concreo rodillo y pesado.docx

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UNIVERSIDAD SAN MARTÍN DE PORRES

RESUMEN

La implementación para nuevas tecnologías para la construcción de carreteras, son cada vez más necesarias para dar respuesta a las exigencias de diversa índole en el sector vial, lo cual requiere de la investigación de las mismas para identificar aquellas que proporcionen la mejor solución.

En vista que actualmente la tecnología del concreto compactado con rodillo (CCR) y el concreto pesado es una alternativa que se está empleando en nuestro país, para la construcción de la estructura del pavimento, con el objeto de proporcionar información orientada a conocer los atributos del CCR y su uso en la construcción de pavimentos.

Para llevar a cabo este informe, se utilizó información sobre artículos y temas de investigación relacionados con el concreto compactado con rodillo (CCR) y concreto pesado, específicamente del diseño de la mezcla, los procesos constructivos implementados y algunos efectos de la reflexión de fisuras del CCR en capas de rodadura de mezcla asfáltica. Así mismo, se llevó a cabo un análisis de costos (de construcción y mantenimiento) para comparar la alternativa del CCR y el concreto pesado, respecto a otras estructuras de pavimentos comúnmente utilizadas en la construcción de carreteras, así como también para comparar la alternativa de la colocación de una capa de rodadura de mezcla asfáltica en caliente sobre una capa de CCR, respecto a la alternativa de cepillado de dicha capa.

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INTRODUCCIÓN

Los concretos pesados se caracterizan por su densidad, que varía entre 2.8 a 6 T/m3, a diferencia de los concretos normales, que se encuentran entre 2.2 a 2.3 T/m3. La fabricación de los cementos pesados se realiza con los cementos Portland normalizados y con agregados pesados, naturales o artificiales, cuyas masas volumétricas absolutas se encuentran entre 3.5 a 7.6. Dentro de estas características pueden comprenderse más de 50 elementos. Sin embargo, generalmente sólo algunos de ellos son utilizados por razones de disponibilidad y economía.

Gracias a su elevado peso volumétrico y a su alto contenido de átomos de hidrógeno, y en especial cuando se le adicionan materiales como boro para absorber los neutrones térmicos, el concreto cumple las tres condiciones expuestas. Si bien el concreto normal puede emplearse en escudos de protección, el concreto denso se utiliza en las zonas en las que es necesario ganar espacio, por sus secciones más reducidas

El concreto compactado con rodillos es un material constituido por agregados, Cemento agua (en menor cantidad que para un concreto convencional) y aditivos (opcional). Su mayor uso ha sido en la construcción de presas donde es necesario el empleo de concreto masivo. Así mismo, se ha utilizado en la construcción de pavimentos, pistas de aeropuertos, protección de las márgenes de canales y en la construcción de fundaciones masivas.

En pavimentos existen antecedentes que datan del año 1930, cuando en Suecia se llevó a cabo una forma de concreto compactado con rodillo. En estados unidos de América en 1942 se llevó a cabo el proyecto carretero en Yakima, Washington, sin embargo, el mayor uso del CCR para la construcción de pavimentos en países como Canadá y estados unidos, data desde 1980. Debido a ello, la técnica de CCR se considera relativamente reciente y su tecnología aún continúa evolucionando.

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ÍNDICE

1. Resumen…………………………………………………………………...2

2. Introducción.................................................................................................33. Concreto compactado con rodillo ..............................................................5

3.1. Evolución del concreto compactado con rodillo..................................63.2. Materiales – dosificación......................................................................7

3.3. Capacidad estructural- Ensayos............................................................9 3.4. Diseño estructural.................................................................................10 3.5. Fisuración.............................................................................................10 3.6. Métodos constructivos..........................................................................11 3.7. Usos .....................................................................................................14

4. Concreto Pesado .........................................................................................174.1. Dosificación..........................................................................................174.2. Métodos de construcción .....................................................................184.3. Usos......................................................................................................19

5. Conclusiones................................................................................................21 6. Bibliografía .................................................................................................22

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CONCRETO COMPACTADO CON RODILLO

El Concreto Compactado con Rodillo (CCR) es probablemente el más importante desarrollo en la tecnología de presas en los últimos años, ganando aceptación alrededor del mundo en un relativo corto tiempo debido a su bajo costo, el cual es derivado en parte por su rápido modo de construcción. El método de CCR se desarrolló no sólo a partir del esfuerzo de algunos diseñadores de presas de concreto, sino también del trabajo de ingenieros geotécnicos, quienes tradicionalmente han diseñado terraplenes de tierra y enrocado. Esta combinación de esfuerzos ha originado la construcción de presas de concreto por métodos usualmente asociados con la construcción de presas de tierra. El producto es una presa menos costosa con la misma inherente seguridad de una presa de concreto convencional.

