TESIS 05.12.2011 final Falta bibliografia y los Cfr.pdf

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OPTIMIZACIÓN EN EL SISTEMA CONSTRUCTIVO PARA ELEMENTOS VERTICALES EN EDIFICACIONES DE MUROS DE

DUCTILIDAD LIMITADA EMPLEANDO EL SISTEMA DE VACIADO POR INYECCIÓN CON CONCRETO

AUTOCOMPACTANTE

PRESENTACIÓN III DE AVANCE DE TESIS

CURSO: PROYECTO DE TESIS II

PRESENTADO POR:

ALUMNOS: ANDRES LEVI DE LOS RIOS QUIJADA

FELIPE ANDRES TOLMOS BUSTAMANTE

ASESOR:

ING. ENRIQUE NESTOR PASQUEL CARBAJAL

31 de Octubre del 2011

2

Asesor: Ing. Enrique N. Pasquel Carbajal

Área: Tecnología de materiales y Innovación en método constructivo

Alumnos: Andrés De Los Ríos y Felipe Tolmos Bustamante

TEMA:

OPTIMIZACIÓN EN EL SISTEMA CONSTRUCTIVO PARA ELEMENTOS VERTICALES EN EDIFICACIONES DE MUROS DE DUCTILIDAD EMPLEANDO EL SISTEMA DE VACIADO POR INYECCIÓN CON CONCRETO AUTOCOMPACTANTE

Objetivo general:

Optimizar del proceso constructivo actualmente empleado en los elementos verticales

de las edificaciones de ductilidad limitada; contando para ello con el sistema de

bombeo por inyección con concreto autocompactante, inyectándolo desde un solo

punto en el elemento encofrado, de abajo hacia arriba aprovechando sus

características de fluidez, extensibilidad y autoconsolidación.

Objetivos específicos:

Determinar el beneficio potencial de sistema propuesto aplicado a los

elementos verticales de las edificaciones y sus particularidades.

Demostrar la factibilidad técnico económico del sistema propuesto mediante

pruebas de laboratorio y obra.

Determinar los beneficios en seguridad y ahorro de mano de obra con este

sistema de inyección del concreto.

Demostrar el costo beneficio del sistema y sus principales ventajas.

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INDICE

CAPITULO 1:

OPTIMIZACIÓN EN EL SISTEMA CONSTRUCTIVO PARA ELEMENTOS VERTICALES EN EDIFICACIONES DE DUCTILIDAD LIMITADA EMPLEANDO EL SISTEMA DE VACIADO POR INYECCIÓN CON CONCRETO AUTOCOMPACTANTE.

1.1 Introducción

1.2 Sistema vaciado actual

1.3 Sistema de vaciado por inyección

1.4 Ventajas del concreto Autocompactante

CAPITULO 2:

OBJETIVO DEL ESTUDIO

2.1 Objetivos técnicos y económicos

CAPITULO 3:

EVALUACIÓN DEL SISTEMA TRADICIONAL DE VACIADO

3.1 Inspecciones de campo y planificación.

3.2 Evaluación del vaciado de elementos verticales en las obras visitadas

3.3.1 Detalles de los elementos verticales

3.3.2 Detalles de mano de obra involucrada

3.3.3 Detalles del proceso de vaciado

3.3.4 Detalles después del desencofrado

CAPITULO 4:

CARACTERIZACIÓN DEL CONCRETO AUTOCOMPACTADO A EMPLEAR

4.1 Caracterización de los agregados

4.2 Características en estado fresco

4.3 Propiedades reológicas y comparación con concretos tradicionales.

CAPITULO 5:

CARACTERIZACIÓN DEL SISTEMA DE VACIADO POR INYECCIÓN

5.1 Diseño de la compuerta para el encofrado

5.2 Elaboración de modelo de elemento vertical en modelo a escala 1:1

5.3 Resultados del ensayo de vaciado de inyección en modelo a escala 1:1

5.4 Ensayos en testigos diamantinos en estado endurecido

4

CAPITULO 6:

DEMOSTRACION EN OBRA DEL SISTEMA VACIADO POR INYECCIÓN

EMPLEANDO CONCRETO AUTOCOMPACTANTE.

6.1 Demostración en una obra del vaciado por inyección en elementos verticales

6.2 Detalles del proceso de vaciado

6.3 Detalles después del desencofrado

CAPITULO 7:

COMPARACION DE RESULTADOS ENTRE EL SISTEMA DE VACIADO ACTUAL Y

EL DE INYECCIÓN

7.1 Análisis de la diferencia de costos entre los dos sistemas.

7.2 Ventajas del sistema vaciado por inyección

7.3 Consideraciones adicionales

CAPITULO 8: CONCLUSIONES

8.1 Conclusiones

BIBLIOGRAFIA

5

CAPÍTULO 1

OPTIMIZACIÓN EN EL SISTEMA CONSTRUCTIVO PARA ELEMENTOS VERTICALES EN EDIFICACIONES DE DUCTILIDAD LIMITADA

EMPLEANDO EL SISTEMA DE VACIADO POR INYECCIÓN CON CONCRETO AUTOCOMPACTANTE

1.1 INTRODUCCIÓN

El Perú, en los últimos años, está viviendo una economía saludable, debido al

crecimiento sostenido que mantiene; hecho que se refleja en el gran

incremento en el sector de la construcción.

