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Afecta la durabilidad de la estructura al presentar
segregación del concreto por mala colocación, derivando en
concentración de finos en la superficie del elemento y
favoreciendo la presencia de fisuras por contracción que
permiten la penetración de agentes agresivos para el
concreto y el acero de refuerzo; estos agentes afectan la
durabilidad del elemento. Las oquedades por mala
colocación generan cambios en la sec-ción, menor
adherencia con el acero de refuerzo y exposición del
mismo, así como mayor permeabilidad.
Estos
problemas son ocasionados por la deficiencia en la calidad
de la mano de obra en la colocación y el vibrado del
concreto, la falta de supervisión y la escasa
trabajabilidad de algunas mezclas de concreto.
Los
nuevos avances en la tecnología del concreto han permitido
colocar en el mercado el concreto autocompactable. En éste
se garantiza que las propiedades del material en estado
fresco permitirán que el concreto que se coloque en la
estructura tendrá un acomodo homogéneo y quedará
adecuadamente consolidado, evitando así los costos por
demoliciones, reparaciones y retrasos ocasionados por una
mala consolidación del concreto.
Durante
años, las dos principales características evaluadas al
concreto en la obra han sido:
• El
revenimiento, para el concreto en estado fresco, y
• La resistencia a la compresión, para el concreto
endurecido.
Hoy
día, la resistencia a compresión es el requisito mínimo
que el concreto cumple, a pesar de lo cual no es un
indicativo directo de la calidad del mismo ni del óptimo
desempeño que tendrá en la estructura a través del tiempo.
El
revenimiento es, hasta ahora, la propiedad del concreto
con que se busca correlacionar la facilidad de colocación
del material y la correcta consolidación en la estructura.
Sin embargo, esta característica no ha ga-rantizado la
homogeneidad y consolidación del concreto en la estructura
debido a que en el proceso de colocación interviene la
mano de obra.
Por
otro lado, las filosofías actuales de diseño sismo
resistente, en su afán de lograr estructuras con alta
ductilidad, han generado elementos congestionados de acero
en aquellas zonas en las que se requiere que la estructura
disipe energía por deformaciones inelásticas, y es
precisamente en éstas donde se requiere que el concreto
tenga una adecuada colocación, pero debido a la gran
cantidad de acero de refuerzo, es en donde se presentan
frecuentes problemas de colocación.
El
concreto autocompactable es el resultado de una tecnología
que ha logrado por primera vez que una propiedad del
concreto en estado fresco permita garantizar la correcta
compactación y consolidación del material directamente en
el elemento estructural. Esta propiedad es su capacidad de
autocompactación.
De esta
forma se logran conectar las propiedades del concreto en
estado fresco con el desempeño del elemento de concreto en
estado endurecido, debido a la homogeneidad en el
comportamiento mecánico y la durabilidad del concreto
colocado en la estructura.
¿Qué es el concreto autocompactable?
El concreto autocompactable se define como “aquel que
tiene la propiedad de consolidarse bajo su propio peso sin
necesidad de vibrado, aun en elementos estrechos y
densamente armados”.
Este concreto pertenece a la familia de los concretos de
alto desempeño y tiene la propiedad de fluir sin
segregación, autocompactándose por sí solo, asegurando así
la continuidad del concreto endurecido.
Ventajas
Una de las ventajas más importantes de este concreto es la
uniformidad estructural que puede lograrse sin que el
proceso de colocación tenga un efecto negativo, como
sucede con el concreto convencional, en el que a pesar de
un alto revenimiento no se puede garantizar que fluya por
el armado si no se asegura la consolidación por medios
mecánicos.
Ventajas para el constructor
• Buen
desempeño mecánico y de durabilidad de los elementos y las
estructuras.
• Elementos de concreto sin oquedades internas, ni
agrietamientos que permitan el acceso de agentes nocivos
para el concreto y el acero de refuerzo como son:
• Los cloruros
• Los sulfatos
• El CO 2.
• Se evita la concentración del agregado grueso en zonas
mal vibradas (panal de abeja).
• Reducción de costos y tiempos asociados con la
colocación y el vibrado.
• Reducción de herramientas y equipo necesarios para la
colocación.
• Eliminación del ruido provocado por el uso de vibradores
durante el proceso de colocación.
