HORMIGONES DE RETRACCIÓN COMPENSADA: IDEAS GENERALES Y POSIBILIDADES DE APLICACIÓN

JOSÉ ANTONIO RODRÍGUEZ LOPEZ Director Técnico Aditivos MAPEI

SUMARIO

• Estado del arte (visión exagerada con mucho de realidad)

• Breves nociones sobre fisuración del hormigón en pavimentos

• Microestructura de la pasta de cemento y retracción del hormigón.

• Hormigones de retracción compensada: ideas generales, métodos de medida

• Soluciones MAPEI para pavimentos

• Aplicaciones concretas: pavimentos sin juntas (con datos reales de medidas en obra), elementos prefabricados sin fisuras, otros

PAVIMENTO CHATARRERÍA: 900 M2 SIN CORTES. CAPA DE RODADURA METÁLICA

EL ESTADO DEL ARTE (UNA VISIÓN QUE TIENE BASTANTE DE REAL): ÉRASE UNA VEZ EL PAVIMENTO DE UNA NAVE

INDUSTRIAL...

LA PROPIEDAD

LA INGENIERIA LA CONSTRUCTORA

LA PLANTA DE HORMIGÓN EL PULIDOR

EL NO DIÁLOGO HABITUAL: REALIDAD BASTANTE EXAGERADA (O NO)

LA PROPIEDAD: Yo no entiendo de esto, pero quiero un pavimento bueno, bonito y barato (eso

sí, me gastaré un pastón en el color de la cubierta).

LA INGENIERIA: Busco, adapto, corto, copio, pego (si ha funcionado allí, también puede

funcionar aquí)

LA CONSTRUCTORA: Obra cogida con una baja casi temeraria: hay que tratar de ajustar costes

(búscame el hormigonero más barato y un pulidor a menos de 3 €/m2)

LA PLANTA DE HORMIGÓN: A mi me piden un HA-25 con 20 Kg/m3 de fibra en consistencia blanda (y sólo

soy responsable de cumplir con la resistencia y la consistencia que me piden, y antes de añadir la fibra, que no la pago yo)

EL PULIDOR: Por supuesto, que venga el hormigón sin aditivo y blandito blandito (o mejor, ya

lo arreglamos después de que hagan las probetas)

SI FALLA UNA PATA, LO NORMAL ES QUE EL CONJUNTO FALLE: NUESTRA SILLA NO SIRVE PARA SENTARNOS

AUNQUE TAMBIÉN EXISTEN LOS MILAGROS, NO SÓLO EN LOS PAVIMENTOS...

BROKEN CHAIR, GINEBRA

¿Y SI PROBAMOS A SENTAR A TODOS LOS AGENTES IMPLICADOS EN TORNO A UNA MESA? (ESCUHAR, ENTENDER, CONSENSUAR)

QUÉ?

CÓMO?

CUÁNDO?

POR QUÉ?

EJEMPLO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTO POR CAUSAS MÚLTIPLES

– Retracción: El hormigón presenta varios tipos: plástica, térmica, por secado y endógena (química+autógena). Es importante determinar en cada caso la importancia de cada una para poder actuar en consecuencia.

– Elementos singulares: Todo impedimento a la libre contracción del hormigón debe ser tenida en cuenta (arquetas, pilares, sumideros, etc.

– Independización de la estructura: El pavimento debe estar aislado de la estructura, para evitar que se transmitan esfuerzos de la misma, en especial a tracción.

– Subbase: Es imprescindible una subbase que permita una correcta y uniforme transmisión de cargas desde el pavimento al terreno

– Diseño: El pavimento debe ser capaz de soportar las cargas para las que fue proyectado (cargas puntuales, distribuidas, etc.)

– Cortes: Si el pavimento debe ser cortado porque no lleva química compensadora de la retracción, debe estudiarse con detenimiento el diseño de cortes (tiempo, relación largo/ancho, elementos singulares, etc.)

