CONCRETOS DE BAJA RETRACCIÓN: EL PRESENTE EN PISOS INDUSTRIALES Y EL FUTURO EN PAVIMENTOS VIALES

Transcripción

1 CONCRETOS DE BAJA RETRACCIÓN: EL PRESENTE EN PISOS INDUSTRIALES Y EL FUTURO EN PAVIMENTOS VIALES Ing. Fredy A. Rodríguez V. Especialista en Ingeniería de Pavimentos Departamento de Soporte Técnico Cartagena Junio 2011

2 Holcim en Colombia y el mundo Estamos presentes en más de 78 países del mundo, somos una de las compañías más grandes mundialmente productora de cemento y concreto. Somos la compañía líder en calidad. En Colombia hacemos presencia en Cemento, Concreto y Agregados. Tenemos 12 plantas de producción en el país. 2

3 CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN 1. Introducción 2. Método de análisis 3. Resultados 4. Conclusiones y recomendaciones 3

4 CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN 1. Introducción 2. Método de análisis 3. Resultados 4. Conclusiones y recomendaciones 4

5 QUÉ ES LA CONTRACCIÓN? La contracción es definida por la ACI 209 como: «La disminución de volumen del concreto con el tiempo. Es debida a cambios en el contenido de humedad y cambios físico-químicos en el concreto, los cuales ocurren sin la presencia de esfuerzos atribuibles a acciones externas del concreto». Fuente: PCA. (2000). Diseño y Control de Mezclas de Concreto. PCA. 5

6 TIPOS DE CONTRACCIÓN Existen varios tipos de contracción en el concreto, entre ellas tenemos: Contracción química Contracción autógena Contracción plástica Contracción de secado 6

7 CINEMÁTICA DE LA LOSA Debido a las contracciones del concreto, los movimientos de las losas y a las restricciones que pone la superficie de la base de apoyo de las losas, es necesario inducir fisuras en el concreto, las cuales conocemos como juntas. 7

8 ALABEOS EN LAS LOSAS 8

9 CONCRETOS DE BAJA RETRACCIÓN Los concretos de baja retracción son diseñados para controlar el comportamiento normal del concreto a contraerse como suma de la contracción plástica, contracción por secado y contracción química. E t = E p + E q + E s Donde: - E t = Contracción total - E p = Contracción plástica - E q = Contracción química - E s = Contracción de secado 9

10 CONCRETOS DE BAJA RETRACCIÓN Los concretos de baja retracción han sido usados exitosamente en diferentes proyectos del país, especialmente en pisos industriales. 10

11 CONCRETOS DE BAJA RETRACCIÓN 11

12 LAS JUNTAS EN LOS PISOS INDUSTRIALES Con el uso de concretos de retracción controlada se pueden reducir el número de juntas en las losas, las cuales son el factor de mayor incidencia de costos en la vida útil del piso industrial. 12

13 LAS JUNTAS EN LOS PAVIMENTOS VIALES En los pavimentos de concreto viales, las juntas también son un factor que afecta el desempeño del pavimento. 13

14 FACTORES QUE AFECTAN LA LONGITUD DE LA LOSA Un pavimento vial con el menor número de juntas, tendrá mejor desempeño que uno con juntas muy cercanas. La longitud máxima de una losa de concreto depende de: Ancho máximo de las juntas de contracción El tipo de material de sello Los cambios de temperatura El material de apoyo de la losa La clase de agregado La contracción del concreto El módulo elástico y la relación de Poisson del concreto El espesor de la losa El módulo de reacción de las capas de apoyo a la losa. 14

15 MÉTODO AASHTO 1993 La Guía de diseño AASHTO (AASHTO, 1993) sugiere un método para el cálculo de la longitud máxima de la losa, el cual involucra algunas de las anteriores variables. 15

16 CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN 1. Introducción 2. Método de análisis 3. Resultados 4. Conclusiones y recomendaciones 16

17 REDUCIR LA CANTIDAD DE JUNTAS El objetivo que se debe perseguir para obtener pisos y pavimentos viales de concreto más económicos, consiste en reducir la cantidad de juntas, es decir hacer losas más grandes. 17

18 ECUACIÓN MÉTODO AASHTO La ecuación con la que se realizó el análisis es la que se muestra a continuación: W Despejando L 0, la ecuación queda de la siguiente forma: L 0 CL 0 T S WS T C W: Apertura de junta por variaciones de temperatura y contracción de secado del concreto. Ancho de junta de contracción. C: Coeficiente de fricción entre la losa de concreto y la base. α: Coeficiente de dilatación térmica del concreto, en función del tipo de agregado usado. L 0 : Longitud de la losa T: Máxima variación de temperatura esperada en el concreto. ε: Coeficiente de contracción del concreto. S: Porcentaje de deformación permisible del material de sello. 18

