LOS CONCRETOS ULTRA-RESISTENTES

DIANA CRISTINA ARIAS

RESUMEN

Los concretos ultra-resistentes (UHPC) se caracterizan por una mayor resistencia a la compresión y un comportamiento altamente dúctil al ser sometidos a tensión, características que se garantiza gracias a las propiedades de los materiales que los componen, obteniendo una mezcla mucho más densa, esto acompañado por medio de técnicas de curado que optimiza la microestructura del material, el análisis de las características y el comportamiento de los concretos ultra resistentes, permiten su aplicación en la construcción de puentes, y el diseño de estructuras que anteriormente no eran posibles.

INTRODUCCIÓN

El desarrollo de nuevas tecnologías, ha permitido a la construcción de obras civiles

realizar proyectos, imposibles en épocas anteriores, es por esto que el avance en la investigación de nuevos materiales, o la optimización de sus características, desempeña un rol muy importante en el desarrollo del diseño y la construcción de obras de infraestructura, por lo tanto los ingenieros civiles deben tener un amplio conocimiento de las tecnología y materiales usados en la actualidad y de los avances recientes en esta materia, tal es el caso de los concretos ultrarresistentes y su aplicación en la construcción de puentes.

EL UHPC, características y comportamiento

El UHPC es un material que permite construir con secciones muy esbeltas y ligeras en comparación con el concreto convencional, permitiendo secciones de mayor luz, en muchas de ellas donde se realiza la sustitución total o parcial de las armaduras, adicionalmente cuenta con una durabilidad superior gracias a su mezcla más compacta de baja porosidad; estas características se logran por medio de la combinación de materiales pétreos, sílice, agua, fibras de acetato de polivinilo y un aditivo superfluidificante, cabe entonces la pena analizar las propiedades de estos materiales para entender mejor el comportamiento del UHPC.

Dada su baja porosidad se debe relacionar al concreto UHPC con muy bajas relaciones agua/cemento “El UHPC tiene una relación de agua-material cementante (w/cm) menor que 0.2”1 lo que en parte explica su alta densidad, y por ende su alta resistencia compresión y baja permeabilidad; esto se debe a que se usa un polvo en el concreto (sílice), para reemplazar los agregados y la arena, por esto el hormigón de ultra-alta resistencia es también llamado hormigón de polvo reactivo.

1 Pierre Rossi, El concreto de ultra alto desempeño, Revista construcción y tecnología, octubre de 2008

En cuanto su resistencia a la tensión, posee una resistencia a la tensión de 6 a 8 Mpa se observa una resistencia a la flexión de 32-50 Mpa, donde el modulo de rotura de un concreto convencional apenas alcanza entre el 4 a 5 MPa, su alta resistencia a la flexión se la debe a las fibras utilizadas en su refuerzo, las fibras mejoran la resistencia a la tensión y la ductilidad del concreto y se pretende reemplacen el refuerzo de acero que cumple la función de resistir los esfuerzos a tensión en el concreto convencional, dado que las fibras refuerzan la mezcla a nivel micro se elimina la necesidad de colocar refuerzo por temperatura y retracción.

Por lo tanto, el comportamiento en tensión de un concreto de alta resistencia puede variar con la aplicación de esta fibra, si las fibras son paralelas a los esfuerzos de tensión en un elemento, estas pueden incrementar significativamente la resistencia a la tensión, en ese mismo sentido se podría llegar a concluir que los elementos tendrá propiedades no isotrópicas debido a que tendrán resistencias a la tensión más altas en la dirección en que estén orientadas las fibras.

Otro elemento que se ve afectado por el uso de fibras es el módulo de Young donde el UHPC posee un modulo de hasta 50 Gpa, muy superior al presentado por el concreto convencional donde se presenta módulos de 30 Gpa, pero nunca superior al acero y sus 210 Gpa, esto se logra gracias a la combinación de la arena las fibras de polivinil ya que cuando el concreto se sobrecarga, las fibras lubricadas sólo se desplazan en vez de fracturarse.

Dadas todas las características anteriores y su origen, se debe comprender que el concreto UHPC, no puede ser diseñado estructuralmente de la misma forma en que se debe diseñar un concreto convencional, Por ejemplo, la respuesta de esfuerzo-deformación del concreto convencional tiene una forma parabólica que a veces se modela a través de un bloque rectangular de tensiones, este sólo sería apropiado en el diseño para UHPC si se aplican factores para ajustar el bloque de manera que coincida con la respuesta UHPC más lineal, adicionalmente, se debe incluir la capacidad de resistencia a tracción de UHPC en el análisis.

Otro aspecto a tener en cuenta, es el curado, el UHPC han sido diseñado para requerir muy poca de agua adicional, debido que su comportamiento está regido por medio de la optimización de la granulometría de su mezclas y sus propiedades, por ende el contenido reducido de agua en una mezcla UHPC requiere una cuidadosa atención en el curado por lo que no se puede permitir que el agua adicionada escape antes de la hidratación. Es posible complementar el proceso de curación natural de UHPC mediante el uso de un tratamiento de vapor, Este tratamiento puede tanto mejorar las propiedades mecánicas y la durabilidad finales de UHPC y acelerar la adquisición de dichas propiedades.

El UHPC requiere menos acero de refuerzo y es mas dúctil la cual permite a los arquitectos crear formas más libres, esto combinado con sus propiedades mecánicas elevadas que permite crear elementos más esbeltos de mayor resistencia donde el peso propio de los elementos de gran luz no generan

problemas a nivel estructural, lo hace un material destinado a la construcción de puentes mas estéticos y durables.

CONCLUSIONES

La distribución espacial de las fibras en un UHPC afecta el comportamiento en tensión, este a su vez puede ser alterado por el método de colocación y la proporción de las fibras factores que deben entonces ser controlados rigurosamente, por lo que los cálculos de diseño deben incluir valores característicos, no valores promedio.

Este concreto tiene algunas características y propiedades de ingeniería que son diferentes del concreto convencional de más baja resistencia, relacionada a las diferencias interiores en la mezcla y de los materiales que la componen, sus propiedades mecánicas deben ser muy bien estudiadas por los ingenieros de diseño para un adecuado diseño de las estructuras.

A nivel de los proceso constructivos, se debe tener especial cuidado en el proceso de curado, dosificación y distribución de las fibras ya que estas pueden alterar en gran medida el comportamiento del material.

El costo de este material se compensa si se considera que requiere de menos mantenimiento y posee una vida útil más larga, adicionalmente requiere menos acero de refuerzo.

BIBLIOGRAFÍA

Noticreto, Los Concretos Ultra Resistentes, Hacen realidad la creatividad de los diseñadores de puentes, Noticreto N° 67,(Mayo-Junio-Julio de 2003) P55

Pierre Rossi, El concreto de ultra alto desempeño, Revista construcción y tecnología, octubre de 2008

http://www.fhwa.dot.gov/research/resources/uhpc.cfm