HORMIGON AUTOCOMPACTANTE

Los Hormigones Autocompactantes permiten una fácil colocación de la mezcla, facilitando las operaciones de una faena pesada, dejando una mejor terminación de la superficie, con una mayor rapidez de hormigonado, menos contaminación acústica, ahorro en personal y equipos, y una óptima calidad de los elementos hormigonados. Todo esto se logra por la utilización de aditivos químicos de última generación y un adecuado diseño de la mezcla.Además de las ventajas mencionadas, el Hormigón Autocompactante permite obtener altas resistencias a corto y largo plazo, baja relación agua/cemento, alta impermeabilidad y durabilidad. Para lograr estas propiedades siempre deseadas, actualmente las empresas deben recurrir a formulaciones complejas y a menudo de alto costo, que exigen, en cualquier caso, la obligación de una potente vibración para garantizar un óptimo llenado de los encofrados.La operación de vibrado muchas veces no deja el hormigón completamente consolidado, especialmente en elementos esbeltos, densamente armados o de formas complicadas. Además, la vibración, en la mayoría de los casos, produce un alto nivel de ruido y puede ser causa de seria enfermedad para los operarios. La vibración también produce desgaste y ejerce fuerte presión en los moldes. Por otro lado, una vibración mal hecha produce segregación en el hormigón. En la industria de prefabricados a medida que los productos se hacen más y más complejos se necesita mayor fluidez y más enérgica vibración. Ambas necesidades son caras y, dependiendo de la complejidad de los elementos fabricados, no siempre se obtienen los resultados deseados.El HAC es una mezcla que puede ser consolidada en el interior de cada rincón de un encofrado solamente mediante su propio peso y sin la necesidad de compactación por vibrado. A pesar de su alta fluidez, el agregado grueso no se segrega.

EL INICIO

La primeras investigaciones se iniciaron en Japón, buscando hormigones que no dependieran de la habilidad de la mano de obra en la vibración para asegurar la durabilidad de las estructuras de hormigón armado, puesto que se requieren operarios entrenados que realicen la adecuada compactación del hormigón, para obtener un material suficientemente consolidado y, por lo tanto, durable en el largo plazo. Una reducción en la cantidad de operarios calificados para la vibración del hormigón significa también una reducción similar en la calidad de la construcción.En 1988, en la Universidad de Tokio, se tuvo éxito en desarrollar el Hormigón Autocompactante. A partir de entonces se ha llevado a cabo una intensa investigación en diversas instituciones y empresas que han permitido, desde hace varios años, la aplicación práctica en las obras de esta nueva tecnología que pretende convertirse en el futuro en un hormigón estándar más que en un hormigón especial.Para el estudio fueron utilizados materiales de uso común en el mercado del hormigón. Como agregado grueso, se utilizó una piedra partida granítica de la zona de Olavarría de tamaño máximo 12.5 mm. El agregado fino utilizado se

obtuvo por la mezcla de una arena fina del Río Paraná y una arena gruesa del Río Uruguay.Se emplearon tres tipos de cementos, un Cemento Portland Compuesto (CPC40), un Cemento Portland Normal (CPN40) y un Cemento de Alto Horno (CAH40) de acuerdo a la norma IRAM 50000. Además, como adición fue utilizado Filler Calcáreo. Las características de los materiales se muestran en la Tabla.Los aditivos empleados fueron superfluidificantes de cuarta generación (base policarboxilato) y un aditivo modificador de la viscosidad (polímero celulósico).

Ensayo Unidades CPC CPN CAH FILLER

Blaine [m²/kg] 420 303 484 590

2 días [MPa] 15.0 19.7 15.6 -

28 días [MPa] 47.8 42.6 50.7 -

¿DONDE SE APLICA?

Se han realizado un gran número de aplicaciones para una gran diversidad de estructuras y elementos de hormigón, incluyendo: pisos y losas armadas, elementos modulares de sólo algunos centímetros de espesor, vigas y otros elementos pretensados, muros densamente armados en viviendas edificios y estanques, revestimiento de túneles, puentes, rellenos de difícil acceso y especialidades arquitectónicas con superficies complejas.El Hormigón Autocompactante es ideal para formas complejas y donde es dificultoso obtener la fluidez y adecuada consolidación del hormigón. Permite también hacer aquello que se pensaba era imposible de realizar en el pasado.

Esta nueva tecnología puede mejorar ampliamente los sistemas de construcción basados en hormigón tradicional que requieren necesariamente compactación por vibrado. Eliminando o reduciendo a un mínimo la compactación, la construcción en hormigón puede ser racionalizada y nuevos sistemas de construcción, incluyendo moldajes, armaduras, diseño estructural y arquitectónico pueden ser desarrollados.

