HORMIGN CON RETRACCIN COMPENSADA PARA UN GRAN PISO INDUSTRIAL Revista Cemento Ao 6, N 26 Descripcin de la Obra La obra consiste en los pisos del Centro de Distribucin de los supermercados COTO de Argentina. Este Centro est ubicado en el partido de Esteban Echeverra, en los alrededores de Buenos Aires. Es un edificio de 60.000 m2 diseado por Food Plant Engineering Inc. de Washington, USA, con todos los requisitos tcnicos modernos para realizar la distribucin de productos a todos los locales de la cadena de supermercados. El piso corresponde a dos galpones y a instalaciones auxiliares: Almacn seco de aproximadamente 40.000 m2, Almacn de productos perecederos, que est refrigerado, de aproximadamente 15.000 m2 y 5.000 m2 de oficinas, talleres, sala de autoelevadores, etc. Las caractersticas del diseo de los depsitos: racks de estanteras de mucha altura, autoelevadores computarizados, etc., requieren minimizar las juntas y lograr la planitud necesaria, evitando la aparicin de fisuras y el alabeo de las losas. El cumplimiento de los plazos de obra requera la ejecucin de 2.000 m2 de piso diarios. SOLUCIN ADOPTADA: HORMIGN DE RETRACCIN COMPENSADA. Para cumplimentar los requisitos sealados, la solucin adoptada se bas en la utilizacin de hormigones de retraccin compensada, obtenidos mediante el empleo de un aditivo expansor. El objetivo buscado fue generar en el hormign una expansin controlada inicial, adecuadamente restringida por la armadura estructural, de modo tal de compensar las ulteriores retracciones que experimenta el material. Caractersticas de los Hormigones de Retraccin Compensada El hormign convencional posee dos caractersticas, que le son intrnsecas, y que imponen limitaciones a su uso: la retraccin que experimenta al secarse y su baja resistencia a la traccin. Ellas son las responsables de una de las fallas ms tpicas del material, especialmente en elementos fuertemente expuestos como son las losas de pavimentos y pisos: la aparicin de fisuras de retraccin. La solucin clsica para remediar el problema es limitar las dimensiones de las losas mediante juntas de contraccin, para inducir la formacin de fisuras en lugares preestablecidos. Hay otras soluciones posibles como reforzar el hormign mediante armaduras de acero, con distinto tipo de fibras, etc.

La solucin adoptada en el proyecto que nos ocupa es el empleo de hormigones con retraccin compensada (HRC). El HRC es un hormign expansivo que, cuando est debidamente restringido por la armadura u otros medios, va a tener una expansin inicial igual o ligeramente superior a la retraccin por secado prevista. Debido a la restriccin, durante la etapa de expansin el hormign experimentar una cierta precompresin, la que luego se ir aliviando durante la etapa de retraccin. El resultado esperado es que, en su estado final de equilibrio, el hormign permanezca con tensin nula o con una ligera tensin de compresin residual, de modo de eliminar el riesgo de fisuracin. Asimismo, con un correcto diseo del piso los HRC son los ms idneos para reducir el alabeo de las losas. La Fig. 1 muestra esquemticamente el comportamiento diferente de un hormign normal y un HRC. Durante los primeros das de curado hmedo el hormign normal puede experimentar una leve expansin, que rpidamente se revierte en una fuerte contraccin apenas se lo expone al medio ambiente. El HRC, en cambio, desarrolla una importante expansin durante la fase de curado hmedo que permite compensar la ulterior retraccin que se produce en el perodo de desecamiento.

Fig. 1 Cambios dimensionales de un Hormign Normal y un HRC

Para que el sistema funcione adecuadamente, la expansin inicial debe ser controlada. En caso de que ella fuera insuficiente o se generara cuando el hormign est an blando, no se alcanzara el objetivo buscado y el hormign se usurara. En el otro extremo, si ella fuera excesiva en magnitud o en

