“ DESARROLLO DE HORMIGONES AUTOCOMPACTABLES DE BAJAS PRESTACIONES, EN COLOMBIA”

1. INTRODUCCIÓN

2. ESTADO DEL ARTE

3. DESARROLLO DE HORMIGONES AUTOCOMPACTABLES DE RESISTENCIA MEDIA (HAC-RM) 4. APLICACIONES PRÁCTICAS DEL HAC-RM, EN COLOMBIA 5. CONCLUSIONES Y FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

CONTENIDO

HORMIGÓNCARACTERÍSTICA

H. VIBRADO H. FLUIDO HAC

EMPLEO H.C. Uso generalizado

Muy utilizado,años 70s y 80s

Década de los 90s

VIBRADO Intenso Ligero No es necesario

CONSISTENCIA MÉTODO DE

ENSAYO

Plástica. En Cono de Abrams

Fluída o superior. Cono de Abrams

(EHE, permite superar los 15 cm con aditivos sp)

Para HACs. Capacidad de

relleno. Resistencia a la segregación.

Capacidad de paso.

ENSAYOS PREVIOS MecánicosMecánicos y

reológicos sencillos (segregación y

exudación)

Mecánicos y reológicos, fluidez,

segregación, exudación,

capacidad de relleno y bloqueo

HORMIGÓN AUTOCOMPACTABLE

(HAC)

EE.UUJAPÓN

EUROPA

5

PAÍSES DE EUROPA

25%(2003)

59´053.638 m3

(ANEFHOP, 2005)

6

NOVEDADES “Sikacrete®-08 SCC”

“Hormigón autocompactable listo para su uso”Usos

-Cualquier trabajo pequeño de hormigón.

- Reparación de hormigón.

-Trabajos domésticos.

- Pequeños rellenos o fijaciones.

- Rellenos de huecos en el hormigón.

Características/ Ventajas

- Aplicación rápida gracias a su fluidez.

- Económico.

- Muy alta calidad en el acabado superficial.

- Resistencia a compresión: 30–35 N/mm2 (después de 28 días / 20 º C), dependiendo de las condiciones de mezclado.

- Mezclado: 2,5 a 2,9 L de agua por saco dependiendo de la consistencia.

Presentación: Sacos de 25 Kg.Polvo gris con árido de 0 a 8 mm

EL TRIÁNGULONOTICIAS, PRODUCTOS Y SISTEMAS

Sep. 2006

Desarrollar y dosificar HACs con resistencia característica entre 30 y 45 MPa (bajo costo) para un mayor nivel de producción, haciéndolos más competitivos.

Ofrecer una herramienta de estudio y aplicación, de una de las tendencias más importantes de los hormigones en la actualidad a nivel mundial, que permita contribuir a la formación académica de los futuros ingenieros civiles en la implementación de los nuevos materiales en la construcción.

 Facilitar mediante la apropiación de una

metodología eficaz, actualizar los espacios de formación académica y profesional, con las últimas tendencias experimentales, ya implementadas a nivel mundial.

INVESTIGADOR (s)

METODOLOGÍA PROPUESTA

Okamura (1997), Ouchi et al. (1996)

Dos fases: mortero y agregado grueso.

Paterson et al. (1996), Billberg (1999)

Método del CBI (Swedish Cement and Concrete Research Institute) Buscar un esqueleto granular capaz de minimizar el volumen de pasta.

Sedran et al.(1996)

En el Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) de París. Método que consiste en utilizar un modelo computacional.

Gomes et al. ( 2001; 2002)Gettu et al., 2003

Universitat Politècnica de Catalunya UPC. HAC de alta resistencia con componentes localmente disponibles.

Brouwers y Radix,2005

Departament of Civil Engineering, Faculty of Engineering Technology. University of Twente. Utilizar más arena y menos grava, determinando un Packing Factor (PFscc) que relaciona las densidades aparentes del agregado en el HAC y del árido suelto.

