Características del hormigón de alta resistencia.

1. DURABILIDAD

En esta obra, la durabilidad del hormigón armado se estudia, con carácter general. A continuación expondremos los rasgos diferenciales propios del hormigón de alta resistencia.

La baja porosidad de los BAR dificulta la penetración de líquidos y gases en su seno, lo que repercute en una mayor durabilidad frente a medios agresivos, ciclos de hielo y deshielo, etc. En condiciones extremas de baja temperatura y al igual que sucede con hormigones convencionales, puede convenir el empleo de algún agente aireante. En cuanto a la reacción álcali- árido podría ocasionar problemas debido al elevado contenido en cemento, por lo que la 15tCCIÓR española recomienda extremar el control en la selección de áridos para asegurarse – de que son inertes y utilizar cementos de bajo contenido en álcalis.

Los HAR también suministran una buena protección contra la corrosión de las armaduras, gracias a su elevada dosis de cemento y a su reducida porosidad4 Si bien es cierto que la presencia mícrosílice en el hormigón reduce su contenido en hidróxido cálcico y, consecuentemente, el valor de su ph (que puede ser hasta 12,5), este efecto, que va en contra de la protección por pasivación de las armaduras, queda sobradamente compensado por la gran disminución de permeabilidad frente al CO2. Dicho con otras palabras: la disminución del tamaño de los poros (efecto fisico positivo de la microestructura de la pasta) es más ventajosa que la disminución del pH (efecto químico negativo que rebaja la alcalinidad), con lo que resulta finalmente un aumento de resistencia a la corrosión del acero, en comparación con los hormigones convencionales.

Pero no todo son ventajas, ya que está demostrado que los HAR presentan menor resistencia al fuego que los hormigones convencionales. La razón es que, dada la gran densidad de la pasta endurecida, resulta impedida la circulación del vapor de agua ocasionado por las altas temperaturas, lo que provoca unas elevadas tensiones internas en las piezas expuestas al fuego, fisuraciones y, finalmente, desprendimientos de material en forma violenta, con bajada rápida tic las resistencias.

2. RESISTENCIA A COMPRESIÓN

Los FIAR experimentan un gran aumento de resistencia durante los primeros días, aumento que se hace más lento después pero que continúa más allá de los 28 días. Por esta causa, en obras importantes en las que la estructura no entra en carga a corto plazo, se toma a veces como edad de referencia del hormigón la de 56 días (8 semanas) en lugar de los 28 habituales (4 semanas).

Una vez establecida la dosificación de un HAR mediante ensayos previos, el hormigón realmente puesto en obra tendrá una resistencia a compresión menor que la de laboratorio. La relación entre ambas puede estimarse en torno al 80 por 100 (hasta el 90% según la Norma noruega NS 3473:89).

En cuanto a las diferencias que se obtienen en los ensayos a compresión entre probeta cúbica y probeta cilíndrica, el coeficiente multiplicador 0,8 habitualmente utilizado en hormigones convencionales para pasar de la primera a la segunda resulta demasiado bajo en los HAR, siendo más próximo a la realidad un coeficiente de 0,9 o incluso mayor.

3. RESISTENCIA A TRACCIÓN

Las fórmulas indicadas  para determinar la resistencia en tracción en función de la de compresión para hormigones convencionales, proporcionan valores algo elevados al emplearlas con hormigones de alta resistencia. Por esta razón, pueden emplearse en aquellos cálculos en los que considerar una mayor resistencia a tracción resulte más desfavorable que considerar una menor. Tal es el caso de Ja determinación de la cuantía mínima en flexión a partir de la resistencia en tracción del hormigón.

No obstante Jo dicho, en estructuras delicadas se recomienda determinar la resistencia a tracción mediante ensayos. 

