INFORMACION TECNICA - Artículos técnicos Página 1 de 10. HORMIGON AUTOCOMPACTANTE Un hormigón que se viene

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INFORMACION TECNICA - Artículos técnicos Página 1 de 10 HORMIGON AUTOCOMPACTANTE Un hormigón que se viene ANTECEDENTES Hagamos un rápido recorrido cronológico de la experiencia obtenida, sobre los hitos que han marcado la calidad del hormigón en las obras de edificación, desde el comienzo del empleo de aditivos. A partir del hormigón vibrado convencional, el hormigón autonivelante y hasta el hormigón autocompactante ya utilizado en otros países y en estudio en Argentina. Hormigón vibrado convencional. Durante los años 50 se empezaron a utilizar los fluidificantes basados en lignosulfonatos, sin apenas purificar, procedentes de los residuos industriales de la fabricación de papel. Su rendimiento era aceptable (8% de reducción de agua de amasado) aunque con efectos secundarios negativos notables. En las obras se peleaba milímetro a milímetro la consistencia del hormigón en el cono de Abrans. Más cono, más agua, y evidentemente menos calidad. El cono era el parámetro más llamativo e inmediatamente relacionado con la calidad del hormigón. Dada su normalmente consistencia seca, la calidad del hormigón colocado en obra ( de forma lenta y laboriosa) dependía fundamentalmente de la ejecución. Consecuentemente, los errores de ejecución eran excesivos, del 40% y los errores tenían la siguiente distribución: Ejecución: 40%. Proyecto : 25%. Acciones imprevistas: 18%. Materiales: 17%. Hormigón autonivelante y hormigón de alta resistencia. En la década del 70 se comenzaron a utilizar en las Obras Civiles los primeros superfluidificantes, con la entrada de los aditivos superplastificantes, se redujeron considerablemente los errores de ejecución y se mejoró enormemente en la calidad del hormigón. La calidad del hormigón ya no dependía de su consistencia, sino de la relación A/C. En consecuencia, el cono de Abrams comenzó a perder protagonismo y quedó solamente como medida de control en obra. HORMIGON AUTOCOMPACTANTE (HAC) INFORMACION TECNICA - Artículos técnicos Página 2 de 10 Son conocidos ya los parámetros que influyen en la durabilidad del hormigón, y del mismo modo, que las exigencias sobre la confección de estructuras y elementos más durables aumentan progresivamente. La durabilidad del hormigón depende en primer grado de la formulación de este. En este sentido, los parámetros básicos son la relación A/C y la cantidad de cemento. Estos parámetros son controlables en el diseño de la mezcla y por lo tanto, en cierta manera, previsibles. En segundo plano aparece el factor puesta en obra. Sin duda alguna, una perfecta formulación del hormigón puede perder todas sus propiedades debido a una mala puesta en obra (desde la adición de agua en el camión hasta un defectuoso o incluso excesivo vibrado). En consecuencia, la durabilidad del hormigón depende también, e incluso en mayor medida, de su puesta en obra. El problema de este aspecto es que, a diferencia del diseño de la mezcla, es un parámetro no controlable y ni mucho menos previsible. La ejecución queda en manos del operario de la obra, que en la mayoría de ocasiones no entiende o no conoce los parámetros que pueden afectar positivamente o negativamente las propiedades del hormigón que manipula. En resumen, la durabilidad del hormigón se ve altamente afectada por las características de la puesta en obra. En otro contexto, la exigencias de la mejora de las condiciones ambientales de obra también aumentan progresivamente. Eliminar los ruidos producidos por el vibrador es un aspecto a considerar, tanto para los operarios de la obra como para el entorno. Reflejado el panorama, la solución debería ser un hormigón cuyas propiedades quedaran garantizadas única y exclusivamente en el momento de su diseño, independientemente de su ejecución. Esto sería una garantía de calidad y de seguridad. Así pues, los últimos desarrollos en la tecnología del hormigón se han centrado en la