Universidad Católica Santa María Facultad de Arquitectura e Ingeniería Civil y del Ambiente Programa Profesional de Ingeniería Civil Curso: Tecnología del Concreto II Tercera Unidad: Concretos de Alto Desempeño Docente: Ing. Julio Ernesto Riquelme Pareja 2014

CONCRETO DE ALTO DESEMPEÑO 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. Normalmente, un gran número de pruebas de desempeño es necesario para demostrar la satisfacción de las necesidades específicas del proyecto. El concreto de alto desempeño está siendo usado principalmente en túneles, puentes y edificios altos debido a su resistencia, durabilidad y alto módulo de elasticidad. Además, se lo puede utilizar en reparaciones de concreto, concreto lanzado, postes, garajes y aplicaciones agrícolas

Algunas de las propiedades que se pueden requerir del concreto de alto desempeño (CAD) son: Alta resistencia. Alta resistencia inicial. Alto módulo de elasticidad. Alta resistencia a la abrasión. Alta durabilidad y vida útil larga en ambientes severos. Baja permeabilidad y difusión. Resistencia al ataque químico. Alta resistencia a la congelación y a los daños causados por las sales de deshielo. Tenacidad y resistencia al impacto. Estabilidad de volumen. Fácil colocación. Compactación sin segregación. Cohibición del crecimiento de bacterias y moho.

Los concretos de alta resistencia se producen con materiales de alta calidad, cuidadosamente seleccionados y con la optimización del diseño de la mezcla. Típicamente, estos concretos tienen una relación agua materiales cementantes de 0.20 a 0.45. Se usan normalmente reductores de agua para volverlos fluidos y trabajables. No siempre la resistencia es la principal propiedad requerida.

MATERIALES UTILIZADOS PARA LA ELABORACIÓN DE CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO

CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA (CAR) La definición de alta resistencia cambia a lo largo de los años a medida que la resistencia del concreto empleado en las obras aumenta. Se considera el concreto de alta resistencia (CAR) como aquél que posee una resistencia considerablemente superior a las normalmente encontradas en la práctica. Por lo tanto, se considera un concreto de alta resistencia aquél que tenga, por lo menos, una resistencia de diseño de 700 kg/cm2 . Los concretos de alta resistencia y bajo o incluso cero asentamiento se producen habitualmente bajo el control cuidadoso en las plantas de concreto premoldeado y pretensado. La consolidación de estos concretos se debe realizar en tiempos más prolongados y por medios mecánicos que permitan una adecuada consolidación. Los aditivos superplastificantes se adicionan invariablemente a los CAR para producir mezclas más trabajables y fluidas.

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 que se estudian las variables remanentes. Se debe considerar las ventajas económicas que trae el uso de materiales locales. CEMENTO La selección del cemento para el concreto de alta resistencia no se debe basar sólo en pruebas de cubos de mortero, sino que también debe incluir resistencias comparativas del concreto a los 28, 56 y 91 días. Es preferible un cemento que lleve a altas resistencias a edades avanzadas (91 días). Para el concreto de alta resistencia, el cemento debe producir cubos de mortero con resistencia mínima a los 7 días de 310 kg/cm2. Se deben producir mezclas de prueba con contenidos de cemento entre 400 y 550 kg/m3. La 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 posibles.

MATERIAL CEMENTANTE SUPLEMENTARIO Ceniza volante, humo de sílice o escoria normalmente son obligatorios en la producción del concreto de alta resistencia, pues el desarrollo de la resistencia obtenido con estos materiales no se puede lograr solamente con el incremento del contenido de cemento. Estos materiales cementantes suplementarios normalmente se adicionan en una dosis del 5 al 20%, o más, de masa total del material cementante. Algunas especificaciones sólo permiten el uso de hasta 10% de humo de sílice, a menos que hayan evidencias indicando que el concreto producido con dosis mayores va a tener resistencia, durabilidad y estabilidad de volumen satisfactorios. Se debe ajustar la relación agua-material cementante para que la trabajabilidad sea la base de comparación entre las mezclas de prueba.

