1Ing. Civil - UAP

2

INTRODUCCION

ײ Desde hace mucho tiempo se ha tratado de perfeccionar el concreto, buscando nuevas alternativas para poder fabricar concretos con características especiales que puedan representar una mejor solución para la construcción.

ײ En base a este principio, en 1888, Doehring expuso claramente por primera vez el concepto de la precompresión. La aplicación práctica de estos conocimientos no tuvo éxito ya que no se disponían de materiales adecuados, la investigación fue abandonada y no fue hasta en el año 1928 que Freyssinet diera a conocer la necesidad de emplear materiales de alta calidad. Freyssinet aclaró, ante todo, el comportamiento plástico del concreto bajo el esfuerzo de pretensado. También hizo importantes declaraciones sobre las deformaciones por contracción y estudió ampliamente la deformación diferida. Aconsejó el empleo de concretos de alta calidad y aceros de elevado límite elástico.

ײ En la construcción de puentes se emplean cables de elevada resistencia. Una vez las piezas prefabricadas han sido colocadas en sus emplazamientos correspondientes, se hacen pasar los cables por los agujeros dejados en ellas previamente. El anclaje de los cables es terminal, es decir, que no existe adherencia entre el concreto y la armadura a lo largo de la viga. Los cables se tensan después del endurecimiento del concreto, luego de esto al concreto se le denomina concreto postensado.

ײ Antes de la última guerra mundial, el concreto a base de espuma se utilizaba en el Reino Unido, principalmente en la fabricación de bloques para muros que no fueran de carga, con la experiencia obtenida posteriormente, el concreto de agregados ligeros ha sido utilizado más recientemente para elementos estructurales de concreto reforzado y en algunos casos para elementos de concreto pretensado.

Ing. Civil - UAP

3

ÍndiceI. Concreto Celular..............................................................................................................4

1.1. Definición........................................................................................................................4

1.2. Sistemas de Fabricación...............................................................................................4

ϡ Químicamente:...........................................................................................................4

ϡ Aire Inyectado / Espuma Preformada:....................................................................5

1.3. Generador de espuma..................................................................................................5

1.4. Aplicación........................................................................................................................5

1.5. Propiedades....................................................................................................................6

1.6. Producción......................................................................................................................7

1.7. Dimensiones...................................................................................................................7

II. Concreto Pretensado..................................................................................................8

2.1. Concepto.........................................................................................................................8

2.2. Historia............................................................................................................................8

2.3. Proceso de Pretensado.................................................................................................9

2.4. Diferencia entre Concreto Armado y Concreto Pretensado...................................10

2.5. Ventajas........................................................................................................................10

2.6. Aplicaciones..................................................................................................................10

III. Concreto Postensado...............................................................................................13

3.1. Definición......................................................................................................................13

3.2. Proceso de Fabricación..............................................................................................13

3.3. Aplicaciones..................................................................................................................14

3.4. Ventajas........................................................................................................................14

3.5. Desventajas..................................................................................................................14

Conclusiones............................................................................................................................15

Bibliografía................................................................................................................................16

Ing. Civil - UAP

4

I. Concreto Celular

1.1. DefiniciónEl concreto es un material de construcción de gran uso en la actualidad, sin embargo debido a su gran densidad (alrededor de 2350 kg/m3 convencionalmente), su uso puede resultar en grandes inconvenientes prácticos al ser muy pesado, además de que se puede traducir a un elevado costo de obra.

El concreto celular se puede elaborar en obra o en fábricas donde se producen los bloques de concreto celular.

En obra se utilizan máquinas que se componen de una mezcladora, generador de espuma , compresor de aire, bomba de agua y bomba de impulsión a tornillo sinfín (rotor / estator), que lo transporta a los pisos superiores.

El concreto celular se divide en:

א Concreto Celular Aligerado : el cual está compuesto de arena, agua, cemento y espuma y tiene una densidad entre 1100 kg/m3 y 1400 kg/m3, este tipo de productos es especial para: muros de carga, prefabricados en general y colados en sitio con fines estructurales.

א Concreto Celular Aligerado Estructural : el cual está compuesto de: arena, agua, cemento y espuma y tiene una densidad entre 1400 kg/m3 y 1800 kg/m3, este tipo de productos es especial para todo tipo de estructuras de carga, edificios, bodegas y demás estructuras convencionales.