– Curado: Gran parte de los problemas de fisuración en pavimentos provienen de un deficiente curado.

LA FISURACIÓN EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓN: BREVES NOCIONES

– Cemento + agua desarrollo de microestructuras que experimentan cambios continuos, cada vez mas lentos (rara vez se completan) se producen deformaciones de productos de hidratación que originan cambios microestructurales

– Así, una pasta de cemento que se está hidratando genera no una microestructura simple, sino una sucesión de microestructuras en las distintas etapas de su desarrollo

– Todos estos aspectos ponen en evidencia las dificultades existentes para el estudio y caracterización de la microestructura de la pasta de cemento. Sin embargo, hay acuerdo en que la pasta es un sistema altamente heterogéneo constituido de fases sólidas, poros y agua.

MICROESTRUCTURA DE LA PASTA DE CEMENTO

ORDEN DE MAGNITUD DE POROS Y SÓLIDOS EN LA PASTA DE CEMENTO ENDURECIDA (MEHTA, 1994)

MICROESTRUCTURA DE LA PASTA DE CEMENTO

• TIPOS: – Retracción plástica: Evaporación de agua en superficie de hormigón más rápida que

la llegada agua interna, debido a la acción capilar de los poros de hormigón. Considerar en pavimentos, a/c bajas y/o condiciones Tª , viento y humedad adversas. ¡Curado adaptado!

– Retracción térmica: Hidratación del cemento reacción exotérmica, que provoca aumento Tª (dilatación). Al enfriar, tenemos contracción que provoca fisuración. Tener en cuenta en hormigones con alto contenido de cemento, Tª y grandes V (difícil disipar calor). (EHE-08: 10 µ/m cada grado centígrado).

– Retracción endógena: Suma de la retracción química (V hid > V anhidros pero V hid < V anh + V agua) y retracción autógena (reorganización agua interna al aumentar grado hidratación, migrando desde poros de mayor tamaño a poros más finos).

– Retracción por secado: Disminución del volumen de la pasta provocada por una reorganización del agua interna, al disminuir la humedad interna del hormigón. Es la forma mas común y mas visible de las retracciones. Asociada al agua adsorbida (ligada a la superficie del sólido y por consiguiente bajo la influencia de fuerzas atractivas, que puede ser eliminada en gran parte por secado de la pasta hasta el 30% de humedad relativa)

LA RETRACCIÓN DEL HORMIGÓN: BREVES NOCIONES

Retracción total: ∑ retracciones

El diseño del hormigón es importante, pero su fabricación, puesta en obra y curado son

fundamentales para conseguir un buen resultado final: IMPLICAR A TODOS LOS

AGENTES INTERVINIENTES

– Reducción de la cantidad de agua: Menor cantidad de agua libre menor retracción por secado, pero menor trabajabilidad: superplastificantes. Atención a la hidratación de las capas de rodadura en los pavimentos

– Reducción de la cantidad de cemento: Mediante un diseño adecuado del hormigón (áridos, pasta, finos, etc.). Se debería escoger el cemento más apropiado

PARA REDUCIR LA RETRACCIÓN… LO BÁSICO (¡Y FUNDAMENTAL!)

DISEÑO DE HORMIGÓN: OTRAS CONSIDERACIONES

Si es posible, se deben emplear áridos de buena calidad (no porosos, con elevado módulo elástico)

Cuanto mayor sea la relación A/C, mayor será la evaporación del agua y por tanto la retracción

Los áridos representan aproximadamente el 80% en peso y el 75% en volumen del hormigón

Mayor tamaño máximo de árido, menos arena, menos agua (menos cemento, menor rel. a/c)

Rit

iro

ig

rom

etr

ico

10

-6 [µ

m/m

]

A/C

Es posible limitar la retracción diseñando una fórmula en la que se maximize la relación agregado/cemento y minimice la relación a/c

Baja

retracción

– Productos expansivos ( de expansión controlada): a) en base sulfoaluminato o aluminato de calcio (+yeso+agua) ettringita primaria b) en base óxido de calcio (+agua) hidróxido de calcio • Necesitan armado: el porcentaje de armadura mínimo, entendido como

relación entre el área del hierro y la sección del hormigón no debe ser inferior al 0,15%.

