Estudio técnico. Confección de hormigones de baja permeabilidad - alta durabilidad bajo las prescripciones de la EHE-08.

Transcripción

1 Estudio técnico Confección de hormigones de baja permeabilidad - alta durabilidad bajo las prescripciones de la EHE-08.

2 1. INTRODUCCIÓN El nuevo texto de la Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08, profundiza en el tratamiento de la durabilidad con objeto de disminuir las patologías derivadas de la agresividad del ambiente en que se ubica la estructura. Según la EHE, las estructuras de hormigón deberán ser idóneas para su uso, durante la totalidad del periodo de vida útil para la que se construye [ ]. La consecución de una determinada vida útil está relacionada con una estrategia de durabilidad eficaz y coherente con la duración de la misma. Siguiendo el mismo criterio y espíritu que la EHE-08 y haciendo referencia a su contenido, en este documento se profundiza en las estrategias para la confección de hormigones de baja permeabilidad-alta durabilidad. Bajo esta definición, se puede decir que la durabilidad del hormigón depende fundamentalmente de: Tipo de ambiente: o Tipo de exposición. o Temperaturas extremas. o Desgaste. o Acción electrolítica. o Ataques de líquidos o gases. Características del hormigón: o Reacción árido-álcali. o Retracción-expansión. o Porosidad. Puesta en obra. La porosidad determina el grado de permeabilidad, considerada como el factor más determinante para que el hormigón conserve sus propiedades y sea lo menos vulnerable posible. 2. DURABILIDAD DEL HORMIGÓN ARMADO La EHE-08 añade el Estado Límite de Durabilidad, el cual se entiende como el producido por las acciones físicas y químicas, diferentes a las cargas y acciones del análisis estructural, que pueden degradar las características del hormigón o de las armaduras hasta límites inaceptables. 2

3 Además, debe tenerse en cuenta la porosidad derivada de los huecos de origen mecánico y térmico, como son los originados por fisuras y microfisuras. En cuanto a la durabilidad del hormigón, la EHE-08 en el artículo 37.3 Durabilidad del hormigón realiza los siguientes comentarios: Una forma de garantizar la durabilidad del hormigón, así como su colaboración a la protección de las armaduras frente a la corrosión, consiste en obtener un hormigón con una permeabilidad reducida. Para obtenerla son decisivas la elección de una relación agua/cemento suficientemente baja, la compactación idónea del hormigón, un contenido adecuado de cemento y la hidratación suficiente de éste, conseguida por un cuidadoso curado. La forma más adecuada de reducir los ataques al hormigón es conseguir que sus poros ocupen el menor volumen posible y formen una red capilar poco intercomunicada. La impermeabilidad (baja permeabilidad) al agua del hormigón es una condición necesaria, aunque no suficiente, para lograr un comportamiento adecuado frente a los ataques agresivos. 3. POROSIDAD DEL HORMIGÓN La permeabilidad depende del volumen, tamaño, distribución y continuidad de los poros contenidos en la masa. Por tanto, el grado de permeabilidad depende de: Porosidad de la pasta de cemento o Poros capilares. o Poros de gel. Poros de compactación. Aire ocluido. Poros de los áridos, de especial importancia en áridos ligeros. 3.1 Porosidad de la pasta de cemento En el proceso de hidratación del cemento, cuando la pasta se encuentra aún en estado fresco, se forman compuestos hidratados de hidróxido cálcico que reciben la denominación de cristales de gel CSH (silicato cálcico hidratado), partículas de cemento sin hidratar, otros compuestos menores y un determinado volumen de huecos rellenos de agua. Cuando comienza el proceso de endurecimiento del hormigón, al evaporarse el agua existente en los huecos, éstos quedan llenos de aire y se denominan poros capilares. Además, existen otros huecos capilares dentro del propio gel denominados poros de gel, que se distribuyen uniformemente en toda la pasta. En consecuencia, la porosidad capilar depende de la relación A/C y del grado de hidratación, ya que el volumen de poros capilares va decreciendo con el tiempo, conforme se van produciendo productos hidratados, que rellenan parte de los poros capilares por ser de mayor volumen que el cemento anhidro. Los poros capilares, forman una red interconectada a través de la pasta de cemento que constituye la principal causa de la permeabilidad. De lo expuesto se deduce la necesidad de producir discontinuidades de los poros capilares para que la durabilidad de un hormigón se pueda clasificar como adecuada. 3