1.2. Sistemas de FabricaciónExisten dos tipos o sistemas de fabricación del concreto celular.

ϡ Químicamente: Consiste en añadir agentes químicos con el fin de buscar

reacciones formadoras de hidrógeno en la mezcla de mortero o concreto.

Este principio es usado en plantas industrializadas de alta producción y básicamente consiste en adicionar compuestos de aluminio, este reacciona con algunos componentes del cemento y forma hidrógeno el cual efervese en la masa cementante.

El uso de este sistema está limitado a plantas de prefabricado y la fase de terminación, fraguado / curado; a base de autoclaves de alta o de baja presión con el fin de obtener un producto de calidad.

Ing. Civil - UAP

5

ϡ Aire Inyectado / Espuma Preformada: Existen dos formas de inyectar el aire, una con aditivos

especiales incorporadores de aire, los cuales se adicionan directamente a la mezcla, pero, debe tenerse mucho cuidado con la densidad, ya que esta puede fluctuar en rangos o parámetros muy amplios, su mayor uso es para rellenos sin importar la resistencia.

La otra forma de inyectar el aire; es mediante aire a presión “incorporado / encapsulado” con ayuda de una máquina y de un aditivo, este sistema ofrece ventajas financieras, el costo de los equipos es relativamente económico; y; el proceso permite un mayor control gracias a la ayuda de mezclas exactas y resistencias controladas.

Este sistema posee una fuerte contracción por secado, por lo que su curado es de especial cuidado.

1.3. Generador de espuma Es un equipo que utilizando un agente espumígeno, agua y aire comprimido produce espuma de densidad variable de acuerdo a la mezcla entre sus componentes.

Ya sea el espumígeno como el generador de espuma deben ser de probada calidad pues de lo contrario las paredes de las células de aire pueden romperse durante un bombeo excesivo o generar espuma inestable que no contiene los materiales inertes (cemento, arena) y tapona las mangueras de bombeo.

De la velocidad de producción depende la buena calidad del producto final, debe producir no menos de 500 L de espuma/min, pues el tiempo de batido en la mezcladora debe ser breve para no comprometer la estructura de las microcélulas de aire que sufrirán una ulterior compresión durante el proceso de bombeo.

1.4. AplicaciónLos bloques se presentan generalmente como estructuras rectangulares de color blanco.

La gama completa de productos se compone de

Ω BloquesΩ tabiques, Ω dinteles, Ω forjados y cubiertas

Ing. Civil - UAP

6

Además es ideal para la construcción de

Ω Contrapisos livianos,Ω Terrazas (gracias a sus excelentes propiedades de aislación térmica y

acústica), Ω Rellenos fluidos, Ω Losas de base para pavimentación,Ω Paneles pre-moldeados para paredes de viviendas.

1.5. Propiedadesα Microclima .- El concreto celular es un material homogéneo y macizo

(aunque ligero), que no necesita el uso de aislamiento adicional. Se trata de un producto “2 en 1”: portante y aislante. Los profesionales llaman este tipo de aislamiento “aislamiento repartido” o “monomuro”. Su estructura alveolar, compuesta por millones de micro células de aire, le confiere sus propiedades de aislamiento térmico. Sirve de barrera contra el calor exterior en verano y guarda el calor de la calefacción dentro de la vivienda en invierno. Funciona como un verdadero climatizador natural. El concreto celular puede llegar a ser 6 veces más aislante térmico que el concreto normal.

α Hidroregulación .- El hormigón celular es un material que respira, dejando pasar el vapor de agua producido por los ocupantes y las actividades cotidianas. Esta hidroregulación es esencial para evitar todos los riesgos de humedad, condensación y aparición de hongos.

α Resistencia al Fuego .- El concreto celular es clasificado como material mineral de clase A1 de reacción al fuego. Resiste al fuego y es estanco al humo y a los gases tóxicos. En caso de incendio, un muro de concreto celular tiene una capacidad cortafuego de 6h.

α Montaje rápido .- La colocación del material resulta muy rápida y fácil de ejecutar (9m2 / hora), gracias a un ensamblaje de los bloques con mortero cola (colocación con “junta fina”).