4.° DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN
Según demuestran los ensayos, la rama ascendente del diagrama tensión-deformación del hormigón de alta resistencia, en compresión centrada, tiene menor curvatura que la correspondiente a hormigón convencional, con una deformación de rotura que aumenta ligeramente a medida que aumenta su resistencia. En la práctica, puede adoptarse para dicha deformación de rotura en compresión centrada el valor ε0 = 0002 cualquiera que sea el valor de la resistencia fck.

Por el contrario, la deformación de rotura en flexión disminuye al aumentar la resistencia  lo que significa que los hormigones de alta resistencia son más frágiles en flexión que los convencionales.

A efectos de cálculo y según la Instrucción española, se pueden utilizar los mismos diagramas parábola-rectángulo y rectangular que para hormigones convencionales, manteniendo constante la deformación de pico ε0 = 0,002 y tomando como deformación última los siguientes valores: 

5. MÓDULO DE DEFORMACIÓN LONGITUDINAL

Según la Instrucción española para hormigones convencionales puede extenderse a los HAR, de acuerdo con la experimentación.

6. RETRACCIÓN Y FLUENCIA
 

En las primeras edades la deformación por retracción de los HAR es mayor que la de los hormigones convencionales, pero a partir de un año viene a ser del mismo orden de magnitud (lo que significa que vienen a compensarse los dos factores que influyen en la retracción en sentido contrario: baja relación agua/cemento, que disminuye la retracción, y alta dosis de cemento, que la aumenta) pudiendo incluso ser menor cuando se trata de hormigones con micro sílice. Dada la mayor dosis de conglomerante de estos hormigones, tiene mucha influencia en la retracción el tipo de cemento, según sea de endurecimiento lento, normal o rápido.

En cuanto a la deformación por fluencia, generalmente evoluciona en los HAR de forma rápida a edades cortas, aumentando después con mucha mayor lentitud. Para su evaluación, en hormigones sin micro sílice pueden utilizarse las mismas fórmulas que para hormigón convencional (apartado 5.6-6.°); si se utiliza micro sílice, la deformación por fluencia disminuye apreciablemente con respecto a ¡a del hormigón convencional, pudiendo llegar a valores del orden de la mitad. En aquellas estructuras para las que la deformación por fluencia del hormigón sea un factor relevante, es conveniente evaluar los efectos de la fluencia mediante la realización de ensayos previos.

7. COEFICIENTE DE POISSON

Siempre que la tensión de servicio no sobrepase el 40% de la de rotura, puede adoptarse para el coeficiente de Poisson el mismo valor 0,20 que para hormigones convencionales. Como se dijo, al aumentar la carga e iniciarse la plastificación del hormigón, el coeficiente de Poisson aumenta rápidamente hasta alcanzar el valor 0,5 en hormigones convencionales y un valor algo menor en los HAR,

Fabricación, colocación y curado de los Hormigones de alta resistencia (HAR).

l.° AMASADO

El amasado de los hormigones de alta resistencia es distinto del correspondiente a los hormigones convencionales. En éstos, el amasado se lleva a cabo en central, antes de su llegada a obra, mientras que en los HAR es necesario corregir la dosificación y completar el amasado a pie de obra.

En efecto, para prevenir una pérdida de eficacia del superfluidificante, es conveniente añadir una parte del mismo en la central y el resto a pie de obra, hasta conseguir la consistencia necesaria. Entonces se completa el amasado en la cuba, a una velocidad superior a la de régimen, durante unos dos minutos.
Casi todos los autores recomiendan que el tiempo total de amasado de un FIAR sea un 60% mayor que el correspondiente a un hormigón convencional.

2.° PUESTA EN OBRA Y COMPACTACIÓN

Dada la gran docilidad del HAR (entre 150 y 200 mm de asiento en cono de Abrams) resulta fácil ponerlo en obra, lo que suele efectuarse por bombeo sin problemas de segregación.