• Reducción de los tiempos de ejecución de la obra.
Ventajas para el trabajador de la construcción
•
Disminución de los problemas auditivos.
• Reducción del riesgo de caídas al eliminar la necesidad
de vibrado.
• Mayor facilidad y, por ende, menor esfuerzo para
trabajarlo.
Ventajas para el dueño
• Reducción de los costos de mantenimiento y reparaciones.
• Garantía de comportamiento estructural y de durabilidad
de su edificación.
• Mejores acabados.
• Reducción de costos de ejecución.
Nuevos conceptos
Los conceptos que hasta hoy son útiles para definir la
calidad del concreto, como son la relación agua / cemento,
la relación grava / arena y el revenimiento, no son
aplicables en el caso del concreto autocompactable, ya que
para el manejo de esta tecnología se establecieron en el
diseño
de la mezcla otros parámetros que permiten controlar las
características del comportamiento deseado. Son los
siguientes:
Relación agua / finos
Se establece la relación entre el contenido de agua y el
contenido de finos menores que la malla núm. 100. De
acuerdo con el comportamiento de mezclas realizadas en los
laboratorios, se recomienda que esta relación quede
ubicada entre 0.30 y 0.35. Esta relación considera como
finos a todas los materiales y partículas con tamaño menor
a la malla núm. 100, incluyendo el cemento y las
partículas de los agregados que pasan dicha malla.
El contenido de estos finos recomendado para el concreto
autocompactable se ubica entre los 450 y 650 kg /m 3 . En
éstos queda incluido el uso de materiales puzolánicos como
el fly ash y la microsílice.
Grava / arena
Esta relación debe estar entre 0.72 y 0.80, significando
esto que el concreto autocompactable lleva una mayor
cantidad de arena que un concreto convencional, y es esta
relación, combinada con el contenido de finos, lo
que define el efecto de autocompactación.
Este concreto debe cumplir con ciertas características:
• Elevada fluidez.
• Alta viscosidad
De tal manera que al ser descargado se extienda por sí
solo. Estas propiedades no provocan ni segregación del
agregado grueso, ni sangrado, garantizando así que el
concreto colocado mantenga la homogeneidad.
Coeficiente de forma del agregado grueso 1
El coeficiente de forma del agregado grueso es un factor
que influye en el comportamiento del concreto en estado
plástico, por lo que es preferible el uso de agregado
grueso que no contenga partículas planas y alargadas.
Es conveniente que el coeficiente de forma del agregado
grueso sea mayor o igual a 0.20.
El tamaño máximo nominal del agregado grueso recomendado
se encuentra entre 3/8” y 1/2”. Tanto la grava como la
arena pueden ser cribados o bien producto de trituración.
Evaluación del concreto en estado fresco
Uno de los aspectos importantes es la evaluación en el
punto de descarga en la obra, por lo que las preguntas
acerca de cómo garantizar que el concreto no dejará
grandes oquedades y cómo saber que se mantendrá homogéneo
sin segregación quedan con respuesta al evaluar el efecto
de autocompactación mediante la realización de una prueba
muy simple que es la DIN 1048 o mesa de extensibilidad.
Esta es una prueba normalizada en Alemania, que tiene las
siguientes características:
Equipo formado por
• Un cono truncado de material no absorbente, sin
deformaciones, de 20 cm de diámetro inferior y 13 cm de
diámetro superior, con 20 cm de altura.
• La mesa armada con dos placas del mismo material del
cono de 70 x 70 cm de lado. Éstas se encuentran unidas por
uno de los lados con un dispositivo (bisagra) que permite
modificar el ángulo de unión entre ellas.
• Un pisón de madera.
Desarrollo de la prueba
El cono se llena en dos capas de igual volumen,
consolidando cada capa con el pisón, levantando el cono al
terminar el enrasado de la segunda capa. Posteriormente se
miden dos diámetros perpendiculares entre
sí, y se procede a levantar la placa superior sobre la que
descansa el concreto, dejándola caer desde una altura de 4
cm en 15 ocasiones durante 15 segundos sobre la placa
inferior. La mesa de extensibilidad sirve para evaluar la
capacidad del concreto para extenderse bajo su propio peso
y es un indicativo de si el concreto puede colocarse sin
necesidad de vibrado, es decir, si tiene la suficiente
fluidez para garantizar el paso del concreto por las
barras de acero de refuerzo sin dejar oquedades. Se
encontró que valores de extensibilidad entre 60 y 70 cm
cumplen con el comportamiento
deseado.