α Ergonomía y Ligereza .- la ergonomía de los bloques (con asas y/o perfil de encaje: el bloque se queda paralelo al cuerpo del albañil) y la ligereza del producto (aproximadamente 120 kg/m²) permiten un alto rendimiento de colocación.

α Aislante Acústico .- El concreto celular puede llegar a ser 4 veces más aislante del sonido que el concreto convencional.

α Durabilidad .- El concreto celular tiene la misma edad de vejez que el concreto normal.

α Compatibilidad ambiental.- no genera daños al medio ambienteα Versatilidad.- los bloques pueden ser recortados y trabajados en la

obra, por ejemplo: se pueden cortar con un serrucho.α Economía

Ing. Civil - UAP

7

1.6. ProducciónLas fases importantes de producción son:

א La preparación, la dosificación y la mezcla de las materias primas (arena, cal, cemento y agua)

א La preparación de los moldesא El corte de los bloques y de las geometrías especiales (empuñaduras y

machihembrados)א El curado en autoclave a 180 °C a 10/11 atmósferas durante 10 a 12 hא La paletización y el embalaje

La fabricación de concreto celular necesita poca energía, la cual además es aprovechada en parte para calentar las oficinas de la fábrica. El agua, necesaria para este proceso, también se reutiliza.

1.7. DimensionesExiste una gama de 3 tipos de bloques:

Ω Liso, Ω Con asas, Ω Con asas y encaje machihembrado.

Las dimensiones más comunes son:

א Espesor: 20, 25, 30 y 35,5 cm,א Altura: 25 ó 50 cm, א Ancho: 62,5 cm.

Ing. Civil - UAP

8

II. Concreto Pretensado

2.1. ConceptoEl concreto pretensado consiste en eliminar los esfuerzos de tracción del concreto mediante la introducción de tensiones artificiales de compresión antes de la aplicación de las cargas exteriores y que, superpuestas con éstas, las tensiones totales permanentes, y para todas las hipótesis consideradas queden comprendidas entre los límites que el material puede soportar indefinidamente.

Al salir una viga pretensada, del taller toda la sección trabajada a compresión y la repartición de esfuerzos es un diagrama triangular (fig.), teniendo un valor cero en el vértice superior y la fatiga máxima admisible para el hormigón en la parte inferior.

Al entrar en servicio en la obra, en la viga tiene lugar unos esfuerzos de compresión y tracción (diagrama b de fig. 1) que sumados con el esfuerzo de pretensado de la viga, resulta un diagrama cuya sección está sometida íntegramente a compresión (diagrama c de fig. 1), obteniéndose, de esta manera un elemento trabajando a flexión en el que se han eliminado totalmente los esfuerzos de tracción.

2.2. HistoriaLa idea relativa al hormigón pretensado es ya antigua. Doehring fue el que, en 1888, expuso claramente por primera vez el concepto de la precompresión. La aplicación práctica de estos conocimientos no tuvo éxito ya que no se disponían de materiales adecuados.

Posteriormente, en 1907, Koenen volvió sobre el principio de precompresión, asentado anteriormente por Doehring y estudió su aplicación en obras de ingeniería para sustituir el hormigón armado.

Un sector de aplicación fue en los ferrocarriles para evitar la fisuración y, consecuentemente, la oxidación, pero debido a la baja tensión dada al acero no se pudo compensar la pérdida de tensión dada al acero no se pudo compensar la pérdida de tensión causada por la tracción y la deformación plástica del hormigón. Como consecuencia de estos fracasos, fue abandonada la investigación sobre el hormigón pretensado y no fue hasta en el año 1928 que Freyssinet (ingeniero francés) diera a conocer la necesidad de emplear materiales de alta calidad.

Los aceros empleados hasta entonces tenían un límite elástico muy bajo y la tensión quedaba anulada por los fenómenos antes citados. Los hormigones no

Ing. Civil - UAP

9

tenían compacidad y se desconocían algunos principios básicos sobre la granulometría, relación agua-cemento, vibración, etc.