El Concreto Compactado con Rodillo, se suele usar también en la construcción de pavimentos y áreas de almacenamiento. La rapidez de la puesta en obra, el relativamente bajo contenido de cemento y la utilización de aditivos minerales (cenizas volátiles, filler calizo, residuos mineros, etc.), explican el motivo por el cual este material es económicamente interesante para la industria de la construcción.

El presente trabajo muestra los principales aspectos teóricos del desarrollo de esta técnica y las posibilidades del empleo del diseño de mezclas haciendo uso del Concepto de Compactación de Suelos que permita la optimización del CCR, utilizando la energía necesaria para la puesta en obra de este tipo de material. Estos conceptos son necesarios para una segunda fase experimental a realizarse en los Laboratorios del Cismid, UNI, que consistirá en un diseño preliminar de mezclas basado en los procedimientos geotécnicos y determinar varias propiedades del CCR.

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EVOLUCIÓN DEL CONCRETO COMPACTADO CON RODILLO

Las primeras aplicaciones del concreto compactado con rodillo en la construcción de presas se remontan a 1960 en Taiwan; ahí se utilizó para la construcción de la presa de Shihmen. Un década más tarde, al comenzar los años setenta, varios ingenieros propusieron la utilización del CCR en la construcción de presas de gravedad. Pero es quizá hasta los años de 1974 y 1975 en la reconstrucción de la presa de Tarbela, en Pakistán, cuando hace su ingreso el CCR como un material competitivo en la construcción de presas. Desde entonces cada vez son más las obras en que se evalúa y se decide por el CCR como el mejor material para la conformación de presas.

El ingeniero Kenneth D. Hansen, en la actualidad el consultor y autor más reconocido en el mundo sobre roller compacted concrete for dams, ha dado a conocer sus investigaciones en más de 400 conferencias magistrales en países como Chile, Turquía, España, Perú, Brasil, Canadá, India, entre otros. Además de que éstas han sido editadas por firmas editoriales como McGraw-Hill. A él recurrimos para conocer las características y consideraciones más importantes del tema, mismo que, por cierto, abordará en el FIC 2009 organizado por el IMCYC.

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1. Materiales – dosificación :

En todas las experiencias se ha buscado el empleo exclusivo de materiales locales o de los más próximos a la zona de obra.

Agregado grueso y fino

Puede emplearse canto rodado natural o piedra triturada. Las canteras de la zona deben poder proveer piedra fina de trituración de roca (comúnmente llamada “Binder”, “arena de trituración”, “fracción fina”, etc.), muy limpia, y su parte “fina” (aquellas partículas de tamaño menor a los 74 micrones) no deben ser arcillosas o coloidales, porque restan muchísima resistencia final, al interactuar con el cemento. Esto se dice, simplemente porque las arenas de trituración en todas las canteras, pueden contener una parte de finos arcillosos, ya que las normas que rigen su utilización en los pavimentos asfálticos lo permiten. El tamaño máximo es importante por los problemas de segregación y de terminación superficial, aconsejándose el uso de Tamaño máximo = 20 mm. Las arenas pueden ser de tipo industrial o natural según las condiciones locales. La experiencia europea, que fue adoptada en nuestro país con excelentes resultados, indica dos tipos de granulometrías, donde también se incluye la presencia del cemento:

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Cemento

Pudiendo emplearse cementos comunes es aconsejable el empleo de cementos puzolánicos (las que nos permiten una mayor trabajabilidad, mayor impermeabilidad y mayor resistencia final, pero como consecuencia negativa nos genera retracción plástica) o de escoria granulada de alto horno, fabricados en nuestro país bajo IRAM 50000, de manera de lograr un tiempo de comienzo de fragüe mayor, lo que asegura un “tiempo de trabajo” para el HCRV mayor que el que se obtiene cuando se emplea cemento normal. Este concepto de ”tiempo de trabajo” es importante en la tecnología de los HCR y se define como el tiempo transcurrido desde el comienzo de la producción en hormigonera o en mezcladora, cuando se incorpora el agua al hormigón, hasta el comienzo del fraguado del cemento, en el cual debe realizarse totalmente el transporte, la puesta en obra y la compactación hasta su terminación. Debe conocerse entonces el tiempo de comienzo de fragüe del cemento que se va a emplear, y en base a este dato y la planificación del trabajo a ejecutar se determinará la conveniencia o no de agregar aditivo del tipo retardador de fraguado.