Debido
a la elevada fluidez del concreto autocompactable, para la
realización de esta prueba se han incorporado unos cambios
para su evaluación en el presente estudio:
• El
primer cambio es que no se ha llenado en dos capas el
cono, sino solamente en una capa.
• El segundo cambio es que en ninguna de las capas se ha
utilizado el pisón de madera para compactar el material.
Características mecánicas
Toda vez que las propiedades del concreto en estado fresco
han cubierto las especificaciones indicadas, el punto más
relevante lo constituye el definir el comportamiento del
concreto en estado endurecido a partir de
esas propiedades.
A continuación se presentan los resultados obtenidos con
mezclas de concreto diseñadas a partir de:
• La extensibilidad
• El contenido de finos
• Las relaciones de grava y finos
Desarrollo del experimento para la validación de
la propuesta tecnológica del concreto autocompactable.
Diseño de la mezcla
En esta investigación se compara el comportamiento del
concreto autocompactable en relación con el comportamiento
del concreto convencional que se encuentra identificado
como concreto testigo.
El concreto testigo quedó identificado como aquel que se
ha venido utilizando por años y que cuenta con alto
potencial para ser colocado en la obra por el método de
bombeo; esto es importante ya que en ese tipo de concreto
tradicional tenemos también un mayor contenido de finos
que en un concreto que es colocado de la descarga directa
de la olla.
Para poder distinguir en el comportamiento del concreto
autocompactable el efecto que los diferentes agregados
serían capaces de producir, en el desarrollo de la
investigación se utilizaron dos diferentes tipos de
agregados, por un lado agregados de origen andesítico y
por el otro agregados de origen calizo.
Materias primas utilizados en la elaboración de las
mezclas
Cemento
• Cemento portland combinado 3 .
Este cemento tiene una resistencia a compresión
Agua
El contenido unitario de agua se dejó libre de forma tal
que el concreto demande la cantidad que pueda requerir
para dar la extensibilidad y / o el revenimiento que se ha
marcado para tener el concreto autocompactable.
En cualquier caso, el contenido de agua no excedió de
• 220 l/m 3
Relaciones utilizadas en el diseño de la mezcla
• Agua / finos: 0.31
• Grava / arena: 0.72
Aditivos
Para la elaboración del concreto convencional se utilizó
un aditivo tipo “A”, de acuerdo con ASTM C 494. Para el
concreto autocompactable se utilizó un aditivo tipo “G”,
también de acuerdo con la clasificación AST C 494.
Desempeño del concreto
En estado fresco
• Extensibilidad: 65 cm
• Revenimiento: 20 cm
Evaluaciones a realizar en el concreto en estado
fresco
• Extensibilidad
• Revenimiento
• Masa volumétrica y contenido de aire
• Aspecto
• Cohesividad
• Sangrado
Mediciones a realizar durante el desarrollo del
colado y las pruebas
• Temperatura del concreto fresco
• Demanda de agua en l / m 3
• Temperatura ambiente
• Humedad relativa
• Relación a / c
• Relación a / finos
• Relación a / a
Evaluaciones a realizar en el concreto en estado
endurecido
• Resistencia a la compresión: 1 día, 3 días, 7 días y 28
días
• Resistencia a la flexión: 28 días
• Módulo de elasticidad: 28 días
• Contracción por secado: 28 días y 56 días
Logística de desarrollo de las pruebas
La realización de todas y cada una de las mezclas tuvo
lugar en una planta de concreto premezclado, y para cada
una de ellas se produjeron dos metros cúbicos de concreto,
de los cuales se tomaron las muestras para las diversas
pruebas.
Resultados
En estado fresco
El diseño de las mezclas de concreto autocompactable se
realizó con el objetivo de mantener fijos dos parámetros:
• El contenido de aditivo con relación al contenido
de finos de la mezcla.
• La extensibilidad inicial del concreto igual 65 ± 5 cm.