• Los hormigones fibroreforzados pueden ver incrementadas sus prestaciones por la mejora de la matriz cementícia, siempre que se estudie convenientemente la dosificación del hormigón

• Estos productos generan tensiones tracción en el armado y compresión en el hormigón.

• La “precompresión” inducida por el agente expansivo impide que las solicitaciones de tracción inducidas en el conglomerado por efecto de la retracción higrométrica superen la resistencia a tracción del material evitando su fisuración

SEGUIMOS AVANZANDO… MEDIDAS ADICIONALES

– Otras consideraciones importantes sobre los productos expansivos: • El grado de expansión depende del porcentaje de agente expansivo, de

la relación agua-cemento adoptada (si aumenta a/c, disminuye expansión), del tipo y de la naturaleza del árido, del tipo y de la dosificación de cemento (factores que aumentan la velocidad de hidratación del cemento disminuyen la expansión)

• La expansión, además, está influenciada por el tiempo de mezcla de la masa (si aumenta t, disminuye la expansión), la temperatura (si aumenta Tª, disminuye la expansión), y el método y la duración del curado (punto crítico)

• No todos los productos que hay en el mercado son iguales, ni por naturaleza, ni por eficacia, ni por experiencia, ni por garantía, ni por asesoramiento técnico. ¡Cuidado con las soluciones “mágicas”!.

• Pero no sólo eso: los productos expansivos, aunque tengan una calidad garantizada, requieren un conocimiento profundo de sus características, modo de funcionamiento, riesgos y limitaciones para su manejo y aplicación. No tienen sentido si no se consideran dentro de una estrategia global de un hormigón de retracción compensada.

SEGUIMOS AVANZANDO… MEDIDAS ADICIONALES

EJEMPLO DE MAL EXPANSOR MAL APLICADO (MAL SISTEMA)

– Productos reductores de la retracción: Reducen la tensión superficial del agua en el interior de los poros del hormigón (disminuyen la presión capilar). Tamaño de poros entre 2.5 y 50 nanómetros (tamaños inferiores no se forman meniscos, y tamaños superiores la tensión es despreciable).

– Este proceso disminuye la intensidad de las fuerzas que empujan las paredes de los poros, garantizando una mejor estabilidad dimensional y también una drástica disminución de las fisuras causadas por este fenómeno.

– Los hormigones fibroreforzados ven mejorada su matriz cementicia, con el consiguiente aumento de prestaciones, siempre que se haya estudiado adecuadamente el diseño del hormigón.

SEGUIMOS AVANZANDO… MEDIDAS ADICIONALES

P P

Poro capilar

HORMIGÓN

P = 2γ/r Donde: P = presión capilar γ = tensión superficial r = radio del menisco de H2O

702

581

477

452

400

450

500

550

600

650

700

750

0 0,4 1,2 2,0

Dosificación SRA 25 [% peso sobre cemento]

Re

tra

cc

ión

hig

rom

étr

ica

[µ

m/m

]

Retracción a 28d con diferentes dosificaciones de Mapecure SRA 25

Re

fere

nc

ia

UNI 8147

conservación 20 oC,

50% H.R.