elaboración de hormigones autocompactables, que gracias al avance de la química implicada en la construcción han permitido el nacimiento de lo que hoy nombramos hormigón autocompactante el cual permite ser colocado en obra sin la necesidad de vibradores, eliminando definitivamente este factor que tanto afecta a la calidad y durabilidad como es la puesta en obra. HORMIGON AUTOCOMPACTANTE. DEFINICIÓN Y CONCEPTOS BÁSICOS Por definición, un hormigón autocompactante es un hormigón capaz de fluir y rellenar cualquier parte y rincón del encofrado a través del armado simplemente por la acción de su propio peso, sin la necesidad de cualquier otro método de compactación externo y sin segregación o indicios de bloqueo. Atendiendo a esta definición, las características fundamentales que deben definir un hormigón autocompactante son las que se muestran a continuación: - Elevada fluidez: El hormigón autocompactante se caracteriza por una elevada fluidez hasta el punto que los métodos tradicionales de ensayo como por ejemplo el cono de Abrams resultan obsoletos. - Elevada resistencia a la segregación: La elevada fluidez no debe implicar nunca segregación o exhudación. La masa debe mantener la homogeneidad tanto de forma intrínseca como al someterse a la puesta en obra. - Adecuada viscosidad plástica: el hormigón autocompactante debe fluir por la acción de su propio peso. Esto requiere unas características de formulación para que el hormigón no se bloquee en su paso a través de las armaduras, con un perfecto relleno y que corra a través del encofrado, acomodándose a su forma. - Deformabilidad en estado fresco: para obtener unos buenos acabados y un perfecto recubrimiento de las armaduras, el hormigón autocompactante debe caracterizarse INFORMACION TECNICA - Artículos técnicos Página 3 de 10 por su deformabilidad en estado fresco. Todas estas características básicas deben mantener un equilibrio entre ellas a pesar de que algunas como fluidez y cohesión (resistencia a la segregación) presenten cierto antagonismo. Esto es, una adecuada formulación de hormigón autocompactante implica que todas las propiedades citadas se mantengan en un equilibrio estable y óptimo durante todo el tiempo que implique el transporte y su colocación en obra. Para obtener un hormigón con estas propiedades existen unos requisitos básicos en cuanto a la formulación del hormigón: - Contenido en finos ( 0.1 mm) entre kg/m3. - Relación agua/finos en volumen (R A/F) entre Volumen de mortero aproximadamente al 40% respecto al total. - Relación de grava no superior al 50% respecto al total. - Emplear curvas de áridos continuas con los mínimos cortes posibles y con adecuado coeficiente de forma. - Tamaño máximo de árido limitado a 25 mm. - Empleo de aditivos superplastificantes/reductores de agua de alta actividad (reducción de agua superior al 30-35%). - Empleo de aditivos moduladores de viscosidad (solo en caso necesario). En definitiva, el esqueleto de un hormigón autocompactante debe estar constituido por una distribución continua de áridos con tamaño máximo limitado en una matriz de pasta (agua, cemento y adición, o finos de tamaño inferior a 0.1 mm) que permita que la masa sea capaz de fluir por la acción de su propio peso y que mantenga la masa homogénea bajo cualquier acción. COMPONENTES BÁSICOS Los componentes básicos que constituyen el hormigón autocompactante son: cemento, adición, arena, grava, agua, aditivo superplastificante/reductor de agua de alta actividad, y aditivo modulador de viscosidad. Cemento No existen requerimientos especiales en cuanto el tipo de cemento, incluso cementos compuestos. Algunos estudios recomiendan limitar el contenido de C3A del cemento o emplear cementos con bajo calor de hidratación para minimizar los problemas de retracción que una masa con tanta cantidad de finos puede generar. La cantidad mínima de cemento recomendable es de 350 kg/m3 para satisfacer la demanda de finos y de tal modo que ésta esté equilibrada con la cantidad de adición y con la demanda de agua. Esta cantidad