Es por esto que Lima y las principales capitales provinciales de nuestro país

como Arequipa, Chiclayo y Trujillo, se han convertido en los principales puntos

de desarrollo e inversión; sin embargo si comparamos este crecimiento, con el

de países que viven una realidad similar a la nuestra como Chile, México y

Brasil, podemos darnos cuenta que tenemos un atraso considerable en este

rubro.

Este fenómeno, ocurre por la utilización de métodos tradicionales en nuestro

mercado de la construcción, es por esto que hoy, debido al incremento de

inversiones y el crecimiento del mercado, de las medianas y grandes empresas

han decidido considerar nuevos sistemas que mejoren sus procesos y

utilidades.

Estas nuevas filosofías de trabajo, como el Lean Constrution, se han vuelto

altamente considerados en el medio, ya que permiten mejorar procesos

constructivos, eliminando las perdidas y minimizando los tiempos de

construcción, haciendo que el inversionista obtenga una mayor ganancia.

6

Por otro lado, el sistema de vaciado por inyección con concreto

autocompactante, que se presenta en esta tesis, se utiliza en países como

México, Colombia y Uruguay, logrando muy buenos resultados, sobre todo en

viviendas unifamiliares de uno o dos pisos.

Las referencias se pueden encontrar en las publicaciones de la empresa de

encofrados Forsa1, donde se explica de una manera rápida, el funcionamiento

y desarrollo que se necesita para llevar a cabo este sistema.

Con esta tesis se busca optimizar el sistema de vaciado, para que así se pueda

contribuir al desarrollo de la industria de la construcción, para lograr la

optimización del sistema constructivo para elementos verticales en

edificaciones.

Se espera comprobar que el empleo de concreto autocompactante por medio

de inyección, presenta mayores estándares de seguridad, ahorro en mano de

obra, mejores acabados, garantía de un concreto adecuado, minimización de

trabajos rehechos y un proceso más rápido que representa un mayor costo –

beneficio.

1 www.forsa.com.co

7

1.2 SISTEMA DE VACIADO ACTUAL

En el sistema de vaciado convencional, usado en la actualidad en la mayoría

de los casos en nuestro país, es necesario realizar previamente el armado de

acero, el encofrado y como paso final, se realiza el llenado de concreto por la

parte superior, utilizando un mínimo de 3 personas involucradas.

Imagen N° 1 Ilustración de vaciado de concreto2

En cuanto al encofrado son varias las empresas que prestan el servicio de

alquilar, tales como, ULMA, PERI, EFCO, FORSA, UNISPAN, etc. Además,

hay ciertas empresas que usas su propio encofrado en obra (planchas

fenólicas de madera).

Hemos considerado necesario conocer el porcentaje del encofrado usado por

las constructoras en Lima; para lo cual se desarrollara una serie de visitas a

diferentes obras, para que con una muestra de datos confiable, se pueda

establecer el dominio del mercado que tenga alguna de las empresas de

encofrados.

2 SENCICO (2011)

8

Para realizar el procedimiento de construcción es necesario, considerar que la

colocación del encofrado, está compuesta por el trazado de la zona a encofrar,

la colocación de los escantillones, colocación de instalaciones electricas y

sanitarias, aplicación del desmoldante a los paneles y finalmente la colocación

del encofrado nivelado y aplomado.

El procedimiento para construir es el de seguir con el encofrado de muros

incluye los siguientes pasos: trazado de la zona a encofrar, colocación de los

escantillones, colocación de las instalaciones sanitarias y eléctricas, aplicación

del desmoldante a los paneles y colocación del encofrado nivelado y aplomado.

El cuanto al acero es habilitado previo a su colocación (cortado y doblado de

ganchos) durante la colocación del acero se verifica la concordancia del acero

colocado (números y diámetros) respecto a lo especificado en el plano

estructural.

En el primer piso, el refuerzo vertical es amarrado a las espigas de la

cimentación y en el resto de niveles al acero de los muros del piso inferior.

Primero se coloca el acero distribuido y luego el acero concentrado. Cuando se

emplea acero corrugado para el refuerzo distribuido se atortolan los empalmes

con alambre # 8.

Se utilizan separadores para asegurar que el refuerzo esté centrado y cuente

con el recubrimiento necesario.

9

También se puede realizar con las mallas electrosoldadas que son

especialmente diseñadas para este tipo de construcción, ya que te hacen ganar

tiempo a la hora colocado y la habilitación.

En lo que respecta al llenado, existen dos métodos usuales para el llenado de

muros. El primero y más común, consiste en vaciar conjuntamente los muros y

la losa para una zona o sección del edificio en construcción. En este método se

encofran conjuntamente los muros y las losas de un departamento o un sector

del edificio. Se realiza primero el vaciado de los muros y luego el de la losa

inmediatamente en la misma operación, que vendría ser el sistema monolítico,

que usualmente se utiliza encofrado Forsa.

El segundo método consiste en primero vaciar los muros y luego, al día

siguiente, vaciar la losa, después, para lograr una buena adherencia entre

ambos elementos la superficie del muro se deja sin alisar. Antes de vaciar la

losa se coloca una capa de lechada de cemento o de epóxico a la parte

superior de los muros para lograr una adecuada adherencia en la unión muro –

losa.

