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

1º ENSAYOS ANTERIORES A LA TERMINACIÓN DE LA OBRA : Control de Calidad del Hormigón.

Según su finalidad y corno ya se dijo, pueden clasificarse en previos, característicos, de control y de información.

a) Los ensayos previos tienen por objeto establecer la dosificación que debe adoptarse, con los materiales disponibles y de acuerdo con las condiciones de ejecución previstas, para obtener la resistencia características especificada en el proyecto.

Los ensayos previos se realizan en laboratorio, antes de empezar las obras, para lo cual deben fabricarse, según la instrucción española, por lo menos cuatro series de probetas procedentes de amasadas distintas, con dos probetas cilíndricas de 15 x 30 cm por serie, por cada dosificación que se desee estudiar. Las probetas se rompen a compresión a los 28 días, de acuerdo con los métodos de ensayo UNE 83.301. UNE 83.303 y UNE 83.304 (véase apartado 6.3).

Puede prescindirse de estos ensayos previos cuando, por experiencias anteriores con los mismos materiales y proceso de ejecución, sea posible establecer una dosificación idónea.
En la tabla 3.2 se indican las relaciones que existen entre la resistencia característica fck que se desea alcanzar en obra y la resistencia media que debe obtenerse en los ensayos previos de laboratorio.

b) Los ensayos característicos tienen por objeto comprobar, antes del comienzo del horrnigonado, que la resistencia característica que puede alcanzarse en obra no es inferior a la especificada.

Para realizar estos ensayos, de acuerdo con la Instrucción española, deben fabricarse con los medios de obra, seis amasadas diferentes de cada uno de los tipos de hormigón que  haya de utilizarse, entoldándose dos probetas cilíndricas de 15 x 30 cm por cada
amasada.

Las probetas se fabrican y conservan de acuerdo con lo indicado en el apartado 6.3, rompiendose a compresión a 28 días. Para la aceptación debe verificarse que

los valores medios de la resistencia de cada amasada.

Los ensayos característicos deben efectuarse lo antes posible y son preceptivos, salvo el caso de emplear hormigón preparado, o cuando se posea experiencia con los materiales y medios de ejecución que se vayan a utilizar.

c) Loi ensayos de control tienen por objeto comprobar, en el transcurso de la ejecución de la obra, que la resistencia característica del hormigón se mantiene igual o mayor que la especificada. La forma de operar se describe con detalle en el capítulo 10 de esta obra.

d) Los ensayos de información tienen por objeto conocer la resistencia real del hormigón de una zona determinada de la obra, a una edad determinada, bien para estudiar la acción de las heladas, bien para fijar los plazos de desencofrado, o para cualquier otra determinación.
En particular, los ensayos de información son necesarios cuando la mecánica del control conduce a la no aceptación automática del hormigón.

Si los ensayos de información han sido previstos de antemano, estos pueden consistir en la fabricación y miura de probetas, análogas a las de los ensayos de control pero conservadas en condiciones lo mas parecidas posible a las correspondientes del hormigón de la zona en estudio y rotas a la edad que convenga para el efecto que se investiga.

Si no han sido previstos de antemano, los ensayos han de efectuarse cuando el elemento en cuesti5n ya está terminado. Este caso se (rata en el punto 2. siguiente.