ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL TESIS DE GRADO “CONSTRUCCION, PRUEBAS DE CARGA Y ANALISIS DE VIGAS PRESFORZADAS UTILIZANDO HORMIGON DE ALTO DESEMPEÑO Y COMPARACION CON VIGAS PRESFORZADAS CONSTRUIDAS CON HORMIGONES CONVENCIONALES SOMETIDAS A LAS MISMAS CONDICIONES DE CARGA.” PREVIO A LA OBTENCION DEL TITULO DE: INGENIERO CIVIL PRESENTADO POR: CARLOS RAUL RODRIGUEZ DIAZ DIRECTOR DE TESIS: ING. JOSE CAMPOSANO LUQUE AGOSTO 12 DEL 2009

INTRODUCCION HIPOTESIS - OBJETIVOS Evaluar la posibilidad de construir en nuestro medio, elementos estructurales utilizando Hormigón de Alto Desempeño (HAD). Construir vigas pre-esforzadas utilizando HAD y vigas preesforzadas utilizando hormigones convencionales para luego someterlas a pruebas de carga bajo las mismas condiciones. Comparar desde el punto de vista de respuesta estructural y económico, las ventajas y desventajas de la utilización del Hormigón de Alta Resistencia producido localmente.

HORMIGONES DE ALTO DESEMPEÑO INTRODUCCION HORMIGONES DE ALTO DESEMPEÑO Su definición exacta es aun tema de debate. Durante los años setenta comenzó a fabricarse hormigones con resistencia superiores a las usuales. Uso de Reductores de Agua de Alto Rango para reducir la relación agua/material cementicio + adición de microsilica = aumento de resistencia y mejoramiento de las características de desempeño. ACI: Hormigones convencionales f’c < 80 Mpa Hormigones Convencionales : relaciones agua/cemento entre 0.4 y 0.6 Hormigón de Alto Desempeño: relaciones agua/cemento menores 0.25. Two Prudential Plaza Chicago: Hormigón 82 MPa

HORMIGONES DE ULTRA ALTO DESEMPEÑO INTRODUCCION HORMIGONES DE ULTRA ALTO DESEMPEÑO Se define hormigones de ultra alto desempeño (HUAD), aquellos con altos contenidos de cemento y baja relaciones agua/material cementicio Resistencia a la compresión simple se encuentre en el rango entre 200 y 800 MPa. Se puede lograr únicamente bajo condiciones controladas de curado de presión y temperatura. Puente Borg-les-Valence , 2001. Primer puente vehicular del mundo, dos claros 20m.

INTRODUCCION HORMIGONES PRESFORZADO El concreto pre-esforzado se define como aquel concreto en el cual han sido introducidos esfuerzos internos de tal magnitud y distribución que los esfuerzos resultantes debido a cargas externas son contrarrestados a un grado deseado.

INTRODUCCION OBJETIVO Combinar las propiedades del hormigón presforzado y el Hormigón de Alta Resistencia para su aplicación en estructuras. Puente Borg-les-Valence , 2001. Pasarela Peatonal, Sherbooke, Quebec,1997. Puente Peatonal Sakata Mirai, Japón 2002. Puente La Paz, Corea, 2001 - 2002.

CONSTRUCCION DE VIGAS PRESFORZADAS CARACTERISTICAS DEL ELEMENTO Convencional: Carga Maxima 1.3 Ton Delfexion 0.68 cm HAD: Carga maxima 1.5 Ton Deflexion 0.58 cm

CONSTRUCCION DE VIGAS PRESFORZADAS DOSIFICACION Cemento Humo de silice H.A.D. Arena cuarzosa Microfibras Cuarzo molido Agua Superplastificante Cemento Tipo I 712.00 Kg/m3 21.68 % Arena silicia 1020.00 Kg/m3 39.66 % Humo de silice 231.00 Kg/m3 8.98 % Quarzo mólido 211.00 Kg/m3 8.20 % Superplastificante 30.70 Kg/m3 1.19 % Fibras 156.00 Kg/m3 5.77 % Agua 218.64 Kg/m3 8.51 %

CONSTRUCCION DE VIGAS PRESFORZADAS CEMENTO El cemento escogido fue el cemento portland tipo I, por ser este el cemento más apropiado para obtener las características requeridas. Oxido de Calcio (CaO) 60 – 70 % Dióxido de Silicio (incluyendo 5% de sílice libre) 19 – 24 % Trióxido de Aluminio (Al2O3) 4 – 7 % Oxido Férrico (Fe2O3) 2 – 6 % Oxido de Magnesio (MgO) < 5 %

CONSTRUCCION DE VIGAS PRESFORZADAS ADITIVOS Se utilizo un el Superplastificante GLENIUM 3000 NS el cual cumple con la norma ASTM C 494 : reductor de agua de alto rango. Debido la baja relacion agua cemento (0.24) de le mezcla resulta esencial el uso de un superplastificante no solo como reductor de agua si no para mejorar la trabajabilidad,

CONSTRUCCION DE VIGAS PRESFORZADAS AGREGADOS: ARENA FINA CUARZOSA Arena rica en sílice proveniente de la formación Hollín en el oriente ecuatoriano. Utilizada localmente en la fabricación de vidrio. En el HAD el tamaño de las partículas de arena utilizada está limitado a 600um, pero no menor a 150um .