Agua

El porcentaje óptimo de agua oscila entre el 4 y el 6 % del peso seco de los materiales, con lo cual la relación agua – cemento queda comprendida entre 0,33 y 0,38. En nuestra tecnología el porcentaje óptimo se determina partiendo del ensayo Proctor, con probetas preparadas con distintos porcentajes de humedad, entre el 3 y el 7 %, compactadas de acuerdo al Ensayo VN – E 5-67 (Ensayo V), lo que permite determinar la Humedad óptima y la Densidad máxima del material; este último valor oscila en las experiencias entre 2,2 y 2,4 g/cm3. El HCRV es muy sensible a las variaciones del contenido de agua, la falta aumenta el riesgo de segregación y el exceso dificulta el aprovechamiento total de la energía de compactación.

Aditivos

Se tratará generalmente de evitar su uso, únicamente puede resultar interesante el empleo de retardadores de fraguado, en cuyo caso la incorporación debe realizarse junto con el agua en su ingreso a la hormigonera o mezcladora. En algunos casos se han utilizado plastificantes para reducir el contenido de agua y así aumentar la resistencia.

2. Capacidad estructural- Ensayos:

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Partiendo de la dosificación establecida y de la Humedad óptima encontrada se procede a fabricar probetas que servirán para, a la edad de 7 y 28 días, evaluar su resistencia estructural.

Las probetas se producen con el mismo sistema de compactación indicado, quedando las dimensiones aproximadas en 15 cm de diámetro y 12 cm de altura. El curado es el tradicional para probetas de hormigón, en cámara húmeda a 20 °C y 90 % de humedad.

Los ensayos de resistencia se hacen a rotura por compresión diametral, según IRAM 1658. Los valores que se obtienen a los 28 días, oscilan entre los 28 y 33 kg/cm2. En caso de que se utilicen cementos con retardadores de fragüe, se recomiendan edades de ensayo que oscilan entre 56 y 90 días, debido a que los primeros días las resistencias tienen un desarrollo menor, para luego aumentar sensiblemente.

Es importante también conocer la “capacidad soporte inmediata” del material, lo que posibilitará su correcta compactación con rodillos vibrantes. Para ello se someten probetas compactadas al 97% de la Densidad máxima, al ensayo de Valor Soporte, el que debe resultar igual o mayor al 65 %. Esta condición es cumplida satisfactoriamente con facilidad por las propias características del material. El ensayo debe realizarse inmediatamente de preparada la probeta (antes que el aglomerante haya empezado a desarrollar su resistencia), sin sobrecarga y sin embebimiento previo.

La condición de resistir esfuerzos en forma inmediata a la terminación de la compactación se debe a la capacidad portante proveniente de la fricción entre los agregados pétreos, como si fuera una capa de los llamados “Estabilizados Granulares” (mezclas de piedra gruesa, fina, arenas y suelos seleccionados).

Es importante determinar la sensibilidad de la mezcla a las variaciones de la energía de compactación y el porcentaje de humedad, para luego ajustar los necesarios controles en obra. La metodología aconsejada consiste en confeccionar probetas compactando con distintas energías, 12, 15 y 56 golpes, por ejemplo, verificando en cada una la densidad lograda y la resistencia a rotura por compresión diametral de las mismas.

La sensibilidad al agua se puede conocer preparando probetas variando el porcentaje correspondiente a la Humedad óptima, en ± 1 y ± 0,5, y compactando para densidades del 95, 97 y 100 % de la Densidad máxima obtenida, determinando la energía de compactación necesaria para cada variación de la humedad y las variaciones de resistencia obtenidas.

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Para el diseño estructural debe emplearse el valor representativo de la resistencia a rotura por compresión diametral obtenido con probetas compactadas al 97 % de la Densidad máxima.

3.Diseño

estructural Conocida la capacidad estructural del HCRV que se utilizará en obra, el diseño del espesor de las losas se realiza de acuerdo a los métodos empleados para diseño en pavimentos, tanto rurales como urbanos, de hormigón tradicional. 5 Se determinará por los métodos conocidos el V.S.R. de la subrasante, y las cargas que actuarán sobre la estructura del camino, que se obtienen generalmente de los censos de cargas, disponibles, predimensionando la losa de HCR empleando los mismos elementos que se utilizan para las losas de hormigón tradicional. Se estima que a medida que avance el conocimiento del hormigón, se podrán confeccionar nuevos gráficos especialmente preparados para diseñar con HCRV.