INVESTIGADOR (s)

METODOLOGÍA PROPUESTA

De La Cruz M., 2006Universitat Politècnica de Catalunya UPC. HAC de

resistencia media-baja HAC-RM), con componentes localmente

disponibles. Utiliza el ensayo del cono de Marsh para determinar

la dosis de saturación del sp, en la pasta y en el mortero, con una

relación A/C entre 0,40 y 0,45. Con el ensayo del Mini-Slump, se

fija la relación Arena/cemento considerando una pasta de fluidez

alta y cohesión moderada. Separadamente, se obtiene la relación

arena/grava correspondiente a la combinación seca de estos

componentes que da lugar al mínimo contenido de vacíos. Con

esta relación arena/grava se fabrican hormigones con distintos

volúmenes de pasta o mortero (con la dosis de saturación de sp y

relación Finos/cemento determinados inicialmente). Se considera

como mezcla optimizada la que, con el mínimo contenido de pasta

o mortero, cumple los requisitos de autocompactabilidad y

resistencia determinados por varios ensayos sobre el hormigón

fresco.

Alta fluidez o capacidad de relleno

(flowability o filling ability)

Habilidad de paso

(passing ability)

Estabilidad frente a la segregación

(segregation resistance o stability)

PARÁMETROS DIFERENTES A LA CARACTERIZACIÓN DE UN HORMIGÓN CONVENCIONAL (HC) EN ESTADO

FRESCO

ESCURRIMIENTO EMBUDO V

INDICAR CAMBIO DE BARRASRecomendación JSCE(Uomoto y Ozawa, 1999)

Valoración visual

CAJA EN L CAJA EN U

EXTENSIÓN CON ANILLO DE BARRAS

100

100 100

100

160

160

800

460

570 570

4

32

1

TUBO EN U

HC

HAC-AP

HAC-RF

Prueba de asentamiento al HC (De La Cruz, 2006)

Banco de Escofet(Laboratorio de Estructuras UNAL-2008)

Llenado de los moldes para las vigas de HAC-RM (prueba) sin armadura (De La Cruz, 2006)

CARACTERÍSTICA H. V H.F HAC

EmpleoHormigón

Convencional (HC). Uso generalizado

Muy utilizado,años 70s y 80s Década de los 90s

Vibrado Intenso Ligero No es necesario

Consistencia y método de ensayo

Plástica. En Cono de Abrams

Fluída o superior. Cono de Abrams (EHE, permite

superar los con aditivos sp)

Caracterización para HACs. Capacidad de relleno.

Resistencia a la segregación. Capacidad de

paso.

Ensayos Previos MecánicosMecánicos y reológicos sencillos (segregación y

exudación)

Mecánicos y reológicos, fluidez, segregación,

exudación, capacidad de relleno y bloqueo

Influencia de la puesta en obra en la calidad Alta Media Baja

Tabla 2.1 Características principales de los hormigones vibrados (H.V), fluidos (H.F) y autocompactables (HAC) (De La Cruz, 2006)

MÉTODO

APLICACIÓN

EXTENSIÓN DE

FLUJOEMBUDO-V CAJA

EN LCAJA EN U

EXTENSIÓNCON

ANILLO

Losas y otros elementos horizontales en obra)

Pilares y otros elementos verticales(en obra)

Diseño de mezclas (en el laboratorio)

Aplicaciones con flujo en sentido contrario a la gravedad

Tabla 3.1 Posibles combinaciones en función de la aplicación (De La Cruz, 2006)

3. DESARROLLO DE HORMIGONES AUTOCOMPACTABLES

DE RESISTENCIA MEDIA (HAC-RM)

Determinación rápida, sencilla y fiable

Equipamiento robusto, manejable y económico

EXTENSIÓN DE FLUJO

T50 (s) 2 - 8

Df (mm) 650- 750

EMBUDO V T(s) 2 - 5

CAJA EN L CB 0,8 – 0,9

ANILLO DE BARRAS

DfDiferencia de 5 cm con

Df

de Extensión

CB 0,8 Valoración de la segregación

Adecuarse a las necesidades de la aplicación

Agua Cemento

0-2

2-5

5-12

Superplastificante

Cohesionante

Agua Cemento

0-5

5-12

12-18

Superplastificante

Cohesionante

0-2

sp/c (%) TIEMPO (log)EXTENSIÓN

Df (mm)

0,50 0,71 210

0

2

4

6

8

10

12

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

sp/c (%)

PUNTO DE SATURACIÓN

148º

210mm

MORTERO

PROPORCIONES DEL MORTERO (en peso)

Relación A/C 0,42

Relación Arena 0-2 /C 1,84

Relación sp/c (%) 0,50

PROPORCIONES DE LOS ÁRIDOS

ARENA 0-5 60 %

GRAVA 5-12 40 %

Tie

mp

o (

min

)