es relativa ya que estará en relación al tipo de adición empleada (básicamente si es reactiva o no). En general los requerimientos básicos en cuanto al tipo de cemento los marcará el tipo de aplicación que tendrá el hormigón. Adiciones El empleo de adición es imprescindible para satisfacer la demanda de finos que requiere el hormigón autocompactante. Dentro de lo que se entiende como adición para hormigón autocompactante se incluye INFORMACION TECNICA - Artículos técnicos Página 4 de 10 también la aportación de finos por parte de las arenas. En cualquier caso, el empleo de adición es imprescindible para confeccionar hormigón autocompactante. Sobre la naturaleza de adición, no existe limitación. Cenizas volantes, filler calcareo (o de otra naturaleza), microsílice, etc. son perfectamente utilizables. En general, las cenizas ofrecen grandes resultados en aplicaciones donde no se demande elevada resistencia inicial o se requiera elevado mantenimiento de la consistencia. Contrariamente, no representan la mejor opción en prefabricado. El empleo de cenizas permite trabajar con cantidades de cemento más ajustadas debido a su puzolanidad pero debe asegurarse que la calidad de la ceniza sea la óptima. Cenizas con elevado contenido de residuo no quemado pueden provocar manchas negras en la superficie del hormigón ya que éstos, por diferencia de densidades y apoyado por la elevada fluidez del hormigón autocompactante, emergen con facilidad a la superficie. En el campo del prefabricado y en general donde la demanda de resistencia inicial sea elevada, la adición más recomendada es el filler. El empleo de adición no reactiva implica trabajar con mayores cantidades de cemento pero como normalmente en este tipo de aplicaciones ya se trabaja con cantidades elevadas no representa un problema importante. La microsílice puede ser empleada en cualquier tipo de aplicación y a pesar de que ofrece buenos resultados, tiene alguna limitación. En primer plano su cantidad está limitada por motivos de resistencia a flexión, motivos económicos y por su elevada demanda de agua. Trabajar con microsílice a las cantidades típicas generalmente no es suficiente para satisfacer la demanda de finos a no ser que la cantidad de cemento sea elevada y demande mayor cantidad de aditivo superfluidificante por su elevado efecto cohesionante. Otra razón que limita el empleo de microsílice es la alteración del aspecto (color) del hormigón a no ser que se emplee microsílice blanca. Arenas No existen limitaciones en cuanto a la naturaleza de las arenas empleadas. Sobre su distribución de tamaños, es necesario emplear arenas continuas, sin cortes en su granulometría, y preferiblemente sin formas lajosas (típico de las arenas silíceas), su cantidad deberá estar en consonancia con la cantidad de grava. Generalmente el contenido de arena puede representar el 60-50% de la cantidad de árido total, en función de la naturaleza y cantidad de la adición empleada y de cemento y de las características de la grava. Es preferible un cierto aporte de finos (pase por el tamiz 0.08 o 0.063) por parte de las arenas ya que esto puede reducir la demanda de adición y cemento para corregir los kg/m3 de finos inferiores a 0.1 mm demandados. Si se emplean arenas correctoras (con pases por el tamiz 0.08 o cercanos al 10% o más) para satisfacer la demanda de finos su cantidad a emplear deberá estar en relación a la cantidad de finos demandada y a la cantidad de cemento empleada. Grava Las mayores exigencias en cuanto a materiales para la confección de hormigón autocompactante están en la grava. A pesar que no existe limitación en cuanto a su naturaleza, sí existen limitaciones con el tamaño máximo y el coeficiente de forma. El tamaño máximo del árido se limita a 25mm, aunque es preferible limitarlo a 20mm. Evidentemente, el tamaño máximo del árido deberá guardar relación con la distancia entre armaduras, pero dado el caso que fuera posible trabajar con tamaños superiores a mm, no deberá excederse este tamaño ya que implica un elevado riesgo