19 ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD Los siguientes son los valores asumidos para realizar el análisis de sensibilidad: W: 3 mm y 10 mm C: 0,8 que corresponde a Bases Granulares α: Para Areniscas es de 11.7 x 10-6 / C T: 20 C ε: La contracción del concreto se varió entre 0% y 0,15% a los 90 días, según ASTM C 157. S: Se usó un valor del 50%. 19

20 CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN 1. Introducción 2. Método de análisis 3. Resultados 4. Conclusiones y recomendaciones 20

21 RESULTADOS Ejemplo para ancho de junta de contracción (W) de 3 mm y contracción del concreto (ε) de 0,04% a los 90 días. Las demás variables se mantienen con los valores mostrados en la sección anterior. 3 3m 10 50% L0 3m C 0.04% C Longitud de la losa = 3 metros 21

22 RESULTADOS Tabla 1. Longitudes de losa en función de W y ε Coeficiente de contracción Ancho admisible de la junta (mm) Longitud máxima de la losa (metros) 0,00% 8 10,7 13, ,7 21, ,7 0,01% 5,6 7,5 9,4 11,2 13, ,8 18,7 0,02% 4,3 5,8 7,2 8,6 10,1 11, ,4 0,03% 3,5 4,7 5,9 7 8,2 9,4 10,5 11,7 0,04% 3 3,9 4,9 5,9 6,9 7,9 8,9 9,9 0,05% 2,6 3,4 4,3 5,1 6 6,8 7,7 8,5 0,06% 2,2 3 3,7 4,5 5,2 6 6,7 7,5 0,07% 2 2,7 3,3 4 4,7 5,4 6 6,7 0,08% 1,8 2,4 3 3,6 4,2 4,8 5,4 6 0,09% 1,7 2,2 2,8 3,3 3,9 4,4 5 5,5 0,10% 1,5 2 2,5 3 3,5 4,1 4,6 5,1 0,11% 1,4 1,9 2,3 2,8 3,3 3,7 4,2 4,7 0,12% 1,3 1,7 2,2 2,6 3,1 3,5 3,9 4,4 0,13% 1,2 1,6 2 2,4 2,9 3,3 3,7 4,1 0,14% 1,1 1,5 1,9 2,3 2,7 3,1 3,4 3,8 0,15% 1,1 1,4 1,8 2,2 2,5 2,9 3,2 3,6 Fuente Elaboración propia. 22

23 RESULTADOS Fuente Elaboración propia. 23

24 CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN 1. Introducción 2. Método de análisis 3. Resultados 4. Conclusiones y recomendaciones 24

25 LOSAS DE MAYOR TAMAÑO Las losas pueden tener un mayor tamaño en la medida que se permita un ancho de junta más amplio. Por durabilidad, el ancho de las juntas se debe restringir a valores pequeños, como por ejemplo entre 4 mm y 6 mm. 25

26 CONTRACCIONES TÍPICAS En la literatura técnica se encuentra que la contracción en concretos normales a 90 días alcanzan valores cercanos a 0,09%, mientras que en concretos de baja retracción se pueden encontrar valores del orden de 0,04% y 0,05% a 120 días. 26

27 LA CONTRACCIÓN DE NUESTRO CONCRETO Los valores de contracción se pueden obtener dependiendo del tamaño máximo y resistencia del concreto, pero el rango ofrecido está ubicado entre (0,03% a 0,05%) a diferentes edades y evaluados en ambiente seco. Se debe tener en cuenta que mezclas más ricas en cemento presentan mayor contracción. 27

28 EJEMPLO DE CÁLCULO Si fijamos un ancho de junta de 5 mm, un valor de contracción para concreto de baja retracción de 0,04% y para concreto normal de 0,08%, un espesor de pavimento de 200 mm, capa de apoyo base granular, gradiente de temperatura 20 C, agregado del concreto areniscas y rigidez del sello 50%. Calcular la longitud máxima de la losa. 28