Fotografía 4.2 Tiempo en el Cono de Marsh

Fig. 4.2 Gráfica del punto de saturación

Mini Slump (Gonzáles De La Cotera, ASOCEM)

Diámetro final Mini Slump (Mortero)

Mezcla de materiales para ensayo de Máxima Compacidad

DOSIFICACIONES 1 2 3

TEMPERATURA ºC 17 19 17

HAC-RM- con sp con % SÓLIDO = 32 36 28

PORCENTAJE DE PASTA(vol) Densidad de (1750 kg/m3) 35% 36,5% 37%

COMPOSICIÓN (kg/m3)

PastaCemento Tipo I 388 431 447

Agua añadida 250 273 283

EsqueletoGranular

Arena 0-2 mm 537 538 539

Arena 0-5 mm 586 532 510

Grava 5-12 mm 601 546 524

RESULTADOS DE LOS ENSAYOS

EscurrimientoT50 (s) 2,00 1,50 2,00

Df (mm) 750 750 650

Embudo-V T (s) 2,14 2,50 2,25

Extensión con Anillo C.B 0,90 0,88 0,90

P. U (real) Kgf/m3 2366 2380 2400

Resistencia (28 días) MPa 26 27 30

Mezclas y resultados de los hormigones HAC-RM, en el LABEST

4. APLICACIONES PRÁCTICAS DEL HAC-RM EN COLOMBIA

PLANTA LTE

RESISTENCIA A 28 DÍAS NORMAL: asentamiento . (+/-2.5cm) FLUIDO SUPERFLUIDO

Lbs./Pulg.2 Kg / cm2 Con Agregado de  3/4"

Con Agregado de 3/8"

Con Agregado de 11/2"

Recargo por m3

Recargo por m3

1000 70 211.800 213.300 206.500 7.300 10.900

1500 105 212.700 222.700 208.900 7.800 11.700

2000 140 218.900 229.000 214.600 9.500 14.200

2500 175 227.500 239.900 222.700 11.200 16.800

3000 210 246.000 258.000 241.400 12.000 18.000

3500 245 250.900 259.300 241.700 12.600 18.900

4000 280 255.900 263.600 245.400 14.600 21.900

4500 315 261.100 271.700 249.900 15.300 23.000

5000 350 266.300 277.700 253.900 17.200 25.800

5500 385 271.600 282.200 257.800 18.500 27.700

6000 420 277.000 291.700   19.200 28.800

Tabla 5.2 Precios de hormigones solicitados en planta en la ciudad de Medellín

MÓDULO DE ELASTICIDAD ( E )

EVOLUCIÓN DE LA RESISTENCIA A LA

COMPRESIÓN ( MPa )

HORMIGONRESISTENCIA A LA

COMPRESIÓN (MPa)MÓDULO DE

ELASTICIDAD E (GPa)

HC - prueba 29 -

HAC-RMSA prueba 33 -

HC2 28 28

HC3 27 28

HAC-RMSA2 33 28

HAC-RMSA3 32 28

HAC-RMCA

HAC-RMCF

HAC-RMCA

0

5

10

15

20

25

30

35

0 7 14 21 28EDAD (días)

RESI

STEN

CIA

(MPa

) CI

A

Resistencia en MPadel HC

Resistencia en MPadel HAC-RMSA

HAC-RM (Con Filler CF, Con Arena CA)

ENSAYO EDAD(Días)

HAC-RMCFCEM I 42.5 R

A/C=0,45F/C=0,30

HAC-RMCACEM I 42.5 R

A/C=0,42

HAC-RMCACEM II 32.5 R

A/C=0,45

Resistencia a la

Compresión(MPa)–C.V (%)

3 37 3,0 37 1,7 25 2,0

7 41 1,6 39 1,3 25 1,4

28 47 2,3 44 2,5 31 1,8

90 54 2,1 54 1,8 36 2,5

180 54 0,0 58 0,1 40 0,1

E (GPa)

C.V (%)

28 32 0,1 32 0,2 31 0,2

90 39 0,2 40 0,9 36 0,10

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

HAC-RMCF CON CEM I 42.5 R

HAC-RMCF CON CEM I 42.5 R

HAC-RMCF CON CEM II 32.5 R

RE

SIS

TE

NC

IA (

MP

a)