UN ENSAYO SOBRE MORTERO NORMALIZADO DE HACE 15 AÑOS…

PATRÓN ADITIVO A % P ADITIVO B % P ADITIVO C % P ADITIVO D % P ADITIVO E % P

R2D COMPR. 30,0 24,7 0,82 23,3 0,78 23,8 0,79 25,0 0,83 24,0 0,80

R2D FLEXOT. 5,9 4,8 0,81 4,5 0,76 4,8 0,81 5,0 0,85 4,7 0,80

R28D COMPR. 53,6 46,6 0,87 45,3 0,85 45,4 0,85 47,3 0,88 44,2 0,82

R28D FLEXOT. 9,2 8,4 0,91 7,9 0,86 7,6 0,83 8,5 0,92 7,5 0,82

R90D COMPR. 67,8 57,1 0,84 57,4 0,85 58,2 0,86 60,7 0,90 57,1 0,84

R90D FLEXOT. 11,6 9,1 0,78 9,4 0,81 9,8 0,84 9,8 0,84 9,5 0,82

ASIENTO 17,5 17,3 17,3 17,5 17,3 17,5

AGUA 225,0 214,0 214,0 214,0 216,0 214,0

A/C 0,50 0,48 0,48 0,48 0,48 0,48

3D 93 48 0,52 43 0,46 41 0,44 58 0,62 33 0,35

7D 298 189 0,63 134 0,45 119 0,40 183 0,61 142 0,48

14D 442 286 0,65 243 0,55 233 0,53 301 0,68 263 0,60

21D 523 351 0,67 311 0,59 297 0,57 391 0,75 346 0,66

28D 618 441 0,71 440 0,71 437 0,71 515 0,83 459 0,74

60D 862 647 0,75 556 0,65 551 0,64 683 0,79 585 0,68

90D 890 664 0,75 609 0,68 584 0,66 704 0,79 613 0,69

180D 924 713 0,77 650 0,70 649 0,70 724 0,78 668 0,72

RE

SIS

TE

NC

IAM

OR

TE

RO

RE

TR

AC

CIÓ

N

Laboratorio Cementos Cosmos, Oural, 2001

– Artículo técnico: Combined effect of expansive and shrinkage reducing admixtures to obtain stable and durable mortars (Cement and Concrete Research, 2003). Se demuestra claramente un efecto sinérgico. La hidratación de las pastas de cemento fue controlada mediante ESEM-FEG (environmental scanning electron microscopy–field emission gun), TG (thermogravimetry), superficie específica (mediante BET—Brunauer–Emmet–Teller-method) y XRDS (X-ray diffraction spectroscopy).

LA GRAN IDEA DE MAPEI: SISTEMA COMBINADO (MAPECRETE SYSTEM)

Foto ESEM (Mod. XL30 ESEM-FEG – Philips)

Referencia

Expancrete

MAPECRETE SYSTEM

Mejoramos la matriz

cementicia, también en

hormigones fibroreforzados,

siempre que se haya

estudiado con detalle la

dosificación del hormigón

– Mapecrete System: Es un sistema completo: Aditivo superplastificante + Expansor + Reductor de Retracción (+fibra)

– Mapecrete System permite minimizar y, en ciertos casos, eliminar la fisuración por retracción endógena (química + autógena), gracias a un verdadero control de la retracción, visible y medible

LA GRAN IDEA DE MAPEI: SISTEMA COMBINADO (MAPECRETE SYSTEM)

• MÉTODOS NORMALIZADOS: – Para medir la expansión-retracción: UNI 8148: Determinación de la expansión

contrastada del hormigón. Probetas con armadura interna. – Para medir la retracción: UNI 11307: Determinación de la retracción (del hormigón).

MÉTODOS PARA EL CONTROL DE LA RETRACCIÓN (I)

• MÉTODO NO NORMALIZADO: – Para medir la expansión-retracción: Moldes alemanes con anclaje del hormigón a un

lateral corto y la posibilidad de medir la expansión y retracción desde el instante inicial. Problema: no van armadas las probetas (la expansión “se pierde”)

MÉTODOS PARA EL CONTROL DE LA RETRACCIÓN (II)

EJEMPLO 1 DE ESTUDIO DE RETRACCIÓN A 28D (PROBETAS EN OBRA)

EJEMPLO 1 DE ESTUDIO DE RETRACCIÓN A 28D (PROBETAS EN OBRA)

EJEMPLO 1 DE ESTUDIO DE RETRACCIÓN A 28D (PROBETAS EN OBRA)

