Club Balvanera, Qro. Abril 18, 2016

Ing. Germán Díaz Gerente Regional de Sistemas de Aditivos-Latinoamérica

Nuestro conocimiento en Diseño y Construcción de Pisos

Lo que mostraremos el día de hoy

Piso de Concreto Sobre Terreno (Tipo) Juntas y Niveles de Refuerzo

Junta

Diseño de Concreto Concreto Base

Barrera de Vapor Sub-Base Sub-Rasante

Sistemas de Soporte

Piso de Concreto Sobre Terreno (Tipo) Tolerancias en las Superficies, Curado y Tratamientos Superficiales Concreto Base

Barrera de Vapor Sub-Base Sub-Rasante

Referencias ACI 360  Design of Slabs on Grade ACI 302

American Concrete Institute (ACI), Instituto Americano del Concreto, es una organización de Estados Unidos de América que publica normas y recomendaciones técnicas con referencia al concreto reforzado.

 Concrete Floor and Slab Construction ACI 223

 Concreto de Contracción Compensada ACI 117  Tolerancias en planicidad y nivelación

Clasificación de Losas sobre Terreno

Ing. Germán Díaz Gerente Regional de Sistemas de Aditivos-Latinoamérica

3.2 Tipos de Losas sobre Terreno Tipos de Pisos de Concreto de acuerdo a ACI360 R-10

3.2.1 Concreto Simple sin Refuerzo Cemento CPO /CPC (Cemento Portland Tipo I o Tipo II)

Espaciamiento de Juntas (24t a 36t) Mecanismos de transferencia de carga –Pasajuntas

Niveles de Planicidad y Nivelación pueden variar con el tiempo Junta Pasa Junta Concreto Base

3.2.2 Losas reforzadas para controlar el ancho de grieta Refuerzo por temperatura y por Contracción Refuerzo discontinuo /Refuerzo continuo  Ubicado en el 1/3 superior  Barras de acero o malla (alambre soldado reforzado) Cemento CPO /CPC (Cemento Portland Tipo I o Tipo II) Espaciamiento de Juntas (24t a 36t) Reforzamiento nominal Mecanismos de transferencia de carga -Pasajuntas

Pasa Junta

Concreto Base

Junta

Refuerzo

3.2.3 Losas reforzadas para prevenir agrietamiento Concreto de Contracción Compensada Postensados para control de agrietamiento Concreto reforzado con Fibras Metálicas Concreto reforzado con Fibras Sintéticas

3.2.3 Losas reforzadas para prevenir agrietamiento Concreto de Contracción Compensada  Cemento Portland Tipo K o SRA  Espaciamiento de Juntas 12-46m (40-150ft)  Juntas de Control No requeridas

 Reforzamiento- considerando expansión  Mecanismos de transferencia de carga -Pasajuntas Junta Pasa Junta Concreto Base

Refuerz o

3.2.3 Losas reforzadas para prevenir agrietamiento Postensados para control de agrietamiento  Cemento CPO (Cemento Portland Tipo I o Tipo II)  Espaciamiento de Juntas 30-150m (100-500ft)  El alabeo es reducido por el efecto del post-tensado

 Reforzamiento- Torones (cables de acero para post-tensado espaciados 750mm (30in)±.  Esfuerzo 100-250 psi (0.7-1.7mPa) Torón de Acero Concreto Base

Junta

Superficie deslizante

3.2.3 Losas reforzadas para prevenir agrietamiento Concreto Reforzado con Fibras  Metálicas  Sintéticas  Incremento de la resistencia al impacto y a la fatiga

 Cemento CPO /CPC (Cemento Portland Tipo I o Tipo II)  Mecanismos de transferencia de carga -Pasajuntas Junta Pasa Junta Concreto Base

Refuerz o

3.2.4 Losas de concreto Estructurales Refuerzo estructural moderado Refuerzo estructural

3.2.4 Losas de concreto Estructurales Refuerzo estructural moderado  Cemento CPO /CPC (Cemento Portland Tipo I o Tipo II)  Espaciamiento de Juntas - Amplio  Reforzamiento – PT o Convencional