Fue este gran ingeniero francés que dio las directrices a seguir para la nueva forma de construcción, y que dimanaron de los profundos estudios y experiencias llevados a término por él mismo. Freyssinet aclaró, ante todo, el comportamiento plástico del hormigón bajo el esfuerzo de pretensado. También hizo importantes declaraciones sobre las deformaciones por contracción y estudió ampliamente la deformación diferida. Aconsejó el empleo de hormigones de alta calidad y aceros de elevado límite elástico.

Después de Freyssinet aparecieron importantes investigadores, destacándose entre ellos Finsterwalder, Hoyer, Magnel, etc.

El hormigón pretensado con cuerdas de piano “Hoyer” resulta ideal para la fabricación de vigas de cualquier longitud y forma, tuberías de agua a presión, depósitos para líquidos, postes eléctricos, placas, traviesas de ferrocarril, y otras muchas más aplicaciones.

2.3. Proceso de PretensadoLa figura muestra esquemáticamente el proceso de pretensado así como las consecuencias que de él se derivan al aplicarlo a una viga.

א La fase 1 indica la longitud de un alambre sin tensar. א Al aplicar un esfuerzo de tensión, dicho alambre sufre un alargamiento

(fase 2). א Una vez en tensión se vierte el concreto en el molde, quedando los

alambres embebidos en la masa (fase 3). א Cuando el hormigón está suficientemente

endurecido se procede al destensado, transmitiéndose el esfuerzo al hormigón por adherencia en la fabricación de vigas de dimensiones modestas, y por anclaje terminal, en los casos de vigas grandes. Con el desentensado la pieza experimenta un acortamiento, complementado por una deformación plástica bajo el esfuerzo transmitido (fluencia) y de un relajamiento del acero con el transcurso del tiempo (fase 4).

Todos estos fenómenos traen como consecuencia una pérdida de tensión en el acero que hay que reducir en lo posible. Una precaución importante es de dejar bien anclados los alambres en las placas de los macizos de amarre ya que un pequeño deslizamiento de la armadura se traduciría en una pérdida de tensión de capital importante.

Ing. Civil - UAP

10

2.4. Diferencia entre Concreto Armado y Concreto Pretensado

El concreto pretensado consta de los mismos materiales que el concreto armado: concreto y acero.

En concreto armado solamente trabaja a compresión la parte de concreto que se halla por encima de la fibra neutra, siendo el acero el que soporta los esfuerzos de tracción. En cierto modo, la armadura puede considerarse como un concreto ficticio con elevada resistencia a la tracción y que tiene por función reemplazar al hormigón sometido a causa de los alargamientos excesivos.

En concreto pretensado la armadura es una fuerza creada artificialmente con el único fin de conseguir que la sección entera trabaje a compresión, eliminándose los esfuerzos de tracción y por tanto la figuración.

2.5. VentajasSon numerosas y entre las más importantes descuellan las siguientes:

ײ Eliminación de fisuras por estar sometido a esfuerzos de compresión bajo todas las hipótesis de carga.

ײ Comportamiento elástico y utilización de la sección total.ײ Permite salvar grandes luces con cantos muy reducidos.ײ Ahorro de acero debido a la posibilidad de utilizar totalmente la

armadura hasta cerca de su límite elástico y, como consecuencia, una reducción en la cuantía.

ײ Aligeramiento de la construcción y, por tanto, reducción de las secciones de elementos sustanciales como pilares y cimientos.

ײ Eleva la durabilidad de la construcción.ײ Salta a la vista, la importancia que tiene el hormigón pretensado. No

obstante, ofrece algunas desventajas como la aplicación del pretensado en obras de pequeña y mediana importancias, así como en la fabricación de elementos pretensados en serie donde se necesitan grandes inversiones de capital para efectuar las instalaciones.

2.6. AplicacionesSon numerosas las aplicaciones del concreto pretensado, tanto en forma de elementos para la construcción de viviendas y edificios industriales como en las grandes y atrevidas obras de ingeniería. En el aspecto económico, es cierto que el campo del concreto pretensado se extiende en detrimento del concreto armado. No obstante, la sustitución por el concreto pretensado del concreto armado es un hecho que no tendrá lugar en un futuro próximo.

Ing. Civil - UAP

11

Existen todavía numerosos problemas que resolver en cuanto a la aplicación del concreto pretensado en obras de pequeña importancia y su empleo resultaría antieconómico.