Tiempo (días)

HAC-RMCA

HAC-RMCF

HAC-RMCA

Fu

erz

a (

KN

)

Curva Típica de Fuerza (KN) vs Desplazamiento (mm) de las cuatro probetas de HC 4 y HAC-RMSA 4 con CEM I 42.5.R y relación A/C=0,60

FUERZA VS DESPLAZAMIENTOHC4 (120 - 1,1) - HAC4 (120 - 1,2)

0

20

40

60

80

100

120

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Desplazamiento (mm)

HAC-RMCA (CEM II 32.5 R) HAC-RMCF (CEM I 42.5 R) HAC-RMCA (CEM I 42.5 R)

0

20

40

60

80

100

120

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Desplazamiento (mm)

Fu

erz

a (

KN

)

HORMIGÓN

HCA/C=0,60

CEM I 42.5R(Fuerza

KN-Desplaz. mm)

HAC-RMSAA/C=0,60

CEM I 42.5R(Fuerza

KN-Desplaz. mm)

HAC-RMCAA/C=0,45

CEM II 32.5R

(FuerzaKN- Desplaz

mm)

HAC-RMCFA/C=0,45

CEM I 42.5 R(Fuerza

KN- Desplaz. (mm)

HAC-RMCAA/C=0,42

CEM I 42.5R(Fuerza

KN-Desplaz. (mm)

#

1234

95 – 1,5111 – 1,1117 – 1,5120 – 1,1

95 – 1,4108 – 1,8115 – 1,1120 – 1,2

78 – 1,883 – 2,281 – 1,877 – 1,8

95 – 1,792 – 1,097 – 1,587 – 2,0

91 – 0,890 – 0,598 – 1,9

102 – 1,2

 

  Promedios 111 – 1,3 110 - 1,4 80 – 1,7 93 – 1,6 95 – 1,1

  C.V (%) Fuerza 10,1 9,94 3,45 4,69 6,03

 

Tensión de rotura

dherencia, bu (MPa)

25 24 18 21 21

HORMIGÓN

HCA/C=0,60

CEM I 42.5R(Fuerza

KN-Desplaz. mm)

HAC-RMSAA/C=0,60

CEM I 42.5R(Fuerza

KN-Desplaz. mm)

HAC-RMCAA/C=0,45

CEM II 32.5R

(FuerzaKN- Desplaz

mm)

HAC-RMCFA/C=0,45

CEM I 42.5 R(Fuerza

KN- Desplaz. (mm)

HAC-RMCAA/C=0,42

CEM I 42.5R(Fuerza

KN-Desplaz. (mm)

#

1234

95 – 1,5111 – 1,1117 – 1,5120 – 1,1

95 – 1,4108 – 1,8115 – 1,1120 – 1,2

78 – 1,883 – 2,281 – 1,877 – 1,8

95 – 1,792 – 1,097 – 1,587 – 2,0

91 – 0,890 – 0,598 – 1,9

102 – 1,2

 

  Promedios 111 – 1,3 110 - 1,4 80 – 1,7 93 – 1,6 95 – 1,1

  C.V (%) Fuerza 10,1 9,94 3,45 4,69 6,03

 

Tensión de rotura

adherencia, bu (MPa)

25 24 18 21 21

CUALITATIVAS

ECONÓMICAS

MEDIOAMBIENTALES Y SALUD LABORAL

Buena compacidad, independiente de la habilidad de los operarios

Posibilidad de proyectos más complejos

Mejoras en los acabados

Reducción de los plazos de ejecución

Reducción de los costes de personal y equiposasociados a la compactación

En la prefabricación:

* Aumento de la vida útil de los moldes * Posibilidad de moldes más ligeros

Reducción de ruidos

Eliminación de los riesgos laborales imputables a la compactación

Los resultados confirman que es posible colocar el HAC-RM en estructuras densamente armadas, sin peligros de segregación, dando lugar a un material homogéneo de fácil y rápida colocación. 

Se hace prioritario dotar el LABEST, de toda la infraestructura necesaria para la caracterización en estado fresco de los HAC-RMs; pues al existir algunas normativas universalmente aceptadas para su uso, Colombia no puede quedarse atrás en el reconocimiento de una nueva alternativa económica de fabricación de hormigones de última generación.