El vaciado de los muros se realiza empleando concreto premezclado y el

llenado se ejecuta mediante la utilización de una bomba o en casos de

edificaciones altas se utiliza la grúa torre. Una cuadrilla típica podría estar

compuesta de cuatro trabajadores, dos encargados de maniobrar la manguera

de la bomba, dos encargados de vibrar el concreto con vibradores aguja y un

encargado de golpear el encofrado con una comba de goma para asegurar que

no se formen burbujas de aire y evitar cangrejeras. Se verifica que la mezcla de

10

concreto tenga el slump especificado en el diseño, el cual suele variar entre 6”

y 8” para los muros.

El procedimiento de vaciado se realiza en tres capas a tercios del encofrado,

vibrando la mezcla durante 3 segundos como mínimo cada 40 cm y

asegurando un vaciado homogéneo entre el vaciado de cada capa. En algunos

casos se opta por realizar el vaciado de los muros desde el centro de estos,

para que así el concreto vaya escurriendo hacia los costados de manera

homogénea, con el fin de disminuir las cangrejeras.

El proceso siguiente es el proceso desencofrado, para que este material sea

utilizado en otra estructura que se necesite vaciar. Los muros son

desencofrados al día siguiente del vaciado, por lo menos doce horas después,

con el fin que el concreto logre la resistencia necesaria para poder seguir con la

construcción de la obra en los niveles superiores.

Y el último proceso es el de curado por lo general se hace con un curador

químico el cual es rociado sobre el muro por ambos lados hasta dejar una capa

delgada. Este proceso se realiza por 3 días, y dependiendo del clima el curador

se puede rociar más de una vez al día. En algunos casos el curado se realiza

con agua que es rociada sobre los muros por un periodo de 3 días pero de

preferencia se recomienda curar en concreto por lo menos una 7 días, ya que

en ese tiempo el concreto desarrolla en 70% de su resistencia.

Luego de realizar el desencofrado se debe verificar que los muros no tengan

imperfecciones superficiales, las cuales necesitan ser resanadas. Con este

11

método constructivo lamentablemente se obtiene muchas cangrejeras por el

mal vibrado y las imperfecciones en el encofrado, pero si se utiliza un concreto

especial, que es motivo de la presente tesis, se puede eliminar los trabajos

rehechos como lo resanes y así obtener beneficios que posteriormente se

detallara, siempre y cuando se utilice un encofrado hermético.

1.3 SISTEMA DE VACIADO POR INYECCIÓN

En el sistema de vaciado por inyección lo que cambia es la forma del colocado

del concreto y las piezas extras que se necesitan para el desarrollo de este

sistema constructivo.

El encofrado para este sistema tiene mucha similitud con el que se utiliza en el

método convencional pero que sea hermético, con la única diferencia que se

tendría que incorporar una compuerta de acero en la parte inferior de una

plancha de encofrado, para poder inyectar el concreto como se muestra en la

Foto. Para lograr esto se tiene que cortar al encofrado con un determinado

diámetro para que encaje con la compuerta previamente diseñada, ya que este

tipo de encofrados aun no existe en el mercado nacional.

Foto N° 1 Bombeo parte inferior3

3 FORSA(2011)

12

Para la elaboración del este encofrado se tendrá que calcular y diseñar los

esfuerzos que produce el concreto, tomando en cuenta la inyección del

concreto por la parte inferior como con la parte intermedia.

A diferencia del método actual de concreto, este sistema se basa en inyectar el

concreto desde parte inferior del encofrado y que este por sus características

de fluidez empiece a deslizarse. En el método convencional de vaciado de

concreto el procedimiento se basa en vaciar en tres capas a tercios del

encofrado y vibrando la mezcla, lo cual con este método se elimina estos

pasos y se optimiza el procedimiento.

Una vez colocado el encofrado de igual manera que el método convencional,

los pasos a seguir son:

1) Humedecer todos los elementos por donde va a pasar el concreto.

2) Asegurarse de colocar bien la manguera de la bomba en la compuerta

inferior del encofrado antes de comenzar el vaciado.

3) Se procede a llenar el elemento de concreto hasta llegar a una altura

deseada

4) Se procede a cerrar la compuerta, se retira la manguera y se ajusta la

compuerta.

5) Al finalizar el tiempo de fraguado se procede con el desencofrado y el

curado.

13

Foto N° 2 Ejemplo de Bombeo parte inferior4

1.4 VENTAJAS DE CONCRETO AUTOCOMPACTANTE

El concreto Autocompactante es un concreto que logra la compactación sin

vibración, ya que se compacta por su propio peso. Este concreto inicialmente

se desarrollo en Japón, durante la década de los 90. Las primeras aplicaciones

fueron en estructuras esbeltas con gran cantidad de armadura de acero, donde

el vibrado era imposible. Actualmente, se han usado en estructuras de mayor

volumen, en las grandes estructuras de Japón, como tanques de

almacenamiento de GLP o enormes anclas para el puente suspendido Akashi-

Kaikyo, el cual cuenta con una luz de 2 kilómetros.5

Este tipo de concreto tiene que ser uniforme, homogéneo, de alta cohesión y

de gran resistencia a la segregación durante el flujo. Para elaborar este

concreto, se necesitan una serie de aditivos principales como: Reductores de

agua de alto rango y un agente de viscosidad, el primero te permite asegurar

la fluidez y reducir la relación agua/cemento, el segundo se incorporar para

4 FORSA(2011)

5 Cfr. Ambrosie y Pera (2011)

14

mejorar el valor del rendimiento y la viscosidad de la mezcla fluida, reduciendo

el sangrado, la segregación y el asentamiento.