 Mecanismos de transferencia de carga –Pasajuntas

Junta Pasa Junta Concreto Base

Refuerz o

3.2.4 Losas de concreto Estructurales Refuerzo estructural  Cemento CPO /CPC (Cemento Portland Tipo I o Tipo II)  Espaciamiento de Juntas – No crítico  Reforzamiento – 1 o 2 parrillas

 Agrietamiento - anticipado

Junta Concreto Base

Refuerz o

Sistemas de Soporte

Sistemas de Soporte Espesor Uniforme – Evitar cambios extremos Nivel de Soporte Uniforme – Evitar cambios Superficies Duras /Blandas

Concreto Base

Barrera de Vapor Sub-Base Sub-Rasante

Sistemas de Soporte

El Ingeniero en Geotecnia debe conocer: 

Uso y elevación propuesta para el piso de concreto



Tipo y magnitudes de cargas esperadas



Condiciones ambientales del área de la construcción



Requerimientos de planicidad y nivelación



Requerimientos de recubrimientos

Sin embargo, Podemos ahorrar 700liras y dos meses de trabajo si evitamos hacer estudios de geotécnica

La coordinación entre el Ingeniero en Geotecnia y el Estructurista que diseña el piso de concreto desde el inicio del proyecto puede resultar en un diseño económico y adecuado del sistema piso

Requerimientos Fundamentales Los pisos de concreto no requieren necesariamente un fuerte apoyo de la sub-rasante

Sin embargo,

La superficie de apoyo de la sub-rasante debe ser uniforme y evitar cambios bruscos de zonas blanduras a blandas.

El terreno de desplante puede cumplir los criterios para una sub-base o incluso un material de base, pero debe ser clasificado, identificado y estimado su idoneidad.

Los diseñadores de pisos emplean el modulo de reacción del suelo (k) para representar el esfuerzo del soporte del suelo. Este módulo es una constante que asume una respuesta linear entre la carga y la deformación del suelo

En realidad , no existe un valor k único para una sub-base , porque la relación entre la carga y la deformación del suelo no es lineal y no es una propiedad fundamental del suelo

Requerimientos de material para de relleno (Base) Características  Tipo de suelo uniforme



Espesor Mínimo 100mm (4in)

 Compactable



Granular (No uniforme /Arena Natural)

 Adecuado drenaje

 Compresión baja  Contenido de humedad aceptable

Problemas con la Base

Base dañada por la Construcción

Concret o

Nivel especificado de la Base

SubBase

er

1 Encuentro de Tecnologías de Pisos Industriales

Soporte de Terreno Ing. Roberto Uribe Afif Director Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C.

18 de abril, 2016

1

Preparación del sistema del suelo

2

Pruebas

3

Tolerancias en la capa de apoyo

6

Barrera de vapor

1

Preparación del sistema del suelo

2

Pruebas

3

Tolerancias en la capa de apoyo

6

Barrera de vapor

Preparación del sistema de suelo Importancia El sistema de apoyo del suelo deberá estar bien drenado y proporcionará un soporte adecuado y uniforme para las cargas. Es esencial que el sistema completo del suelo de soporte sea probado o totalmente evaluado antes de colocar la losa sobre el. (Ringo 1958)

Preparación del sistema de suelo

Carga

Retardador de vapor / barrera

Piso Base Subbase

Subrasante

Terminología del sistema de soporte del piso

Preparación del sistema de suelo Se deben cumplir los requisitos siguientes:

Humedad y pesos volumétricos en las capas de terracería Evitar superficie de base muy secas. Tampoco debe hacer lodo o agua libre al recibir al concreto

Durante la compactación de campo se deberán evitar “bombeo” y “roderas” Compactación de subrasante: la tolerancia será de ± 38 mm. Las mediciones se hacen a cada 6 m en ambas direcciones

1

Preparación del sistema de suelo

2

Pruebas

3

Tolerancia en la capa de apoyo

6

Barrera de vapor

Pruebas Tipos de Prueba

Por impactos: las dinámicas tipo AASHTO estándar, Proctor SCT, AASHTO, en modalidades de 3 y 5 capas; y los métodos de California y de Texas

Por amasado: método de compactación Hveem Por vibración: método de compactación en que se utiliza una mesa vibratoria

Pruebas Prueba de compactación

Esta práctica debería ser parte del proceso de evaluación de la calidad de una base, y documentarse en las especificaciones de los proyectos. La prueba normalmente nos indica si existe un exceso de humedad en la superficie:

Pruebas Prueba de compactación Esta prueba es una de las más efectivas para determinar si el sistema de suelo de apoyo es adecuado para proveer un soporte estable durante y después de la construcción.