AGREGADOS En el concreto de alta resistencia, debe haber una atención especial al tamaño, forma, textura superficial, mineralogía y limpieza de los agregados. Para cada fuente de agregado y nivel de resistencia del concreto, hay un tamaño de agregado ideal que proporciona la mayor resistencia a compresión por unidad de cemento. Para encontrar el tamaño ideal, se deben producir mezclas de prueba con agregados de 19 mm (3⁄4 pulg.) o menores y contenidos variables de cemento. Muchos estudios han demostrado que el tamaño máximo nominal de 9.5 mm a 12.5 mm (3⁄8 a 1⁄2 pulg.) resulta en resistencias más elevadas. Debido a la gran cantidad de material cementante en el concreto de alta resistencia, el papel del agregado fino (arena) en dar trabajabilidad y características de buen acabado no es tan crucial como en el caso del concreto de resistencia convencional. La arena con módulo de fineza (MF) de cerca de 3.0 – considerada una arena gruesa – se ha mostrado satisfactoria para producir una buena trabajabilidad y alta resistencia a compresión.

Para resistencias especificadas de 700 kg/cm2 o mayores, el MF debe estar entre 2.8 y 3.2. Arenas más finas, con MF entre 2.5 y 2.7, pueden producir resistencias más bajas y mezclas más pegajosas. ADITIVOS Es necesario el uso de aditivos químicos, tales como reductores de agua, retardadores, reductores de agua de alto rango o superplastificantes. Ellos aumentan la eficiencia de las altas cantidades de material cementante en el concreto de alta resistencia y ayudan a obtener una relación agua-material cementante la más baja posible. La eficiencia de los aditivos químicos se debe evaluar a través de la comparación de la resistencia de las mezclas de prueba. Se debe investigar también la compatibilidad entre cemento y material cementante suplementario, bien como reductores de agua y otros aditivos. A través de estas mezclas de prueba es posible la determinación de la trabajabilidad, tiempo de fraguado y la cantidad de reducción de agua para una determinada dosis de aditivo y el momento de adición.

CONTROL DE CALIDAD Se requiere un amplio programa de calidad tanto en la planta de concreto como en la obra, para garantizar la coherencia de la producción y colocación del concreto de alta resistencia. Es importante la inspección de las operaciones desde las pilas de almacenamiento de agregados hasta la finalización del curado. Es necesario un control de la producción más riguroso del que normalmente se tiene en la mayoría de los proyectos. También se hace necesario el muestreo y el ensayo de rutina de todos los materiales para controlar la uniformidad del concreto.

CONCRETO AUTOCOMPACTANTE El concreto autocompactante (CAC) es capaz de fluir y consolidarse bajo su propio peso. Al mismo tiempo, es suficientemente cohesivo para llenar todos los espacios, de casi cualquier tamaño y forma, sin segregación y sangrado (exudación). Esto hace que el CAC sea particularmente útil donde el colado (colocación) es difícil, tal como miembros de concretos altamente reforzados o encofrados complicadas. Volumen absoluto de los materiales usados en el concreto convencional y en el concreto autocompactante.

Esta tecnología, desarrollada en Japón en los años 80, se basa en el aumento de la cantidad de finos, por ejemplo, ceniza volante o caliza, sin cambiar el contenido de agua, comparativamente con el concreto convencional, cambiando así el comportamiento reológico del concreto. El bajo contenido de agua garantiza una alta viscosidad, permitiendo que el agregado grueso flote en el mortero sin segregarse. Para alcanzar un equilibrio entre deformabilidad y estabilidad, el contenido total de partículas más finas que 150 μm (tamiz No. 100) debe ser elevado, normalmente cerca de 520 a 560 kg/m3 de concreto. Se usan aditivos reductores de agua de alto rango basados en éter policarboxilato para conferir plasticidad a la mezcla. El CAC es muy sensible a variaciones del contenido de agua, por lo tanto, se usan estabilizadores como polisacarida.

En Japón, el concreto autocompactante se divide en tres tipos, de acuerdo con la composición del mortero: • Tipo polvo: una gran cantidad de finos produce el volumen necesario de mortero. • Tipo agente de viscosidad (estabilizador): el contenido de finos puede estar en el rango admisible para los concretos vibrados y la viscosidad necesaria para inhibir la segregación, que se ajusta con el uso del estabilizado. • Tipo combinado: El tipo combinado se produce con la adición de una pequeña cantidad de estabilizador en el tipo polvo, a fin de equilibrar las variaciones de humedad en el proceso de producción.

Se han desarrollaron muchas pruebas nuevas para medir la: Fluidez. Viscosidad. Tendencia de bloqueo. Autonivelación. y Estabilidad de la mezcla. Una prueba sencilla para medir la estabilidad es el ensayo de asentamiento modificado. El anillo J – diámetro de 300 mm (12 pulg.) con varas circulares – se añade al ensayo de asentamiento con el cono de Abrams.