Estas ventajas se basan en la comparación con el método constructivo

tradicional y el método constructivo innovador:

Acelera el proceso de vaciado.

Obtención menores costos en acabados.

Disminuye la concentración de personal en el área de vaciado.

Reducir el consumo de horas hombre.

Eliminación del vibrado.

Produce menores desperdicios.

Elimina las cangrejeras.

Reduce notablemente los trabajos re hechos

Garantiza un concreto homogéneo y bien distribuido sus partículas

15

CAPÍTULO 2

OBJETIVOS DEL ESTUDIO

Reducir los costos del proceso constructivo actualmente empleado en los

elementos verticales de las edificaciones; contando para ello con el sistema

de bombeo por inyección con concreto autocompactante, inyectándolo

desde un solo punto en el elemento continuo encofrado desde abajo hacia

arriba aprovechando sus características de fluidez, extensibilidad y

autoconsolidación.

Objetivos específicos:

Determinar el beneficio potencial de sistema propuesto aplicado a los

elementos verticales de las edificaciones y sus particularidades.

Demostrar la factibilidad técnico económico del sistema propuesto

mediante pruebas de laboratorio y obra.

Determinar los beneficios en seguridad y ahorro de mano de obra con

este sistema de inyección del concreto.

Demostrar el costo beneficio del sistema y sus principales ventajas.

16

CAPITULO 3

EVALUACIÓN DEL SISTEMA TRADICIONAL DE VACIADO

3.1 INSPECCIONES DE CAMPO Y PLANIFICACIÓN

Se procederá a visitar la obra Los Parques del Sol en los Olivos, para poder

obtener los datos de la cuadrilla de vaciado de concreto, las herramientas y

equipos personales durante el vaciado y la cuadrilla de resanes, por un mal

vibrado del concreto o mal encofrado.

Para ello se ha planificado un cuadro de visitas a la obra para la obtención de

los datos necesarios para concluir la tesis, por cuestión de horarios nos

programamos para visitar el vaciado del Sector “C” y el desencofrado del

Sectro”B”.

Cuadro N° 1 VisitasObra Los Parques del Sol6

Los Parques Del Sol (WESCON)

Día 1 Día 2 Día 3 Día 4 Día 5 Día 6

VACIADO PISO (5)

Sector "A"

Sector "B"

Sector "C"

Sector "D"

Sector "E"

NO HAY

Día 7 Día 8 Día 9 Día 10 Día 11

Día 12

VACIADO PISO (6)

Sector "A"

Sector "B"

Sector "C"

Sector "D"

Sector "E"

NO HAY


Día 18

VACIADO PISO (7)

Sector "A"

Sector "B"

Sector "C"

Sector "D"

Sector "E"

NO HAY


Día 24

VACIADO PISO (8)

Sector "A"

Sector "B"

Sector "C"

Sector "D"

Sector "E"

NO HAY

VISITAS REALIZADAS

6 Cronograma Propio de Visitas

17

3.2 EVALUACIÓN DEL VACIADO DE ELEMENTOS VERTICALES EN LAS OBRAS

VISITADAS

Para obtener los datos de en el vaciado de elementos verticales, se visitaron

las siguientes obras: Proyecto Los Parques de Villa Sol en los Olivos de

Western Construccion. De esta obra mencionada se obtuvieron los datos de

mano obra involucrada en el vaciado de concreto de los elementos verticales y

la mano de obra involucrada en el resane de los elementos que estuvieran mal

vaciado, o que tengan algún tipo de cangrejeras. Además de la mano de obra

involucrada se obtuvieron las herramientas y equipos empleados en el

momento del vaciado del concreto.

Foto N° 3 Visita de Obra Los Parques de Villa Sol (WESCON)7

7 Material Propio

18

Este proyecto es un edificio de 13 pisos que cada unos de ellos se dividió en

cinco sectores, los cuales están descritos en las siguiente grafica.

Imagen N° 2 Ejemplo de Sectorización de Obra Los Parques de Villa Sol8

8 Material Propio

19

3.3.1 Detalles de los elementos verticales

En la obra Parques Villas Sol se obtuvieron los datos del vaciado del Sector C,

el cual va ser explicado a continuación.

Imagen N° 3 Ejemplo de Estructuración de los Muros Sector”C”

Cuadro N° 2 Detalle de Encofrado Obra Los Parques del Sol9

PARQUES VILLA SOL – WESTERCONSTRUCCION

DETALLE DE ENCOFRADO

Tipo Cant Perímetro Área Encofrada (m2) Área Encofrado Total(m2)

"A" 1 52,65 126,36 126,36

"B" 2 7,10 17,04 34,08

"C" 1 18,25 43,80 43,80

"D" 3 9,90 23,76 71,28

Total m2 275,52

9 Material Extraído de la Visita a Obra

20

Cuadro N° 3 Detalle de Concreto Obra Los Parques de Villa Sol10

DETALLE DE CONCRETO

Tipo Cant Área(m2) Volumen (m3) Volumen Total(m3)

"A" 1 4,04 9,70 9,70

"B" 2 0,51 1,22 2,45

"C" 1 1,40 3,36 3,36

"D" 3 0,72 1,73 5,18

Total m3 20,69

3.3.2 Detalles de mano de obra involucrada

El vaciado de este sector se realizo desde las 4:30 pm hasta las 7:30 pm, para

realizar este vaciado se utilizaron la siguiente mano de obra y los siguientes

equipos y herramientas.