de bloqueo y segregación de la masa. De todas formas, los mejores resultados globales se consiguen empleando tamaños máximos entre mm. En cuanto al coeficiente de forma, este debe ser lo más bajo posible ya que las mejores propiedades autocompactables sin bloqueos y elevada fluencia del hormigón INFORMACION TECNICA - Artículos técnicos Página 5 de 10 se consiguen con gravas rodadas. Las formas lajosas dificultan que el hormigón fluya adecuadamente y aumentan el riesgo de bloqueo. Agua La cantidad de agua total empleada debe guardar relación con el volumen de finos empleado a razón de una relación Relaciones volumétricas agua/finos (R A/F) inferiores a 0.9 generan hormigones demasiado cohesivos, que necesitan mucho volumen para autocompactarse. Contrariamente, R A/F superiores a 1.05 implican un elevado riesgo de exudación. Si se emplea aditivo modulador de viscosidad, la relación del contenido de agua con el volumen de finos es más flexible en el aspecto que es posible incrementar el contenido de agua (R A/F superiores a 1.05) ya que el modulador de viscosidad, gracias a su efecto cohesionante, actúa como elemento corrector. La dosificación de agua y el cálculo de la R A/C debe considerar la cantidad y el tipo de adición. Por ejemplo al trabajar con cantidades elevadas de cenizas, estas deben considerarse en el agua reactiva. Esto implica considerar más la relación agua/ligante (R A/L) que la propia relación A/C en el caso de emplear cenizas. En general, y como en el hormigón convencional, la R A/C (o R A/L dado el caso) es fundamental sobre la durabilidad y resistencia mecánica del hormigón. Puede existir, sin embargo, un problema en la calidad de los acabados si se emplean R A/C extremamente bajas sin no se toman precauciones adicionales. Aditivo superplastificante/reductor de agua de alta actividad El aditivo superplastificante es imprescindible para la confección de hormigón autocompactante. No todos los tipos son utilizables. Los aditivos basados en naftalen-sulfonatos o condensados de melamina no ofrecen suficiente poder reductor de agua y en consecuencia, los únicos tipos utilizables son los basados en éter policarboxílico modificado, capaces de reducir agua en valores superiores al 35%. Independientemente del poder reductor de agua, las características del aditivo deben ajustarse a las características de cada aplicación (en función de si se demanda elevada resistencia inicial, prolongado mantenimiento de la consistencia, etc) y en correspondencia al tipo de cemento, adición y áridos empleados. En este aspecto, si se emplean las adiciones más adecuadas para cada aplicación el efecto del aditivo sobre el desarrollo de resistencia o sobre el fraguado no es tan acusado, especialmente en el caso de emplear cenizas, donde éstas colaboran de forma muy importante en el mantenimiento de la consistencia y dejan las particularidades del aditivo en segundo plano. Este razonamiento no es válido en los casos donde se demanda elevada resistencia inicial. Ante estas situaciones las particularidades del aditivo en el desarrollo de resistencia sí son muy trascendentes. Aditivo modulador de viscosidad El aditivo modulador de viscosidad es un producto que confiere cohesión interna a la masa sin apenas pérdidas de fluidez (a diferencia de los cohesionantes convencionales). El empleo de este aditivo puede no ser imprescindible en el caso de emplear las adiciones y el cemento en su cantidad óptima. En estos casos, el aporte de finos será suficiente para mantener la cohesión interna y el empleo de aditivo modulador de viscosidad en estos casos podría incluso ser perjudicial por la elevada cohesión de la masa, que requeriría elevados volúmenes de hormigón para su autocompacidad. El empleo de modulador de viscosidad es imprescindible en el caso de insuficiencias en el aporte de finos. En estos casos, el modulador de viscosidad representa una gran ayuda para mantener hormigones con contenidos de finos inferiores a los INFORMACION TECNICA - Artículos técnicos Página 6 de 10 recomendados