RETR 28D

-9,50 MEDIA

79,21 DESV ESTANDAR (σ)

-167,91 MEDIA -2σ

148,91 MEDIA +2σ

-247,12 MEDIA -3σ

228,12 MEDIA +3σ

ENGLOBA 95,00% VALORES

ENGLOBA 99,75% VALORES

EJEMPLO 2 DE ESTUDIO DE RETRACCIÓN A 90D (PROBETAS EN OBRA)

RETR 90D MAPECRETE SYSTEM R² = 0,9846

-92,62 MEDIA

30,39 DESV ESTANDAR (σ)

-153,40 MEDIA -2σ

-31,84 MEDIA +2σ

-183,79 MEDIA -3σ

-1,46 MEDIA +3σ

ENGLOBA 95,00% VALORES

ENGLOBA 99,75% VALORES

RETR 90D NORMAL PAVIMENTOS R² = 1

-313,20 MEDIA

25,06 DESV ESTANDAR (σ)

-363,33 MEDIA -2σ

-263,07 MEDIA +2σ

-388,39 MEDIA -3σ

-238,01 MEDIA +3σ

ENGLOBA 95,00% VALORES

ENGLOBA 99,75% VALORES

ANÁLISIS DE VARIOS PRODUCTOS CON LOS MOLDES ALEMANES

Mucho cuidado con los vendedores de ilusiones

– MAPEI ha desarrollado diversos sistemas de hormigón para ser empleado en pavimentos de calidad, bien sean destinados al uso industrial o al uso comercial.

– Estos sistemas son el resultado del trabajo realizado

durante los últimos años desde el Departamento Tecnológico e I+D+i de MAPEI, en los que hemos estudiado la problemática de los pavimentos de hormigón desde todos los puntos de vista (propietario, aplicador, empresa de hormigón, Ingeniería, Dirección Técnica, etc.).

– Estos sistemas cumplen con todos los requerimientos y

especificaciones recogidos en las diferentes normativas de hormigón y de pavimentos.

SISTEMAS DE PAVIMENTOS EN MAPEI

– Tenemos tres sistemas fundamentales: básico, avanzado y excelente, que a su vez pueden ser estudiados con armadura de reparto y/o fibra estructural.

– Los sistemas pretenden cubrir todas las necesidades existentes hoy en día en pavimentos, tanto en solicitaciones prestacionales como en retracción: baja retracción en el sistema básico, retracción moderada o controlada en el sistema avanzado y retracción compensada en el sistema excelente.

– Ningún sistema tiene sentido sino es dentro de una estrategia global de un pavimento que implique a todos los agentes intervinientes

SISTEMAS DE PAVIMENTOS EN MAPEI

SISTEMAS MAPEI: CUADRO RESUMEN ORIENTATIVO DE PRESTACIONES

ALGUNAS VENTAJAS DE PAVIMENTOS CON RETRACCION CONTROLADA Y/O COMPENSADA (SISTEMAS 2 Y 3)

1. Juntes que no es mouen, ni fan alabeo

a. Major durabilitat del paviment

b. Menys manteniment de maquinaria

2. Menys manteniment de neteja

3. Segons gama de colors de la capa de rodadura mes lluminositat,

estalvi energetic…..

Com vam dir tot passa per una formulació controlada del formigó, el

seu control i un abona aplicación.