29 SOLUCIÓN Si tenemos un pavimento de 200 mm de espesor, siguiendo la regla empírica (Regla empírica de la longitud de la losa 24 veces su espesor) encontraremos una longitud de losa de 4,8 m. Observando la tabla No. 1, la longitud de 4,8 m en un concreto normal (0,08% de contracción para el ejemplo) solo se podría alcanzar si se tiene un ancho de junta de 8 mm, es decir 3 mm mayor al admisible, por lo cual es inminente el riesgo de fisuración. 29

30 SOLUCIÓN Tabla 1. Longitudes de losa en función de W y ε Coeficiente de contracción Ancho admisible de la junta (mm) Longitud máxima de la losa (metros) 0,00% 8 10,7 13, ,7 21, ,7 0,01% 5,6 7,5 9,4 11,2 13, ,8 18,7 0,02% 4,3 5,8 7,2 8,6 10,1 11, ,4 0,03% 3,5 4,7 5,9 7 8,2 9,4 10,5 11,7 0,04% 3 3,9 4,9 5,9 6,9 7,9 8,9 9,9 0,05% 2,6 3,4 4,3 5,1 6 6,8 7,7 8,5 0,06% 2,2 3 3,7 4,5 5,2 6 6,7 7,5 0,07% 2 2,7 3,3 4 4,7 5,4 6 6,7 0,08% 1,8 2,4 3 3,6 4,2 4,8 5,4 6 0,09% 1,7 2,2 2,8 3,3 3,9 4,4 5 5,5 0,10% 1,5 2 2,5 3 3,5 4,1 4,6 5,1 0,11% 1,4 1,9 2,3 2,8 3,3 3,7 4,2 4,7 0,12% 1,3 1,7 2,2 2,6 3,1 3,5 3,9 4,4 0,13% 1,2 1,6 2 2,4 2,9 3,3 3,7 4,1 0,14% 1,1 1,5 1,9 2,3 2,7 3,1 3,4 3,8 0,15% 1,1 1,4 1,8 2,2 2,5 2,9 3,2 3,6 Fuente Elaboración propia. 30

31 SOLUCIÓN Para el ejemplo, esta longitud (4.8 metros) es alcanzable si se usa un concreto con una retracción menor o igual a 0,04%. De esta forma se mantendrán las juntas con un ancho de 5 mm y se minimiza el riesgo de fisuración por contracción. 31

32 CONCLUSIONES Los beneficios de usar concretos de baja retracción se hacen más notorios a partir de la reducción de la contracción a menos de 0,05%. Fuente Elaboración propia. 32

33 CONCLUSIONES Concretos de baja retracción en la construcción de losas de concreto, ya sean en pisos industriales o pavimentos de concreto. Beneficios técnicos: - Aumenta de forma segura la dimensión de las losas - Mantiene anchos pequeños en las juntas - Reduce el riesgo de fisuración Beneficios económicos: - Reduce el número de juntas - Se minimiza el costo de mantenimiento periódico durante la vida útil de la losa - Se incrementa la durabilidad de la estructura. 33

34 CONCLUSIONES Considerando los análisis realizados anteriormente se recomienda: Para el diseño y construcción de losas de concreto, se especifique no solamente el largo y ancho de las mismas, si no también la contracción del concreto con el que se puede alcanzar dichas dimensiones con menores riesgos de fisuración. Realizar un análisis técnico y económico de la conveniencia de reducir el número de juntas en el piso y/o pavimento de concreto vial, involucrando la etapa de mantenimiento y rehabilitación con un período de análisis no inferior a 20 años. 34

35 CONCLUSIONES Estos análisis son muy comunes en la concepción de los pisos industriales de concreto, mientras que en los pavimentos de concreto viales no lo es, he aquí EL FUTURO DE LOS CONCRETOS DE BAJA RETRACCIÓN EN LOS PAVIMENTOS VIALES. 35

36 RECOMENDACIONES No olvidar que el curado del concreto es una operación fundamental y debe hacerse como mínimo 7 días de manera continua. El concreto debe ser colocado y vibrado en el menor tiempo posible, la colocación de concreto con grandes demoras puede afectar el comportamiento del material. Un deficiente vibrado afecta el comportamiento a contracción del concreto. El valor de contracción esperado en el concreto debe ser definido por el diseñador de la estructura. 36

37 RECOMENDACIONES 37

38 RECOMENDACIONES 38

39 PARA TERMINAR El concreto es un material semielaborado, para garantizar su resistencia, acabado y durabilidad debe ser instalado con el sistema constructivo adecuado, correctamente vibrado para lograr la máxima densificación y curado (Holcim Colombia S.A., 2011). 39

40 PREGUNTAS 40