UNIVERSIDAD UNIVERSID AD CA CATÓLICA TÓLICA SANT SANTA A MARÍA Facultad de Arquitectura e Ingeniería Civil del A!"iente #r$gra!a #r$%e&i$nal de Ingeniería Civil
Cur&$' Tecn$l$gía del C$ncret$ II Tercera Unidad' C$ncret$& de Alt$
De&e!(e)$ D$cente' Ing* +uli$ Erne&t$ Riquel!e #are,a
C1NCRET1 DE ALT1 ALT1 DESEM#E21 DESE M#E21 El concreto de alto desempeño (CAD) supera las propiedades y la constructibilidad del concreto convencional. Para producir estos concretos especialmente diseñados, se usan materiales normales y especiales y pueden ser necesarias prácticas especiales de mezclado, colocación (colado) y curado. ormalmente, un !ran n"mero de pruebas de desempeño es necesario para demostrar la satis#acción de las necesidades espec$%cas del proyecto. El concreto de alto desempeño está siendo usado principalmente en t"neles, puentes y edi%cios altos debido a su resistencia, durabilidad y alto módulo de elasticidad. Además, se lo puede utilizar en reparaciones de concreto, concreto lanzado, postes, !ara&es y aplicaciones a!r$colas
Al!unas de las propiedades 'ue se pueden re'uerir del concreto de alto desempeño (CAD) son • • • • • • • •
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Alta resistencia. Alta resistencia inicial. Alto módulo de elasticidad. Alta resistencia a la abrasión. Alta durabilidad y vida "til lar!a en ambientes severos. a&a permeabilidad y di#usión. *esistencia al ata'ue 'u$mico. Alta resistencia a la con!elación y a los daños causados por las sales de des+ielo. enacidad y resistencia al impacto. Estabilidad de volumen. -ácil colocación. Compactación sin se!re!ación. Co+ibición del crecimiento de bacterias y mo+o.
os concretos de alta resistencia se producen con materiales de alta calidad, cuidadosamente seleccionados y con la optimización del diseño de la mezcla. $picamente, estos concretos tienen una relación a!ua materiales cementantes de /.0/ a /.12. 3e usan normalmente reductores de a!ua para volverlos 4uidos y traba&ables. o siempre la resistencia es la principal propiedad re'uerida.
MATERIALES UTILI3AD1S #ARA LA ELA41RACIÓN DE C1NCRET1S DE ALT1 DESEM#E21
C1NCRET1 DE ALTA RESISTENCIA 5CAR6 a de%nición de alta resistencia cambia a lo lar!o de los años a medida 'ue la resistencia del concreto empleado en las obras aumenta. 3e considera el concreto de alta resistencia (CA*) como a'u5l 'ue posee una resistencia considerablemente superior a las normalmente encontradas en la práctica. Por lo tanto, se considera un concreto de alta resistencia a'u5l 'ue ten!a, por lo menos, una resistencia de diseño de 6// 7!8cm 0 . os concretos de alta resistencia y ba&o o incluso cero asentamiento se producen +abitualmente ba&o el control cuidadoso en las plantas de concreto premoldeado y pretensado. a consolidación de estos concretos se debe realizar en tiempos más prolon!ados y por medios mecánicos
Al desarrollarse el diseño de la mezcla, se debe analizar cada variable separadamente. Cuando se establece la cantidad óptima, o cerca de la óptima, de cada variable, se la debe ir incorporando a medida 'ue se estudian las variables remanentes. 3e debe considerar las venta&as económicas 'ue trae el uso de materiales CEMENT1 locales. a selección del cemento para el concreto de alta resistencia no se debe basar sólo en pruebas de cubos de mortero, sino 'ue tambi5n debe incluir resistencias comparativas del concreto a los 09, 2: y ;< d$as. Es pre#erible un cemento 'ue lleve a altas resistencias a edades avanzadas (;< d$as). Para el concreto de alta resistencia, el cemento debe producir cubos de mortero con resistencia m$nima a los 6 d$as de = 7!8cm 0. 3e deben producir mezclas de prueba con contenidos de cemento entre 1// y 22/ 7!8m=. a cantidad va a variar dependiendo de la resistencia deseada. Además de la disminución de la cantidad de arena, con el aumento del contenido de cemento, las mezclas de prueba deben ser lo más parecidas
MATERIAL CEMENTANTE SU#LEMENTARI1 Ceniza volante, +umo de s$lice o escoria normalmente son obli!atorios en la producción del concreto de alta resistencia, pues el desarrollo de la resistencia obtenido con estos materiales no se puede lo!rar solamente con el incremento del contenido de cemento. Estos materiales cementantes suplementarios normalmente se adicionan en una dosis del 2 al 0/>, o más, de masa total del material cementante. Al!unas especi%caciones sólo permiten el uso de +asta > de +umo de s$lice, a menos 'ue +ayan evidencias indicando 'ue el concreto producido con dosis mayores va a tener resistencia, durabilidad y estabilidad de volumen satis#actorios. 3e debe a&ustar la relación a!ua?material cementante para 'ue la traba&abilidad sea la base de comparación entre las mezclas de prueba.