en perfecto estado de cohesión interna, mantenido la fluidez de la masa. El empleo de modulador de viscosidad ofrece grandes resultados como elemento que ayuda a contrarrestar las variaciones en las características de los materiales. Por ejemplo si el árido puede ofrecer ligeras variaciones en su contenido de humedad (hecho que podría implicar obtener hormigones con insuficiente fluidez en el caso del defecto o hormigones totalmente disgregados en el caso de exceso), al emplear modulador de viscosidad éstas variaciones pueden ser toleradas, obteniendo resultados más uniformes y seguros, independientemente de las ligeras variaciones de las características de los materiales empleados. La dosificación de todos los componentes básicos del hormigón autocompactante deberá mantener un equilibrio que debe ser estable durante todo el tiempo que dure el ciclo de aplicación. ENSAYOS DE CONTROL Y CARACTERIZACION DEL HORMIGON AUTOCOMPACTANTE Las propiedades básicas del hormigón autocompactante (fluidez, resistencia a la segregación, deformidad en estado fresco y viscosidad) deben ser determinadas y cuantificadas por ensayos representativos. En este aspecto, los métodos tradicionales para la caracterización de hormigones en estado fresco resultan totalmente obsoletos, y para ello deben proponerse nuevas alternativas de ensayo. Los ensayos más aceptados para el control y ciclo de diseño del hormigón autocompactante son los siguientes: - SLUMP-FLOW. - V-FUNNEL. - I-BOX. - KAJIMA FILL-BOX. Slump-flow Este test determina y cuantifica la fluidez de la masa y se relaciona también con la viscosidad de éste. El ensayo consiste en rellenar el cono de Abrams sin compactar ni picar, levantar el cono sobre una placa no absorbente húmeda (no encharcada) y controlar la expansión diametral de la masa y el tiempo de fluencia. - (diámetro de la masa descargada) = cm. - T50 (tiempo en el que la masa alcanza los 50 cm) = 3-5 seg. El hormigón debe fluir libremente sin indicios de exhudación y formando una torta circular. V-Funnel El test V-Funnel cuantifica la deformabilidad del hormigón en estado fresco que se relaciona con la capacidad del hormigón para acomodarse a la geometría del encofrado. El test consiste en rellenar hasta enrase y sin compactar el embudo de dimensiones indicadas, controlando el tiempo de descarga: t (tiempo de descarga) = 5-12 seg. La descarga de la masa debe producirse de manera continua, sin interrupciones. INFORMACION TECNICA - Artículos técnicos Página 7 de 10 L-Box Este test se relaciona con la resistencia a la segregación del hormigón al traspasar zonas de armadura. El procedimiento de ensayo consiste en rellenar hasta enrase la caja en forma de L de dimensiones indicadas y levantar la compuerta de tal modo que el hormigón descargue libremente. Se controla su capacidad autonivelante en presencia de obstáculos, el bloqueo en las barras y el tiempo de fluencia. - bloqueo en las barras. Sin indicios de bloque. - H2/H1 (autonivelación) t20 (tiempo de fluencia) 1.5 seg. - T40 (tiempo de fluencia) 3.5 seg. Fill-box Este test indica la capacidad del hormigón para autocompactarse en presencia de zonas de alta densidad de armado y por lo tanto es un test que intenta reproducir el comportamiento del hormigón autocompactante en condiciones extremas. El ensayo consiste en rellenar la caja de metacrilato indicada, con sus respectivos obstáculos. Se controla el porcentaje de relleno. (H1+H2). 100/2H2 90% Existen otros métodos de ensayo alternativo para el hormigón autocompactante como son la U-Box (análogo a la L-Box) el test J-Ring (que consiste en colocar un anillo de barras al hacer el test Slump-Flow), etc. DISEÑO Como ya se ha visto, en un hormigón autocompactante los materiales que componen la mezcla son variados y deben estudiarse cuidadosamente para conseguir que un hormigón de alta consistencia y cohesión pueda atravesar una densa armadura con un perfecto relleno sin bloqueo del árido grueso y sin segregación ni exu
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