4 o o o o Fisuras de retracción. Fisuras de origen térmico. Disgregación y decantación del árido grueso, que provoca un ascenso del árido fino, lechada, agua y aire hacia las zonas más superficiales. Inadecuada compactación. Tan sólo los poros de mayor tamaño y aquellos que se encuentran interconectados en el interior de la masa de hormigón, son los que pueden llegar a generar problemas relacionados con la durabilidad y otras propiedades. Evolución de los poros capilares y de gel durante la hidratación del cemento Por tanto, la porosidad del hormigón se clasifica en tres grupos: microporos, poros capilares y macroporos, siendo estos dos últimos grupos los que más condicionan los aspectos relacionados con la durabilidad. Afectan a la Clasificación de Radio Grupo permeabilidad/ los poros (m) durabilidad? Poros de compactación 10-2 /10-4 Macroporos SI Aire ocluido 10-3 /10-5 Macroporos SI Poros capilares 10-4 /10-8 Capilares SI Poros de gel 10-7 /10-10 Microporos NO 4. PERMEABILIDAD DEL HORMIGÓN Poros capilares Poros de gel En este sentido, una adecuada relación A/C y un prolongado tiempo de curado húmedo, así como otras estrategias que se detallarán más adelante, son necesarias para generar discontinuidad en los poros capilares. 3.2 Porosidad del hormigón En este grupo se incluyen: El aire ocluido en el interior de la masa en las operaciones de amasado, transporte, puesta en obra, compactado, vibrado, etc. que forma poros de gran tamaño pero que no suelen estar interconectados entre sí. Poros de los áridos, en especial los de baja densidad. Empleo de aireantes, que ocluyen burbujas de aire de pequeño tamaño, que no se encuentran interconectadas entre sí, aunque generalmente diminuyen drásticamente las resistencias mecánicas. Discontinuidades físicas originadas por: Tal y como se ha visto anteriormente, la permeabilidad no depende exclusivamente del grado de porosidad del hormigón, sino que también influye el tamaño y distribución de los poros, así como la continuidad e interconexión de éstos dentro de la masa del material. La permeabilidad de un hormigón es el factor más determinante en la durabilidad de un hormigón, ya que de ella dependerá el que penetre mayor o menor cantidad de agentes agresivos, posibilidad de congelación del agua, etc. Según el artículo Impermeabilidad del hormigón una comprobación experimental de la consecución de una estructura porosa del hormigón suficientemente impermeable para el ambiente en el que va a estar ubicado, puede realizarse comprobando la impermeabilidad al agua del hormigón, mediante el método de determinación de la profundidad de penetración de agua bajo presión, según la UNE-EN Un hormigón se considera suficientemente impermeable al agua si los resultados de 4

5 los ensayos de penetración de agua cumplen simultáneamente que: Especificación Especificación Clase de exposición para la profundidad para la profundidad ambiental máxima media IIIa, IIIb, IV, Qa, E, H, F, Qb (elementos en 50 mm 30 mm masa o armados) IIIc, Qc 30 mm 20 mm Qb (elem. pretensados) Por otro lado, es sabido que la corrosión se produce en presencia de humedad (agua) y oxígeno (aire), siendo más crítica cuando se producen ciclos de secado-humectado, por lo que una baja permeabilidad implica un menor riesgo de degradación. A este respecto, la EHE-08 en el artículo 37.4 Corrosión de las armaduras indica que los productos de la corrosión [ ] en ningún caso garantizan la protección ulterior de las armaduras, por lo que el fenómeno corrosivo, una vez iniciado, progresa de manera continua si persiste la causa que lo originó siempre que el contenido de agua en los poros, la temperatura y el aporte de oxígeno sean suficientes. [ ] De aquí, la gran importancia que tienen la compacidad y los recubrimientos en la protección de las armaduras del hormigón. Con todo ello, la EHE-08 en el artículo 37.2 Estrategia para la Durabilidad especifica que un principio básico para la consecución de una estructura durable consiste en lograr, en la medida de lo posible, el máximo de aislamiento respecto al agua. La mayoría de los ataques que sufre el hormigón están relacionados con el agua. Así, en algunos casos, provienen de sustancias disueltas que penetran a través del hormigón (por ejemplo, ataques químicos). En otras ocasiones, es el propio agua el que provoca el deterioro (por ejemplo, en mecanismos de hielodeshielo). Finalmente, hay veces que, si bien el agua no es la causa única o suficiente, si que es un elemento necesario para que se desarrollen los procesos de degradación (por ejemplo, la corrosión). De una forma esquemática, la EHE-08 en el artículo 37.3 Durabilidad del hormigón indica que una forma de garantizar la durabilidad del hormigón, así como su colaboración a la protección de las armaduras frente a la corrosión, consiste en la obtención de un hormigón de permeabilidad reducida. Para obtenerla son decisivas la elección de una relación A/C suficientemente baja, la compactación idónea del hormigón, un contenido adecuado de cemento y la hidratación suficiente de éste, conseguida por un cuidadoso curado. Por otro lado, en el caso de cimentaciones bajo nivel freático, depósitos, presas, etc., por razones evidentes se hace necesaria la confección de un hormigón con la menor permeabilidad posible. 5. REQUISITOS GENERALES PARA LA CONFECCIÓN DE HORMIGÓN DE BAJA PERMEABILIDAD-ALTA DURABILIDAD A este respecto, la EHE-08 realiza varias prescripciones y comentarios. Según el artículo 37.1 de la EHE-08 Durabilidad del hormigón y de las armaduras. Generalidades indica que una estructura durable debe conseguirse con una estrategia capaz de considerar todos los posibles factores de degradación y actuar consecuentemente sobre cada una de las fases de proyecto, ejecución y uso de la estructura. [ ] En la protección frente a los agentes físicos y químicos agresivos, las medidas preventivas suelen ser más eficaces y menos costosas. Por ello, la durabilidad es una cualidad que debe tenerse en cuenta durante la realización del proyecto, estudiando la naturaleza e intensidad potencial previsible del medio agresivo y seleccionando las formas estructurales, los materiales, las dosificaciones y los procedimientos de puesta en obra más adecuados en cada caso. En cuanto a la dosificación del hormigón, la EHE-08 en el artículo 31.1 Hormigones. Composición se indica que la composición elegida para la preparación de las mezclas destinadas a la construcción de estructuras o elementos estructurales deberá estudiarse previamente, con el fin de asegurarse de que es capaz de proporcionar hormigones cuyas características mecánicas, reológicas y de durabilidad satisfagan las exigencias del proyecto. Estos estudios se realizarán teniendo en cuenta, en todo lo posible, las condiciones reales de la obra (diámetros, características superficiales y distribución de las armaduras, modo de compactación, dimensiones de las piezas, etc.). Adicionalmente, la EHE-08 en el artículo 31.2 Condiciones de calidad aclara que conviene tener presente que la resistencia a compresión no es, por sí sola, un índice suficiente de las demás cualidades propias del hormigón. Por ello no basta con exigir un cierto valor de esta resistencia para tener garantizada la existencia, en grado suficiente, de otras características que puedan 5

