HORMIGÓN DE ALTAS PRESTACIONES.

Los HAP son hormigones de última generación que incorporan dentro de sus componentes nuevos materiales y modernas técnicas de fabricación, reuniendo diversas cualidades que mejoran su comportamiento en diferentes ámbitos con respecto al hormigón tradicional. Los HAP van mejorando su comportamiento en estado fresco, logrando gran trabajabilidad y un buen comportamiento en estado endurecido. Los HAP, son hormigones de mayor ductilidad y mejor desempeño a esfuerzos de compresión o flexión, esto amplía de gran manera las aplicaciones de este material para elementos que el hormigón común no lo ha podido lograr.

En general un hormigón de altas prestaciones tiene las siguientes características: rentabilidad a la hora de construir; Costo inicial alto, mayor durabilidad y facilidad de mantenimiento; Estética innovadora ya que sus acabados pueden llegar a ser atractivos.

La Rentabilidad A La Hora De Construir Con Los HAP,

Se manifiesta principalmente en la reducción al mínimo del mantenimiento de la estructura, con la consecuente disminución de inspecciones. Se pueden obtener longitudes más extensas sin necesidad de empalmes. Con los HAP, se puede conseguir una larga vida en servicio, ya que se pueden diseñar para soportar vida útil de 100 años solo con un bajo mantenimiento. El hormigón de altas prestaciones puede incorporar colores y acabados atractivos, con lo cual elimina el uso de una pintura y su respectivo mantenimiento. Las limpiezas son mínimas ya que pueden contener aditivos que lo preparan para responder mejor ante ataques externos tanto, químicos, biológicos y físicos.

Los HAP., presentan, una matriz más compacta y por tanto menos permeable y más resistente que la de un hormigón convencional. El Hormigón de Altas Prestaciones, es un material con unas características mecánicas superiores a las convencionales.

En los países industrializados en el mundo se han realizado numerosas propuestas para buscar mejorar la resistencia a la compresión de los elementos de hormigón. La búsqueda no se ha detenido, pues se ha llegado a alcanzar resistencias de hasta 170 MPa con áridos de jaspe y

diabasa; así como también se ha alcanzado los 250 MPa con bauxita calcinada, y los 450 a 500 MPa con bauxita y cementos Portland aluminoso.1 Existen otros componentes del hormigón que han ido evolucionando y mejorando resistencias. En 1950, En Japón se crean los primeros aditivos reductores de agua en Japón. Más tarde aparecen los superfluidificantes tanto en España como en Alemania. El humo de sílice inició su aplicación en Canadá y en los países nórdicos europeos.

Este incremento a la compresión supone un mejoramiento frente a esfuerzos de flexocompresión en los elementos, permitiendo una reducción en secciones para salvar luces importantes. Por otro lado, no solo se ha desarrollado la mejora en las resistencias a la compresión; sino también se ha logrado un mejor comportamiento a tracción, reducción de peso y reducción de deformaciones debido al mayor módulo de elasticidad y al mejor comportamiento por efectos de la fluencia. Con el Hormigón de Altas Prestaciones se ha podido conseguir mayor compacidad y baja permeabilidad, por ende una mayor durabilidad.

El uso de superplastificantes se ha convertido en uno de los productos imprescindibles para la aplicación de este tipo de hormigones. El humo de sílice, es otro de los componentes utilizados principalmente en regiones de los Estados Unidos en donde se requiere mayor protección de las armaduras frente a las sales de deshielo. Es común también el empleo del aire incluido para mejorar el comportamiento de los fenómenos de hielo – deshielo.