1. Espaciado y dimensionado de cortes: podemos superar las recomendaciones de 20/25 veces el espesor de la losa y la relación largo/ancho = 1,5 (con criterio)

2. Minimización de fisuras, siempre que seamos capaces de generar una pretensión en el armado

3. Disminución en el alabeo de juntas 1. Mejor Ergonomía (menos lesiones, bajas…) 2. Menor mantenimiento maquinaria

4. Mayor Planimetría, por una mejora en la estabilidad dimensional

5. Mayor durabilidad del pavimento, al minimizar la fisuración

6. Posible cambios futuros de uso: se garantizan prestaciones similares en todo el pavimento, y no solo en zonas concretas

– Pavimentos: Distanciar cortes o incluso eliminarlos (pavimentos sin juntas): Forjados Ikea Valladolid, Sabadell, Valencia y Alcorcón – Soleras Entrepinares – Palacio de Deportes sobre hielo (Minks) – Túnel congelación L’Ametlla de Mar

– Elementos prefabricados: Hormigón para arcos prefabricados esbeltos en la Ciudad del Deporte (Roma)

HORMIGONES DE RETRACCIÓN COMPENSADA: EJEMPLOS DE APLICACIÓN

1 metro de cortes = 1 metro de problemas

– Otras estructuras singulares: Hormigón de los cajones para la ubicación de las presas del proyecto Mo.S.E (Venecia) – Reparación pilares obra PROCSA

SILO INDITEX ZARAGOZA… 17.300 M2.

Espolvoreo de una capa de arena de 3-4 cm de espesor como retenedor de agua y regulador térmico. Las temperaturas varían entre los 15ºC por la noche y 35ºC por el día

Proceso de saturación con agua de la capa de arena que forma parte del proceso de curado

EHE-08: Art. 71.6 Curado del hormigón

FORJADO SIN CORTES IKEA VALLADOLID (ZONA AUTOSERVICIO)

1.600 m2 sin cortes (capa adherida a estructura prefabricada)

SOLERAS, PASILLOS Y CÁMARAS QUESERÍAS ENTREPINARES

HA-25/F/20, bombeado, confeccionado con material silíceo, pulido con capa de rodadura en color verde MAPETOP N AR6 ELG

Durante la fase de curado se emplearon para cada pavimento ejecutado diariamente en torno a 5.000 litros de agua (curador + agua + plástico)

MÁS EJEMPLOS DE PAVIMENTOS: PALACIO DE DEPORTES SOBRE

HIELO (MINKS)

HA-35/S5 – 20 Kg/m3 Expancrete + 5 l/m3 Mapecure SRA 25

Dos fases: primero pista (5300 m2 y después anillo (6200 m2). Total: 13 h vertido – 20 h finalizado

11.500 m2 de superficie – 140 Km de tubería

refrigerante

MÁS EJEMPLOS DE PAVIMENTOS: TÚNEL DE CONGELACIÓN EN

L’AMETLLA DE MAR

Relación largo/ancho muy desfavorable. El túnel pasa de -60oC a Tª ambiente…

… y apareció a los seis meses esta microfisura. ¿Fracaso? (milagro)

ELEMENTOS PREFABRICADOS: ARCOS ESBELTOS DEL PALACIO DE DEPORTES EN ROMA TOR VERGATA

Los arcos se derraman de un modo radial sobre las estructuras de soporte.

Los arcos se unen sobre un arco de más de 133 m que discurre a lo largo del eje de simetría de las dos estructuras

PROYECTO Mo.S.E. - VENECIA

El Mose es el sistema en fase de realización para la defensa de Venecia y de su laguna de la marea alta. Consiste en una serie de presas compuestas de puertas colocadas en las entradas del puerto

REALIZACIÓN DE CAJONES PARA LAS PRESAS

Para la realización de cada cajón es necesario un periodo de 10 a 12 meses . Cada cajón se desarrolla sobre una plataforma de 3000 m2

fundida en una sola etapa. Para la producción de hormigón , sea ordinario sea aligerado se está utilizando horigón de retracción controlada con Mapecure SRA 25 en una cuantía de 5,5 l/m3

REFUERZO DE PILARES CON HORMIGÓN DE RETRACCIÓN COMPENSADA – PROCSA (VIGO)

Hormigón de baja calidad. Pilares con mayor solicitación a compresión

REFUERZO DE PILARES CON HORMIGÓN DE RETRACCIÓN COMPENSADA – PROCSA (VIGO)

Vista general de los pilares durante y después del proceso de refuerzo