El diámetro de la aguja del vibrador no debe superar los 40 milímetros. El espesor de las tongadas puede ser mayor que en el caso del hormigón convencional, debido a la menor energía necesaria para su compactación y a su menor tendencia a la segregación. El vibrador no debe aplicarse a las armaduras.

3.° CURADO

Así como la colocación de los hormigones de alta resistencia resulta más fácil que la de los convencionales, su curado requiere una atención especial, debido al alto calor de hidratación propio de los HAR (se pueden alcanzar temperaturas de 80° C) el cual entraña un serio peligro de fisuración.
Es absolutamente imprescindible mantener completamente húmedas las superficies de las piezas durante los primeros días después del hormigonado, siendo muy recomendable prolongar el curado durante dos semanas al menos. El empleo de sistemas de curado que evitan la pérdida de agua no es suficiente, debiendo completarse con nuevas aportaciones de agua. Los sistemas de riego por aspersión, arpilleras húmedas y similares resultan siempre más eficaces.

Materiales componentes y dosificación de los Hormigones de alta Resistencia.

La elección de materiales componentes para obtener hormigones de alta resistencia depende de muchos factores: resistencia que se desea obtener, medios disponibles para la fabricación y puesta en obra del hormigón, tipo de estructura, disponibilidades económicas, etc. A continuación se ofrecen algunos datos orientativos.

1. CEMENTO

Deben utilizarse cementos de clase resistente igual o superior a 42,5. Los más empleados suelen ser los tipos CEM 1 52,5 R y CEM 1 42,5 R, pero si se hormigona en época calurosa o se trata de grandes macizos, convienen más los tipos CEM I 52,5 y CEM ¡ 42,5 (e incluso los de bajo calor de hidratación) con objeto de disminuir el calor de fraguado y la retracción. Interesa que el cemento tenga un bajo contenido en aluminato tricálcico.

La dosis de cemento suele ser alta, del orden de 450 a 500 kg/m3 de hormigón. La experiencia demuestra que por encima de estos valores se produce una disminución de resistencia cuando se utilizan superfluidificantes, amén de producirse los correspondientes incrementos de calor de fraguado, retracción y coste del hormigón.
Al ser difícil predecir cuál será el comportamiento de cada uno de los cementos disponibles con los aditivos, es necesario realizar ensayos previos para poder determinar cuál de ellos resulta más eficaz.

2. AGUA Y ÁRIDOS

Tanto para el amasado como para el curado del hormigón es prohibitivo utilizar aguas de mar ni aguas salinas. En cuanto a los áridos, además de cumplir estrictamente las características indicadas para hormigones convencionales, deben reunir los siguientes requisitos.

El árido grueso debe ser una gravilla inerte que posea como mínimo la misma resistencia que se exige al hormigón, y que tenga una densidad no inferior a 2,60 kg/dm3. Son muy Convenientes los áridos de machaqueo procedentes de rocas basálticas, ofitas o incluso calizas si son de buena calidad, siendo deseable que su coeficiente de desgaste en el ensayo de Los Ángeles no sea superior a 20. Diversos ensayos efectuados por INTEMAC demuestran que es posible obtener mejores resultados con áridos calizos que con áridos silíceos, debido probablemente a la mayor absorción de agua de los primeros, lo que mejora la adherencia Pasta - árido y, con ello, la resistencia.

El tamaño máximo del árido grueso debe ser de 10 a ¡2,5 mm, si bien se han empleado CQ éxito gravillas de 20 milímetros. Tamaños mayores conducen a hormigones de docilidad i adecuada para su correcta colocación en obra y debilitan, por efecto pared, la interfaz árido. pasta. El coeficiente de forma debe ser lo más elevado posible.

El árido fino tiene la mayor importancia, pues de él depende en gran parte la trabajabilidad y resistencia del hormigón. 

La mayoría de los autores recomiendan arena silícea de río, co módulo granulométrico no inferior a 3 y exenta de finos, ya que las altas dosis de cemento y las eventuales adiciones sustituyen eficazmente esa falta de finos.

