contraccion temprana del hormigon
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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.
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
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)
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGNFisuras de Contraccin por Secado
Estado inicial
Luego de algunas horas
Luego de algunos das
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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
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resiste
ncia
traccin
por con
traccin
sin creep
traccin
conside
rando la
relajaci
n por cre
ep
No hay fisuracin por contraccin
CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
Menor relajacin que en caso a)
T
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n
s
i
n
d
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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
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
(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.
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
De qu depende el mdulo de elasticidad?
50
40
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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]
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
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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
De qu depende el mdulo de elasticidad?
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
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E
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c
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a
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i
c
o
[
G
P
a
]
Caliza
de alto m
dulo
Granito
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
De qu depende el mdulo de elasticidad?
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).
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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
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
De qu depende el mdulo de elasticidad?
Tipo de agregado
Resistencia de la pasta cementicia
Edad
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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
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
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
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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
Canto rodado fracciones
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
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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
Canto rodado fracciones
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
+70% Tensin
Fuente: E. Becker, 2007. Informe Tcnico 0257 del 28/09/2007
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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
Canto rodado fracciones
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]
- 42%Resistencia
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
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
Ahora, qu ocurre en la pasta de cemento durante
las 1eras horas?
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGNHidratacin del cemento
Compuestos S-C-H
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGNHidratacin del cemento
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.
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGNHidratacin del cemento
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).
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
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.
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL 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.
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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
CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
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
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estado endurecidoestado fresco
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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)
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
r2 r1
r1
r2 r2 r1
r1
r2
Pc
**
Esquema de un lquido entre 2 partculas esfricas en la superficie.
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).
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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):
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).
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
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
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).
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
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 .
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).
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
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.
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
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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.
-
CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
1 2 4 6 8 10 1 3 70
200
400
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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
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a
d
[
x
1
0
6
]
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CONTRACCIN TEMPRANA DEL HORMIGN
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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
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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.
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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.
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Fisuras de Retraccin Plstica
Base
Losa de Hormign
2 a 3 cm
Fuente: E. Becker, 2001. Seminario sobre Patologas Habituales en el Hormign.
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Fuente: FHWA HIF 07-004. Integrated Materials and Construction Practices for Concrete Pavement: A State of the Practice Manual
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Fuente: FHWA HIF 07-004. Integrated Materials and Construction Practices for Concrete Pavement: A State of the Practice Manual
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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).
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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.
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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.
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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.
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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).
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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)
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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
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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
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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
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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
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