duracin, el hormign podra sufrir daos por expansin. Para lograr esa expansin controlada existen hoy dos posibilidades: usar cementos expansivos o usar aditivos expansores. En ambos casos lo que se hace es incorporar en el hormign una cantidad controlada de compuestos expansivos, principalmente Sulfoaluminato de Calcio (4CaO.3Al2O3.SO3) y/u Oxido de Calcio (CaO). El primero, al hidratarse conjuntamente con el cemento portland, produce ettringita, en tanto que el segundo produce hidrxido de calcio, generando expansiones que, como suceden en las primeras edades del hormign, no provocan los problemas destructivos asociados con estas reacciones a larga edad. El uso de cementos expansivos (tpicamente el Cemento Tipo K) se ha dado principalmente en U.S.A. [1], donde estn sus nicos productores. El uso de aditivos expansores se desarroll en Japn [2] donde se fabrican los dos productos ms conocidos en el mercado: DENKA (en base a sulfoaluminato de calcio) y EXPAN-K (en base a una combinacin de xido de calcio y sulfoaluminato de calcio). Un estudio de costos demostr que, para Argentina, resulta mucho ms conveniente la importacin del aditivo expansor (que se usa en una dosis del orden de 10% del peso de cemento) del Japn, que la totalidad del cemento expansivo desde USA. REQUISITOS TCNICOS Y DE DISEO Dimensiones de la Losas En ambos almacenes se trat de ubicar las juntas, en la medida de lo posible, en la direccin de las columnas del cerramiento y debajo de la lnea de ubicacin de los racks de estanteras. De esta manera resultaron paos de superficies de entre 800 m2 a 1.200 m2 sin juntas. El espesor de las losas, determinado por los clculos estructurales del piso es, en las zonas de ubicacin de los racks de 0,25 m, y en la zona de trnsito de 0,17 m. Resistencia Mecnica del Hormign Los mismos clculos estructurales indicaron la necesidad de utilizar un hormign con una resistencia caracterstica a la compresin de 32 MPa a 28 d, medida en cilindros de 150 x 300 mm, curados 14 d en agua y 14 das al aire en ambiente de laboratorio. Expansiones Restringidas del Hormign De acuerdo con las recomendaciones del ACI 223-93 [3], Appendix A -Design of shrinkage-compensating concrete slabs, la expansin restringida del hormign, medida de acuerdo con la Norma ASTM C-878 [4], requerida de acuerdo con los espesores de la losa y la armadura necesaria, fue de entre 0,03 % a 0,06 % a los 14 d de curado hmedo.

Plenitud del Piso El pliego de especificaciones de los pisos de la obra, siguiendo las recomendaciones del ACI 302.1R-89 [5] para pisos planos, requera las siguientes tolerancias de la terminacin, de acuerdo con la Norma ASTM E 1155 [6], correspondientes a la clasificacin "Piso Plano".Nmeros Mnimos de Tolerancia Final FF FL Global 30 20 Local 20 15

Resistencia a la congelacin y deshielo En el caso de los pisos del depsito de productos perecederos, que est refrigerado, se decidi incorporar en los hormigones entre 5 % y 7 % de aire. Armadura Las caractersticas de la armadura surgen del clculo estructural y del porcentaje de refuerzo recomendado en [3] para brindar una adecuada restriccin al hormign. En las losas de 0,25 m de espesor se utilizaron barras de acero conformado ADN420, de 18 mm de dimetro, espaciadas cada 0,46 m. En las de 0.17 m de espesor, se colocaron barras de 12 mm cada 0,46 m. La armadura se coloc en el tercio superior de la losa. Juntas Todos los paos no fueron de las mismas dimensiones, pero las medidas tpicas fueron 40 m x 25 m. Las juntas de estos paos estn acorazadas con dos planchuelas de acero de 51 mm x 19 mm, una a cada lado de la junta. La vinculacin entre losas est hecha con el sistema de encastre machimbrado. Se busc evitar el uso de pasadores con el objeto de permitir la libre expansin de las losas en todas las direcciones. Una vez finalizado el curado, las juntas fueron tomadas con un sellador poliuretnico. Capa de drenaje Para facilitar el escurrimiento del agua a travs de la superficie inferior del hormign, se coloc una capa de drenaje con el objeto de evitar el alabeo de las losas. La subbase estaba preparada con suelo-cemento. Entre ste y la losa se coloc