La composición granulométrica del árido tota! está formada, generalmente, por los dos grupos indicados anteriormente. Si se emplea superfluidificiente, la cantidad de árido fino más conveniente se sitúa en torno al 60% de la de árido grueso.

3. RELACIÓN AGUA/CEMENTO

La relación A/C debe ser muy baja y, por tratarse de hormigones de elevadas resistencias, resulta imprescindible medirla con gran precisión. Para ello es necesario tener en cuenta el agua que contengan, no sólo los áridos, sino también el superfluidificante, así como la posible agua residual que pueda contener la amasadora tras proceder a su limpieza. Por otra parte, si se incorporan adiciones a la masa (microsilice o cenizas volantes), es conveniente referirse a la relación agua/(cemento + adición), ya que ¡as adiciones actúan como un conglomerante más.

En teoría, el valor mínimo de la relación A/C que se requiere para una hidratación completa del cemento es del orden de 0,25 a 0,28. De la experiencia existente en obras efectuadas con HAR se deduce que dicha relación no debe superar el valor 0,35, si bien el Código Modelo CEB-FIP 90 admite valores de hasta 0,40. »Como siempre, el valor óptimo habrá de determinarse en cada caso mediante ensayos previos de laboratorio, habida cuenta de la resistencia especificada en proyecto, de la forma de puesta en obra y de las restantes características de la obra en cuestión.

4. ADITIVOS Y ADICIONES

A lo indicado en el apartado 7.1 pueden añadirse las siguientes consideraciones.

Los aditivos normalmente empleados en los BAR son los superfluidificantes, en dosis que suelen oscilar entre 10 y 20 kg por m3 de hormigón. Se consiguen así asientos en cono de Abrams del orden de 150 a 200 milímetros. Los tipos más empleados son a base de policondensados de formaldehido-melanina sulfonados, o bien de naftaleno sulfonado, no siendo recomendables los compuestos lignosulfonados por retrasar en exceso el comienzo del fraguado.

En cuanto a las adiciones, se emplea la microsílice casi exclusivamente, dada su gran finura y su alto valor puzolánico. Por su elevada superficie específica la microsflice es muy ávida de agua, lo que obliga al empleo simultáneo de un superplastificante. Para hormigones de f superior a 60 N/mm2 el empleo de microsílice es absolutamente imprescindible. Las dosis utilizadas son del orden del 8 al 12 por 100 del peso del cemento e incluso mayores. El ajuste de todas las variables indicadas requiere la realización de ensayos previos.

5.°DOS IFICACIÓN

La dosificación de los hormigones de alta resistencia debe determinarse en cada caso, en función de las características de los materiales disponibles, de los medios de fabricación y colocación del hormigón y del tipo de estructura en cuestión. A título meramente indicativo, en la tabla 7.1 se presentan siete dosificaciones utilizadas en obras reales, y las correspondientes resistencia obtenidas con ellas. Como puede observarse en la tabla, la resistencia media a compresión en probeta cilíndrica a 28 días superó en todos los casos los 80 N/mm2. Hay que decir también que el asiento inicial en cono de Abrams de estos siete hormigones fue igual o mayor de 170 milímetros. 

TABLA 7.1 Ejemplos reales de dosificación de hormigones de alta resistencia.

2.° ADICIONES PARA HORMIGONES DE ALTA RESISTENCIA

Los superfluidficantes  provocan una gran dispersión de las partículas de cemento, impidiendo la floculación de las mismas, con lo que se reduce mucho el agua intersticial y se consigue mejorar considerablemente la hidratación del conglomerante. Se logra así aumentar la plasticidad de la masa con relaciones agua/cemento muy bajas, lo que conduce a obtener hormigones muy trabajables, muy poco porosos y de alta resistencia.