A7RE7AD1S En el concreto de alta resistencia, debe +aber una atención especial al tamaño, #orma, te@tura super%cial, mineralo!$a y limpieza de los a!re!ados. Para cada #uente de a!re!ado y nivel de resistencia del concreto, +ay un tamaño de a!re!ado ideal 'ue proporciona la mayor resistencia a compresión por unidad de cemento. Para encontrar el tamaño ideal, se deben producir mezclas de prueba con a!re!ados de <; mm (=1 pul!.) o menores y contenidos variables de cemento. Buc+os estudios +an demostrado 'ue el tamaño má@imo nominal de ;.2 mm a <0.2 mm (=9 a <0 pul!.) resulta en resistencias más elevadas. Debido a la !ran cantidad de material cementante en el concreto de alta resistencia, el papel del a!re!ado %no (arena) en dar traba&abilidad y caracter$sticas de buen acabado no es tan crucial como en el caso del concreto de resistencia convencional. a arena
Para resistencias especi%cadas de 6// 7!8cm0 o mayores, el Bdebe estar entre 0.9 y =.0. Arenas más %nas, con B- entre 0.2 y 0.6, pueden producir resistencias más ba&as y mezclas más pe!a&osas. ADF3 Es necesario el uso de aditivos 'u$micos, tales como reductores de a!ua, retardadores, reductores de a!ua de alto ran!o o superplasti%cantes. Ellos aumentan la e%ciencia de las altas cantidades de material cementante en el concreto de alta resistencia y ayudan a obtener una relación a!ua?material cementante la más ba&a posible. a e%ciencia de los aditivos 'u$micos se debe evaluar a trav5s de la comparación de la resistencia de las mezclas de prueba. 3e debe investi!ar tambi5n la compatibilidad entre cemento y material cementante suplementario, bien como reductores de a!ua y otros aditivos. A trav5s de estas mezclas de prueba es posible la determinación de la traba&abilidad, tiempo de
C1NTR1L DE CALIDAD 3e re'uiere un amplio pro!rama de calidad tanto en la planta de concreto como en la obra, para !arantizar la co+erencia de la producción y colocación del concreto de alta resistencia. Es importante la inspección de las operaciones desde las pilas de almacenamiento de a!re!ados +asta la %nalización del curado. Es necesario un control de la producción más ri!uroso del 'ue normalmente se tiene en la mayor$a de los proyectos. ambi5n se +ace necesario el muestreo y el ensayo de rutina de todos los materiales para controlar la uni#ormidad del concreto.
C1NCRET1 AUT1C1M#ACTANTE El concreto autocompactante (CAC) es capaz de 4uir y consolidarse ba&o su propio peso. Al mismo tiempo, es su%cientemente co+esivo para llenar todos los espacios, de casi cual'uier tamaño y #orma, sin se!re!ación y san!rado (e@udación). Esto +ace 'ue el CAC sea particularmente "til donde el colado (colocación) es di#$cil, tal como miembros de concretos altamente re#orzados o enco#rados complicadas. olumen absoluto de los materiales usados en el concreto convencional y en el concreto autocompactante.
Esta tecnolo!$a, desarrollada en Gapón en los años 9/, se basa en el aumento de la cantidad de %nos, por e&emplo, ceniza volante o caliza, sin cambiar el contenido de a!ua, comparativamente con el concreto convencional, cambiando as$ el comportamiento reoló!ico del concreto. El ba&o contenido de a!ua !arantiza una alta viscosidad, permitiendo 'ue el a!re!ado !rueso 4ote en el mortero sin se!re!arse. Para alcanzar un e'uilibrio entre de#ormabilidad y estabilidad, el contenido total de part$culas más %nas 'ue <2/ Hm (tamiz o. /) debe ser elevado, normalmente cerca de 20/ a 2:/ 7!8m= de concreto. 3e usan aditivos reductores de a!ua de alto ran!o basados en 5ter policarbo@ilato para con#erir plasticidad a la mezcla. El CAC es muy sensible a variaciones del contenido de a!ua, por lo
En Gapón, el concreto autocompactante se divide en tres tipos, de acuerdo con la composición del mortero I ipo polvo una !ran cantidad de %nos produce el volumen necesario de mortero. I ipo a!ente de viscosidad (estabilizador) el contenido de %nos puede estar en el ran!o admisible para los concretos vibrados y la viscosidad necesaria para in+ibir la se!re!ación, 'ue se a&usta con el uso del estabilizado. I ipo combinado El tipo combinado se produce con la adición de una pe'ueña cantidad de estabilizador en el tipo polvo,
3e +an desarrollaron muc+as pruebas nuevas para medir la -luidez. iscosidad. endencia de blo'ueo. Autonivelación. y Estabilidad de la mezcla. • • • • •