4. Fisuración

Las fisuras por contracción inicial se producen normalmente en los HCR respondiendo a las causas características de los pavimentos rígidos, pero en este caso particular a distancias mayores que en los de hormigón tradicional, porque la relación agua - cemento es menor, lo que significa una menor cantidad de agua sobrante a eliminar. Las fisuras se producen entre los 10 y 20 m, observándose mayor regularidad y perpendicularidad respecto al eje longitudinal de calzada, y

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espesor de abertura menor. No se produce fisuración longitudinal o de articulación, condición

que se ha cumplido en todas las experiencias realizadas en el país. La tendencia actual es permitir la libre fisuración de las losas y luego proceder al sellado correspondiente cuando sea necesario. Pero cuando el HCR se emplea como capa de rodamiento, sin recubrimiento, es aconsejable construir juntas transversales por el método clásico de provocar la fisura debilitando la sección de la losa, con la ventaja adicional que el tiempo de comienzo de la fisuración es mayor que en el hormigón clásico, 6 no antes de las 72 horas de vida, por lo que iniciar las operaciones de formación de juntas no resulta tan apremiante en el tiempo.

5. Métodos constructivos

Todas las experiencias realizadas y las actualmente en programación se han orientado, en lo que respecta a la construcción del pavimento, en la experiencia europea, pero adaptándola a nuestra modalidad de trabajo, materiales y equipamiento, para así lograr una tecnología propia. Las etapas constructivas, detalladas brevemente son:

Producción

El HCRV se puede producir en planta mezcladora del tipo empleado para suelo - cemento o mezcla granular y también en planta hormigonera de paletas móviles. Las primeras dosifican por volumen y las segundas por pesadas. Se ha comprobado que la dosificación por peso resulta más eficientes, ya que asegura una mezcla uniforme de los agregados, el cemento y el agua. En cambio, cuando se dosifica por volumen, se ha comprobado que las variaciones que se producen son bastante importantes.

Transporte

Se realiza en camiones volcadores sin ningún dispositivo especial. Se deberá evitar la segregación del material y las variaciones de humedad provocadas por alta temperatura, viento, etc. Para ello puede resultar conveniente cubrir con un toldo adecuado al material. La altura de caída desde la planta al camión debe cuidarse que resulte la mínima posible para evitar problemas de segregación. La distancia de transporte debe también considerarse en lo que representa como consumo de parte del “tiempo de trabajo” cuya importancia ya se ha explicado precedentemente.

Colocación y Distribución

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Previo a esta operación se verificará la calidad de la base de poyo, en cuanto a sus características geométricas y a su capacidad portante, de manera tal que no ceda al ser compactado y provoque una compactación deficiente de las capas inferiores del hormigón, que son las que tienen la misión resistente mayor. Sobre la base aprobada se realizará, antes del volcado de HCR, un riego con agua, utilizando camión regador, especialmente si la base está constituida por material drenante y el tiempo se presenta ventoso y caluroso.

La distribución del HCR puede realizarse desde la forma más elemental que consiste en el empleo de motoniveladora hasta la más avanzada con terminadora – extendedora para concreto asfáltico que dejan el material precompactado y semiterminado. Ésta última distribuye capas de 19/22 cm de espesor suelto, para que luego de la compactación provea una capa de 15/18cm. Como elemento intermedio se puede mencionar las distribuciones tipo “cajón” que suelen emplearse en bases estabilizadas granulares. Por supuesto que según la mayor o menor calidad del equipo distribuidor será el resultado que se obtenga en lo referente a uniformidad de espesores y terminación superficial.

La distribución se realiza por carriles, de acuerdo con el ancho que permite al equipo, siempre se tratará de terminar en una línea para todos los carriles a objeto de formar una sola junta transversal de construcción. Se trabajará con un espesor inicial, de manera que una vez compactado el material, se logre el espesor exigido.

En esta etapa es conveniente disponer de un equipo para riego con agua por pulverización, por si se produjera el secamiento de la superficie. Otra ventaja de este material con respecto al hormigón tradicional es que no precisa de moldes laterales para su contención, ya que su propia consistencia inicial lo mantiene conformado adecuadamente.