Se debe ajustar el número de varas, dependiendo del tamaño máximo del agregado en la mezcla de CAC ENSAYO DEL ANILLO J El CAC debe pasar a través de los obstáculos en el anillo J sin separación de la pasta y de los agregados gruesos. El diámetro del asentamiento de un CAC bien proporcionado es aproximadamente el mismo cuando medido con o sin en anillo J, normalmente cerca de 750 mm (30 pulg.). Por lo tanto, la superficie de prueba debe tener, por lo menos, un diámetro de 1000 mm (40 pulg.).

La resistencia y la durabilidad de un CAC bien diseñado son casi similares a los del concreto normal. Sin el curado apropiado, el CAC tiende a presentar más fisuración por contracción (retracción) plástica que el concreto convencional. La producción del CAC es más cara que el concreto convencional y es difícil de mantener la consistencia deseada por un largo periodo. Sin embargo, el tiempo de construcción es más corto, la producción del CAC es ambientalmente amigable (sin vibración) y además, el CAC produce un buen acabado de la superficie.

CONCRETO LIGERO ESTRUCTURAL El concreto ligero (liviano) estructural es un concreto similar al concreto de peso normal, excepto que tiene una densidad menor. Se lo produce con agregados ligeros (concreto totalmente ligero) o con una combinación de agregados ligeros y normales. El término “peso ligero- arena” se refiere al concreto ligero producido con agregado grueso ligero y arena natural. El concreto ligero estructural tiene una masa volumétrica seca al aire (masa unitaria, densidad) que varía de 1350 a 1850 kg/m3 y una resistencia a compresión a los 28 días que supera los 180 kg/cm2. Este concreto se usa principalmente para reducir la carga muerta (peso propio, carga permanente) de los miembros de concreto, tales como losas en edificios altos.

AGREGADOS LIGEROS ESTRUCTURALES Los agregados ligeros (livianos) estructurales se clasifican normalmente de acuerdo con su proceso de producción, pues el proceso interfiere en sus propiedades. Los agregados ligeros estructurales procesados deben atender a los requisitos de la ASTM C 330, los cuales incluyen: • Arcillas, pizarras y esquistos expandidos en hornos rotatorios. • Esquistos y pizarras expandidas en parrillas de sinterización. • Ceniza volante peletizada o extruída. • Escorias expandidas. Los agregados ligeros estructurales también se producen a través del procesamiento de otros tipos de materiales, tales como escorias y piedra pómez naturales.

RESISTENCIA A COMPRESIÓN La resistencia a compresión de los concretos ligeros (livianos) estructurales frecuentemente se relaciona con el contenido de cemento para un asentamiento dado y contenido de aire, mucho más que con la relación agua-cemento. Esto se debe a la dificultad de determinarse la cantidad de agua de la mezcla que fue absorbida por el agregado y que, por lo tanto, no está disponible para la reacción con el cemento. El ACI 211.2 presenta una orientación sobre la relación entre resistencia a compresión y contenido de cemento. La resistencia a compresión típica varía de 210 a 350 kg/cm2 . También se puede producir concreto de alta resistencia con agregados ligeros estructurales. MEZCLADO En general, los procedimientos de mezclado del concreto estructural ligero son similares a aquéllos para el concreto de peso normal. Sin embargo, algunos agregados muy absorbentes pueden requerir que se los moje antes de su empleo. El agua añadida en el laboratorio o en la planta de dosificación debe ser suficiente para producir el asentamiento especificado en la obra.

CONCRETO COMPACTADO CON RODILLOS El concreto compactado con rodillos (CCR) es un concreto pobre, de revenimiento cero y casi seco, que se compacta en la obra a través de rodillos vibratorios o equipos de compactación de placa. El CCR es una mezcla de agregados, cemento y agua y también se pueden emplear materiales cementantes suplementarios, tales como ceniza volante. Los contenidos de cemento varían de 60 a 360 kg/m3. El mezclado se realiza con mezcladoras convencionales, mezcladoras continuas o, en algunos casos, camiones mezcladores de tambor basculante. Las aplicaciones para el CCR se dividen en dos categorías: Estructuras de control de agua (presas) . y Pavimentos. Aunque el mismo término se usa para describir ambos los tipos de uso de concreto, el diseño y los procesos de construcción son diferentes.