mc fÓrum pavimento de hormigÓn …

MC FÓRUM

PAVIMENTO DE HORMIGÓN

RECOMENDACIONES PARA EL

EMPLEO DE HORMIGONES

EXPANSIVOS

DAVID REVUELTA CRESPO

DR. ING. INDUSTRIAL

INSTITUTO DE CIENCIAS DE LA CONSTRUCCIÓN EDUARDO

TORROJA - CSIC

Valencia, 26-28 de junio de 2019

¿Qué queremos evitar?

Retracción

Fenómenos de retracción en el

hormigón

Plástica: evaporación del agua superficial procedente de la exudación del hormigón durante el fraguado.

Térmica: asociada a reacciones exotérmicas de hidratación del cemento

Endógena: hidratación del cemento con agua (Volumen productos < volumen que los anhidros)

Secado: Contracción generada por pérdida del agua libre en el interior del elemento buscando un equilibrio con la humedad del ambiente (especialmente en ambientes secos).

Estructura porosa del hormigón

(Śliwiński 2002)

1. Poros de gel

2. Poros en la interfase

pasta-árido

3. Burbujas de aire

conectadas

4. Poros capilares

5. Burbujas de aire

cerradas (aire ocluido)

6. Burbujas de

asentamiento

7. Microfisuras

8. Áridos

Fenómenos de retracción en el

hormigón

Materiales componentes

Proporciones de la mezcla

Relación A/C

Ambiente de secado

Curado

Restricciones

Factores que afectan a la magnitud de la retracción

Mortero a/c=0,50

Zang, 2009

Retracción de secado

Sin restricción Con restricción

Adaptado de Mehta y Monteiro, 2006

Patologías comunes en losas derivadas

de la retracción

Fisuración por juntas de contracción no previstas.

ACI Fall 2012 Convention October 21 – 24,

Toronto

Patologías comunes en losas derivadas

de la retracción

Alabeo por secado diferencial entre superficie y fondo

Patologías comunes en losas derivadas

de la retracción Falta de junta de contracción

Daños derivados del alabeo

ACI Fall 2012 Convention October 21

– 24, Toronto

http://www.nachi.org/visual-inspection-

concrete.htm

Hormigones de retracción

compensada (HRC)

HORMIGONES DE RETRACCIÓN

COMPENSADA (HRC)

Se fabrican con cementos o

aditivos expansivos de

carácter hidráulico que al

contrario que el cemento

portland convencional

inducen un incremento del

volumen del hormigón tras

el fraguado durante las

primeras edades del

endurecimiento.

Ca

mb

ios

de

lo

ng

itu

dC

on

tra

cció

n

E

xp

an

sió

n

Curado húmedo Secado al aire

Hormigón con cemento expansivo tipo K

Hormigón convencional

1 semana 1 año

Adaptado de Mehta y Monteiro, 2006

Mecanismo de actuación

Debidamente restringidos:

Experimentan una expansión igual o ligeramente superior a la retracción de secado prevista

Inducen tensiones a compresión moderadas en el hormigón y a tracción en el armado.

Anulando o minimizando la fisuración causada por la retracción de secado en elementos estructurales, losas y pavimentos.

Hormigón con cemento expansivo tipo KHormigón convencional

Longitud inicial Longitud inicial

Retracción por secado

Sin libertad para retraer, se desarrollan esfuerzos a tracción

Expansión armadura en tensión y hormigón en compresión

Retracción por secado relajación de esfuerzos

2 variantes: expansión residual o pequeña retracción

Tensiones >> resistencia a tracción fisuración

Adaptado de Mehta y Monteiro, 2006

Gel C-S-H >60%

Portlandita (20-

25%)

ETRINGITA <15%

Áridos

Pasta

Adaptado de Feliu et al.(1989)

Mecanismo de expansión

Modificación de la microestructura

de la pasta de cemento aumentando

el contenido de ciertos productos de

hidratación. Mediante el empleo de

cementos o aditivos expansivos

basados en:

1. Sulfoaluminato de calcio

Etringita

2. Óxido de Calcio

Portlandita

Tipos de HRC

Tipos de cementos expansivosComparativa de comportamiento según compuesto formado

ACI 223 - 2010

Collepardi, 2010

Factores que afectan al desarrollo de

la expansión

Composición química y

finura

Cantidad de material

expansivo empleado !!!

Curado

Temperatura

Restricción

Tiempo de mezclado

Aditivos

Áridos: tipo y tamaño

Relación agua/cemento

Tamaño y forma del

elemento

Factores: Composición química y finura

Composición química y finura Comparativa tipo de cemento

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Gra

do

de e

xp

an

sió

n (

%)

Día

Influencia del tipo de cemento

Expansion restringida - CEM I - 52,5 - Dosis A Expansion restringida - CEM II/A-P - 42,5 - Dosis A

Relación agua/cemento Curado

Factores: A/C y dosis de agente

expansivo

Dosis de agente expansivo

Factores: dosis de agente expansivo

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

0,070

0,080

0 2 4 6 8 10 12 14

Gra

do

de e

xp

an

sió

n (

%)

Día

Influencia de la dosis de aditivo

Expansión libre - Aditivo CAS - Dosis A Expansión libre - Aditivo CAS - Dosis B

Factores: Temperatura y tiempo de amasado

Temperatura Tiempo de amasado

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

Defo

rmació

n (

%)

Expansión tubos - % respecto a expansión máxima de mezcla referencia

Referencia límite

Factores: aditivos químicos/tiempo de fraguado y

tiempo de medida

Influencia aditivos químicos/tiempo de fraguado

Superplastificante

s

Retardadores Ac

Endurecimiento

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0,040

0,045

A1 A2 A3

Defo

rmació

n c

ircu

nfe

ren

cia

l (%

)