Cuadro N°4 Detalle de Cuadrilla de Mano de Obra de Concreto 11

CUADRILLAS DE CONCRETO (Mano de Obra) 4:30 pm-7:30pm

Tipo Cantidad Hh Total

Capataz 0,2 3,00 0,60

Operario 1 3,00 3,00

Peón 4 3,00 12,00

Cuadro N°5 Detalle de Equipos y Herramiento de Concreto 12

CUADRILLAS DE CONCRETO (Equipos y Herramientas) 4:30 pm-7:30pm

Tipo Cantidad

Vibradoras 2

Martillo de Goma 1

10

Material Extraído de la Visita a Obra 11


Material Extraído de la Visita a Obra

21

Foto N° 4 Vaciado en la Obra Los Parques de Villa Sol (WESCON)13

3.3.3 Detalles del proceso de vaciado

Para realizar el proceso de vaciado, ellos tenían que esperar que la bomba se

encuentre instalada y luego la llegada del mixer de concreto.

Foto N° 5 Llegada de Mixer y Bomba en la Obra (WESCON)14

13


Material Propio

22

Luego de tener todo en orden se procede al vaciado del concreto, colocándose

la cuadrilla en un punto estratégico de la estructura. Ya que primero se

procede a vaciar en cuatro tandas de 60 cm, las cuales son de 60 cm, 120 cm,

180cm y la última llega a 240 cm, en cada tanda se realiza el vibrado y el

golpeo correspondiente.

A continuación se muestra la secuencia del vaciado del Sector “C”:

Imagen N° 4 Ejemplo de secuencia de vaciado de los primeros 60cm (Sector”C”)15

15

Material Propio Según visita a Obra

23

Imagen N° 5 Ejemplo de secuencia de vaciado de los 120 cm (Sector”C”)16

16


24


17


25


Todo el proceso de vaciado duro aproximadamente 3 horas, es decir que han

vaciado aproximadamente 21 m3 de concreto en 3 horas un ratio de 7 m3/hora.

18


26

A continuación se mostrara algunas imágenes del momento de vaciado, donde

se podrá apreciar algunas pérdidas de material por la deformidad del

encofrado.

Foto N°6 Fotos durante el vaciado19

19

Material Propio

27

3.3.4 Detalles después del desencofrado

Luego del desencofrado se puede observar con las siguientes imágenes, que

por culpa de un mal vibrado y de un mal encofrado se producen las cangrejeras

las cuales van tener que ser subsanadas provocando un doble trabajo o trabajo

rehecho.

Foto N°7 Fotos después del desencofrado I 20

20

Material Propio

28

Foto N°8 Fotos después del desencofrado II 21

Para corregir los defectos del vaciado ellos utilizan la siguiente cuadrilla:

Cuadro N°7 Cuadrilla de Resane 22

CUADRILLAS DE RESANE (Mano de Obra)10:00 am-3:00pm

Tipo Cant Hh Total

Operario 1 4,00 4,00

Peón 1 4,00 4,00

21

Material Propio 22

Material Extraído de la Visita a Obra

29

CAPÍTULO 4

CARACTERISTICAS DEL CONCRETO AUTOCOMPACTANTE A EMPLEAR

4.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS

Agregado Fino

Se puede utilizar cualquier tipo de arena para la realización de este concreto.

Sobre para su distribución de tamaños, es necesario emplear arenas continuas,

sin cortes en su granulometría, y preferiblemente sin formas puntiagudas (típico

de las arenas silíceas chancadas) Su cantidad deberá estar en proporción con

la cantidad del agregado grueso. Generalmente el contenido de arena puede

representar el 60-50 % de la cantidad de agregado total, en función de la

naturaleza, cantidad de la adición empleada, de cemento y de las

características del agregado grueso.

De preferencia se tiene que tener un aporte de finos (pase por el tamiz 0.08 o

0.063) por parte del agregado fino, ya que esto puede reducir la demanda de

adición y de cemento, y de esta manera corregir los 500-550 kg/m3 de finos

inferiores a 0.1 mm demandados.

Si se emplean arenas correctoras (con pase por el tamiz 0.08 o 0.063 cercanos

al 10% o más) para satisfacer la demanda de finos su cantidad a emplear

deberá estar en relación a la cantidad de finos demandada y a la cantidad de

cemento empleada.

30

Agregado Grueso

Las mayores exigencias en cuanto a materiales para la realización de un

concreto autocompactable están en el agregado grueso. A pesar que no existe

limitación en cuanto a su naturaleza, sí existen limitaciones con el tamaño

máximo y el coeficiente de forma.

El tamaño máximo del agregado se limita a 25 mm, aunque es preferible

limitarlo a 20 mm. Evidentemente, el tamaño máximo deberá guardar relación

con la distancia entre armaduras, pero para el caso que fuera posible trabajar

con tamaños superiores a 20-25 mm no deberá excederse este tamaño ya que

implica un elevado riesgo de bloqueo y segregación de la masa. De todas

formas, los mejores resultados globales se consiguen empleando tamaños

máximos entre 12-16 mm.

