Diseñando Estructuras con Concretos de Alto Desempeño

Alma Reyes, MSc

Febrero 2009

Contenido

• Historia y conceptos

• Principios

• Especificaciones

• Durabilidad

• Obra

• Aplicaciones

Historia y Conceptos

• Trabajabilidad (superplastificantes)• Hidratación del cemento (Powers, 1968)• Características de desempeño

– Trabajabilidad– MOE– Resistencia a la flexión– Permeabilidad– Resistencia a la abrasión– Durabilidad

a/mc = 0,40

Historia y Conceptos

• Mejor retorno de inversión• Alternativas de diseño

– Espacios– Eficiencia del volumen de concreto– Disminución de secciones como columnas– Disminución cargas muertas

• Funcionalidad• Arquitectura: Estética• Evolución de la industria de los prefabricados• Durabilidad obras infraestructura

Razón de ser/soluciones del CAD

Historia y Conceptos

• Restricciones tecnológicas de los Reglamentosde construcción

• Zonas sísmicas: ductilidad del acero vs. concreto• Conocimiento de las alternativas de materiales

Factores de uso del CAD

Historia y Conceptos

Convencional vs. Concreto Autoconsolidable

Historia y Conceptos

Convencional vs. CAC

Malla de acero recubierta de epóxico

Largo = 1,2 mAncho = 61 cmEspesor = 5 cm

Paneles

Historia y Conceptos

a/mc = 0,35SSS

mL/m3290390390AEA

L/m31,21,2----Eucon WR

M3M2M1

kg/m3----10681068Grava #8

4,7

----

163

----

641

148

326

----

2,6

163

----

641

148

326

L/m3----Eucon 37

L/m32,6Plastol 5000

kg/m3163Agua

kg/m3854Grava #57

kg/m3611Arena

kg/m3148Escoria

kg/m3326Cemento

Historia y Concepto

h

%

cm

cm

M3M2M1

6

3,8

----

24

5,5

7,6

61

----

5,5Fraguado inicial

7,6Aire

66Extensibilidad

----Revenimiento

Mezcla 3 Mezcla 1Mezcla 2

Principios

Resistencia a la compresión

Microestructura

Propiedades elásticas Permeabilidad

Principios

• Mortero

• Agregados

• Zona de transición

• Porosidad

• Reología

• Adiciones cementantes

• Superplastificantes

Mejoramiento de la resistencia

Baja relación a/mc

0,20 ≤ a/mc ≤ 0,40

• Reactividad del cemento• Aditivo

– Cono Marsh y temperatura de hidratación• Compatibilidad • Punto de saturación

– Naftaleno o Melamina– Policarboxilato

Principios

Agregados

• Tamaño máximo limitado a 20 mm– Frecuentemente 12 mm

• Granito/Cuarzo– Dureza– Baja permeabilidad– Limpios (buena adherencia agregado-pasta)

• Compacción (buena granulometría)– Nivel macroscópico– Nivel microscópico: RPC

Principios

Densa estructura de poro

• Baja porosidad total / Refinamiento de poros• Mejoramiento de la ZT (densificación de la interfase pasta-agregado)– Reducción significativa de la continuidad de la estructura de poro del CAD

– Uso de humo de sílice (5 a 10% del material cementante)

– Porosidad densa: gran resistencia

Principios

[Sarkar, Kassab & Aïtcin, 1998]

Principios

Cumulative volume of

Hg introduced (cm

3/g)

Pore diameter (µm)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

A0.40

A0.50

A0.66

[Talbot, 1996]

Principios

[kg/m3]

Two Union Square

Seattle, USA

Nova Scotia Plaza

Toronto, Canadá

Típico

0,230,300,35a/mc

15,7

----

5,9

0,9

5

----

RAAA [L/m3]

RA [L/m3]

130145145Agua

685745740Arena

108011301100Grava

43

----

36

137

20

----

Microsílica

Escoria

513315405Cemento

Concreto de Alto Desempeño

Principios

Two Union Square

Seattle, USA

Nova Scotia Plaza

Toronto, Canadá

Típico

9167----7 días

----

145

89

93

----

----

56 días

91 días

119836028 días

Resistencia a la compresión en MPa

Concreto de Alto Desempeño

Principios

Principios

• Puzolana artificial• Forma esférica• Gran superficie específica• Cohesión depende del % de microsílica• Resistencia tanto a edad temprana como a

largo plazo• Mejora características de la zona de transición• ↓ Sangrado externo e interno• ↓ Diámetro de poros• ↓ Permeabilidad

Microsílica

Curado

Curado

Principios

[Aïtcin, 2001]

Principios

Cono Marsh

a/c = 0,40 V = 1LSuperplastificantes

Principios

40

50

60

70

80

90

100

110

0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7

Dosis (%)

Tiempo (s)

SP1@5 min SP1@60 min

SP2@5 min SP2@60 min

SP3@5 min SP3@60 min

Flujo de revenimiento

Concreto bajo agua (CRD C 61)

Eucon AWA

Principios

Especificaciones

• Desempeño no sólo es función de f´c• Volumen pasta: 20 a 40%• Volumen agregados: 60 a 75%• Consideraciones de Durabilidad• Consideraciones de colocación y curado