Ambiente de curado

HACE-15% - Acero HACE-15% Acero-1 día

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

0,140

0,160

0,180

0,200

A1 A2 A3

Defo

rmació

n c

ircu

nfe

ren

cia

l (%

)

Ambiente de curado

HACE-15% - CFRP HACE-15% - CFRP - 1 dia

Ace

ro

Efecto retraso medida

CFR

P

Factores: RestricciónD

osi

s 15%

-. Efecto de la restricción

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

0,140

0,160

0,180

0,200

A1 A2 A3

Rela

ció

n d

el efe

cto

de

la r

estr

icció

n

(%)

Defo

rmació

n c

ircu

nfe

ren

cia

l (%

)

Ambiente de curado

HACE-15% - Acero HACE-15% - CFRP Relacíon e máxima de anillos

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

0,070

0,080

0,090

0,100

A1 A2 A3

Rela

ció

n d

el efe

cto

de

la r

estr

icció

n

(%)

Defo

rmació

n c

ircu

nfe

ren

cia

l (%

)

Ambiente de curado

HACE-10% - Acero HACE-10% - CFRP Relacíon e máxima de anillos

Dosi

s 10%

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

0,070

0,080

0 2 4 6 8 10 12 14

Gra

do

de e

xp

an

sió

n (

%)

Día

Expansion restringida - Aditivo CAS - Dosis B Expansión libre - Aditivo CAS - Dosis B

Factores: Tipo de árido, tamaño y forma del

elemento

Tipo de árido Tamaño y forma del elemento

Otros:

La expansión decrece a

medida que aumenta el

tamaño del elemento

Expansión diferencial en

piezas de grandes

volúmenes

Factores: Edad del agente expansivo

Edad del agente expansivo

Diseño de hormigones de HRC

Consideraciones previas

Objetivo: Diseñar un HRC Retracción ≤ Expansión

Dosificación y ejecución HCP = HRC

curado húmedo durante 7 días Desarrollo de expansiones

Determinar la retracción de secado prevista del elemento

La dosificación expansión inicial que compense la retracción prevista

Las tensiones internas expansión inicial < retracción

El grado de expansión es inversamente proporcional a la cuantía de refuerzo

ACI 223

Código ACI 223 – “Guide for the Use

of Shrinkage-Compensating Concrete”

establece el procedimiento de diseño en

función de:

Expansión del miembro estructural

Expansión de prismas normalizados

Porcentaje de refuerzo (a mayor

cantidad de refuerzo menor

expansión)

Ensayos para determinar cambios de

longitud en régimen restringido

ASTM C878

ACI 223 - 2010

EDAD Grado de expansión

H. retracción compensada

7 días 0,04%-0,1%

28 días <0,15%

ASTM C157

ASTM C157 – “Standard Test Method for Length Change of Hardened Hydraulic-Cement Mortar and Concrete”

ASTM C878

ASTM C878 - “Standard Test Method for Restrained Expansion of Shrinkage-Compensating Concrete”

Aplicaciones HRC

Aplicaciones

Jerry Holland, Madrid 2009, 9

de junio

ACI Fall 2012 Convention October 21

– 24, Toronto

APLICACIONES

Parking del Aeuropuerto John Wayne, Santa Ana (1993 y 1998)

More recently, shrinkage-compensating concrete was used to build an addition to a parking structure at John Wayne Airport in Santa Ana, Calif. (Chusid, 2007). The original structure built in 1993 was designed to hold 4,000 cars on two levels, and consisted of a slab on grade with a concrete deck above. The concrete was designed with ordinary portland cement and was post-tensioned about three days after placement. Six months after completion, the deck developed 75,000 linear feet of cracks requiring extensive repairs. The repairs cost approximately $500,000 and the owner allocated an additional $500,000 for future repairs. In 1998, two more decks were added to the top of the structure, but the concrete design was changed to use shrinkage-compensating concrete, with the other aspects of the design remaining essentially the same. Like the lower two levels, the new decks were post-tensioned about three days after placement. Ten years after completion, the new decks are still virtually crack-free and show very little signs of wear, in stark contrast to the lower two levels. Using shrinkage-compensating concrete reduced the maintenance cost of the new decks to almost zero since their construction.

(Fuente: http://www.gostructural.com/ , 2009)

APLICACIONES

Pavimento nave centro logístico (2016)

(Fuente: Prosistemas)

Guías de uso

Guías internacionales

ACI 223R-10 Guide for the Use of Shrinkage-

Compensating Concrete

JSCE nº23 Recommended practice for expansive

concrete

Guías internacionales

ACI 223R-10 Guide for the Use of Shrinkage-

Compensating Concrete

JSCE nº23 Recommended practice for expansive

concrete

Monografías del Instituto Eduardo

Torroja

Monografía Nº 425 Guía

para el empleo de

hormigones expansivos

David Revuelta Crespo

Pedro Carballosa de

Miguel

José Luis García Calvo

Ventajas y desventajas

Disminuye el número de juntas de contracción y de construcción

Acelera los tiempos de puesta en obra

No hay deficiencias en la transferencia de cargas

Minimiza el alabeo, la fisuración y el mantenimiento de juntas

Disminuye el mantenimiento general del pavimento solución constructiva económica

Sin alabeo:

Espaciar los separadores

Menor espesor de losa

Diseño más cuidadoso de la

fórmula

Factor extra a controlar

Curado húmedo riguroso durante

las primeras etapas de

hidratación

Mayor coste de los materiales de

partida (cemento o aditivo

expansivo)

Ventajas Inconvenientes

GRACIAS POR SU ATENCIÓN