El fijar el contenido de aditivo inicial y marcarlo como
un dato de entrada y no como un valor de respuesta en las
mezclas fue modificando en diferentes proporciones la
demanda de agua para poder tener el efecto de
autocompactabilidad deseado. El realizar modificaciones a
la cantidad original de agua provocó una demanda superior
a la especificada originalmente, esta modificación se vio
reflejada en importantes problemas de segregación en el
concreto.
No en
todos los agregados se presentó el fenó-meno en la misma
magnitud, y así, finalmente, los agregados que tuvieron un
mejor desempeño fueron los de ori-gen andesítico, seguidos
de los de origen calizo. En las siguientes fotografías se
aprecia el comportamiento del concreto en estado fresco
para los diferentes tipos de agregados.
Concreto en estado endurecido
En el estado actual de resultados, entre los que reportan
mayor interés se encuentran los descritos en las gráficas
siguientes:
En la figura 3 se muestra la eficiencia que el cemento
presentó en los diferentes concretos. En esta gráfica se
observa que entre el concreto convencional y el auto-compactable
existe una diferencia atribuible a la modificación en el
diseño de la mezcla.
En la
tecnología del concreto actual, uno de los factores por
los cuales el uso de finos en las mezclas de concreto
estructural está altamente contraindicado es la
contracción por secado que éstos pueden provocar en el
concreto al generar mayor demanda de agua y / o aditivos.
En el presente estudio, la evaluación giró en torno a la
comparación de un concreto autocompactable como el que
puede ser comercializado en cualquier tipo de elementos y
un concreto convencional que básicamente es evaluado y
solicitado por su resistencia a compresión.
De
acuerdo con los resultados obtenidos mostrados en la
figura 4, se observa que el concreto autocompactable a la
edad de 7 días de curado en el cuarto de secado muestra
una tendencia muy similar a la del concreto convencional.
En la figura 5 se muestran los resultados de la prueba de
absorción comparativos entre el concreto convencional y el
concreto autocompactable. En estas gráficas se observa que
el desempeño del concreto autocompactable es muy similar
al del concreto convencional.
En la figura 6 se muestra el desempeño del valor de la
constante K para el módulo de elasticidad. En lo es-pecífico,
en esta prueba se evaluó el comportamiento del concreto
convencional y del concreto autocompactable, tanto para
grava de 10 mm como para grava de 199 mm, esto con el
propósito de verificar la alteración que el cambio en la
relación grava / arena y / o agua / cemento podría
provocar en el desempeño del concreto.
En
general, de estas gráficas podemos describir lo siguiente:
• Las mezclas testigo reportan una mayor eficiencia del
cemento que las mezclas de concreto autocompactable.
• En lo referente al agregado, la mayor eficiencia se
observa en el agregado de origen calizo.
• Dentro del comportamiento mecánico de la mezcla, el
valor de la resistencia a compresión no representó un reto
importante debido al alto contenido de finos.
Sin embargo, debido a lo mismo, los dos valores de mayor
relevancia son el valor de la contracción por secado y el
del módulo de elasticidad.
• El comportamiento del módulo de elasticidad indica una
disminución en el nivel alcanzado. Sin embargo, ese nivel
es suficiente para poder garantizar, tanto en concreto
convencional como en concreto estructural, un
comportamiento adecuado a lo que el reglamento de las
construcciones especifica en sus Normas
Técnicas Complementarias para concretos clase uno
y clase dos.
Conclusiones
1. La tecnología para producir concreto autocompactable es
accesible y alcanzable.
2. Se obtiene concreto mucho más homogéneo y durable.
3. El exceso de finos no incrementa la tendencia a la
contracción por secado.
4. Se obtiene un producto muy trabajable y amigable al
constructor que es fácil de colocar, elimina retrabajo y
actividades que generan costo y son fuente de errores.
5. Produce acabados más tersos y sin huecos.
6. No hay segregación, es fácil de bombear y llena bien
las cimbras.
7. Otras características como el módulo de elasticidad y
la relación resistencia a compresión / tensión por flexión
se modifican, por lo que es importante conocerlas para que
los especificadores y calculistas las apliquen en sus
diseños y haya concordancia entre el diseño y la realidad
estructural final. |
Concreto
Autocompactable
