti o apisonador de polo neumtico
(ASTM C 1435)
El mejor mtodo es el de martillo vibrador o apisonador de polo
neumtico, el cual tiene un plato de 5.5 de dimetro. Para cada
una de las tres capas, la muestra es vibrada hasta que el mortero
de cemento es visto en el espacio anular entre el borde del molde
y la cabeza del apisonador. El tiempo es de 5-15 segundos. No
ser mayor a 20 segundos. Se rompen cilindros a 3, 7, 14, 28, 56,
90 y 365 das.
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APISONADORES UTILIZADOS EN LA ELABORACIN DE PROBETAS DE CCR (A) APISONADORVIBRADOR HILTI (B) APISONADOR DE POLO NEUMTICO
A B
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Para CCR expuesto a ciclos de congelamiento-deshielo o
humedecimiento-secado se recomienda ensayar especmenes a
durabilidad de acuerdo a las normas ASTM.
Especmenes para Durabilidad
Ensayo congelamiento-deshielo (ASTM D 560)
Ensayo humedecimiento-secado (ASTM D 559)
El ensayo congelamiento-deshielo es ms severo que el dehumedecimiento-secado
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CONTENIDO DE MATERIAL CEMENTANTE 10%
RESISTENCIA
RESISTENCIA DE DISEO
EDAD DE CURADO
8 %
6 %
4 %
90 DIAS
SELECCIN DEL DISEO DE MEZCLA BASADO EN LA RESISTENCIA
Se presentan resultados de resistencia con edad de curado paravarios contenidos de cemento. Se define la edad y la resistencia
requerida de diseo.
Solucin Final de Mezcla
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Los resultados de los ensayos de durabilidad se comparan con
los lmites permisibles por congelamiento-deshielo yhumedecimiento-secado. Para especmenes de 7 das de curado
despus de 12 ciclos.
Usualmente el criterio de resistencia controla
14
6
14
8
Portland Cement Association
U.S. Bureau of Reclamation
Humedecimiento/secadoCongelamiento/deshielo
Mximos lmites permisibles
(% de peso perdido)Agencia
Tabla N 2 Lmites de durabilidad permisibles
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CONCLUSIONESCONCLUSIONES
- El diseo de mezclas de CCR utilizando conceptos de
compactacin de suelos es simple y est basado en ensayos
convencionales de compactacin tipo Proctor. Se recomiendasu empleo en presas pequeas a medianas.
- Se recomienda la aplicacin de CCR en presas y pavimentospor su bajo costo y rapidez de construccin.
- El diseo propuesto deber verificarse mediante ensayos de
resistencia cortante, deformabilidad y durabilidad, tanto en el
laboratorio como en el campo
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PRESA RIO GRANDEPRESA RIO GRANDE
YANACOCHAYANACOCHA
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