¿Cuándo ?

En caso de ser aplicable, este proceso se deberá realizar después de la terminación de una nivelación de poca precisión, y si se requiere, puede repetirse antes de la colocación de la losa.

Pruebas Prueba de compactación ¿Cómo ? Se deberá realizar con un camión cargado de ejes tandem, un camión mezclador, aplanadora de cilindros metálicos o equivalente. En cualquier caso, se deberán efectuar varias pasadas, siguiendo un patrón preestablecido. Si se manifiesta bombeo o roderas en cualquier momento durante la preparación de la subrasante, sub-base o compactación de la base de rodillos, se deberá tomar una acción para corregir esta situación.

Terreno / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / No bombeo no, No roderas =

Pruebas Prueba de compactación Si el suelo se deforma debajo de las llantas con el paso del camión cargado, esto indica que el contenido de agua de la base es probablemente mas alto que la humedad óptima, por lo que no podrá alcanzar ni mantener su máxima compactación.

=

Aquellas áreas que se identifiquen con un soporte pobre, deberán ser sustituidas con material compactado para tener una base uniforme. Una vez reparadas, se deberá repetir la prueba del paso de un camión.

Pruebas Relación entre clasificación de suelos y el módulo de subreacción del suelo K :

Proctor Este método describe el procedimiento para la determinación de la relación entre el contenido de la humedad y de la densidad de los suelos compactados.

Efecto del espesor la subbase en modulo de diseño reacción de surasante.

de el de la

1

Preparación del sistema del suelo

2

Pruebas

3

Tolerancia en la capa de apoyo

4

Barrera de vapor

Tolerancias en capa base:

PISO

CARACTERISITICAS

TOLERANCIA

Clase 1 a 3

Una losa Dos losas Oficinas, decorativos

0- ± 29 mm

Clase 4 a 9

Plantas industriales Pisos Industriales Tráfico pesado Impacto Almacenes

0- ± 19mm

Material de la capa base: granular, compactable, y de fácil perfilamiento. No debe sufrir huellas mayores a 13 mm cuando sobre ella pase un camión revolvedor cargado

1

Preparación del sistema del suelo

2

Pruebas

3

Tolerancia en la capa de apoyo

4

Barrera de vapor

Barrera de vapor Introducción:

Una protección adecuada contra la humedad, será necesaria cuando el piso vaya a estar cubierto por madera, alfombra, recubrimientos impermeables, o al contacto con equipos y/o productos sensibles a la humedad.

Barrera de vapor Descripción Se emplea en la losa en casos en donde los pisos cuentan con alguno de los siguientes acabados: de madera, acrílicos, epóxicos, uretanos, maderas, alfombras, etc.

Se acepta como criterio que las membranas permitan infiltraciones menores a 0.2 unidades de permeabilidad conforme a la ASTM E 96

Barrera de vapor

En caso de usar:

…el comité ACI recomienda un espesor de 0.25 mm mínimo, de manera que sea mas capaz y resistente. Dura más durante instalación y vida útil. Las mejores membranas son las de refuerzo múltiple

Nota: el concreto colocado sobre barreras de vapor se contrae más que el colocado directamente sobre base granular

Barrera de vapor

Si se requiere colocar la barrera de vapor sobre una capa granular, es recomendable que antes de colocar la membrana, se le coloque una capa granular “fina” de un espesor de 1.3 cm.