En Francia se ha venido desarrollando el uso de los superplastificantes, pero suprimiendo el humo de sílice y cuidando de manera especial la granulometría y la calidad de los áridos. Mientras tanto en países escandinavos como Noruega se usan los HAP para elementos cuyas cuantías de acero llegan hasta los 800 a 1000 kp/m3, utilizando hormigones de resistencias entre 55 y 70 MPa. El humo de sílice se encuentra entre un 5 a 10 % del peso del cemento. En España, las mayores realizaciones con los HAP., se han presentado más en la obra civil y en menor grado en el campo de la edificación. Se destacan ejemplos de obras de pasarelas, puentes, túneles, tuberías, etc. Tal es el caso del HAP empleado para la Pasarela del puerto de Málaga (1992), obra cuyas vigas prefabricadas se realizaron con este tipo de hormigón 1 GOMEZ, Jesus. El Hormigón de Alta Resistencia en la Ingeniería Civil. Revista Ciencia y Técnica de la Ingeniería Civil. Revista de Obras Públicas. Abril 2000. Número 3397., pp.10

de resistencia de 60 MPa. Se requería usar el HAP, para garantizar la durabilidad del material bajo un ambiente marino húmedo y salino. Así también, se necesitaba obtener una alta resistencia inicial para poder realizar el pretensado en un corto plazo.

Dosificaciones, Componentes Y Cuantía.

En base a las investigaciones realizadas en varias obras o proyectos en España, se ha logrado recoger datos y valores relativos entre los componentes del hormigón utilizado. A continuación, se presentan algunos resultados obtenidos en los controles realizados en ocho proyectos distintos entre 1992 y 1998.

PROYECTOEje

Transversal Cataluña

Pasarela Rio

Segre

Puente de

Archena

Pasarela Puerto Málaga

Viaducto Rio

Mente

Puente Rio Miño

Pasarela Montjüic

Puente Rio

Guadalete

fck (MPa) 60 60 60 60 60 65 80 80

Cemento (kg/m3) 450 460 450 415 420 450 550 452

Árido (kg/m3) 959 (5-12)1057 (5-

12)545 (12-15) 634 (2-12)

Árido (kg/m3) 196 (3-10) 352 (0-5)985 (6-

12)545 (4-12)

1080 (6-12)

880 (6-12)

980 (5-12)

333 (0-6)

Árido (kg/m3) 797 (0-5) 360 (0-5) 850 (0-5) 864 (0-5) 800 (0-5) 850 (0-4) 690 (0-5) 889 (0-5)

Humo de sílice (kg/m3) 22.5 36 36 41 0 25 110 23

Agua (l/m3) 138 165 155 149 147 180 165 147

Superfluidificante (l/m3)

10.8 7.75 9 10 11.3 11.25 5.25 14

Reductor de agua (l/m3)

3.6 5

Relación a/c 0.31 0.36 0.34 0.36 0.35 0.40 0.30 0.33

Humo de sílice (%) 5 7.8 8 9.9 0 5.6 20 5.1

Relación a/(c+h.s.) 0.29 0.33 0.32 0.33 0.35 0.38 0.25 0.31

Superfluidificante (%) 2.4 1.7 2 2.4 2.7 2.5 1 3.1

Año de ejecución 1996 1996 1998 1992 1998 1995 1992 1995

Fabricación, Traslado Y Vertido En Obra.

Es importante en la fabricación, como ya se ha dicho, el contenido de agua. Es indispensable controlar la humedad en los áridos y el porcentaje del superfluidificante, el humo de sílice, etc. El tiempo de preparación y amasado de los HAP es mayor a la de los hormigones normales. El proceso de llenado en el camión distribuidor de hormigón

Fuente: GOMEZ, Jesus. El Hormigón de Alta Resistencia en la Ingeniería Civil

es más lento. El superfluidificante puede suministrarse en dos etapas: al inicio en la planta y otra previo al vertido en obra. La compactación debe ser más cuidadosa y fuerte, siendo necesario el uso de vibradores internos, regulando la frecuencia y amplitud de vibración. El curado se realiza con vapor (elementos prefabricados) y con agua por riego (vertido en obra).