Jna prueba sencilla para medir la estabilidad es el ensayo de asentamiento modi%cado. El anillo G diámetro de =// mm (<0 pul!.) con varas circulares se añade al ensayo de
3e debe a&ustar el n"mero de varas, dependiendo del tamaño má@imo del a!re!ado en la mezcla de CAC
ENSA81 DEL ANILL1 + El CAC debe pasar a trav5s de los obstáculos en el anillo G sin separación de la pasta y de los a!re!ados !ruesos. El diámetro del asentamiento de un CAC bien proporcionado es apro@imadamente el mismo cuando medido con o sin en anillo G, normalmente cerca de 62/ mm (=/ pul!.). Por lo tanto, la super%cie de prueba
a resistencia y la durabilidad de un CAC bien diseñado son casi similares a los del concreto normal. 3in el curado apropiado, el CAC tiende a presentar más %suración por contracción
(retracción)
plástica
'ue
el
concreto
convencional. a producción del CAC es más cara 'ue el concreto convencional y es di#$cil de mantener la consistencia deseada por un lar!o periodo. 3in embar!o, el tiempo de construcción es más corto, la producción del CAC es ambientalmente ami!able (sin vibración) y además, el CAC produce un buen acabado de la
C1NCRET1 LI7ER1 ESTRUCTURAL El concreto li!ero (liviano) estructural es un concreto similar al concreto de peso normal, e@cepto 'ue tiene una densidad menor. 3e lo produce con a!re!ados li!eros (concreto totalmente li!ero) o con una combinación de a!re!ados li!eros y normales. El t5rmino Kpeso li!ero? arenaL se re%ere al concreto li!ero producido con a!re!ado !rueso li!ero y arena natural. El concreto li!ero estructural tiene una masa volum5trica seca al aire (masa unitaria, densidad) 'ue var$a de <=2/ a <92/ 7!8m = y una resistencia a compresión a los 09 d$as 'ue supera los <9/ 7!8cm 0. Este concreto se usa principalmente para reducir la car!a muerta (peso propio, car!a permanente) de los miembros de concreto, tales como losas en edi%cios altos.
A7RE7AD1S LI7ER1S ESTRUCTURALES os a!re!ados li!eros (livianos) estructurales se clasi%can normalmente de acuerdo con su proceso de producción, pues el proceso inter%ere en sus propiedades. os a!re!ados li!eros estructurales procesados deben atender a los re'uisitos de la A3B C ==/, los cuales incluyen I Arcillas, pizarras y es'uistos e@pandidos en +ornos rotatorios. I Es'uistos y pizarras e@pandidas en parrillas de sinterización. I Ceniza volante peletizada o e@tru$da. I Escorias e@pandidas. os a!re!ados li!eros estructurales tambi5n se producen a trav5s del procesamiento de otros tipos de materiales, tales como escorias y piedra pómez naturales.
RESISTENCIA A C1M#RESIÓN a resistencia a compresión de los concretos li!eros (livianos) estructurales #recuentemente se relaciona con el contenido de cemento para un asentamiento dado y contenido de aire, muc+o más 'ue con la relación a!ua?cemento. Esto se debe a la di%cultad de determinarse la cantidad de a!ua de la mezcla 'ue #ue absorbida por el a!re!ado y 'ue, por lo tanto, no está disponible para la reacción con el cemento. El AC 0<<.0 presenta una orientación sobre la relación entre resistencia a compresión y contenido de cemento. a resistencia a compresión t$pica var$a de 0 a =2/ 7!8cm0 . ambi5n se puede producir concreto de alta resistencia con a!re!ados li!eros estructurales.
ME3CLAD1 En !eneral, los procedimientos de mezclado del concreto estructural li!ero son similares a a'u5llos para el concreto de peso normal. 3in embar!o, al!unos a!re!ados muy absorbentes pueden re'uerir 'ue se
C1NCRET1 C1M#ACTAD1 C1N R1DILL1S El concreto compactado con rodillos (CC*) es un concreto pobre, de revenimiento cero y casi seco, 'ue se compacta en la obra a trav5s de rodillos vibratorios o e'uipos de compactación de placa. El CC* es una mezcla de a!re!ados, cemento y a!ua y tambi5n se pueden emplear materiales cementantes suplementarios, tales como ceniza volante. os contenidos de cemento var$an de :/ a =:/ 7!8m=. El mezclado se realiza con mezcladoras convencionales, mezcladoras continuas o, en al!unos casos, camiones mezcladores de tambor basculante. as aplicaciones para el CC* se dividen en dos cate!or$as Estructuras de control de a!ua (presas) . y Pavimentos. Aun'ue el mismo t5rmino se usa para describir ambos los tipos de uso de concreto, el diseño y los procesos de construcción son •
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