Flavio Rodríguez Olivares - Hormigones de altas prestaciones

Desafíos para mejorar la productividad en grandes obras de infraestructura

Desafíos para mejorar la productividad en Grandes obras de infraestructura

Flavio Boris Rodríguez Olivares, Gerente de Calidad Chile

Acciona R&D: On vanguard of sustainable development.

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Agua

Energía

Infraestructuras

SostenibilidadCrecimiento económico

Equilibrio ecológicoProgreso social

32.147 empleadosen 30 países, 5 continentes.

6.544 M€en ventas en 2015.

1.147 M€EBITDA 2014

Datos a 31.03.2015

ACCIONA, innovación y desarrollo sostenible


17,2M TonCO2 evitado en 2015

ACCIONA, presencia internacional

Mercados estratégicos

Otros paises donde opera ACCIONA


+350 empleados

180,4 M€inversión 2015

+75patentes

ACCIONA, LA INNOVACIÓN EN CIFRAS


+160 investigadoresEquipo internacional y multidisciplinario

14 laboratoriosLa primera empresa constructora europea en poseer un Centro Tecnológico

2 talleres de producciónPara construir prototipos

CENTRO TECNOLÓGICO DE ACCIONA INFRAESTRUCTURAS. MADRID


NANOTECHNOLOGY APPLIED TO THE CONSTRUCTION SECTOR

CAJONERO FLOTANTE- Dique del Puerto industrial en Açu, Brasil

TÚNELES MECANIZADOS- Tren de alta velocidad de Pajares, España

Índice experiencias nanotecnología en construcción

TÚNELES CONVENCIONALES- Inyección de aire Chuquicamata subterránea, Chile.

PUERTO INDUSTRIAL (AÇU, BRASIL)

1. DESCRIPCIÓN DE LA OBRA.

2. KUGIRA

3. PROBLEMAS INICIALES ENCONTRADOS.

4. SOLUCIONES APORTADAS MEJORANDO LA CALIDAD.

5. OPTIMIZACIONES REALIZADAS.

1. DESCRIPCIÓN DE LA OBRA.

Botadura

Pérdida de trabajabilidad

45 min

1. El fraguado del hormigón debe estar entre 4 y 6 horas.

2. No debe haber grandes variaciones en la velocidad de fraguado.

1. Fraguado lento disminuye productividad, genera

desprendimientos.

2. Fraguado rápido peligro de que el encofrado se pegue.

Variaciones en el tiempo de fraguado.

Variaciones en el tiempo de fraguado.

4. SOLUCIONES APORTADAS.

Soluciones aportadas: CAMBIO DE ADITIVOS EN OBRA

- Superplastificante basado en policarboxilatos + nanosílice

- Cambio de retardante por estabilizante, menos influenciable por cambios en tipos de cemento.

Segregación y exudación del

hormigón.

Optimización de la dosificación.

Presentación de nuevos aditivos.

Variaciones en el tiempo de

fraguado.


Pérdida de trabajabilidad

Optimización de la dosificación actual.

Control sobre la cantidad de agua añadida.


OVERVIEW

• In cooperation with CBI Swedish Cement and Concrete Research Institute.

• Specimen have been inmersed in sea water at several setting times: 16 hours, 1, 2, 3, 7 and 28 days (28 days inmoist chamber and dry dock).

• Variation of compressive strength, water and oxygen permeability, porosity (mercury porosimetry and SEM) andchloride penetration (rapid and normal) have been obtained. Some test are pending until June 2016.

4. Results

Water permeability

4. Results

No tendency was found with regards tothe influence of the early age exposureto chloride environment on the waterpermeability of the concrete.

Oxygen permeability

4. Results

No tendency was found as to theinfluence of the exposure age. Besides,under submerged conditions, oxygentransport is a rather slow process andcorrosion of the reinforcement islimited due to the lack of oxygen tofeed the cathodic reaction.

Mercury intrusion porosimetry

4. Results

Measurements have shown a significantdecrease (about 50 %) of the total porevolume between 16 hours and 28 daysmature samples. But, its influence on thedurability of the concrete is limited. The mainreason is that, at early ages, the degree ofcapillary saturation is expected to be higherthan at the age of 28 days and thus diffusionis the only relevant mechanism for chloridetransport.

Scanning electron microscope (SEM)

4. Results

SEM images showed that at very early ages(1d), the porosity of the cement paste is highand mainly the clinker phases react. Theporosity then significantly decreases until theage of 7 days.