Ω ViguetasEs la fabricación más importante y la que se ha desarrollado más eficazmente. Su fabricación se efectúa en serie y requiere importantes inversiones de capital. Generalmente, las fábricas más destacadas poseen instalaciones de calefacción y curado, con lo cual se reduce a un mínimo el ciclo de la fabricación. El curado de las viguetas se hace comúnmente por inmersión de las mismas en agua; para ello es necesaria la existencia de unas amplias balsas que, generalmente, se hallan al final de la nave de producción para aprovechar los movimientos de los puentes grúa. Una vez han sido curadas, pasan al parque o al almacén y de allí se procede al suministro en las obras.

Ω Canales para RegadíoHasta ahora su comportamiento ha resultado altamente satisfactorio, ya que se evita la fisuración tan frecuente en los canales construidos de hormigón armado. La sección de los canales semicircular o muy parecida a ésta, realizándose el pretensado en el sentido longitudinal.

Ω Pistas para Carreteras y AeropuertosEl empleo de concreto pretensado en estas obras presenta notables ventajas técnicas. Se reduce el grosor del pavimento, se suprimen las juntas de dilatación y proporciona una economía muy importante en lo que atañe a la conservación. El empleo del concreto pretensado en la construcción de carreteras todavía está en una fase experimental, pero sin duda alguna, se prevé una aplicación en gran escala.

Ω Tubería de alta presiónSe fabrican tuberías con presiones de servicio variables. El diámetro oscila entre 0,30 y 1,50 metros. Las ventajas técnicas y económicas hacen que sean aceptadas en la mayoría de obras importantes.

Ω Traviesas para FerrocarrilEstas deben ser ligeras, manejables y lo bastante resistentes para soportar los esfuerzos de las percusiones transmitidas por los carriles al paso de los trenes. Asimismo deben resistir indefinidamente a los efectos de la intemperie.El enorme consumo de madera que tuvo lugar durante la pasada guerra, dio lugar a una serie de ensayos de traviesas de hormigón que terminaron en la fabricación industrial en gran escala.

Ing. Civil - UAP

12

Al principio tuvieron lugar algunos fracasos, pero después de las investigaciones llevadas a cabo por Freyssenet, se dedujo que la rotura era debida al esfuerzo cortante, como consecuencia del apoyo normal del carril, o por torsión debido a la mala distribución del balasto.

Ω DepósitosLa aplicación del hormigón pretensado se ha empleado ventajosamente en la construcción de grandes depósitos de agua. Como las tensiones de tracción del hormigón producidas por la presión del líquido, no deben sobrepasar de un determinado valor, a fin de evitar la fisuración, las armaduras se tensan. Mediante el pretensado se consigue una perfecta estanqueidad del depósito y, por tanto, la anulación de fisuras.

Ω PuentesEn la construcción de puentes se emplean cables de elevada resistencia. Una vez las piezas prefabricadas han sido colocadas en sus emplazamientos correspondientes, se hacen pasar los cables por los agujeros dejados en ellas previamente. El anclaje de los cables es terminal, es decir, que no existe adherencia entre el concreto y la armadura a lo largo de la viga. Los cables se tensan después del endurecimiento del concreto (postensado).

Ω Otros elementos de concreto PretensadoSe fabrican también postes para la conducción de energía eléctrica, postes para vallas, pilotes, soportes de madera, placas, estructuras, etc.

III.

III.

III.Concreto Postensado

Ing. Civil - UAP

13

3.1. DefiniciónSe denomina hormigón postensado o postensado a aquel hormigón al que se somete, después del vertido y fraguado, a esfuerzos de compresión por medio de armaduras activas (cables de acero) montadas dentro de vainas. A diferencia del hormigón pretensado, en el que las armaduras se tensan antes del hormigonado, en el postensado las armaduras se tensan una vez que el hormigón ha adquirido su resistencia característica.

3.2. Proceso de Fabricaciónα En el interior del molde de hormigón se coloca una vaina de plástico,

acero o aluminio, para seguir el trazado más conveniente en el interior de la pieza, siguiendo la franja donde, de otra manera, se registrarían tracciones en el elemento de estructural.