En cuanto al coeficiente de forma, este debe ser lo más bajo posible ya que las

mejores propiedades autocompactables, sin bloqueo y elevada fluencia del

concreto, se consiguen con agregado de forma redondeada. Las formas

puntiagudas dificultan que el concreto fluya adecuadamente y aumentan el

riesgo de bloqueo.23

23

Cfr Jonhson 2007

31

4.2 PROPIEDADES EN ESTADO FRESCO

El aspecto sobresaliente de los concretos autocompacatantes (CAC) o también

llamados autocompactables, se relaciona en su estado fresco. Se trata de un

concreto capaz de deformarse por acción de su propio peso, ocupando todos

los sectores del encofrado sin la necesidad de realizar vibrado interno o

externo, y con la capacidad de sortear obstáculos sin dificultad.

Las ventajas más significativas del CAC son: una rápida y muy simple

colocación, acceso a zonas con elevada congestión de armaduras, ausencia de

compactación, excelente terminación superficial (poco resane), posibilidad de

reducción de costos globales, incremento de la calidad y confiabilidad de las

estructuras, y un mejoramiento de las condiciones de seguridad e higiene del

trabajo debido a su menor nivel de ruido.24

Reología

La reología es la ciencia que estudia la deformación y el flujo de materiales

sometidos a tensiones. Desde los años 70 se ha avanzado mucho en el estudio

de la reología del concreto en su estado fresco.

Los fluidos, según su estructura, se pueden dividir en dos tipos: fluidos de

estructura simple (fluidos Newtonianos) o fluidos con estructuras más

complejas (fluidos no-Newtonianos).25

24

AATH 2004 25

Jonhson 2007

32

Los fluidos con estructura simple como es el caso del agua se pueden

caracterizar según la ley de Newton (ver ecuación 4.1 y Figura 4.1).26

(4.1)

Donde:

τ tensión de corte.

η viscosidad.

γ ' velocidad de corte producida.

Los fluidos con estructuras más complejas como es el caso del concreto

presentan propiedades elásticas y viscosas. La mayoría de estos casos se

pueden caracterizar según el modelo de Bingham. Este modelo es el más

usado para la caracterización reológica del concreto. Básicamente el modelo

está caracterizado por la tensión umbral y la viscosidad (ver ecuación 4.2 y

Figura 4.1). La viscosidad está relacionada con la estabilidad y la resistencia a

segregarse del concreto.27

τ = τ0 + μ ⋅ γ (4.2)

Donde:

τ tensión de flujo.

τ0 tensión umbral.

μ viscosidad plástica.

γ velocidad de deformación transversal.

26

Cfr Jonhson 2007 27

Cfr Jonhson 2007

33

Figura 4.1 Curvas de flujo de un concreto autocompactante, de un concreto convencional y un concreto de alta resistencia

28

Autocompactabilidad

La Autocompactabilidad se define como la capacidad que posee el concreto

para fluir luego de su descarga, solo por acción de su propio peso, llenando

todos los espacios dentro del encofrado permitiendo un concreto si defectos y

uniforme.

Para lograr esta capacidad se requiere que el CAC posea tres propiedades

particulares: capacidad de llenado, capacidad de paso y resistencia a la

segregación.29

La capacidad de llenado

La capacidad de llenado en la característica de un CAC para deformarse o

cambiar de forma pro acción de su propio peso. Este requerimiento involucra

dos aspectos bien diferenciados:

28

ACHE 2008 29

Cfr AACH 2004

34

La capacidad de deformación, en términos de la distancia que puede fluir o

desplazarse la mezcla desde el punto de descarga.

La velocidad de deformación, en términos de velocidad con la cual la mezcla

puede fluir.

Capacidad de paso

La capacidad de paso o resistencia al bloqueo es la capacidad que tiene el

concreto de pasar entre las armaduras, estrechamientos o cualquier obstáculo

sin que se produzca un bloqueo de los áridos.

Esta propiedad del concreto depende tanto de la geometría de la pieza y

distribución de las armaduras como de la cantidad y tamaño del agregado

grueso en el concreto. En la Figura 4.3 se puede observar cómo funciona el

mecanismo de bloqueo.30

Figura 4.3. Mecanismo de bloqueo

31

30

Cfr AATH 2004 31 Skarendahl et al. (2000).

35

Resistencia a la segregación

El CAC no debe presentar manifestaciones de segregación tales como

exudación de agua, segregación de la pasta y agregados, segregación del

agregado grueso debido al bloqueo o distribución no uniforme de vacios. La

segregación en este tipo de mezcla puede ser de dos tipos:

a) Segregación dinámica: es aquella que se produce durante la colocación

cuando el CAC debe fluir dentro de los encofrados. Se detecta

fácilmente en los ensayos de estado fresco y debe corregirse durante la

etapa de diseño de la mezcla.

b) Segregación estática: Esta asociada a los fenómenos de sedimentación

que se produce una vez que el concreto se encuentra en reposo dentro

de los encofrados. Es factible que algunas mezclas que muestren un

adecuado comportamiento frente a la segregación dinámica presenten

segregación estática, como por ejemplo, la sedimentación del agregado

grueso hacia la parte inferior del encofrado.32

Métodos de ensayos para la caracterización de concretos Autocompactantes

Debido a que el estado fresco del concreto autocompactante es diferente al del

concreto convencional, no se pueden usar los ensayos tradicionales que nos

permitan evaluar las características de autocompactabilidad descritas

anteriormente.