Especificaciones

> 125 MPa0,25 a 0,20

100 a 124 MPa0,30 a 0,25

75 a 100 MPa0,35 a 0,30

50 a 75 MPa0,40 a 0,34

Variación de la resistencia a la compresión máxima

a/mc

Resistencia a la compresión

Especificaciones

f (componentes del concreto)

Módulo de elasticidad

[Baalbaki, 1997]

Especificaciones

Módulo de elasticidad

[Baalbaki, 1997]

Especificaciones

Curva esfuerzo-deformación

[Baalbaki, 1997]

Especificaciones

Contracción y fluencia

[Aïtcin, 2001]

Obra

• Reunión preparatoria

• Especificaciones

• Prueba piloto

• Control de calidad

• Muestreo

• Colocación

• Curado

Durabilidad

• Resistencia a la abrasión (ACI 210) (ACI 302)– Pavimentos

– Estructuras hidráulicas

– Estructuras marinas

• Resistencia a los ciclos de congelamiento-deshielo (ACI 306)

• Resistencia al descascaramiento

• Resistencia a la penetración de iones Cloro

• Corrosión de acero de refuerzo (ACI 222)– Armadura de acero inoxidable

– Armadura de acero galvanizado

– Armadura recubierta de epóxico

– Armadura de fibra de vidrio

– Mejoramiento de la calidad del concreto de recubrimiento

ACI 201 Guía para el Concreto Durable

Durabilidad

• Resistencia al ataque químico

• Resistencia a la carbonatación

• Resistencia al agua de mar (ACI 357)

• Resistencia a la reacción álcali-agregado (ACI 221)

• Resistencia al fuego (ACI 216)

ACI 201 Guía para el Concreto Durable

Eucon Integral ARC

Durabilidad

Reacción Álcali-Agregado

Congelamiento – deshielo

Ingreso de

agua al

concreto

↑ Vagua( ~ 9%)

TcongelaciónPresión

Agrietamiento

Descascaramiento

Ruptura

Presión >Resistencia

a la Tensión

Durabilidad

Aire en el concreto

• Atrapado: Concreto sin aire incluido

→ Forma irregular

→ Grandes burbujas de aire (Φ > 1mm) por coalescencia de

burbujas de aire

→ Tendencia a dirigirse hacia la superficie y reventarse

• Incluido: Concreto con aire incluido

→ Forma esférica

→ Pequeñas burbujas de aire (10 µm < Φ < 1mm)

→ Las burbujas no tienden a fusionarse

→ El concreto mantiene en su interior mayor volumen de aire

Durabilidad

Los surfactantes NO incluyen aire sino que ESTABILIZAN el aire generado

mecánicamente durante el mezclado

↓ Tensión superficial del agua de mezclado

Formación de una capa de AEA (insoluble) en la interfase aire – agua

Estabilización de aire en pequeñas burbujas

Adsorción de burbujas sobre las partículas de cemento

Modo de acción

Durabilidad

Distancia máxima que el agua debe recorrer

Concreto endurecido

L = Factor de espaciamiento

Promedio de la distancia media entre las

paredes de dos burbujas de aire consecutivas

aireL

aire

Durabilidad

Distinto espaciamiento

Mismo vol. aire

No hay relación directa entre el contenido

de aire y el factor de espaciamiento

Durabilidad

ánodo -

...

...

Concreto húmedo

Aceroe-

cátodo +

OH-

Reacción catódica

Fe++Fe++

2e-

O2

2H2O

Reacción anódica: Fe(OH)2

Reacción secundaria: Fe2O3⋅3H2O

½O2 H2O

Fe2O3

Fe

Corrosión del acero en el concreto

Durabilidad

Corrosión del acero en el concreto

Depasivación Propagación (corrosión)

Grado de corrosión

Tiempo

Sin inhibidor de corrosión

Con inhibidor de corrosión

[Berke, 1991]

Eucon CIAEucon CIAEucon CIAEucon CIA

Durabilidad

Aplicaciones

• Concreto Autoconsolidable

• Elementos prefabricados

• Columnas y muros

• Geometrías complejas

• Reparaciones

• Tanques

Aplicaciones

Concreto de Baja Permeabilidad

• Cemento CPO 30 RS 350 kg/m3

• Eucon MSA 24,5 kg/m3

• Arena de río 884 kg/m3

• Grava ¾ semitriturada 1038 kg/m3

• Eucon 537• Revenimiento = 18 cm

Cuarto de Rayos X

Conclusiones

• Durabilidad vs. Alta resistencia

• Tendencias de la industria a largo plazo

• Difusión de tecnología del concreto

CAD Especiales

• CAD con aire incluido

• CAD ligero

• CAD pesado

• CAD reforzado con fibras

• CAD confinado

• CAD compactado con rodillo

Retando a los CAD

• DSP (Densified with Small Particles)

• MDF (Macro Defect Free)

• BPR (Béton de Poudres Réactives)

Estación de tren Mónaco

Puente peatonal Sherbrooke, Canadá

Retando a los CAD

Gracias