El traslape mínimo de membrana es de 15 cm

Barrera de vapor

¿Tiene el proyecto un recubrimiento sensible al vapor, o un área de humedad controlada ? ////////////////////

No

Piso Material granular seco

No se requiere Retardador o Barrera de vapor

Si

Se requiere retardador o barrera de vapor

Losas con recubrimiento sensible al vapor

////////////////////

Piso Barrera de vapor Material granular seco

Losas en áreas de humedad controlada

////////////////////

Piso Material granular seco Barrera de vapor

Características generales de la estructura de soporte:

Se deben evitar los materiales orgánicos con una alta compresibilidad, de la misma forma las arcillas con alta plasticidad, ya que se pueden presentar problemas por los empujes que generan al hincharse.

Características generales de la estructura de soporte:

Los materiales de una Base deberán estar limpios, presentar una graduación variada, tener material granular con un contenido balanceado de finos. Se debe generar una superficie que genere poca fricción, cuidando la perdida de humedad de la parte inferior debido al fenómeno de capilaridad. .

Características Deseables del Concreto Tipos de Concreto

Ing. Carlos Uriel de La Rosa Gerente Técnico Concretos Moctezuma

Compresión Tensión

Esfuerzo

Curado húmedo

Aparición de grietas por encogimiento provocado por el secado

Secado al aire

Cambio de volumen que tiene el concreto por la pérdida de humedad



Curado



Evaporación



Hidratación del cemento



Temperatura ambiente

Contracción y Contenido de Agua

   

Revenimiento 10 a 12 cm Resistencia Facilidad de Acabado Fraguado Uniforme

 Consumo de Agua Mínimo  Relación Grava/Arena  Contenido de aire < 3 %  Uso de Aditivos Reductores de agua

• • • •

Módulo de finura Densidad Absorción Pérdida por lavado

• Equivalente de arena

2.80 a 3.1 > 2.50 g/cm3 < 3.00 % < 5 % (río) < 7 % (triturada) > 80 %

• • • • •

Tamaño máximo 20 Y 40 mm Densidad > 2.60 Absorción < 1.5 % Pérdida por lavado < 1.0 % Granulometría óptima

• • • •

Módulo de ruptura: Resistencia a Compresión: Contracción por Secado: Módulo de elasticidad:

38 a 55 kg/cm2 300 kg/cm2 < 450 millonésimas ~ 14 000 f´c.

Pruebas de verificación Evaluación de materiales y propiedades del Concreto Fresco y Endurecido

Influencia de la temperatura en la contracción

El alabeo y su problemática en Pisos de Concreto Ing. Germán Díaz

Alabeo

Alabeo

Alabeo

Alabeo

Importancia de Minimizar la contracción por secado Las losas se secan en la superficie y están húmedas en la parte inferior. Contracciones diferenciales causan en las orillas de las losas el alabeo y las juntas se abren.

Las masa de concreto sin soporte causa el hundimiento en el centro de la losa. En tanto las juntas se abren, la transferencia de esfuerzos se reduce.

En tanto las juntas se abren, las cargas que se aplican en la junta pueden causar agrietamiento a lo largo de la superficie sin soporte. El alabeo es más pronunciado en las esquinas. R

2

Pr

R

e Pr Lu

L

Problemas con el Alabeo Agrietamiento de la losa de concreto Juntas despostilladas Falla en el sello de la junta Disminución en la capacidad de carga de la losa de concreto

Dificultad de tránsito en el piso de concreto (e.j. montacargas, patines) Falla de recubrimiento

Problemas con el Alabeo

Problemas con el Alabeo

Problemática de las juntas en: Losas sobre terreno 

PCA: “…el mayor costo de la reparación y mantenimiento de un piso es debido al deterioro en las juntas y el control del agrietamiento.”



El mantenimiento de las juntas constituye aproximadamente el 80% de los problemas en los pisos de concreto

Delaminación en las juntas en un piso de 1 año de uso

Factores del Alabeo en Losas de Concreto Contracción del concreto Resistencia del Concreto y su rigidez Separación de Juntas Espesor de la losa de concreto

Rigidez de la Base de soporte y su contenido de humedad Diferencias en el contenido de agua del concreto Diferencias de temperatura del concreto Otros

Esfuerzos en la Reducción de Juntas Varias técnicas se han adoptado para incrementar el espaciamiento de las juntas en losas sobre terreno.