6 interesar en el caso particular de que se trate. [ ] Todas las cualidades exigidas al hormigón deben quedar claramente especificadas en el Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares, mediante los oportunos límites y criterios de aceptación. de cemento. Cuanto más prolongado sea el curado, más se favorecerá la impermeabilidad y durabilidad, con especial incidencia en las capas superficiales. En cuanto al tipo de cemento: A continuación y tras lo indicado anteriormente, se detallan las principales estrategias para la confección de un hormigón de baja permeabilidad-alta durabilidad: 5.1 Resistencia característica En términos generales, un hormigón con unas características mecánicas elevadas resistirá mejor las agresiones de los agentes externos, es decir, será más durable, debido a que el aumento de las resistencias implica una disminución de la estructura porosa. Como se ha expuesto anteriormente, la estructura capilar es la que mayor influencia tiene en la durabilidad. Cuanto mayor sea la finura del cemento, menor será la permeabilidad y por tanto, mayor la impermeabilidad. Cuanto mayor sea la resistencia del cemento, menor será la permeabilidad. Cuanto más rápido sea el fraguado del cemento, se proporcionará impermeabilidad en un espacio menor de tiempo, pero mayor es el riego de aparición de fisuras por contracción. 5.3 Relación A/C Este parámetro es determinante y cuanto más baja sea la relación A/C de un hormigón, menor será la permeabilidad y mejor se comportará frente a cualquier tipo de agresión. Alta A/C Baja A/C Se recomienda no superar una relación A/C de 0,40 para la confección de un hormigón de baja permeabilidad-alta durabilidad. 5.2 Contenido y tipo de cemento Se puede decir que cuanto mayor sea el contenido de cemento, siempre que el tipo, clase y categoría sean los adecuados según la normativa, menor será la permeabilidad y por tanto, mayor será la resistencia al ataque de los distintos agentes agresivos. Sin embargo, el aumento en el contenido de cemento da lugar a un aumento de la retracción y a que se desarrollen mayores temperaturas durante el fraguado y endurecimiento (posible aparición de fisuras de origen térmico), por lo que siempre será necesario adoptar unas medidas especiales de protección y curado, y/o limitar los contenidos máximos Permeabilidad (10-2 cm/s) ,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Relación agua/cemento 6

7 Esta recomendación es debida a que la cantidad de agua necesaria para la total reacción del cemento es del orden de 0,3 Kg. por cada Kg. de cemento (relación A/C=0,3). Esta masa de agua, se une por enlaces relativamente fuertes, de naturaleza química, constituyendo el agua de hidratación. A este respecto, el artículo de la EHE-08 Docilidad del hormigón especifica que salvo en aplicaciones específicas que así lo requieran, se evitará el empleo de consistencias seca y plástica medida con el cono de Abrams según el ensayo UNE-EN Si se mezclan 0,4 Kg. de agua por cada Kg. de cemento, este incremento de 0,1 Kg. de agua, queda atrapado en forma de pequeñas bolsas entre las nubes microcristalinas generadas por la hidratación de los gránulos de cemento, en parte retenido por fuerzas de superficie de naturaleza física (Fuerzas de Van der Waals). A temperatura ambiente, en climas benignos, no suele tener libertad para salir del retículo cristalino (evaporarse). Por ello, hasta una relación A/C de 0,4, se dispone de un sólido sin porosidad abierta. Seca (cono 0-2) NNOO PPEERRMMI IITTI IIDDAA Plástica (cono 3-5) (( ( E X CC E P OO AA P III CC AA CC I E S P E CC ÍÍ F Í III CC AA S )) ) II OO NN E S Por otro lado y de una forma general, no se recomienda el empleo de la consistencia blanda para la confección de hormigones de baja permeabilidad-alta durabilidad. Cuando la relación A/C es superior a 0,4, el espacio que ocupa el agua es mayor que el que pueden llegar a cerrar la totalidad de las nubes de microcristales y en consecuencia, entre esas nubes quedan capilares comunicados entre sí y con el exterior. Por estos capilares el agua puede moverse con libertad, lo que favorece la permeabilidad y la entrada de agentes agresivos externos al hormigón. Por otro lado, la EHE en el artículo Dosificación de materiales componentes indica que relaciones A/C bajas, deben ser compatibles con una adecuada trabajabilidad del hormigón que permita su adecuada compactación y minimice los fenómenos de segregación, lo que requerirá, en ocasiones, la utilización de contenidos de cemento superiores a los estrictamente necesarios, o bien el empleo de aditivos reductores de agua (superplastificantes). En el siguiente apartado, se analiza la influencia de la consistencia en la calidad del hormigón. Blanda (cono 6-9). NNOO RREECCOOMMEENNDDAABBLLEE El motivo de tal afirmación se encuentra en el propio método de compactación seleccionado según la consistencia del hormigón y del tipo de elemento estructural (densidad del armado, formas geométricas, etc.), así como el método de puesta en obra. Consistencia Tipo de compactación Seca Vibrado energético Plástica Vibrado normal Blanda Vibrado normal o picado con barra Fluida Picado con barra Por tanto, el riesgo de aparición de discontinuidades en el hormigón, mala compactación o falta de homogeneidad se incrementa al disminuir la consistencia, aumentar la densidad de armado y/o utilización de formas geométricas complejas en los moldes. 5.4 Consistencia del hormigón Como se ha comentado con anterioridad, para la confección del hormigón de baja permeabilidad-alta durabilidad, es imprescindible asegurar una homogeneidad de la mezcla, la mayor compacidad y una continuidad física del elemento estructural. La presencia de espacios físicos (coqueras, huecos, etc.) por donde el agua pueda circular, puede dar al traste otras acciones emprendidas para disminuir la permeabilidad. La experiencia demuestra que la consistencia del hormigón desempeña un papel fundamental en la consecución de un hormigón homogéneo, compacto y continuo. Debido a que la densidad de armado y las formas geométricas se encuentran generalmente definidos por los requerimientos de diseño, no se puede actuar sobre ellos. 7