32

AATH 2004

36

En la bibliografía existente se recogen numerosos ensayos que nos permiten

evaluar la capacidad de relleno, la resistencia a la segregación y la capacidad

de paso del concreto autocompactante.

Como todavía no se ha desarrollado un único ensayo que nos permita evaluar

las propiedades en estado fresco del concreto, hay que realizar, al menos, dos

tipos de ensayos que nos permitan caracterizar la autocompactabilidad del

concreto.

Ensayo de escurrimiento

El ensayo de escurrimiento, slump-flow en inglés, evalúa la capacidad de

relleno del concreto autocompactante sin la presencia de obstáculos. Es el

ensayo más utilizado tanto por su sencillez como por el equipo que precisa y se

puede realizar tanto en obra como en laboratorio. Además se puede observar si

hay segregación y/o exudación y nos da una medida indirecta de la tensión

umbral de flujo.

Para la realización del ensayo se necesita el cono de Abrams, y una placa de

acero plana cuyas dimensiones aproximadas son 850 x 850 mm y 2 mm de

espesor. En esta placa se encuentran grabadas dos circunferencias

concéntricas marcadas, una de 200 mm de diámetro y otra de 500 mm de

diámetro, como se puede observar en la Figura 4.4.33

33

Cfr Jonhson

37

Figura 4.4. Dimensiones y montaje del ensayo de extensibilidad34

El procedimiento de este ensayo es el siguiente. Se coloca el cono,

ayudándose de la marca circular de 200 mm, en el centro de la bandeja. Se

llena el cono sin compactar de concreto, se enrasa y se levanta el cono.

Los resultados que se obtienen son T50, que es el tiempo que tarda el concreto

en alcanzar la circunferencia de 500 mm de diámetro, y dF que es el diámetro

final alcanzado por el concreto una vez cesa completamente el movimiento,

expresado como la media de dos medidas en direcciones perpendiculares.

El aspecto final del concreto debe ser homogéneo presentando una buena

distribución de los agregados (ver Figura 4.5).

34 Schutter et al (2008).

38

Figura 4.5. Resultado final del ensayo de extensibilidad35

Ensayo de extensibilidad con el anillo japonés

El ensayo de extensibilidad con el anillo japonés, J-Ring en inglés, evalúa la

resistencia al bloqueo del concreto autocompactante a través de barras de

armadura, en condiciones de flujo libre. Además se puede observar si hay

segregación, exudación, o si se produce una mayor concentración de árido

grueso en la zona central.

Figura 4.7. Dimensiones básicas y montaje del ensayo de extensibilidad con

anillo japonés.36

35

UNICON (2011) 36

Schutter et al(2008).

39

Para la realización del ensayo se necesitan los mismos equipos que para el

ensayo de escurrimiento más un anillo de 30 cm de diámetro y 12 cm de altura,

como se puede ver en la Figura 4.7. Este anillo consta de unas barras

perimetrales cuya configuración varía dependiendo del tamaño máximo del

agregado como se muestra en la Figura 4.8.

El procedimiento del ensayo es similar al del ensayo de escurrimiento, pero con

la diferencia del anillo. Se colocan el cono, ayudándose de la marca circular de

200 mm, en el centro de la bandeja y, el anillo se sitúa concéntrico al cono. Se

llena el cono sin compactar de concreto, se enrasa y se levanta el cono.

Figura 4.8. Configuración de las barras en el anillo J: a) tamaño máximo de árido ≤ 20

mm, y b) tamaño máximo de árido > 20 mm.37

Los parámetros que se obtienen son dJF que es el diámetro final, TJ50 que es

el tiempo que tarda el hormigón en alcanzar el diámetro de 500 mm, H1 y H2

que, como se muestra en la Figura 4.9 corresponden a la altura del concreto

justo en la cara interior y exterior del anillo respectivamente. Con dichas alturas

se calcula el coeficiente de bloqueo CBE según la expresión 4.3.38

(4.4)

37

ACHE (2008) 38

ACHE (2008)

40

Normalmente este ensayo se complementa con el ensayo de escurrimiento

debido a que la Instrucción EHE-08 establece que la diferencia de ambos

diámetros no debe superior a 50 mm (ver expresión 4.4)39.

(4.4)

Figura 4.9. Determinación de las alturas H1 y H2.40

Ensayo de la caja en L

El ensayo de la caja en L, L-Box en inglés, mide la capacidad de paso del

concreto autocompactante a través de barras de armaduras con flujo

confinado. Además permite conocer la fluidez del concreto y si existe o no

bloqueo del mismo.

39

ACHE (2008)

40

ACHE (2008)

41

Para la realización del ensayo se emplea un molde que se denomina caja en L

cuyas dimensiones se muestran en la Figura 1.10 donde se puede observar

que la caja puede tener 2 ó 3 barras dependiendo del tamaño máximo del

árido.