Rapid chloride migration test

The rapid chloride migration testprovides a good indication as to theresistance of the concrete againstchloride ingress. The migrationcoefficient decreases significantly withthe age of the concrete at the time ofthe test. However, at the age of 28days, DNT492 was found to be in therange of values reported in theliterature. In practice however,chloride transport through concreteexposed under submerged conditionsoccurs by means of diffusionmechanism meaning that thedifference in chloride penetrationbetween specimens exposed at theage of 1 day and 28 days is expectedto be rather small (as indicated by theresults from 6 months pondingexperiments).

4. Results

Optimizaciones realizadas.

NÚMEROS:

2.3 l/m3 de NANOSÍLICE al 30%

20 cajones sin nanosílice

24 cajones con nanosílice

144.000 m3 de hormigón con nanosílice

330 tn de aditivo 80 tn de nanosílice

Optimizaciones realizadas.

Mejoras debidas en parte a la adición de nanosílice:

Disminución de la dispersión de las resistencias

mecánicas.

Ahorro de 20 kg/m3 de cemento.

Obtención de hormigón más robusto y de mayor

calidad.

Resistencia a compresión

Penetración de agua

5. Conclusions

• The results clearly indicate a only weak influence of early age exposure on theinvestigated concrete properties.

• Chloride ingress was higher in the surface zone of specimens exposed to artificialseawater at early stage but after ca. 5 mm depth the chloride levels tendtowards the ones which were obtained with the dry dock reference.

• Since concrete cover for moderate-to-severe corrosion environments should be aminimum of 40 to 50 mm, it seems that there will be no influence related tochloride ingress in early age concrete summerged in seawater compared withconcrete summerged at 28 days at that depth.

• We can conclude then that docks built with the floating dock constructionmethod are durable in the same extent than with the dry dock method.

PAJARES TUNNEL (2004 – 2011)

42

LOCATION: León - Asturias, Spain TOTAL PROJECT VALUE: SGD 1.2 b. FEATURES:

• 2x25 km HSR Tunnel• Slates with high cover (up to 1000 m.) and squeezing

behavior.• Karstified limestone closed with water and clay.

High resistance concrete for precast segments

Túneles Guadarrama (28 km) y Pajares (24,6 Km)

Línea Ferroviaria de Alta Velocidad en España

Túnel Pajares (24,6 Km) es.

TUNNEL PAJARES

44

hormigón de alta resistencia para la dovelas prefabricadas

• Desafío: Existencia de fenómeno de infiltración de grandes flujos de agua entre capas de pizarra e hidrología compleja debido a la presencia de karst con el flujo de agua de hasta 2000 l / s.

• Innovación: Primer lugar en el mercado español que se usa hormigones de alta resistencia (hasta 130 MPa) fabricado exclusivamente con materiales de canteras y plantas de hormigón de zonas circundantes.

• Ventajas : Excavación segura en área de material de alto límite elástico. Mayor durabilidad y fiabilidad, aún ante las altas tensiones de compresión. Las técnicas aprendidas para la elaboración de dovelas prefabricadas de

alta resistencia en los proyectos a largo plazo con materiales locales.

Nanotecnología en Construcción (NANOCONS) 45

RECOMENDACIONES PARA LA FABRICACIÓN DE HORMIGONES DE ALTA RESISTENCIA

Tanto en la EHE como en la bibliografía se establecen unas recomendaciones para los hormigones de alta resistencia que a continuación se resumen:

• Cementos: Empleo de cementos del tipo 1 y correspondientes a las clases resistentes 42,5 o superior.

• Áridos: Empleo de áridos con coeficiente de des gaste Los Ángeles no superior a 25, con un elevado grado de limpieza. Arenas con módulo de finura próximo a 3. Árido grueso de tamaño máximo no superior a 20 mm cuyo coeficiente de forma no sea inferior a 0,25.


• Dosificación de hormigón: El contenido de cemento estará comprendido entre400 y 500 kg/m3, se emplearán relaciones agua/cemento inferiores a 0,40; nose emplearán contenidos de humo de sílice superiores al 15 por 100.

• Fabricación y transporte: Tiempo de amasado superior al del hormigónconvencional en al menos un 50% y control exhaustivo de la humedad de losáridos.

Un dato a tener en cuenta es que los HAR referenciados en la bibliografía son entodos los casos hormigones de consistencia fluida, incompatibles para lafabricación de dovelas.

RECOMENDACIONES PARA LA FABRICACIÓN DE HORMIGONES DE ALTA RESISTENCIA


RECOMENDACIONESANÁLISIS DE MATERIALES PARA LA FABRICACIÓN DE HORMIGONES DE

ALTA RESISTENCIA EN DOVELAS

Consideraciones previas:

• Empleo, dentro de lo posible, de materiales de la zona.

• Utilización del máximo de materiales ya empleados en la obra, cuyo comportamiento ya era conocido.