8 Por tanto, sólo resta actuar sobre una correcta selección de la consistencia del hormigón en función de los condicionantes de diseño y puesta en obra. Es importante recalcar que es un error conceptual suponer que un hormigón con elevada fluidez, requiere de una relación A/C alta. El empleo de aditivos superplastificantes de última generación de la gama GLENIUM permite la confección de cualquier tipo de consistencia cumpliendo con los criterios de durabilidad y baja permeabilidad, es decir, sin incrementar, o más bien, reduciendo la relación A/C respecto del patrón. Nunca se debe alcanzar la consistencia deseada mediante la adición de agua. Mención especial merece el hormigón autocompactante HAC, el cual se sitúa en un extremo de la fluidez, consistencia y docilidad. En cuanto a la puesta en obra, la EHE-08 en el artículo 31.5 Docilidad del hormigón indica que en el caso de hormigones para bombeo, las consistencias con asentamientos inferiores a los 10 cm pueden dificultar notablemente dicha operación, por lo que se recomienda el empleo de consistencias fluidas [ ]. Como norma general, se recomiendan para la confección de hormigón de baja permeabilidad-alta durabilidad la utilización de consistencia fluida y/o líquida medida con el cono de Abrams según el ensayo UNE-EN Fluida (cono 10-15) RREECCOOMMEENNDDAABBLLEE Líquida (cono >15) Los aditivos superplastificantes de última generación de la gama GLENIUM hacen factible la confección de hormigón con la consistencia fluida y/o líquida con mayores prestaciones en cuanto a resistencias mecánicas, permeabilidad y durabilidad, facilitando la puesta en obra y disminuyendo los riesgos diferidos de una mala compactación. A este respecto, la EHE-08 indica es su artículo 29.1 Aditivos: generalidades que los superplastificantes son necesarios para obtener asientos de cono superiores a 15 cm, permitiendo obtener hormigones muy fluidos sin alterar la relación A/C, facilitando enormemente el hormigonado. En el artículo 31.5 Docilidad del hormigón indica que no podrá emplearse la consistencia líquida, salvo que se consiga mediante el empleo de aditivos superplastificantes. Según la EHE-08 Anejo 21, se define como hormigón autocompactante aquel hormigón de gran facilidad de colocación, homogéneo y estable, que no presenta segregación, o bloqueo de árido grueso, ni sangrado, o exudación de la lechada; que se compacta por la acción de su propio peso, sin necesidad de energía de vibración ni de cualquier otro método de compactación y que confiere a la estructura una calidad igual, al menos, a la proporcionada por el hormigón convencional. Como se puede deducir, el riesgo de producir una mala compactación con el HAC es mínimo o nulo y las propiedades de este hormigón apenas dependen de la calidad de la mano de obra existente. Por otra parte, permite el hormigonado allí donde exista gran densidad de armado y/o formas geométricas complicadas, haciéndose prácticamente imprescindible su empleo en estructuras complejas. HORMIGON AUTOCOMPACTANTE MMUUYY RREECCOOMMEENNDDAABBLLEE 5.5 Áridos En general, los áridos utilizados serán aquellos que se dispongan en el área geográfica donde se realice la obra existiendo variabilidad en la calidad de los materiales incluso dentro de una misma zona o cantera. Por este motivo, no es factible tener mucha incidencia sobre este parámetro, aunque sí se puede influir en la forma de estructurar u organizar a los mismos en la dosificación (curva granulométrica). 8

9 Desde un punto de vista teórico y en cuanto a la consecución de una baja permeabilidad-alta durabilidad, es preferible el empleo de curvas granulométricas continuas (Fuller o Bolomey) a las discontinuas. Una mezcla de áridos bien proporcionada, que sigue una curva granulométrica continua, producirá un hormigón de elevada cohesión y una reducida tendencia a la segregación, lo cual implica la confección de hormigones menos porosos y por tanto, de menor permeabilidad. 5.6 Protección y curado La protección del hormigón cuando todavía se encuentra en estado fresco, así como el curado durante la fase de fraguado y endurecimiento, juegan un papel de extraordinaria importancia en la futura permeabilidad del hormigón. Por una parte, la protección del hormigón en estado fresco o semiplástico, evitará que se produzcan daños en la superficie del hormigón. Por otra parte, un curado adecuado y prolongado, comportará una apreciable reducción de la porosidad capilar que es, en definitiva, la que va a presentar una influencia decisiva en la permeabilidad. En este sentido, debe tenerse en cuenta que la zona superficial es la más vulnerable a la entrada de agentes agresivos y en consecuencia, la que va a favorecer o impedir en cierta medida el transporte de líquidos o gases. Sin embargo, si el método de puesta en obra es el bombeo y se tienen problemas con el mismo, podría llegar a ser recomendable la utilización de curvas discontinuas (ACI 304) o semicontinuas, porque éstas favorecen el bombeo y por tanto la rapidez de puesta en obra. De esta forma se evita el riesgo de aparición de juntas frías, nocivas para la obtención de un hormigón compacto y continuo. En cuanto al tamaño máximo de árido, será como máximo de 1/3 de la dimensión de la armadura. 6. UTILIZACIÓN DE ADITIVOS PARA LA CONFECCIÓN DE HORMIGÓN DE BAJA PERMEABILIDAD-ALTA DURABILIDAD Tal y como se desprende de los apartados anteriores, la utilización de aditivos se convierte en imprescindible para la confección de un hormigón de baja permeabilidad-alta durabilidad. Varias son las estrategias en cuanto a la utilización de aditivos, para conseguir una baja permeabilidad-alta durabilidad. 9