El ensayo se realiza del siguiente modo. Se llena de una sola vez y sin

compactar la parte vertical de la caja, con la compuerta cerrada. Una vez

llena, se enrasa el concreto y se abre la compuerta. Cuando ha cesado

el movimiento del concreto, se determinan las alturas de la masa de

concreto en reposo en el lado de la compuerta (interiormente) y en el

extremo horizontal de la caja, H1 y H2 respectivamente (ver Figura

4.11).41

Figura 4.10. Configuración de la caja en L: a) vista general del molde, b) planta, c)

disposición de las barras para un tamaño máximo de árido ≤ 20 mm, y d) disposición de las barras para un tamaño máximo de árido > 20 mm

42

41

ACHE (2008)

42

ACHE (2008)

42

Figura 4.11. Determinación de las alturas H1 y H2.43

Los parámetros que se obtienen son T600 que es el tiempo que tarda el concreto en salir y llegar al extremo de la caja en L cuya distancia, desde el extremo de la compuerta es de 600 mm y, el coeficiente de bloqueo que se define según la expresión 4.5.44

(4.5)

Figura 4.12. Resultado final del ensayo de la caja en L: a) hormigón autocompactante que presenta bloqueo, y b) hormigón autocompactante con una capacidad de paso

adecuada.45

43

ACHE (2008)

44

ACHE (2008) 45

ACHE (2008)

43

Ensayo del embudo en V

El ensayo del embudo en V, V-funnel en inglés, evalúa la capacidad de relleno

y la capacidad de paso por aberturas estrechas del concreto autocompactante.

Además mide indirectamente la viscosidad plástica del material.

Para la realización del ensayo se emplea un embudo cuyas dimensiones se

muestran en la Figura 4.13.

Antes de realizar el ensayo, hay que colocar el embudo sobre un soporte con

un recipiente debajo que recoja el concreto. Se llena el embudo de una sola

vez sin compactar, se enrasa el concreto y se abre la compuerta inferior

después de haber esperado 10 segundos.

Se mide el parámetro TV que es el tiempo que tarda en salir todo el concreto

del embudo, considerando ese momento el instante en que, observando el flujo

desde la parte superior, se vislumbra luz a través de la boca inferior.46

46

Cfr Jonhson

44

Figura 4.13. Dimensiones del embudo en V.47

Otros ensayos

Además de los ensayos anteriormente descritos, existen otros ensayos que se

emplean para la caracterización del estado fresco del concreto

autocompactante.

• Caja en U, L-Box en inglés. Al igual que en el ensayo de la caja en L, la caja

en U evalúa la resistencia al bloqueo del concreto autocompactante en donde

las condiciones de flujo son más exigentes, es decir, confinado y contra la

gravedad.

Para la realización del ensayo se necesita de un recipiente que tiene 2

compartimentos como se muestra en la Figura 4.14.48

47

ACHE (2008) 48

ACHE (2008)

45

El procedimiento del ensayo es el siguiente. Con la puerta cerrada, se llena el

compartimento A. Tras un minuto de reposo se abre la compuerta, dejando que

el concreto fluya del compartimento A al B (ver Figura 4.15). Los parámetros

que se miden son las alturas del hormigón en ambos compartimentos. Los

requisitos habituales son: que la diferencia de alturas no supere los 30 mm, o

que la altura del concreto en el compartimento B sea mayor de 300 mm.

Figura 4.14. Configuración de la caja en U: a) vista general del molde, y

b) vista de uno de loslaterales con el lado descubierto49

Figura 4.15. Ensayo de la Caja en U50.

49

ACHE (2008) 50

Skarendahl et al(2000)

46

Ensayo Orimet.

Este ensayo fue desarrollado por Bartos en los años 70 con el fin inicialmente

de evaluar concretos fluidos, pero actualmente permite analizar la fluidez de los

concretos autocompactantes bajo la acción de su propio peso.

Como se muestra en la Figura 4.16, el aparato está compuesto de un tubo

cilíndrico con una compuerta al fondo.

El procedimiento del ensayo es el siguiente. Se llena el aparato de concreto sin

compactación alguna. Tras 10 segundos de reposo, se abre la compuerta

dejando fluir el concreto. Se mide el tiempo que tarda el concreto en vaciar el

cilindro. Este tiempo no debe superar los 5 segundos.

Figura 4.16. Dimensiones del ensayo de Orimet (en mm). El diámetro del orificio varía de 60 mm para morteros a 90 mm para áridos cuyo tamaño

máximo es 25 mm, pero el diámetro común es 80 mm.51

51 Schutteral (2008)

47

Caja de relleno, filling vessel test o fill box en inglés. El objetivo de este ensayo

es evaluar la capacidad de paso del concreto por una zona densamente

armada.

Este ensayo fue desarrollado inicialmente (ver Figura 4.17a) por Ozawa en los

años 90 y se ha utilizado principalmente en Japón. Posteriormente, el ensayo

sufrió algunas modificaciones por Yurugi y Takada. En la Figura 4.17b se

pueden obervar las medidas actuales del recipiente que se usa.

Figura 4.17. Ensayo de la caja de relleno: a) aparato original, y b) aparato modificado.

El procedimiento del ensayo consiste en verter el concreto por la sección y una

vez, que el flujo del concreto no puede seguir fluyendo y se ha alcanzado el

nivel superior de las barras. Se mide la altura del concreto a ambos lados de la

caja como se puede ver en la Figura 4.17b. El coeficiente de relleno (F) se

determina según la expresión 4.6.52

(4.6)

52

Schutteral (2008)

48

BIBLIOGRAFÍA

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de julio del 2011) http://www.imcyc.com/revista/2001/febrero2001/concreto.htm

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