α Una vez que el hormigón se ha endurecido, los tendones se pasan a través de los conductos.

α Después dichos tendones son tensados mediante gatos hidráulicos que reaccionan contra la propia pieza de hormigón.

α Cuando los tendones se han estirado lo suficiente, de acuerdo con las especificaciones de diseño, estos quedan atrapados en su posición mediante cuñas u otros sistemas de anclaje y mantienen la tensión después de que los gatos hidráulicos se retiren, transfiriendo así la presión hacia el hormigón.

α El conducto es rellenado con grasa o lechada de cemento para proteger los tendones de la corrosión.

α Este método es comúnmente utilizado para crear losas monolíticas para la construcción de casas en los lugares donde los suelos expansivos crean problemas típicos para el perímetro de la cimentación.

α Todas las fuerzas producidas por la expansión temporal y asentamiento del suelo subyacente son absorbidas por la losa pre-tensada, que soporta la construcción sin flexión importante.

El postensado también se utiliza en la construcción de puentes, siendo prácticamente imprescindible en los sistemas de construcción por voladizos y dovelas.

Al igual que en el hormigón pretensado, la ventaja del postensado consiste en comprimir el hormigón antes de su puesta en servicio, de modo que las tracciones que aparecen al flectar la pieza se traducen en una pérdida de la compresión previa, evitando en mayor o menor medida que el hormigón trabaje a tracción, esfuerzo para el que no es un material adecuado.

Ing. Civil - UAP

14

3.3. AplicacionesEl empleo de hormigón postensado suele reducirse a estructuras sometidas a grandes cargas y con grandes separaciones entre apoyos, en las cuales la reducción del coste de los materiales compensa el aumento de la complejidad de ejecución.

La técnica del postensado se utiliza generalmente in situ, es decir, en el mismo emplazamiento de la obra.

3.4. Ventajasײ El uso de hormigón postensado permite reducir el canto de los

elementos de hormigón, ya que por un lado aumenta su capacidad resistente, y por otro reduce las deformaciones.

ײ Conlleva un uso más eficiente de los materiales, por lo que permite reducir el peso total de la estructura.

ײ Disminuye la fisuración del hormigón, aumentando su vida útil.

3.5. Desventajasײ Requiere de maquinaria y mano de obra más especializada que el

hormigón sin postensar.ײ El cálculo es más complejo.

Ing. Civil - UAP

15

Conclusiones

ײ En conclusión el método de espuma preformada requiere un generador de concreto celular, un aditivo y ciertos cuidados en el curado, además el equipo se puede desplazar de un sitio a otro pudiéndose realizar colados en sitio.

ײ El método químico es un sistema industrializado para trabajar grandes volúmenes de productos, su sistema requiere autoclaves de curado y por lo general mano de obra altamente calificada para su elaboración.

ײ La creación del concreto celular han tenido buenos resultados ya que tiene muchos beneficios para la construcción de diferentes estructuras.

ײ Comparado con el concreto normal, el concreto celular presenta varias ventajas, como el ser más liviano, también tiene resistencia a la transmisión de sonido, es económico, fácil de manejar y se crea con casi los mismos materiales con los que se crea el concreto normal.

ײ Finalmente, este producto innovó la forma de construcción ya que revolucionó las características con las que contaba el concreto normal, obteniendo ventajas y beneficios el concreto celular, las cuales no tiene el concreto normal, siendo bien aceptado en la industria de la construcción.

ײ En Latinoamérica aún existe un muro invisible para el desarrollo del concreto celular, ya que, la idiosincrasia del consumidor opta por los sistemas tradicionales pesados, es por esto, que la divulgación del concreto celular debe comenzarse a partir de sus propiedades físicas y bondades económicas.

Ing. Civil - UAP

16

Bibliografía

α Concretos Celulares Ltda.

α http://www.concretoscelulares.co/

α http://www.concretoscelulares.co/

α CivilGeeks La web del ingeniero: www.civilgeeks.com

α www.wikipedia.com

α www.litebuilt.com

α Universidad de las Américas - Informe de investigación - Tecnología del hormigón

α Dosificadores García Fernández: Catalogo – Hormigones Celulares

α Un repaso al concreto celular – Mireya Pérez

Ing. Civil - UAP