10 A continuación, se enumeran las más importantes y el efecto que tienen sobre el hormigón, para que éste sea de baja permeabilidad-alta durabilidad: Reductores de agua: con el fin de conseguir relaciones A/C más bajas. Superplastificantes: para aumentar la fluidez, trabajabilidad, docilidad, etc. Filler puzolánico: con el fin de producir un hormigón con menos poros y de mayor compacidad. Impermeabilizantes: aditivos específicos que reducen la red y absorción capilar del hormigón. Agentes moduladores de la viscosidad para el control total de la reología del hormigón. Aditivos inhibidores de corrosión. 6.1 Aditivos superplastificantes-reductores de agua de última generación GLENIUM La EHE-08 indica es su artículo 29.1 Aditivos: generalidades que la utilización de superplastificantes es muy recomendable o casi indispensable para hormigones con altas densidades de armado, así como para hormigones de alta resistencia y durabilidad. Los aditivos líquidos superplastificantes de última generación GLENIUM son reductores de agua de alto rango con diferente base química que los fluidificantesplastificantes tradicionales. La reducción de agua de los aditivos GLENIUM es de hasta aprox. del 30-40%, frente al 10-20% de los aditivos convencionales. Las ventajas de la utilización de GLENIUM en el hormigón, se resumen a continuación: Gran poder reductor de agua. Reducción de la relación A/C. Disminuye la porosidad y la permeabilidad. Aumento de la fluidez. Aumento de la densidad. Aumento de la compacidad. Aumento de las resistencias mecánicas. Mejora en los acabados superficiales. Mejora la durabilidad del hormigón. Por este motivo, la utilización de aditivos GLENIUM se considera prácticamente imprescindible en la confección de hormigones de baja permeabilidad-alta durabilidad. El mecanismo de actuación de los aditivos GLENIUM se basa en que las partículas de cemento, en contacto con el agua, tienden a agruparse por atracción electrostática (flocularse). En presencia de GLENIUM el cemento se dispersa en finas partículas, lo cual permite aumentar la fluidez del hormigón sin incrementar la cantidad de agua, lo que favorece la formación de una estructura cristalina más compacta al no perjudicar la relación A/C. Los aditivos GLENIUM afectan a la reología del hormigón en estado fresco, aumentando su fluidez y disminuyendo la tensión para la cual empieza a fluir (tensión de corte umbral). Cuando se utiliza micro o nanosílice MEYCO MS, la extrema finura de este material disminuye ligeramente la consistencia del hormigón, la cual se compensa mediante un ligero aumento en la dosificación de GLENIUM. 10

11 6.2 Micro y nanosílice MEYCO MS Tal y como se indica en el artículo 30º Adiciones de la EHE-08, la microsílice (y nanosílice) es un subproducto que se origina en la reducción de cuarzo de elevada pureza con carbón en hornos eléctricos de arco para la producción de silicio y ferrosilicio. [ ] Esta adición confiere al hormigón una elevada compacidad y resistencia mecánica; puede producir una reducción del ph del hormigón, lo que debe tenerse en cuenta en el caso de ambientes que induzcan una importante carbonatación del hormigón. cementantes. Sin embargo, cuando están finamente divididas y en presencia de humedad, reaccionan químicamente con el hidróxido cálcico soluble [Portlandita Ca(OH) 2 ] generado durante el proceso de hidratación del cemento Portland, formando compuestos (silicatos hidratados) que poseen propiedades cementantes y que incrementan la compacidad y resistencia mecánica del hormigón. El pequeño tamaño relativo de las partículas de micronanosílice (<1 µm) y la elevada pureza de sílice amorfa existente en los productos MEYCO MS proporciona al hormigón un gran poder puzolánico. Este efecto puzolánico aumenta la proporción de la fase silicato cálcico hidratado del hormigón endurecido, disminuyendo la porosidad del hormigón (poros capilares y poros de gel) debido a su efecto de relleno de huecos. + MEYCO MS Representación esquemática del efecto de la adición de micro-nanosílice MEYCO MS sobre el hormigón MEYCO MS son compuestos de micro ó nanosílice amorfa de alta pureza con un elevado poder puzolánico y de filler (aporte de finos). Se define a las puzolanas como compuestos silíceos o silicoaluminosos con pequeñas o nulas propiedades Los efectos de MEYCO MS en el hormigón se pueden resumir en: En el hormigón fresco: o Reducción de la porosidad. o Reducción de la permeabilidad. o Reducción de la tendencia a la exudación. o Reducción del riesgo de segregación. o Aumento de la compacidad. o Mejora en la trabajabilidad. o Mejora en la bombeabilidad. Desarrollo de resistencias: Debido a que la micronanosílice está constituida por finas partículas, éstas reducen y rellenan los capilares, poros y microfisuras existentes entre la zona de transición entre la pasta de cemento y áridos. Estos huecos son originados por los espacios que previamente eran ocupados por el agua y que al evaporarse, no son completamente rellenados por los productos de hidratación del cemento. La reacción de la micro-nanosílice con los productos de hidratación del cemento, rellena estos huecos, produciendo un hormigón más denso y mejorando las resistencias a compresión, impermeabilidad y durabilidad. Permeabilidad: Como las resistencias mecánicas y la impermeabilidad son inversamente proporcionales al volumen de grandes poros existentes en la pasta de cemento hidratada, la disminución considerable de la porosidad conduce a un notable incremento de la impermeabilidad del hormigón. La reducción de los canales de difusión del agua a través del hormigón y el aumento en la densidad del hormigón, mejora la resistencia a los ataques químicos y la protección del acero y por tanto, la durabilidad. 11