En Chile, el Hormigón Autocompactante ya se está utilizando para la construcción de estructuras de hormigón y ha encontrado una muy entusiasta acogida por parte de empresas constructoras, prefabricadoras y proyectistas. La facilidad de colocación y la excelente terminación hacen al usuario elegir esta nueva tecnología.

CONTROL DE CALIDAD

El Hormigón Autocompactante se presenta como una mezcla de extrema fluidez. El ensayo tradicional de asentamiento de cono de Abrams no puede aplicarse porque la fluidez es mayor a la que se puede medir por este método. En lugar de medir el asentamiento se usa el mismo cono pero se mide el diámetro dejado por el flujo sobre la base. De esta forma, se obtienen hasta 65 cm. más de escurrimiento.También se utiliza para el diseño del hormigón un equipo simple denominado “Caja L” que permite observar las características de fluidez y cohesión de la mezcla. Para casos especiales se pueden fabricar maquetas con la forma y densidad de armadura que simulen las condiciones de la obra para asegurar que el HAC diseñado llenará correctamente todos los espacios.Para el control de calidad del hormigón endurecido no se requieren medidas extraordinarias que difieran del hormigón tradicional, siendo el aspecto del hormigón una vez desmoldado el principal control en la obra.

OBTENCION DE HORMIGON AUTOCOMPACTANTE

Este revolucionario hormigón se logra utilizando aditivos químicos de última generación que actúan por diferentes mecanismos. Mediante su absorción superficial y el efecto de separación espacial de las partículas de cemento, en paralelo al proceso de hidratación, se obtiene una alta fluidez con un fuerte comportamiento Autocompactante en conjunto con una alta cohesión de la mezcla permitiendo el vaciado y escurrimiento del hormigón sin ninguna segregación o exudación. Tampoco hay cambios significativos en el fraguado y endurecimiento de la mezcla.La obtención de un hormigón Autocompactante requiere de un estudio detallado de cada caso en particular. Para ello se analizan los elementos a confeccionar y los materiales disponibles. luego se ajusta la dosificación para conseguir la fluidez y cohesión requerida.

EL COSTO

Pese al mayor costo directo del material, el uso del Hormigón Autocompactante permite notables ahorros en la obra, producto de la facilidad de hormigonado, de la menor necesidad de personal, de la calidad de la terminación y del menor desgaste de equipos y moldaje. Por otro lado, abre notables perspectivas para el diseño de formas más complejas que hasta ahora hacían difícil su materialización. Los principales factores de reducción de costos con el HAC son los siguientes:- Alta velocidad de colocación del hormigón lo que se traduce en notable

reducción de los plazos de construcción- Ahorro en mano de obra - Ahorro en equipos y maquinaria- Alta calidad y durabilidad

- Superficies sin defectos- Mayor flexibilidad en el diseño (elementos esbeltos)- Reducción de ruido (trabajo continuo).

COLOCACION EN LA OBRA

El Hormigón Autocompactante no requiere de instalaciones especiales en la obra. Se aplican los mismos moldajes, equipos de transporte y las mismas alturas de vaciado. Debe tenerse en cuenta que por su alta fluidez las uniones de los moldes deben estar adecuadamente selladas. La presión sobre los moldes es algo mayor que el hormigón tradicional pero no supera la que se ejerce cuando se aplica hormigón bombeado.El llenado del encofrado se realiza por simple gravedad, sean cuales sean las formas, dimensiones o densidad de armaduras. El HAC escurre fácilmente varios metros y llena completamente los moldes prácticamente sin ayuda.

ADITIVOS PARA HORMIGON AUTOCOMPACTANTE

ADVA Flow 300 El ADVA Flow 300 es un superplastificante de nueva generación, extremadamente eficiente que proporciona características de elevada fluidez a los hormigones Autocompactantes (SCC).

V-MAR 1 El V-MAR 1 es un aditivo líquido de nueva concepción diseñado para aumentar la cohesión y la estabilidad de los hormigones Autocompactantes (SCC). El V-MAR 1 se debe utilizar siempre junto con un fuerte reductor de agua como el ADVA Flow 300, para la fabricación de hormigón Autocompactante, permitiendo mantener a lo largo del tiempo sus características, impidiendo la segregación.