una capa consistente en 30 mm de canto rodado y encima 10 mm de arena seca suelta. Capa de desgaste Sobre el hormign fresco recin enrasado se coloc una capa de desgaste constituida por dos pelculas: 1) una mezcla de 2 partes de molienda de cuarzo de partculas de hasta 10 mm, sin graduacin uniforme, por una parte de cemento, a razn de 6 kg/m2 y 2) una mezcla de 1 parte de molienda de cuarzo de partculas de hasta 2 mm, sin graduacin uniforme, por una parte de cemento, a razn de 2 kg/m2. Una vez esparcidas, estas pelculas fueron incorporadas a la masa de hormign. Tratamiento superficial Una vez curado el hormign, se trat la superficie de las losas con el endurecedor qumico "Fluohard" de L&M. Se realizaron dos aplicaciones, separadas 24 h cada una de ellas. DESARROLLO DEL HORMIGN Previo a comenzar la obra se efectu, en los laboratorios del ICPA, un estudio para desarrollar un hormign que cumpliera con las caractersticas especificadas de trabajabilidad, resistencia mecnica y expansin restringida. A continuacin se describen los aspectos fundamentales de dicho desarrollo. Materiales Componentes Agregados Previa evaluacin y seleccin, se emplearon en el diseo de las mezclas los siguientes agregados, de uso corriente en el rea Metropolitana de la Ciudad de Buenos Aires: arena natural de ro (MF=2,48) y piedras partidas granticas 6-20 mm y 10-30 mm. La Fig. 2 muestra la granulometra de las fracciones, del agregado total y, como referencia, la curva de Fuller para Dmx= 25mm. Las proporciones de los distintos ridos se establecieron buscando un compromiso entre lograr la mnima retraccin (alto % de partculas gruesas) y buena terminacin y baja exudacin (alto % de partculas finas). Como resultado, el agregado compuesto es ms grueso que el de la curva de Fuller para partculas mayores de 4,8 mm y ms fino por debajo de 4,8 mm. Cemento Portland Se emple un Cemento Portland Normal CP40 (1RAM 1503) Adicionalmente a los ensayos previstos en la norma IRAM 1503, se procedi a determinar su contraccin por secado en mortero, segn la norma IRAM 1651, para obtener un parmetro de referencia. En la Tabla 1 se consignan sus propiedades

mecnicas y una seleccin de las propiedades fsicas relevantes.

Fig. 2 Granulometras de las Fracciones, del Agregado total y Curva de Fuller

Tabla 1 Propiedades mecnicas y fsicas del cemento empleado Resistencia a la compresin Agua para pasta Contraccin IRAM 1622 [MPa] Finura Blaine normal por secado [m2/kg] [%] [%] 2 das 28 das 23,2 13,9 0,4 45,3 0,9 305 0,06

Aditivos Convencionales Se emple un aditivo "plastificante" (reductor de agua) comercial a base de lignosulfonato. La dosis se ajust de forma tal de aprovechar su efecto secundario de retardo de fraguado y compensar la aceleracin provocada por el aditivo expansor. Las mezclas usadas en las reas refrigeradas incorporador de aire en base a Resina Vinsol. Aditivo expansor Como aditivo expansor se emple el EXPAN-K de Onoda. Diseo de la Mezcla El objetivo fue obtener un hormign con un contenido mnimo de cemento de llevaban, adems, un

320 kg/m3, resistencia caracterstica a la edad de 28 d de 32 MPa, asentamiento de 80 mm 10 mm luego de media hora de iniciado el mezclado, baja exudacin y buena terminacin superficial. El mismo hormign, con aditivo incorporador de aire, se emple para la zona de fro, prcticamente sin modificaciones en su composicin. Dosis de Aditivo Expansor Una de las etapas fundamentales del diseo de las mezclas fue definir la dosis de aditivo expansor que generara la expansin restringida especificada: 0,03 0,06 % a los 14 d. Se estudiaron mezclas con contenidos de 10 % , 12 % y 14% de aditivo expansor, referido al peso de cemento. Como lo demuestran los resultados presentados en la Tabla 2, la resistencia a compresin no vari significativamente al aumentar la dosis de aditivo expansor de 32 kg/m3 (10 %) a 45 kg/m3 (14 %), dejando el contenido de cemento portland constante (320 kg/m3). Tabla 2 Resistencia a Compresin para Distintas Dosis de Aditivo Expansor Dosis de Aditivo Expansor 10 % 12 % 14 % Resistencia a Compresin (MPa) 7 d, curado hmedo Resistencia a Compresin (MPa) 14 d + 14 d, curado al aire Resistencia a Compresin (MPa) 28 d, curado hmedo 36 46 41,8 35,1 46,3 45,5 25,6 44,6 39,1