Baja contracción y reforzamiento con fibras Post-Tensado

Elementos expansivos Alto nivel de refuerzo con acero ( > 0.5%)

Pisos de Baja Contracción Reforzados con Macrofibras Sintéticas

Ing. Germán Díaz

Espaciamiento de Juntas …en concreto de baja contracción Concrete Construction, June 2008

Espaciamiento de Juntas …en concreto de baja contracción Concrete Construction, June 2008

Espaciamiento de Juntas …en concreto de baja contracción Concrete Construction, June 2008

Espaciamiento de Juntas …en concreto de baja contracción Concrete International, February 2016

Por qué las losas sobre terreno?

Actual recomendación del ACI 360 para el espaciamiento de juntas

Contracción por secado (millionésimas) 3…… < 520 4…... 520 – 780 5…… 780 – 1100

Niveles de “Refuerzo” con fibras Nivel 1:

Micro fibras sintéticas- Monofilamento para controlar grietas causadas por agrietamiento plástico

Nivel 2:

Fibras sintéticas (fibriladas) para controlar agrietamiento por contracción plástica y reemplazo de Malla electrosoldada 6 x 6–W1.4 x W1.4 @ dosis de 1.5 lb/yd3 (0.9 kg/m3)

Nivel 3: Macrofibras sintéticas y de acero para refuerzo Post-Alabeo y Post-agrietamiento y reemplazo de malla electrosoldada y barras de acero #3 / #4 (refuerzo por contracción y temperatura

Nivel 4:

Macrofibras sintéticas y de acero para remplazo parcial o completo de refuerzo primario de acero (dependiendo de la aplicación)

Menor M/O y reducción en ejecución de obra usando Niveles 2, 3 & 4

Concreto reforzado con fibras •

Normado por ASTM C 1116/C 1116M, “Especificación estándar para concreto reforzado con fibras” •

•

Existen 4 clasificaciones diferentes en función del material utilizado para su fabricación •

Tipo I, Fibras metálicas

•

Tipo II, Fibras de fibra de vidrio

•

Tipo III, Fibras sintéticas

•

Tipo IV, Fibras naturales

Se deben utilizar las normas ASTM C 1399, C 1550 ó C 1609/C 1609M cuando la resistencia residual a flexión sea importante.

Soporte del desempeño de fibras

Resistencia residual (ASTM C 1399)

Tenacidad flexión

Desempeño flexión

(ASTM C 1550)

(ASTM C 1609)

Resistencia residual – ASTM C 1399 Ejemplo 2500

P1

Load (lb)

2000

P2

P3

P4

Carga residual promedio, P 

P1  P2  P3  P4 4

1500

 L  Resistencia residual promedio, ARS  P  2   bd 

1000 500 0 0.00

LVDT #1 LVDT #2 0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

Deflection (in.)

Esfuerzos tomados por las fibras

Curva esfuerzo - deformación: …ASTM C 1609

δtb= 2.00 mm Para vigas 100-mm δtb= 3.00 mm Para vigas 150-mm Concreto con fibras

Concreto s/refuerzo

Tenacidad a flexión - ASTM C 1550 35 30

Load, kN

25 20 Reinforcement toughness @ 5-mm deflection 15 g = 0.08% 10 5 0 0

5

10

15

20

Deflection, mm

25

30

35

Concreto lanzado Estudio CFE (ASTM C1150)

•

•

•

Lograr la misma tenacidad a flexión que 40 kg/m3 de fibra metálica

Prueba comparativa hecha con el mismo concreto, mismo equipo, mismas condiciones climáticas. Mismo proceso constructivo de obra (lanzado con robot).