Compactación

El HCR se compacta en una sola capa, para lo cual se emplean los mismos equipos que se utilizan en la compactación del concreto asfáltico. Ellos son: - rodillo liso vibrante, convenientemente con carga estática igual o mayor a 30 kg/cm de generatriz, con tracción en el rodillo vibrante. Es el que provee la compactación al HCR, que permitirá una pronta capacidad portante al tránsito, junto a una excelente resistencia mecánica a la tracción en la fase del endurecimiento. - rodillo neumático, a emplearse con una carga de 3000 kg por rueda y presión de inflado mayor o igual a 8 kg/cm2. Es el que provee el “amasado y terminación superficial” que el rodillo liso vibratorio no puede lograr.

Se comienza con el rodillo estático y luego se trabaja vibrando con el número de pasadas (trayecto de ida y vuelta del rodillo) suficientes para lograr la densidad

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especificada. Ésta debe ser igual o mayor al 97% de la densidad máxima obtenida para la mezcla.

No hay un número fijo de pasadas de rodillo liso ni del rodillo neumático; debe realizarse una experiencia previa a la obra, en un tramo elegido expresamente donde se verifique el número de pasadas necesarias, que puede variar entre 10 a 20; pero como queda indicado, todo depende de las características de la base, del material y del equipo disponible, del espesor y del clima.

Finalmente se pasa el rodillo neumático (10 a 12 pasadas) cuya misión es mejorar la terminación de la losa borrando las pequeñas deficiencias que pueden quedar luego del paso del rodillo liso y borrar o corregir las fisuras superficiales. También para esta etapa es necesario disponer de un equipo para regar agua por aspersión por si fuera necesario, de manera de poder mantener la humedad óptima, asegurando que la superficie permanezca húmeda, pero sin formar charcos. Esto debe realizarse especialmente en días de verano y ventosos.

La compactación de los bordes es un punto importante. En el caso de los bordes laterales, de ser posible, se utilizan unos cordones (caso de los pavimentos urbanos), pues resultará tanto mejor la compactación. Pero, en el caso de que no tenga cordones, lo que hay que hacer es extender previamente el material de la banquina y ejecutar una primera pasada. Ya con el material de la banquina, y antes de la compactación, se efectúa una primera pasada con el rodillo a caballo de la banquina y el hormigón seco, y una segunda pasada también similar sobre el hormigón seco. Luego se prosigue la compactación normalmente, pero siempre disponiendo una contención lateral al borde para evitar la descompactación del mismo. Si se trabaja por carriles hay que dejar sin compactar una tira longitudinal central de aproximadamente 40 cm de ancho que actúa de contención, luego al compactar el segundo carril se compactará esta tira. Para la contención lateral se trabaja en igual forma realizándose la compactación de la tira junto con el material de banquinas.

Curado

Se realiza inmediatamente después de terminada la compactación, con el objetivo de evitar las pérdidas de humedad y lograr que el conglomerante pueda desarrollar las reacciones que conducen al fraguado (hidratación del cemento). Se aconseja emplear emulsión asfáltica aniónica distribuida con camión regador sin transitar por el HCR. Si se va a liberar al tránsito, lo que puede hacerse no bien rompa la emulsión, es un riego con arena, 8 en un espesor de 2 - 6 mm aproximadamente, en una proporción del orden de unos 4 a 7 litros/m2, para evitar que el asfalto sea levantado por las ruedas de los vehículos.

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En el caso de que el HCR no vaya a librarse inmediatamente al tránsito, se han desarrollado algunos productos de curado especial en base a polímeros que, al mismo tiempo que impiden la evaporación del agua, se ha comprobado que reaccionan con la capa superficial (algunos mm) del material puesto en obra, dando así una superficie más resistente.

Juntas

Si el pavimento de HCR va a ser cubierto con una capa asfáltica no se marcará ningún tipo de junta, salvo la transversal de construcción de fin de jornada o alguna exigida por paralizaciones del equipo distribuidor por tiempo superior al período de trabajabilidad.

La junta transversal de construcción se cortará de manera tal que sus paredes queden perfectamente verticales, a una profundidad de 1/5 del espesor. Una práctica usual en Francia, para lograr este propósito es la siguiente: como se trata de una junta de final del día, lo que hacen primero es extender una cuña de hormigón seco para facilitar la salida de los equipos de compactación. Después con una motoniveladora cortan un poco de este hormigón seco y rellenan el espacio adyacente con grava. Estas motoniveladoras dejan los bordes verticales, compactan y al día siguiente, antes de iniciar los trabajos, retiran esta grava sin tratar y la cuña de hormigón seco.