La dosificación de los superfluidificantcs, así como su eficacia, depende de muchos factores: de su composición, del tipo y clase de cemento, de la relación agua/cemento, del tiempo de transporte a obra, de las adiciones, etc. Por otra parte, al envolver el superfluidificante a las partículas de cemento, puede retrasarse algo el comienzo de la hidratación. Además, algunos de estos aditivos pierden su eficacia en breve tiempo, lo que debe tenerse en cuenta en la fabricación, transporte y puesta en obra del hormigón.

La obtención de hormigones de alta resistencia requiere el empleo de altas dosis de cemento de clase resistente elevada, lo que puede conducir a pastas viscosas y a valores elevados del calor de fraguado, con el consiguiente peligro de fisuración de los elementos de hormigóm. Por ello, casi siempre es necesario sustituir una parte del cemento por ciertas adiciones minerales, especialmente microsilice y, a veces, cenizas volantes.

La microsilice o humo de sílice es un subproducto que se obtiene en la fabricación del silicio y ferrosilicio. Los humos engendrados arrastran partículas de sílice muy reactivas, que se recogen mediante filtros electrostáticos. Es un polvo finísimo cuya superficie específica suele ser del orden de 200.000 cm2 por gramo (valor unas 50 veces superior al del cemento) y cuyo contenido en óxido de silicio oscila entre el 85 y el 90 por 100.

La acción de la microsilice sobre el hormigón es doble: por una parte, actúa como árido fino, mejorando la red capilar y disminuyendo el tamaño de los poros; por otra, dado su carácter puzolánico, se combina con la cal libre del cemento formando silicatos, es decir, nuevos compuestos resistentes. Dada su gran finura, el empleo de humo de silice (ver Norma UNE 83.460:94) exige más agua de amasado en el hormigón, lo que hace imprescindible el empleo simultáneo de un superfluidificante.

Las cenizas volantes se obtienen como subproducto en las centrales termoeléctricas. Son polvos muy finos cuya superficie específica es del orden de 5,000 cm’ por gramo, algo superior a la del cemento que suele estar comprendida entre 2.500 4.000 cm2/g. Contienen óxido de silicio en proporción variable entre el 35 y el 60 por 100 Y su actividad puzolánica es menor que la de la microsilice por Un doble motivo: su menor finura y menor contenido en óxido de silicio.

 
Las cenizas volantes proporcionan a la masa del hormigón mayor plasticidad y menor calor de hidratac1. Al sustituir parte del cemento por ceniza volante se reduce la demanda de agua de la masa ‘ las resistencias disminuyen a cortas edades si bien aumentan a largo plazo. El empleo de cenizas no adecuadas puede ocasionar fenómenos expansivos en el hormigón (ver Normas UNE 83.414:90 y EN 450:95).

Con la aportación simultánea de microsilice y superfluidificante a una masa de hormigón de dosificacion adecuada puede reducirse notablemente la relación agua/cemento, obtenindose masas muy trabajables, uniformes y poco segregables, aptas para su colocación por bombeo. Se obtienen así hormigones muy resistentes, impermeables y de gran durabilidad.

1º HORMIGÓN DE ALTAS PRESTACIONES.

Modernamente, el concepto de “alta resistencia” está siendo sustituido por el de “altas prestaciones”. Se denomina así al hormigón que reúne unas características especiales, que no pueden alcanzarse usando componentes convencionales y métodos ordinarios de amasado, puesta en obra, compactación y curado.

Entre las características especiales que pueden reunir los hormigones de altas prestaciones se encuentran las siguientes:

• facilidad de colocación (t.rabajabilidad);
• compactación sin segregación;
• alta resistencia en las primeras edades;
• afta resistencia a largo plazo;
• impermeabilidad;
• densidad;
• compacidad;
• estabilidad de volumen;
• larga vida útil en ambientes agresivos.

Como muchas de estas características están relacionadas entre sí, un cambio de una cuat. quiera de ellas entraña cambios en las otras. Por esta razón, cuando se desee utilizar un hormigón de altas prestaciones, conviene especificar claramente en el proyecto aquellas caacttj del mismo que se consideren críticas.