V-MAR 2 El V-MAR 2 es un aditivo líquido de nueva concepción diseñado para aumentar la cohesión y la estabilidad de los Autocompactantes (SCC). El V-MAR 2 se debe utilizar siempre junto con un fuerte reductor de agua como el ADVA Flow 300, para la fabricación de hormigón Autocompactante, permitiendo mantener a lo largo del tiempo sus características, impidiendo la segregación.

ENSAYOS DE TRABAJABILIDAD AL HORMIGON AUTOCOMPACTANTE

Los ensayos que permiten determinar la trabajabilidad de las mezclas Autocompactantes han variado en relación a la cantidad de experimentación que se ha destinado para tal efecto.

Para medir la trabajabilidad de hormigones convencionales se ha utilizado desde hace ya varios años tanto en terreno como en laboratorio el Cono de Abrams, sin embargo para asentamientos superiores a los 18 cm. dicho equipo deja de ser aplicable. Esta razón ha determinado el uso de algunos equipos alternativos, que difieren unos de otros sólo por los objetivos que se plantean en sus fundamentos de ejecución.

Caja L

La caja de la figura es llenada sin compactación, cuidando de que la superficie deberá estar nivelada y el elemento vertical completamente lleno, de modo que se pueda verificar que no haya segregación en la superficie.Luego se levanta la compuerta, de modo que el flujo sea continuo y se debe cronometrar el tiempo que requiere el hormigón para recorrer 40 cm; luego se deberá medir el tiempo transcurrido hasta llegar al final de la caja.Una vez que se detenga el flujo, se pueden medir las diferencias de nivel del hormigón.Existen dos cajas procedentes de investigaciones distintas:Caja Europea en L

Fluidez: T 40 cm transcurridos de 3 a 6 segundos.Hx cm/Hi cm > 0.8

Caja Japonesa en LFluidez: T 50 cm transcurridos de 3 a 6 segundos.T 83 cm después de >=45 segundos.

Prueba de flujo libre

Para este ensayo se utiliza el mismo cono del ensayo de Cono de Abrams pero en sentido opuesto, es decir con el diámetro más grande como cara de llenado. El hormigón es vaciado sin compactar, hasta que la superficie quede completamente horizontal y el cono completamente lleno.Luego el cono se levanta cuidadosamente de la superficie dado que el flujo de hormigón podría suspenderse si el cono se levanta muy rápidamente.

Se toma el tiempo requerido para que el hormigón alcance un diámetro de 50 cm. y se mide el diámetro máximo alcanzado.

Verificar, especialmente en el borde, la homogeneidad y si hay o no segregación de la mezcla. El Diámetro D máx. deberá estar dentro de 65–75 cm., la fluidez deberá ser medida en: Fluidez: D 50 cm transcurridos de 3 a 6 seg. Luego verificar la homogeneidad en el borde.

Equipo japonés

El equipo de origen japonés está compuesto por una caja de perfiles metálicos y paredes de acrílico.Tiene en su interior 35 tubos transversales de PVC, distribuidos en 7 columnas y 5 filas a una distancia de 50 mm entre ejes.En la parte superior a un costado, la caja tiene un tubo de llenado de 100 mm de diámetro y 500 mm de largo. El equipo basa su determinación en la oposición que presentan las barras de PVC al paso del hormigón.

El procedimiento consiste en vaciar el hormigón por el tubo de llenado a una velocidad constante y se debe terminar cuando la altura del hormigón, en la zona del tubo de llenado, llegue hasta la parte superior de la fila más alta de tubos, luego en la cara opuesta se registra la altura. Si el hormigón es Autocompactante debiera ser capaz de atravesar los tubos y llegar al mismo nivel en la cara opuesta.Luego de pruebas sucesivas en este equipo realizadas para una tesis de esta escuela se determinó modificar el proceso de llenado incorporando un cono asegurara velocidad de flujo constante.

El equipo modificado permite el llenado de la caja almacenando para ello en el tronco cónico dispuesto en la parte superior un volumen aproximadamente igual al de la caja.A un costado del cono existe un dispositivo que permite desplazar el flujo de hormigón.

De igual forma mientras mayor sea la altura registrada en la cara opuesta a la cara de llenado mayor será la fluidez del hormigón Autocompactante.

EQUIPOS Y METODOLOGIA DE ENSAYO

El equipamiento utilizado y la metodología de ensayos adoptados fueron las siguientes:

Curado a vaporCámara para la simulación de ciclos de curado a vapor, con una capacidad útil de 0,5 m3. En la foto, se puede observar

Equipo Original Equipo Modificado

el equipo utilizado, que permite modelar cualquier ciclo de curado a presión normal.