Si el pavimento de HCR no va a ser cubierto, podrá disponerse al corte de juntas transversales de contracción, entre 12 m y 15 m de separación, por los sistemas tradicionales, o permitir que se produzcan libremente sin corte previo. Si se trabaja por carriles, para evitar la formación de juntas longitudinales en la unión de dos carriles contiguos, se dejará sin compactar, en el primer carril, un cordón longitudinal central con un ancho del orden de los 40 cm, el cual se compactará al ejecutar el segundo carril.

6. Uso Actual Del Concreto Compactado Con Rodillo

Uso en presas:

Las lecciones que se derivan del CCR en cada presa construida se han aprovechado sucesivamente en la metodología de construcción, adecuación de plantas, equipo y comportamiento estructural obtenidos para generar una constante en la que, paso a paso, ha incrementado el nivel de confianza y el camino a la perfección en la construcción de uno de los proyectos de ingeniería más exigentes de la industria: una presa.

Este elemento, que es el más importante de una presa, depende en gran medida de las condiciones orográficas de terreno, curso del agua donde se realiza, pero

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sobretodo, de los materiales con que está construida, los cuales pueden ser: tierra, mampostería, concreto, concreto reforzado, concreto compactado (CC) y concreto compactado con rodillo CCR. Siendo éste último, el que reporta un incremento en su demanda por los beneficios comprobados en las últimas décadas. Aquí mencionaremos por qué es mejor construir con CCR.

¿Cuál es el criterio para la selección de este tipo de concreto?

El criterio principal para tomar una decisión sobre el concreto a utilizar en una presa, es básicamente, el de las condiciones particulares del lugar, así como la disponibilidad de agregados de calidad hallados en la zona. Sin embargo, los retos que actualmente enfrenta este material son diversos. Hansen señala, que “entre los grandes desafíos que enfrenta el desarrollo de ingeniería de las presas están la rentabilidad y el determinar factores como el control de la deformación. No obstante, en Estados Unidos y otros países desarrollados, ya es un gran reto obtener los permisos necesarios que avalen el impacto ambiental de una presa, quizá sea esto la primer dificultad a vencer”.

Beneficios

Costo inicial similar al asfalto o incluso con un ahorro significativo en aplicaciones de uso pesado.

Uso de maquinaria y equipos convencionales.

Actualidad

Según los últimos informes económicos de las presas construidas con CCR en todo el mundo se puede decir que son más económicas (aunque no más fáciles de construir), debido al menor número de obras adicionales necesarias para lograr la impermeabilización ya que las pendientes de las caras de la presa son más altas, lo que trae como consecuencia menores volúmenes de mezcla.

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CONCRETO PESADO

Los concretos pesados se caracterizan por su densidad, que varía entre 2.8 a 6 T/m3, a diferencia de los concretos normales, que se encuentran entre 2.2 a 2.3 T/m3. La fabricación de los cementos pesados se realiza con los cementos Portland normalizados y con agregados pesados, naturales o artificiales, cuyas masas volumétricas absolutas se encuentran entre 3.5 a 7.6. Dentro de estas características pueden comprenderse más de 50 elementos. Sin embargo, generalmente sólo algunos de ellos son utilizados por razones de disponibilidad y economía.Los agregados pesados deben tener granulometría conveniente, resistencia mecánica y compatibilidad con el cemento Portland. Generalmente se usan agregados como las baritas, minerales de fierro como la magnetita, limonita y hematita. También, agregados artificiales como el fósforo de hierro y partículas de acero como subproducto industrial.

La aplicación principal de los concretos pesados la constituye la protección biológica contra los efectos de las radiaciones nucleares. También se utiliza en paredes de bóvedas y cajas fuertes, en pisos industriales, en elementos, que sirven de contra-peso y en la fabricación de contenedores para desechos radiactivos.

Los primeros usos de este concreto se remonta a los años 60 del siglo XX . El concreto de alta densidad tiene propiedades de utilidad como material de protección contra la radiación. Su aplicación en la industria de la construcción es relativamente reciente, y coincide con el desarrollo de la energía nuclear. Una pantalla de este tipo de concreto puede servir como protección contra los rayos gamma y los rayos X y además suponer un ahorro económico respecto a los concretos ordinarios.

Ya que para la misma protección se necesitan espesores mayores. A pesar de que con las nuevas tecnologías el grado de conocimiento de este material ha aumentado considerablemente, es cierto que aún queda un largo camino que recorrer. Son pocos y puntuales las construcciones en territorio peruano, por ejemplo uno de ellos lo constituye el blindaje del block del reactor nuclear construido en Huarangal Lima, en las que se ha utilizado este tipo de hormigón, lo que aún denota su grado de desconocimiento y/o la dificultad para obtener los aglomerados necesarios para producirlo.