Concreto lanzado Estudio CFE (ASTM C1150)

•

• • •

Se verifican las dimensiones de los especímenes Se procede al ensayo a 28 días Todos los especímenes presentan falla de forma adecuada Se determina tenacidad a flexión de todos los elementos

Concreto lanzado Estudio CFE (ASTM C1150)

Concreto lanzado Estudio CFE (ASTM C1150)

METALICA (40 kg/m3)

Concreto lanzado Estudio CFE (ASTM C1150)

METALICA (40 kg/m3)

Fibras puenteando grietas

5.0 lb/yd3 (3.0 kg/m3)

11.8 lb/yd3 (7.0 kg/m3)

15.0 lb/yd3 (9.0 kg/m3)

Beneficios de las Fibras  Proveen refuerzo multidireccional, reforzamiento post-agrietamiento en el concreto.  Incrementan la ductilidad, energía de absorción (tenacidad) e incremento a la fatiga en el concreto.  Incremento a la resistencia a impacto y esfuerzos cortantes en el concreto.  Puenteo de grietas y reducción de ancho de grietas. Proveer un refuerzo “interlock” e incremento de la capacidad de carga.  Incrementa la capacidad en las secciones al momento flector y permite la reducción de espesores.  Reducción de mano de obra y costos adicionales para la instalación de reforzamientos con acero.  Relativamente económico comparado con el concreto reforzado convencional.

Beneficios de las fibras - Espaciamientos de las juntas Losa sin Refuerzo

wc L1

(limita el ancho de grieta en la superficie para asegurar el “interlock” del agregado)

Losa reforzada con Fibras wcf N > wc

L2

wc wcf N Net shrinkage strain,  n   L1 L2

wcf

 L2  L1

(puede tolerar un gran número de finas grietas, sin presentar problemas en servicio: wcf 50 HORIZONTALIDAD FL

Planicidad Números FF, FL

PLANICIDAD

HORIZONTALIDAD

20

15

25

20

35

25

45

35

> 50

> 50

USO TÍPICO

CLASE

Cuartos de máquinas no críticos, áreas no públicas superficies que van a tener un piso elevado para computadoras, superficies con revestimiento 1o2 grueso para mosaico y losas estructurales de estacionamiento Áreas alfombradas de edificios de oficinas con 2 tránsito ligero / edificaciones industriales Piso de revestimiento delgado o piso de bodegas 2,3,4,5,6,7 con u8 tránsito moderado o pesado Bodegas con uso de paleta neumática o pistas de 9 patinaje, pisos para gimnasia Estudios de cine o de televisión 3o9

Planicidad

Tolerancias: conforme el ACI 117 (relacionada con la planicidad y niveles de los pisos).

Este documento establece que la desviación TOTAL de la rasante real respecto a la de proyecto no debe ser mayor a 19 mm Esto es aplicable para pisos de concreto sobre terreno, NO en losas suspendidas

Planicidad Medición de la planicidad y horizontalidad (Dipstiks) Equipo que busca las diferencias de elevación tanto en distancias cortas como largas empleando la medición de números F

Planicidad

Antes se medían distorsiones de 3.2 mm en regla de 3 m para comprobar planicidad ¿Cómo se comparan de manera burda los Números “F” con la regla de los 3 m?

F,25

equivale a defecto de 6.3 mm en regla de 3 m

F,50

equivale a defecto de 3.17 mm en regla de 3 m

F,100

equivale a defecto de 1.6 mm en regla de 3 m

En la práctica los valores de FF/ FL alcanzan valores entre 12 y 45 La escala es lineal, para fines comparativos. Por ejemplo: FF30/ FL24

doble de plano que un

FF15/ FL12

Planicidad

Estos parámetros dependen de la eficiencia de procedimientos constructivos y los de terminado

Trabajabilidad Factores que afectan la Planicidad (Losas sobre terreno)

Lapso de tiempo para realizar el acabado Agentes ambientales Niveles de luminosidad

Entrega oportuna del concreto

Factores que afectan la Horizontalidad:

Instalación del cimbrado Enrase inicial del concreto

Problemas y sus causas

Formación de cortes defectuosos

Mal alumbrado

Mal cimbrado

Referencias para la construcción de pisos

ACI 302

Diseño y construcción de pisos industriales

ACI 360

Diseño de losas sobre el terreno

ACI 117

Tolerancias para construcción

ACI 223

Guía para el uso de concreto con contracción controlada