Áridos

Se llevaron a cabo pruebas con áridos calizos y cuarcíticos de la zona y, además, y con ofitas de canteras alejadas de la obra. En la Tabla 2 se muestran las principales características físicas de los áridos.


Caliza Cuarcita Ofita Tmáx(mm) 12 12 - COLA 18 30 18 CoefForma 0,22 0,23 0,24 Mód. Finura 3,2 2,9 3,6 Peso específico (g/cm3) 2,66 2,60 2,79

Como árido se optó por las cuarcitas, cuya cantera se encuentra a 7 km de la obra, y que además disponía de unas instalaciones capaces de garantizar el suministro para las necesidades de la fabricación.


Conclusiones

Las principales conclusiones que se pueden extraer de los ensayos previos realizados contradicen en gran parte las recomendaciones establecidas en la bibliografía sobre el tema:

Las cuarcitas, cuyas características físicas son lasmás alejadas de las recomendadas en labibliografía, conducen a las resistencias másaltas. Resultados que se justifican, a nuestroentender, por la elevada resistencia que presentanlas cuarcitas en el ensayo Franklin de 2.760kp/cm2 • Además, tal y como se muestra en elanálisis con microscopio de barrido electrónico(Figura 1) las cuarcitas presentan un elevadogrado de rugosidad superficial, que facilita lainteracción pasta-árido, y, por tanto, las altasresistencias alcanzadas.


También se llevó a cabo un estudio de fluorescencia de rayos X (EDX) del que, como elementos destacables (Figura 2), se observó la presencia de titanio, que aunque aparece como elemento minoritario, podría aportar resistencia a la roca, debido a su gran densidad y dureza.


Cementos

Tipo de cemento Fabricante Fábrica

152,5 R TdVn La Robla

IIA-S 52,5 N TdVn La Robla

I 52,5 N TdVn Aboño

I 52,5 R Esp Portland Olazagutía

Aditivos

Debido a los buenos resultados mostradosdurante la fabricación de hormigones hastaese momento, se decidió emplear sólo elsuperplastificante.

Adiciones

Se llevaron a cabo ensayos con humo de sílice, micro y nano sílice.


• Como cemento se optó por emplear el cemento tipo CEM llA-S 52,5N

La Tabla 3 resume los resultados de los ensayos previos hechos conlas cuarcitas y el cemento CEM IIA-S 52,5 N,


Se observa la tendencia en el aumento de la resistencia a 28 días queestimamos tiene dos causas principales: por un lado, la fase de adaptación delos plantistas, y posteriormente, por la mejora de las condicionesclimatológicas, durante el periodo de curado, por mayor humedad ambiente.

Resistencias a 28 días Dosificación 280 HA-80/B/20 Nave 2, Un N° 1000

Proyecto Chuquicamata Subterránea (Chile)

Actualmente en ejecución.

Proyecto Chuquicamata Subterráneo

Proyecto Chuquicamata Subterráneo


Mejora en desempeño de ciclo de trabajo• Aportando una reducción de tres horas en el ciclo completo de avance, hecho que

no solo repercute en el rendimiento del propio ciclo, sino que también favorece al plazo final de ejecución.


Hipótesis de cálculo:

• En el cálculo adjunto se realizan hipótesis de resistencia a flexión, resistencia a corte y resistenciaa punzonamiento. Para los cálculos, se han usado las propiedades de los materiales siguientes:

• Hormigón: f'c= 30 Mpa

• Acero: AT56-50; fy=500 MPa; As=295 mm2/m


Conclusión:Se comparó la resistencia de una capa de revestimiento de shotcrete de 280 mm de espesor reforzada condoble malla de acero electrosoldada del tipo Acma C- 295, con una capa de shotcrete reforzado conmacrofibras sintéticas:

• Para alcanzar una resistencia a flexión equivalente, debe presentar un valor de Re 3 44,8%.

• Para tener una resistencia al corte, tanto en efecto viga como punzonamiento, igual o superior al shotcretecon malla, el hormigón reforzado con macrofibras sintéticas debe contener una dosis mínima de fibras de4,6 kg/m3y alcanzar f' e 30 MPa a los 28 días (dosis mínima utilizada en investigación de Altoubat elal., 2009, documento adjunto).


Mejora en desempeño de ciclo de trabajo• La mejora consistió en la sustitución de la malla acma 150x150x7.5 mm por fibra

sintética en los sostenimientos de las clases de soporte CS4, CS5 y CS6, con el fin deagilizar los ciclos y minimizar el plazo de ejecución, sin repercutir en la capacidadportante del conjunto.


Cs4 se mejora en un 13,9% el rendimiento metro/día.

Cs5 se mejora en un 12,3% el rendimiento metro/día.

MUCHAS GRACIAS

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