El efecto de la dosis de aditivo expansor sobre los cambios dimensionales de los hormigones, medidos segn [4], se muestran en la Fig. 3. Debe recordarse que los cambios dimensionales medidos en este ensayo no son libres, sino que son restringidos, pues la probeta est confinada por una barra de acero roscada. As, este mtodo slo computa los cambios dimensionales que se generan cuando el hormign est suficientemente rgido como para trasmitir tensiones a dicha barra. En la Fig. 3 puede verse que la expansin durante el perodo de conservacin bajo agua (14 d) aumenta al incrementar la dosis de aditivo expansor. Otro aspecto importante es que, en las dosis estudiadas, la expansin se desarrolla mayoritariamente en los primeros 3 d a 4 d, luego de los cuales el incremento de expansin es muy leve, lo que contribuye a la estabilidad del sistema. Para la ejecucin del piso se adopt la dosis de 12 % de aditivo expansor que, como se ve en la Fig. 3, da expansiones en el centro del rango especificado (0,03 % - 0,06 % a 14 d). Teniendo en cuenta las reducciones de longitud registradas durante el perodo de secado y las experiencias durante la ejecucin del piso,

se considera que una dosis de 10 % de aditivo hubiera sido suficiente.

Fig. 3 Efecto de la dosis de aditivo expansor sobre la expansin restringida de HRC

Dosificaciones de Obra Una vez efectuados los ajustes necesarios para obtener una ptima planitud, se definieron las formulas de obra. Su composicin se indica en la Tabla 3; sus propiedades, medidas en obra, se presentan en la seccin Control de Produccin. Tabla 3 Composicin de los Hormigones Usados en la Obra Componente [kg/3] Cemento Agua Arena PP 6-20 PP 10-30 Aditivo reductor de agua Aditivo incorporador de aire Aditivo expansor H sin AII 320 145 760 735 352 1,28 --38,4 H con AII 320 140 773 714 377 1,28 0,048 38,4

EJECUCIN DEL PISO El piso fue ejecutado dentro de un ambiente totalmente cerrado. Moldeo Los lmites de cada losa se fijaron utilizando moldes metlicos de altura igual al espesor del hormign, los que fueron nivelados con lser. Las planchuelas de acero de las juntas acorazadas se fijaron provisoriamente al molde metlico. Colocacin de la Armadura Las barras de acero de la armadura se colocaron sobre la capa de drenaje, posicionadas en el tercio superior, con soportes plsticos y atadas cada tres encuentros. Produccin, Transporte y Volcado del Hormign El hormign fue producido por una compaa elaboradora de hormign decidindose que, dado el volumen importante de la obra y el efecto adverso que las demoras en el transporte pueden ejercer sobre la intensidad de la accin del aditivo expansor, se instalara la planta de produccin dentro del obrador. El hormign se volc directamente desde el mixer a la losa, distribuyndolo con la canaleta de descarga. Solamente en el caso de los pisos de la cmara de productos congelados, que llevaba debajo de la losa una aislacin de espuma de poliuretano, se utiliz una bomba para verter el hormign desde fuera de la losa. Compactacin y Enrasado Para compactar y enrasar el hormign al nivel de terminacin del piso, se utiliz una mquina denominada "Lser Screed", con la que se pudieron ejecutar hasta 2.400 m2 diarios de piso. Consiste en una regla de aproximadamente 3 m de largo, que se desliza sobre la superficie del hormign accionada por un brazo telescpico y controlada automticamente por un nivel lser. Colocacin de la Capa de Desgaste La primera pelcula de la capa de desgaste se coloc utilizando una distribuidora mecnica, que esparce sobre la superficie una cantidad constante y uniforme de material. La segunda pelcula, mucho menor, se esparca manualmente. Posteriormente, ambas pelculas se incorporaban a la masa del hormign por medio de un frats vibrador. Terminacin La terminacin de la superficie se efectu utilizando mquinas alisadoras

dobles (helicpteros).