Análisis De Ventajas Y Desventajas 

  Análisis de las soluciones estructurales y conclusiones

Las ventajas de las estructuras ejecutadas con concreto de alta resistencia, tanto frente a estructuras metálicas como frente a aquellas otras realizadas con concreto normal (<50MPa), los criterios son los siguientes:

Los hormigones de altas prestaciones se utiliza en elementos estructurales que resisten, principalmente esfuerzos axiales de compresión (muros del núcleo de rigidización y columnas), estando proyectados los elementos horizontales (vigas y entrepisos) con concretos de 25 a 35 MPa de resistencia a la compresión.

El tipo de hormigón de altas prestaciones empleado en elementos verticales se encuentra proyectado entre 60 y 80 MPa de resistencia a la compresión, que será solicitado sobre probeta cilíndrica o probeta cúbica, con unas oscilaciones entre una y otra de 10 a 15 por ciento.

El tipo de hormigón utilizado en los mencionados elementos varía en función de la altura del edificio, reduciéndose la exigencia de sus características mecánicas a medida que se asciende.

El uso de hormigones de altas prestaciones repercute en un costo adicional para la construcción de la estructura en particular por lo que al añadirse ciertos materiales que hacen actuar en si a la mezcla para que no sufra ningún inconveniente o en el momento de fraguado tenga fracturación debido a altas temperaturas, y estos no necesariamente son encontrados en el mercado nacional de nuestro país por ejemplo el uso de la Microsílica, pero debido a sus propiedades que incrementan considerablemente sus propiedades una obtención en grandes cantidades podría proveernos y no tan solo a nosotros sino como un

probable negocio de producción de hormigón a futuro de una calidad muy superior.

A continuación se describe el beneficio de la Microsílica en el Concreto:

Tradicionalmente y de forma equivocada, se ha tenido la percepción de que existe una relación directa entre la resistencia del concreto y su durabilidad. Muchas estructuras construidas con concretos de alta resistencia han mostrado un deterioro mucho antes de cumplir su vida útil esperada.

El problema de la durabilidad es muy complejo, en la medida en que cada situación de exposición y condición de servicio ameritan una especificación particular tanto para los materiales y diseño de mezcla, como para los aditivos, la técnica de producción y el proceso constructivo.

Son diversos los factores involucrados en la durabilidad del concreto, esta se puede determinar por agentes externos e internos. Los agentes externos son aquellos provenientes del medio en el cual se encuentre el elemento, que implican el ingreso de fluidos agresivos que se encuentran en su ambiente circundante, seguido de procesos físicos o químicos que atacan provocando una perturbación de su estructura y superficie, con frecuencia aportando al desarrollo de fuerzas expansivas y de interrupción. Los agentes internos del concreto provocan un daño algo similar, influido principalmente por cambios de humedad, mal diseño o fabricación de las mezclas. La capacidad del concreto para limitar estos procesos influye en la durabilidad y el grado de deterioro de él.

Se ha demostrado que las adiciones al cemento pueden ser utilizadas para reducir el calor de hidratación del cemento y reducir el potencial de fisuración térmica. Estos materiales modifican la micro-estructura del concreto y reducen su permeabilidad por lo que consecuentemente reducen la penetración de aguas y sales disueltas en el hormigón. La mayoría de las adiciones al cemento reducen la expansión interna del concreto debido a reacciones químicas tales como la reacción árido álcali y ataques de sulfatos. La impermeabilidad del concreto reducirá varias formas de deterioro del mismo, tales como la corrosión del acero de refuerzo y el ataque de químicos.

Los efectos del ataque de sulfatos no sólo generan degradación por expansión y la consecuente fisuración; sino de igual manera, una disminución en la resistencia mecánica provocada por la pérdida de cohesión en la pasta de cemento.

Al ser la adición de microsílica un material aun más fino que el grano de cemento, mejora las características de permeabilidad del concreto taponando los capilares evitando el sangrado de del mismo y evitando el ingreso de

compuestos dañinos como son los sulfatos brindando consecuentemente el aumento de la durabilidad del concreto del proyecto.