12 Durabilidad: MEYCO MS mejora la durabilidad del hormigón debido a un aumento de la impermeabilidad y debido a que fija químicamente el hidróxido cálcico [Portlandita Ca(OH) 2 ] existente en la pasta de cemento, lo cual mejora la resistencia química del hormigón. Los ataques que previene son:: o Corrosión del acero. o Ataque por carbonatación. o Ataque ácido. o Ataque por sulfatos. o Reacción árido-álcali. o Ataque físicos: resistencia a la abrasión, resistencia al impacto y ciclos hielo-deshielo (en combinación con aditivos aireantes). A continuación se muestra un ensayo realizado para una dosificación genérica de planta de hormigón, donde se aprecia que la adición del 2% de MEYCO MS 685 sirve para que la formula de trabajo cumpla con los requerimientos de permeabilidad. CEMENTO III/A 42,5 N/SR DOSIFICACIÓN ARENA CALIZA 0/ GRAVA CALIZA 12/ GLENIUM 0,9 % spc MEYCO MS 685 2% spc kg 3,15 3,2 3,4 3,4 kg - 7-7,6 AGUA TOTAL Relación A/C 0,463 0,420 0,424 0,411 CARACTERÍSTICAS Consistencia Abrams inicial cm 11 10, Densidad hormigón fresco kg/l 2,388 2,41 2,396 2,393 Densidad hormigón 3días kg/l 2,378 2,418 2,385 2,38 RESISTENCIAS MECÁNICAS A COMPRESIÓN (N/mm 2 ) PROBETAS CILÍNDRICAS A 3 días 21,8 24,3 23,1 26,8 A 7 días 35,2 37,1 36,3 39,6 A 28 días 43,5 45,5 45,6 47,8 PROFUNDIDAD DE PENETRACIÓN DE AGUA BAJO PRESIÓN: UNE-EN TIPO DE PROBETA Presión aplic.dirección hormigonado Cúbica 15x15 Cúbica 15x15 Cúbica 15x15 Cúbica 15x15 6 bar 6 bar 6 bar 6 bar Duración 72 h 72 h 72 h 72 h Penetración máx. (mm) Penetración mín. (mm) Penetración media (mm) Dentro de la gama MEYCO MS existen productos basados en microsílice (MEYCO MS 610) y en nanosílice (MEYCO MS 685). La diferencia entre ellos, estriba en el tamaño de partícula, siendo menor en el caso de empleo de productos basados en la nanosílice. Un tamaño de partícula menor, implica un aumento en la superficie específica y por tanto, un aumento en la reactividad puzolánica y de la efectividad. Por tanto, para la nanosílice, es necesaria una menor dosificación para la consecución del mismo efecto. Por otro lado comparando con la microsílice MEYCO MS 610, el empleo de MEYCO MS 685, permite una disminución mayor de la permeabilidad, al cerrar de una forma más efectiva los huecos y poros existentes en el hormigón por tener un tamaño de partícula aún menor y en consecuencia mayor superficie reactiva. En cuanto al formato del producto, la suspensión de nanosílice precipitada (caso de MEYCO MS 685) favorece la dosificación en planta de hormigón y/o obra, al presentarse como un líquido. En este caso, en la dosificación deberá reducirse el agua de amasado en una cantidad volumétrica igual a la dosificación de nanosílice precipitada añadida. Es decir, y a modo de ejemplo, si se añaden 7 litros de MEYCO MS 685 por cada metro cúbico de hormigón, deberá haberse reducido previamente aprox. 7 l de agua en la fórmula de trabajo. Debido al gran incremento de la superficie específica que proporcionan las partículas finas (mayor cuanto más elevado sea el índice de finura), es necesario incrementar ligeramente la dosificación del superplastificante GLENIUM. 6.3 Impermeabilizante: MELCRET HI MELCRET HI es un aditivo líquido impermeabilizante de alto rango diseñado para la consecución de hormigones de baja permeabilidad-alta durabilidad. Con este fin, MELCRET HI conjuga los dos siguientes efectos: Superplastificante/reductor de agua de rango medio. Redistribuye y reordena el aire contenido en el hormigón en forma de microburbujas no interconectadas entre sí, interrumpiendo de esta forma la red capilar. EL segundo efecto descrito, es el que confiere a MELCRET HI las propiedades específicas de aditivo impermeabilizante. Como se ha descrito al inicio del documento, el hormigón contiene un determinado volumen de poros, huecos, capilares, etc. tanto más elevado cuanta mayor sea la relación A/C. Dentro del hormigón, el aire tiende a coalescer y a formar grandes poros, uniendo los capilares y formando una red dentro del hormigón. 12