De forma resumida puede decirse que las altas prestaciones comprenden las tres prop. des principales de todo hormigón: resistencia, durabilidad y trabajabilidad.

Una buena trabajabilidad significa que  la masa de hormigón fresco debe tener una elevada fluidez (para permitir su adecuada pues. en obra en particular por bombeo) sin que llegue a producirse segregación; esta propiedad depende de las características de los materiales constituyentes y de su dosificación. Además, la masa debe ser capaz de pasar entre las armaduras de los elementos que se hormigonado que depende de la forma y disposición de tales armaduras

El problema de conseguir un hormigón de alta resistencia consiste en cómo reducir la cantidad de agua de amasado sin que ello afecte a la trabajabilidad del hormigón. Este problema se soluciona, en parte, mediante el empleo de superfluidificantes, que permiten reducciones de agua de hasta un 30% con efectos secundarios mucho menores que los correspondientes a los fluidificantes, y en parte, mediante el empleo de adiciones como la microsilice o las cenizas volantes. A continuación estudiaremos estas adiciones.

Hormigones de Alta Resistencia (HAR). Generalidades.

El calificativo de alta resistencia aplicado al hormigón es de carácter convencional. En España se consideran hormigones de alta resistencia (HAR) aquellos cuya resistencia característica a compresión fck en probeta cilíndrica 15x30 a 28 días, supera los 50 N/mm2 sin rebasar los 100 N/mm2 y se consideran como hormigones de muy alta resistencia (HMAR) aquellos cuya resistencia supera los 100 N/nm2, denominándose hormigones convencionales los de fck igual o menor de 50 N/mm2.

1º HORMIGÓN DE ALTAS PRESTACIONES.

2.° ADICIONES PARA HORMIGONES DE ALTA RESISTENCIA

2º ENSAYOS POSTERIORES A LA TERMINACIÓN DE LA OBRA : Control Calidad del Hormigón.

Se presenta a menudo el problema de tener que estimar la calidad del hormigón de una estructura ya terminada. Tal es el caso cuando los ensayos de control no dan resultados satisfactorios; cuando no se han efectuado ensayos de control; cuando el hormigón presenta síntomas patológicos o se ha visto expuesto a influencias que pueden hacer pensar en descensos de resistencia; cuando se desea modificar el uso de una estructura existente; cuando se desea comprobar la eficacia de un nuevo método de construcción; etc.

En tales casos puede recurrirse a la extracción de probetas testigo, a la realización de ensayos no destructivos (apartado 6.6), de pruebas de carga o de otras determinaciones directas o indirectas de la calidad del hormigón. En la tabla 6.7 se presenta un resumen de los procedimientos comúnmente empleados.

En general, la estimación final de la calidad del hormigón requiere el empleo combinado de diversos métodos. Así, por ejemplo, los ensayos no destructivos y en particular e) esclerómetro, proporcionan índices con validez relativa, en el sentido de que a índices dobles corresponden, aproximadamente, resistencias dobles, dentro de un mismo hormigón. Mediante la extracción y rotura de probetas testigo es posible entonces conocer valores reales de la resistencia, que permiten “tarar” el esclerómetro para ese caso particular, consiguiendo así que los índices esclerométricos cobren mayor valor.

Tabla 6.7 

Procedimientos para Estimar la Calidad del Hormigón

de una Estructura

Los resultados que se obtientrn de todos estos ensayos, incluidos los de probetas testigo. deben interpretarse de manera juiciosa, puesto que ninguno puede traducirse directamente a términos de resistencia normalizada sobre probetas enmoldadas, que es en definitiva a que sirve de base a los c1culos y a los Pliegos de Condiciones. 

Figura 6.15 Diferentes Tipos de esclerometro:

Normal, de bolsa para Hormigones Ligeros y con Registrador