Razones de Uso de la Microsílica en el Hormigón de Altas Prestaciones:

En el concreto fresco la adición de microsílica permite:

1. Incremento de la Cohesión

El concreto fresco adicionado con microsílica, es más cohesivo, por consiguiente menos propenso a la segregación, que el concreto sin el mismo. El mayor beneficio del incremento de la cohesión puede ser visto en hormigones lanzados.

2. Disminución del sangrado

La mayoría del agua de la mezcla es atrapada debajo de las partículas del agregado o de las barras horizontales del acero de refuerzo, muchas de estas alcanzan la superficie del concreto, este movimiento del agua ocupa lugar en los denominados canales capilares. Una vez, que el agua se evapora estos canales sirven de atajo para los agentes agresivos como son los sulfatos, permitiendo su ingreso dentro del concreto, en consecuencia, la reducción o eliminación de estos canales con el uso de la microsílica mejoran la durabilidad del concreto.

En el concreto endurecido la adición de microsílica permite:

1. Realce de las Propiedades mecánicas

Esta produce un aumento a la resistencia a la compresión y a la resistencia a la flexión.

2. Reducción de la permeabilidad

La contribución de la microsílica es reducir la permeabilidad del concreto.

Conclusiones Y Recomendaciones

La durabilidad depende del ambiente al que se exponga el concreto o de causas internas del concreto mismo.

No existe el concepto de un concreto “durable” por si mismo, ya que las características físicas, químicas y mecánicas que pudieran ser ajustadas para ciertas circunstancias no necesariamente lo capacitan para seguir siendo “durable” bajo otras condiciones.

La durabilidad del hormigón depende fundamentalmente de su permeabilidad y de la presencia de agentes agresivos, especialmente aquellos disueltos en agua.

El humo de sílice, por su alto poder para reducir la permeabilidad del hormigón, lo hace altamente resistente a ataque químicos, incluido el de sulfatos y aún el de ácidos diluidos.

El curado afecta la durabilidad de la superficie ya que el uso de la adición de microsílica en la mezcla de los materiales cementicios es proporcionar un hormigón más durable. Esta durabilidad inicia en la superficie del hormigón que es la zona donde más reacción tiene el curado, dada la relación agua/material cementante que generalmente es baja en estos concretos, al ser colocado en el sitio mayor cantidad de agua necesita ser suministrada durante el proceso de curado, garantizando la hidratación y brindando la durabilidad que se requiere.

El uso de aditivos reductores de agua también puede ayudar a reducir la pegajosidad, ya que muchos de estos productos se basan generalmente en la lignina, que ayuda a reducir la viscosidad, reemplazando alrededor de 1/3 del súper plastificante con el reductor de agua, lo cual no genera impacto en el costo del concreto.

Reducir el volumen de agregado fino en pequeñas cantidades, ya que el hormigón con adición de microsílica se desempeña de mejor manera con menor cantidad de arena, el éxito de este enfoque dependerá de la granulometría de los áridos.

Poner énfasis en la clasificación de los áridos finos, ya que al existir una gran cantidad de los mismos, pueden ser sustituidos por un material más grueso, lo cual ayuda a reducir la viscosidad.

Por lo general será necesario el incremento de los incorporadores de aire para mejorar la calidad del concreto.

Mantener un control de la temperatura en hormigones adicionados con microsílica que contienen una baja relación agua/material cementante, para un control estricto de temperatura puede ser necesario el uso de astillas de hierro o nitrógeno líquido, para cumplir los requisitos.

En la mezcla no se debe colocar la microsílica antes de cualquier otro ingrediente del concreto, ya que puede ocasionar la aglomeración no deseada de las mismas.

Un remezclado se hace necesario cuando llega el concreto al sitio del proyecto, asegurando la dispersión de la microsílica dentro de los componentes del concreto.