EsclerometríaPara la determinación del índice esclerométrico se utilizó un esclerómetro digital. Se tomó el promedio de 10 determinaciones realizadas en cada probeta como se observa en la foto. El ensayo se efectuó con el esclerómetro en posición horizontal y aplicando sobre la probeta una carga del 15 al 20 % de la carga estimada de rotura. Como la edad de las probetas no superó los 56 días, se despreció es efecto de la carbonatación superficial.

 

MadurezEs sabido que para un hormigón que ha sido colocado, compactado y curado, su resistencia será función de la edad y de la temperatura a la que ha sido expuesto. Y que a tempranas edades, la temperatura tiene gran influencia en el desarrollo de la resistencia.En el trabajo se adoptan las dos formulaciones más conocidas para predecir el nivel de resistencia, en función de la historia térmica a la que ha sido expuesto el hormigón:

a) Método de Madurez (Fórmula de Nurse - Saul)

Este método intenta predecir el nivel de resistencia que alcanza el hormigón en función de la madurez, sobre la base del siguiente principio:

"Hormigones de igual composición y que posean igual valor de madurez, tendrán aproximadamente igual resistencia; cualquiera haya sido la combinación de edad y temperatura que hayan experimentado".

La expresión propuesta para el cálculo de la madurez es:

Siendo:M: Madurez. (°C hs.)T: Temperatura promedio del hormigón en el lapso de tiempo.

: Temperatura de referencia, adoptada en - 10°C.

: Intervalo de tiempo considerado.

b) Método de Edad Equivalente (Fórmula de Arrhenius)

La edad equivalente de un hormigón, representa el tiempo de curado equivalente necesario (a una temperatura de referencia Ts, generalmente adoptada en 20°C), para obtener un valor de resistencia igual al que resulta de haber curado al hormigón con la historia térmica que en la realidad experimentó. Este método se encuentra basado en la ley de Arrhenius, la cual establece la influencia que posee la temperatura sobre la velocidad de una reacción química. Para su aplicación, en el caso de la hidratación del cemento, presenta la siguiente ecuación:

Siendo:Te: Edad equivalente referida a la temperatura de referencia Ts, en días u horas.Q: Energía de Activación dividido por R la constante universal de los gases (8,314 J/°K mol), en grados °K.Ta: Promedio de temperaturas del hormigón durante el intervalo de tiempo Dt, en grados °K.Ts: Temperatura de referencia, en °K.

: Intervalo de tiempo adoptado, en días u horas.

La ecuación anterior presenta la dificultad de la determinación de la Energía de Activación. Esta energía representa la sensibilidad del hormigón al aumento de temperatura. Es una constante que depende del tipo de cemento, finura, relación a/c, grado de hidratación y temperatura. En laboratorio se procedió a la determinación de dicha constante bajo los procedimientos descriptos por la norma NT BUILD 476.

Calorímetro semiadiabático

El equipo con el que se realizó la determinación de la energía de activación se observa en el Esquema, y está integrado por:

Calorímetro: recipiente en el cual se generan las condiciones semiadiabáticas de la probeta, por medio de una aislación de heno. Además, posee un dispositivo para evaluar la temperatura del hormigón (termocupla) y otro para medir la pérdida de calor a través de sus paredes.

Datalogger: dispositivo electrónico cuya función es almacenar automática y ordenadamente los datos medidos en el calorímetro.

Software: programas para registrar, monitorear y controlar procesos de medición.

APLICACIÓN EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES VIALES

Túneles

El llenado de las calotas de túneles presenta serias dificultades en lo referente a la colocación y compactación cuando son utilizados hormigones convencionales. El uso de los hormigones Autocompactantes en este tipo de obras resuelve fácilmente los problemas tradicionales mediante procesos constructivos que, además, aseguran una mejor calidad.

Puentes y otras estructuras civiles

En la actualidad es posible encontrar ejemplos de aplicación de estos hormigones en prácticamente todas las obras civiles. Se han construido puentes y tableros para puentes como así también se utilizaron en la construcción de un muelle. También son empleados para reparaciones en lugares de difícil acceso. Elementos premoldeados. En los últimos años se incrementó notablemente el uso de los hormigones Autocompactantes en las industrias de elementos premoldeados. La disminución de los tiempos de ejecución (permitiendo una mayor reutilización de los encofrados), las mejoras en el ambiente de trabajo (con menor emisión de ruidos), la homogeneidad conseguida en elementos densamente armados y de difícil acceso y la mejora de la calidad de la terminación superficial favorecieron esta tendencia.