13 + MELCRET HI El impermeabilizante MELCRET HI actúa sobre la forma y tamaño de las burbujas de aire, así como en la manera que tienen éstas de distribuirse dentro de la masa del hormigón. Con la ayuda de MELCRET HI, el aire contenido en la mezcla (cuyo volumen dependerá de la dosificación) se convierte en microburbujas uniformemente repartidas. La explicación del mecanismo de actuación de MELCRET HI se basa en la propia estructura molecular del polímero utilizado en su formulación, que además de generar un efector fluidificante/reductor de agua de rango medio, provoca la estructuración y ordenación del aire que contiene el hormigón. El efecto impermeabilizante de MELCRET HI depende de la dosificación empleada, siendo tanto más acusado cuanto mayor sea la dosificación en el rango definido (hasta 2,5% sobre el peso de cemento). Debe recalcarse, que el mecanismo de actuación de MELCRET HI no es el de ocluir aire dentro de la masa del hormigón (las resistencias mecánicas y densidad no disminuyen para una misma relación A/C), sino la de estructurar y ordenar el aire propio contenido en la mezcla de forma tal que se disminuye la tendencia que tiene el aire que contiene la mezcla, a conectar los capilares, poros, microfisuras, etc. y disminuyendo de esta forma la permeabilidad del hormigón. MELCRET HI, a diferencia de la mayoría de los aditivos impermeabilizantes basados en otras materias primas, permite su dosificación en porcentajes altos. Este parámetro, condiciona en gran medida la capacidad de reducción de permeabilidad que ofrece un aditivo impermeabilizante, ya que la efectividad de este tipo de aditivos es directamente proporcional a la dosificación empleada. 13

14 Por último, indicar que no deben equipararse los aditivos hidrofugantes a los aditivos impermeabilizantes. El empleo de aditivos hidrofugantes ofrece buenos resultados en el caso de hormigones y morteros no estructurales expuestos a la intemperie (agua de forma puntual, lluvia, humedad, etc.), donde la capa hidrofugada provoca una disminución de la absorción capilar. Sin embargo, en ningún caso se obtendrá impermeabilidad en masa con el empleo de aditivos hidrofugantes, al no ofrecer resistencia a la humedad constante, ni al paso de agua bajo presión. o Curva granulométrica. Agua de amasado: Las mezclas con mayor contenido de agua son menos robustas. Contenido de cemento: Generalmente cuanto mayor sea mayor será la robustez de la mezcla, aunque tampoco es recomendable superar un cierto límite con el fin de limitar la retracción (riesgo de aparición de fisuras). Contenido en finos de la mezcla (suma de los finos de las arenas, cemento y adiciones). Debe garantizarse un contenido mínimo para que el hormigón pueda fluir de forma homogénea. En el caso de que por cualquiera de estos motivos, la mezcla del hormigón no disponga de la suficiente robustez, el empleo de RHEOMATRIX compensa estas carencias, permitiendo un control total de la reología del hormigón. Segregation Por tanto, no se recomienda el empleo de aditivos hidrofugantes utilizados en la mezcla en el caso de requerir impermeabilidad al agua bajo presión y/o de tratarse de un hormigón estructural (armado), puesto que reducen la adherencia entre el árido, pasta de cemento y armado. Para esta aplicación, deben utilizarse aditivos impermeabilizantes. + 1 l/m³ RheoMATRIX Agente modulador de viscosidad para el control total de la reología: RHEOMATRIX Se ha descrito con anterioridad las ventajas que conlleva el empleo de consistencias líquidas y/o autocompactantes para la confección de un hormigón de baja permeabilidadalta durabilidad, especialmente por los riesgos diferidos en la puesta en obra. Sin embargo, el empleo de estas consistencias en determinados casos (asociado principalmente a un diseño incorrecto) aumenta el riesgo de aparición de fenómenos nocivos para el hormigón, como son la exudación, disgregación, etc. La aparición de estos fenómenos, depende de la robustez de la mezcla, la cual depende fundamentalmente de: La calidad de los áridos: o Contenido en finos de la arena. o Homogeneidad en el suministro. La utilización de RHEOMATRIX proporciona las siguientes ventajas: Proporciona mayor robustez a las mezclas. Efecto cohesionante con ligero sacrificio de la fluidez. Mayor rango de tolerancia a las variaciones de agua (diferentes humedades en los áridos). 14