Medicin de Planitud y Horizontalidad Luego de finalizada la terminacin, se meda en cada losa la planitud y horizontalidad segn [6], utilizando un equipo Alien Face. Curado Inmediatamente despus de la medicin, se comenz el curado, cubriendo cada losa con film de polietileno y vertiendo agua, mantenindosela hmeda durante 14 d. CONTROL DE CALIDAD Control de Produccin del Hormign Para los hormigones para el piso industrial se implemento un estricto control de calidad abarcando los principales parmetros en estado fresco y endurecido. Por cada 50 m3 de hormign colocado se determinaron: asentamiento, contenido de aire, moldeo de 3 probetas para ensayo a la compresin. una a 7 d y dos a 28 d. Adems, por cada losa, se moldearon 3 probetas para determinar la expansin restringida segn [4]. La Tabla 4 muestra los resultados obtenidos del control de produccin de los hormigones, los que presentaron una gran uniformidad. La Fig. 4 muestra la variacin de las resistencias a compresin a 14+14 d de los hormigones, habindose detectado unos pocos casos (< 2%) de resistencias por debajo de la fck especificada.

Fig. 4 Variacin de la Resistencia a Compresin de los Hormigones (14 +14 das )

Tabla 4 Resultados del Control de Produccin del Hormign Hormign sin AII Hormign con AII Asentamiento [mm] Xm 8,2 s 1 2,5 3,8 Xm 9 28,8 37,3 s 1,6 2,1 2,4

Resistencia Compresin [MPa] 32,7 7d, curado hmedo 14 d curado hmedo 41,3 + 14 d curado al aire AII: Aire Intencionalmente Incorporado

Las expansiones restringidas se midieron hasta los 14 d de curado en agua, presentndose en la Fig. 5 los valores obtenidos. Puede observarse que, en un 30 % de los casos, la expansin medida super la cota superior del intervalo buscado. Sin embargo, no se detectaron problemas en las losas correspondientes.

Fig. 5 Variacin de la Expansin Restringida de los Hormigones (14 das)

Control de Planitud y Horizontalidad de las Losas Las figuras 6 y 7 muestran la variacin de los nmeros FF (Planitud) y FL

(Horizontalidad), medidos segn [6]. Puede verse que los valores mnimos especificados se cumplieron holgadamente.

Fig. 6 Valores medidos y especificados de Planitud - Nmero FF

Fig. 7 Valores medidos y especificados de Horizontalidad - Nmero FL

CONCLUSIONES Se construy un piso industrial de grandes dimensiones, con losas de hasta 1.200 m2 de superficie, a razn de 2.000 m2 diarios con los siguientes resultados: Excelente terminacin superficial Planitud y horizontalidad que cumplen holgadamente con las especificaciones para "Piso Plano" Cumple con la resistencia especificada Con una ligera expansin residual y sin ninguna fisura visible luego de 18 meses de ejecutado Sin alabeos apreciables

Estos resultados demuestran la aptitud de la solucin tcnica adoptada, basada en los Hormigones de Retraccin Compensada, la que requiere: Contar con un apoyo idneo para el desarrollo del hormign a emplear, especialmente en lo referente al diseo de las mezclas y a la cuidadosa medicin de las expansiones restringidas De un contratista que disponga de tecnologa y equipamiento de ejecucin avanzados, dirigidos y operados por personal competente y experimentado De un productor de hormign capaz de asegurar altos niveles de uniformidad en la calidad del hormign producido Una ptima concientizacin, predisposicin, comunicacin y cooperacin entre todas las partes involucradas.

REFERENCIAS [1] ASTM C845: "Standard Specification for Expansive Hydraulic Cements" [2] S. Nagataki and H. Gomi, "Expansive admixtures (mainly ettringite)" Cement and Concrete Compo-sites, v.20, 1998, pp. 163-170. [3] ACI Report 223-90:"Standard Practice for the Use of ShrinkageCompensating Concrete" [4] ASTM C878-95a: "Standard Test Method for Restrained Expansion of Shrinkage-Compensating Concrete". [5] ACI Report 302.1R-89, "Guide for Concrete Floor and Slab Construction ". [6] ASTM E1155, "Standard Test Method for Determining Floor Flatness and Levelness Using the F-Number System ".