1. Dosificación del concreto pesado

Los procedimientos de dosificación para el concreto pesado son muy semejantes a los aplicados para dosificar el concreto de peso normal. Se recomienda que se necesitan más mezclas de prueba para llegar a las cantidades óptimas de agregado grueso y de fino debido a que los agregados más pesados y más ásperos se comportan de una manera un tanto diferente al agregado de peso normal de los

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concretos de peso normal. Otras recomendaciones, que no se encuentran en los informes de la ACI antes mencionados, son:

El mortero se debe dosificar de modo que se logre una densidad tan alta como se pueda; esto puede lograrse si se usa vapor condensado de sílice y un aditivo reductor de la cantidad de agua de alto rango. El vapor condensado de sílice debe contener por lo menos el 85% de bióxido de silicio, una pérdida de ignición del 6% o menos y un área superficial (absorción de nitrógeno) de al menos 15 000 m2/kg.

El uso de la inclusión de aire y un contenido mínimo de agua ayudará de manera apreciable en la reducción del sangrado y la separación de diversos tamaños de agregado, así como en el logro de un concreto más homogéneo.

Al evaluar las mezclas de prueba, el dosificador debe establecer familias de mezclas de modo que se puedan realizar ajustes con rapidez durante la construcción, causados por la falta de uniformidad en los agregados, como las gradaciones variables y la ruptura.

En esencia, todos los métodos de prueba estipulados para el control y la evaluación del concreto de peso normal son del mismo modo aplicables al concreto pesado. La inspección en el campo debe incluir revenimiento, contenido de aire, densidad, rendimiento y la producción y curado de muestras (cilindros y vigas) para las pruebas de resistencia.

2. Métodos de construcción

Existen principalmente dos métodos de construcción que se pueden incorporar con el empleo de concreto pesado: el método convencional y el del agregado prevaciado. Cuando se aplica el método convencional, se pueden incorporar muchos de los requisitos del mezclado, transporte y colado del concreto de peso normal, pero siempre debe considerarse la densidad mayor y su efecto sobre el equipo. Las capacidades de las revolvedoras industriales de concreto están diseñadas para mezclar volumétricamente un volumen particular de concreto que tenga una densidad de alrededor de 150 pcf como consecuencia, no debe intentarse mezclar

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concreto pesado que tenga una densidad de 300 pcf con el uso de la capacidad volumétrica real de la revolvedora. En este caso, se debe reducir el volumen que se está mezclando en por lo menos el 50%. El concreto pesado convencional siempre debe consolidarse por vibración. Estas precauciones en el equipo de manejo también se aplica a los soportes de los canalones para concreto, la capacidad de las grúas, el tamaño de los cucharones transportadores de concreto, las bandas transportadoras y a la resistencia de las cimbras, así como a otros puntos de interés semejante.

Siempre debe considerarse el método de construcción del agregado prevaciado, en especial para el concreto pesado. Su aplicación casi siempre conduce a un concreto que tiene la densidad máxima. La aplicación de este método permite que los agregados gruesos pesados se manejen por medio de equipo más robusto que el que se usa para manejar el concreto mezclado, y el mortero, aunque pesado, normalmente se dosifica y mezcla cerca del colado. Si se aplica este método, el agregado grueso se distribuye dentro de las cimbras y el mortero se bombea en la base y se fuerza hacia arriba alrededor de las partículas de agregado grueso. Para el concreto pesado con agregado prevaciado, es esencial que las partículas de agregado grueso se laven bien y no contengan partículas de tamaño menor que el especificado, antes del colado en las cimbras, para garantizar un flujo sin restricciones. Con frecuencia, es necesario empacar en forma manual estos agregados gruesos alrededor de los artículos ahogados.

3. Usos

Blindaje nuclear o contra la radiación

Se proporciona, y es necesario, el blindaje contra la radiación principalmente para la protección del personal que trabaja en instalaciones, y en los alrededores de éstas, las cuales emiten partículas nucleares (neutrones, protones, ay 3) y rayos X o y.2 En general, estas panículas o rayos son detenidos, desviados, transformados o atenuados sencillamente por la masa, es decir, por el peso del concreto (libras por pie cuadrado) que se encuentra entre la fuente de radiación de energía y las personas que se están protegiendo. Por otra parte, el boro y el cadmio deben ser introducidos internacionalmente como un agregado o como un aditivo.