CONSTRUCCION DE VIGAS PRESFORZADAS AGREGADOS: CUARZO MOLIDO Proviene de la moliendo de la arena fina de cuarzo. Es el componente reactivo de la mezcla. El diámetro de las partículas de cuarzo molido es de 10 a 15 um.

CONSTRUCCION DE VIGAS PRESFORZADAS ADICIONES: HUMO DE SILICE Es importante para poder alcanzar los objetivos de fluidez y resistencia. Es un subproducto que resulta de la reducción del cuarzo de alta pureza con carbón en calderos de arco eléctrico en la producción de silicio y aleaciones de ferrosilicio. Reduce considerablemente la exudación en el hormigón fresco debido a su gran superficie específica y mejora la capacidad para retener el agua.

CONSTRUCCION DE VIGAS PRESFORZADAS FIBRAS METALICAS Contribuye a disminuir la propagación de microfisuras, que aparecen cuando este alcanza del 10% al 15% de la carga última Sin la adición de las fibras el concreto presenta un comportamiento completamente frágil. Elimina la necesidad de colocar refuerzo por temperatura y en algunos casos elimina la necesidad del acero para cortante

CONSTRUCCION DE VIGAS PRESFORZADAS PROCESO CONSTRUCTIVO El proceso constructivo para concretos convencionales difiere de aquel utilizado para el Hormigón de Ultra Desempeño. La diferencia fundamental radica en la selección de los agregados y la experiencia necesaria para la dosificación de la mezcla, ensayos de mezclas de prueba, y el proceso de mezclado y vertido en sitio. Pequeñas variaciones en el proporcionamiento de la mezcla y modificaciones en las prácticas constructivas y de ensayos, pueden tener una mayor influencia . En ambos casos, es esencial mantener una medida precisa de cada uno de los constituyentes de la mezcla, en concordancia estricta con la dosificación seleccionada. A continuación se detallan los pasos constructivos sugeridos, en base al desarrollo experimental de el presente trabajo.

CONSTRUCCION DE VIGAS PRESFORZADAS PROCESO CONSTRUCTIVO 1. Reunión antes de la construcción. 2. Selección y procesamiento de los materiales. 3. Mezclado. 4. Transporte. 5. Colocación y Vertido. 6. Acabado. 7. Curado.

PRUEBAS DE CARGA ENSAYOS DE CONTROL DE CALIDAD Días Resistencia (MPa) Porcentaje 7 61.75 60.31% 14 87.56 85.52% 21 90.39 88.28% 28 102.39 100%

PRUEBAS DE CARGA PRUEBA DE CARGA DINAMICA CON CARGA PUNTUAL

PRUEBAS DE CARGA PRUEBA DE CARGA DINAMICA CON CARGA PUNTUAL

PRUEBAS DE CARGA PRUEBA DE CARGA DINAMICA CON CARGA PUNTUAL

PRUEBAS DE CARGA PRESENTACION DEL SOFTWARE

PRUEBAS DE CARGA VIGA CON HORMIGON CONVENCIONAL

PRUEBAS DE CARGA VIGA CON HORMIGON CONVENCIONAL

PRUEBAS DE CARGA VIGA CON HORMIGON DE ALTO DESEMPEÑO

PRUEBAS DE CARGA VIGA CON HORMIGON DE ALTO DESEMPEÑO

PRUEBAS DE CARGA VIGA CON HORMIGON DE ALTO DESEMPEÑO

PRUEBAS DE CARGA

CONCLUSIONES Es técnicamente viable construir elemento estructurales con HAD en nuestro medio. Las propiedades de mezclas de Hormigón de Alto Desempeño son muy sensibles a pequeños cambios en parámetros ambientales y en procedimientos. La combinación de las características del hormigón pretensado con las propiedades de los Hormigones de Alto Desempeño resultan en un incremento notable en las propiedades estructurales de vigas sometidas a flexión, incrementando la capacidad de carga y disminuyendo las deformaciones. El uso de fibra metálica de alta resistencia añade al hormigón capacidad de deformarse en el rango plástico, retrasan la aparición de fisuras haciendo de las estructuras más seguras. Las ventajas económicas ampliamente demostradas y las ventajas estructurales abren la posibilidad de construir con HAD en nuestro medio

RECOMENDACIONES Planificar detalladamente los procedimientos de dosificación, mezclado, vertido y acabado de elementos estructurales construidos con Hormigones de Alto Desempeño. Es esencial lograr una distribución uniforme de la fibra metálica en la mezcla para aprovechar las propiedades . Es importante realizar mezclas de prueba en laboratorio antes de utilizar una dosificación nueva para elementos estructurales. Es conveniente obtener todo el tipo de información impresa del fabricante sobre los aditivos y adiciones que se incluyen en una dosificación de prueba, junto con instrucciones de primera mano de su utilización. El uso de Hormigón de Alto Desempeño debe ser promovido por diseñadores y constructores para impulsar el desarrollo de construcciones importantes en nuestro país.