 Tres (3) de las propiedades principales (capacidad de relleno, habilidad de paso y estabilidad frente a la segregación) de los HAC-RMs, fueron verificadas en el LABEST. Lo que permite concluir, que hay buena compatibilidad de los materiales localmente disponibles en Medellín.

5. CONCLUSIONES Y FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

En las aplicaciones realizadas en el LABEST; cabe anotar que el uso de HAC-RMs permite una mejor y más rápida colocación, con menor esfuerzo y operadores, como también ausencia de macro-defectos.

 De la aplicación en la fabricación del mobiliario urbano (Expo-Camacol-2008), y hoy ubicado en el Palacio de Exposiciones de la ciudad de Medellín, se puede decir, que se encuentra en perfectas condiciones, sin evidencias de coqueras, manchas o desgaste superficial. Pues es hormigón a la vista sin ningún tipo de acabado adicional. 

Una sola prueba para la caracterización del HAC-RM en estado fresco no es suficiente. Por lo tanto se deben determinar qué ensayos serán los encargados de caracterizar el hormigón en estado fresco, dependiendo lógicamente de las condiciones de colocación, aplicación y durabilidad que debe cumplir.  

Con el estudio del estado del arte de los HACs, entre los que se incluye los HAC-RMs, se pone de manifiesto, la gran actividad realizada en los últimos años en el campo del desarrollo de técnicas experimentales con base científica, que permiten ser empleadas tanto para los diseños de mezclas, como para la calidad del hormigón producido.

 

El Grupo de investigación del LABEST, ya hace parte a nivel mundial de un equipo de trabajo para normalizar el uso de los HACs. Pretenden dar una respuesta eficaz a los nuevos retos estructurales, como estructuras fuertemente armadas, formas geométricas complejas, donde las dificultades de compactación pueden originar serios problemas de calidad del hormigón. El contenido de sólidos en los aditivos sps empleados en el LABEST, en algunos casos es casi el doble de los empleados en Barcelona (España). Por lo que la cantidad de sp necesaria para lograr la alta fluidez (sin segregación) de los HAC-RMs en Medellín, es mucho menor 

Las aplicaciones estructurales del HAC-RM se realizaron en un tiempo que correspondía al 30 % del tiempo que se requiere para la colocación de un HC. Ello supone una mayor capacidad productiva y una disminución de costos importante, así como mejoras en el ambiente de trabajo.

 

FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN 

En el medio de la construcción colombiana existe la necesidad de desarrollar, validar y sistematizar métodos de dosificación para HACs de resistencia media y baja (p.e., entre 30 y 45 MPa). Pruebas pilotos son necesarias para verificar las prestaciones de los HAC-RMs, verificando su efectividad en producción a nivel industrial. Es de gran interés verificar los valores de Fluencia y Retracción para los HAC-RM que se desarrollen en Colombia; a fin de proponer un modelo matemático apropiado para su determinación. Pues el buen desempeño y durabilidad de este nuevo tipo de hormigones, debe estar completamente garantizado y validado.

43

EJERCICIO DE COSTOSHC vs HAC-RM

HC 30 HAC-RM HC 30 HAC-RM

COSTO normal HAC-RM Hormigón 3000 psi 3/4" 159653 157650$ 159.653,00 $ 156.000,00 Manguera pilietileno de 1/2" 361 361

$ 258.133,00 $ 222.125,00 Curado con agua 533 533$ 417.786,00 $ 378.125,00 Arm vac y des muro 80586 52381

Tranporte interno 5500 5500Vibrador y coches 5000 2500

Form y eq muro 6500 3200258133 222125TOTAL ($)

TOTAL DE LOS MATERIALES

PERSONAL Y EQUIPO DE VIBRADOTOTAL DE UN HORMIGÓN COLOCADO

ANÁLISIS DE COSTOS DE UN METRO CÚBICO DE HORMIGÓN COLOCADO EN OBRA

HORMIGÓN

PRECIOS COMPARATIVOS DE HORMIGÓN COLOCADO

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

normal HAC-RM

HC 30 HAC-RM

TIPO DE HORMIGONES

PE

SO

S

Coste depersonal yequipo

Coste deproducción

“ DESARROLLO DE HORMIGONES AUTOCOMPACTABLES DE BAJAS PRESTACIONES, EN COLOMBIA”