La resistencia del concreto para blindaje depende mucho de la calidad y gradación del agregado, así como de la relación agua/cemento. Una mala adherencia de la pasta al agregado parece impedir el logro de resistencias muy altas para el concreto pesado, pero entre más densa sea la pasta, es mejor, en tanto que la cantidad de pasta sea la adecuada para tener una buena trabajabilidad. Hasta donde se sabe, no se ha logrado una resistencia muy alta (mayor que 12 000 psi) con el concreto pesado. Se cree que con el uso de aditivos químicos modernos, los cuales aumentan

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la trabajabilidad, al mismo tiempo que reducen la relación agua/cemento, y el uso posible de vapor condensado de sílice como una adición cementosa, se alcanzarían resistencias mucho más altas. Lo normal es que la resistencia no sea un criterio cuando se requiere concreto pesado; como consecuencia, los laboratorios que realizan la dosificación de la mezcla se interesan principalmente en la trabajabilidad y la densidad. La capacidad de protección tiene una importancia primordial. Además, el cambio de volumen y la no formación de grietas son conceptos de interés primario, en especial en donde miembros estructurales forman parte de la protección o la constituyen por completo. Por tanto, se concluye que la fabricación de concreto para blindaje es en verdad más complicada que la tecnología para producir concreto con agregado de peso normal. En primer lugar, se debe saber algo acerca de la fuente de energía, naturaleza e intensidad de las panículas nucleares y de los rayos, los cuales van a ser detenidos, o por lo menos atenuados, hasta algún límite de aceptación. En segundo lugar, se debe hacer la selección antes mencionada respecto de los agregados que permitirán alcanzar la densidad requerida, así como de los aditivos que darán por resultado la trabajabilidad y la resistencia de la pasta necesarias para la estructura en particular.

Concreto para contrapesos

El concreto pesado se usa a menudo en la fabricación de contrapesos o sencillamente como un medio para incrementar económicamente el peso muerto de alguna instalación e incluso sin el volumen masivo que ocuparía el concreto con agregado de peso normal. Los agregados que se utilicen para estos fines pueden ser los mismos que los empleados en el concreto para blindaje contra la radiación, excepto en que la exposición del concreto para contrapesos al medio ambiente puede ser incluso más crítica desde un diferente punto de vista. Por tanto, es posible

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que se requieran estipulaciones adicionales respecto a la calidad del concreto y del agregado.

En general, el uso de altos factores de cemento, bajas relaciones agua/cemento y del 3 al 40/o de aire incluido es conducente a la producción de una pasta de cemento o un mortero impermeables que deben encerrar de manera satisfactoria el agregado de hierro en el concreto sujeto a casi cualquier exposición. El uso de vapor condensado de sílice mejoraría mucho la impermeabilidad. No se deben usar materiales que contienen cantidades excesivas de cloruros y otros compuestos corrosivos. Con frecuencia, a las tuberías sumergidas para gas, aire e incluso ciertos líquidos se les coloca contrapesos al sujetarles silletas de concreto o encerrándolas en concreto pesado; también se usa algo de concreto de peso normal.

CONCLUSIONES

La propuesta del diseño de mezcla de CCR utilizando Conceptos de Compactación de Suelos es simple y está basada en procedimientos de ensayos convencionales que están familiarizados con la mayoría de pruebas de laboratorio convencionales, éste es considerado adecuado para proyectos de diseños de CCR de tamaño pequeño a medio, para los cuales un gran presupuesto para ensayos, típicamente no es disponible.

El desarrollo de esta tecnología en nuestro país es extremadamente importante, debido a que se crearán alternativas de solución a problemas relacionados a la construcción de nuevos pavimentos, nuevas presas y la rehabilitación de las existentes, aplicando conceptos ampliamente conocidos por Ingenieros Geotécnicos, adaptándolos a esta nueva tecnología lo que permitirá que en el Perú se pueda desarrollar esta técnica al igual que en otros países.

Aunque la tecnología del concreto pesado es similar a la del concreto de peso normal, es necesario tener un cuidado especial debido al efecto de su densidad sobre el equipo, cimbras y empleados.

Existen dos métodos principales para colar el concreto pesado: el convencional (mezclado, transporte y colado) o el del agregado prevaciado (vaciado del agregado grueso e inyección de grout en la matriz).

Se puede incrementar ligeramente las densidades del concreto pesado existente si se utiliza vapor condensado de sílice, como reemplazo parcial cementoso o como material suplementario, y mediante el uso de aditivos reductores de la cantidad de agua de alto rango, para reducir el contenido de agua al mismo tiempo que se incrementa la trabajabilidad.

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