15 Permite conservar la compacidad en condiciones desfavorables. Disminuye el riesgo de disgregación manteniendo unidas todas las fases del hormigón. Permite la confección de consistencias líquidas y/o autocompactantes con bajos contenidos de cementofinos. Tal y como se indica en el artículo Medidas especiales de protección de la EHE-08, en casos especiales de agresividad, cuando las medidas normales de protección no se consideran suficientes, se podrá recurrir a la disposición de sistemas adicionales de protección como: Aditivos inhibidores de corrosión. En función de la calidad de los materiales y la dosificación empleada, RHEOMATRIX proporciona una elevada robustez al hormigón y por tanto, seguridad frente a eventuales riesgos de disgregación de la mezcla. RHEOCRETE 222+ es un aditivo inhibidor de la corrosión para hormigón armado, efectivo con cualquier tipo de cemento y ambiente, incluso ante la presencia de microfisuras, que prolonga el tiempo de servicio de las estructuras. Reduce la difusión de cloruros y oxígeno a través de hormigón (responsables de la corrosión). También forma un film protector alrededor de la armadura que disminuye o evita la llegada de cloruros y oxígeno hasta el elemento metálico, sin reducir la adherencia hormigónarmado. RHEOCRETE 222+ es un aditivo basado en compuestos orgánicos. El principio activo del producto actúa como un agente antioxidante, de tal modo que la efectividad oxidante del oxígeno para provocar corrosión del acero se ve interferido por la acción de RHEOCRETE El mecanismo de actuación es el siguiente: Genera un recubrimiento químico alrededor de la armadura (sin reducir la adherencia) que actúa como film protector para la llegada del oxígeno al acero, que provocaría corrosión. Reduce la difusión interna de los cloruros (siempre difundiéndose en un medio acuoso) y del CO2 (en este caso vehículo gaseoso). En el caso de no disponer de una curva granulométrica que aporte la cuantía necesaria de finos al HAC, RHEOMATRIX compensa esta carencia de los áridos y proporciona la estabilidad necesaria a la mezcla. Para HAC con bajos contenidos en cemento-finos, el empleo de RHEOMATRIX se hace indispensable para obtener masas robustas sin sacrificio de la fluidez. La base del mecanismo de actuación de RHEOCRETE 222+ para evitar la corrosión de la armadura se basa en un proceso de migración y orientación del principio activo del aditivo. Su efecto se extiende por toda la masa de hormigón gracias a la capacidad que presenta el aditivo para orientarse debido a la diferente polaridad de los extremos de su molécula. Las moléculas que migran hacia la armadura se disponen a su alrededor evitando el contacto de los cloruros y el oxígeno con las armaduras. Se produce la formación de quelatos metal-aditivo que, debido a una disposición específica de la molécula orgánica, repelen el agua y la humedad impidiendo el acceso de los cloruros a la armadura. 6.5 Inhibidor de la corrosión: RHEOCRETE

16 La fracción de aditivo que migra a la superficie forma de sales de calcio que orientan la parte hidrorepelente hacia el exterior, dificultando la entrada de agua y sus agresivos (cloruros, CO2 en la humedad). Gracias al empleo de RHEOCRETE 222+ se incrementa la durabilidad del hormigón especialmente donde existe presencia constante de cloruros en el ambiente, por ejemplo en las zonas costeras. Es importante recalcar que la acción de los cloruros es independiente del ph del hormigón como de la posible carbonatación del mismo. En ningún caso se tolerará la colocación en obras de masas con indicios de fraguado. Un buen proceso de colocación del hormigón debe evitar que se produzca una pérdida de homogeneidad y conseguir que la masa llene perfectamente todas las esquinas y rincones del encofrado y recubra bien las armaduras en toda su superficie. Adicionalmente, para lograr una durabilidad máxima, el diseño y puesta en obra del hormigón debe ser el adecuado para obtener la mínima permeabilidad y porosidad. 7. RECOMENDACIONES PARA LA PUESTA EN OBRA DE HORMIGÓN DE BAJA PERMEABILIDAD-ALTA DURABILIDAD La correcta puesta en obra seguirá las prescripciones del Artículo 71 de la EHE-08. La puesta en obra es vital en la confección del hormigón de baja permeabilidad-alta durabilidad. Una correcta dosificación resulta inútil ante una mala puesta en obra, ya que las propiedades impermeables dependen estrechamente de la compacidad. Anteriormente al vertido se debe comprobar si las presiones que origina la velocidad de hormigonado son resistidas por el sistema de encofrados, así como prever las juntas de hormigonado dejando esperas embebidas si fuese necesario. El sistema de puesta en obra más sencillo consiste en verter el hormigón desde el dispositivo de transporte (cuba, cubilote, etc.) hasta el encofrado, molde o lugar donde se haya de colocar. Se deben tomar todas las medidas para evitar la caída libre del hormigón desde una altura superior a los dos metros, a fin de impedir que se rompa la homogeneidad de la mezcla al caer más rápidamente el árido grueso que el resto de los componentes y evitar daños a los encofrados. No se colocarán en obra capas o tongadas de hormigón cuyo espesor sea superior al que permita una compactación completa de la masa. Como regla general, este espesor estará comprendido entre cm, en función de los métodos de compactación y forma del encofrado. El vertido de grandes montones y su posterior distribución por medio de vibradores no es recomendable, ya que produce notable disgregación de la masa. 16

17 Se tendrá especial cuidado en evitar el desplazamiento de las armaduras durante la puesta en obra, manteniendo el recubrimiento mínimo establecido para cada caso particular. En ningún caso se añadirá agua al hormigón para la recuperación de cono ya que la adición de agua tiene como consecuencia una disminución de resistencias, aumento de las fisuraciones y de la permeabilidad. El tiempo de curado de los hormigones depende del grado de humedad y temperatura ambiente, presencia de viento, insolación y tipo de cemento utilizado. La EHE-08 en su Artículo 71.6 facilita una fórmula que permite determinar la duración mínima de curado en función de los parámetros citados. En cualquier caso, las condiciones más críticas de curado que precisan mayores períodos aparecen en ambientes calurosos o fríos con vientos fuertes y secos y cementos con adición de puzolanas. Se realizará la compactación del hormigón con objeto de conseguir la máxima homogeneidad en la distribución de los componentes del hormigón así como conseguir la máxima compacidad posible, ya que de ello depende la resistencia del hormigón y la permeabilidad, y con ello la durabilidad y la protección contra la corrosión de las armaduras. Los agentes de curado tienen un efecto retenedor del agua debido a la formación de membranas que reducen la evaporación del agua durante el proceso de fraguado y mejoran la hidratación del cemento, evitando problemas derivados de la pérdida prematura del agua y los fenómenos de retracción derivados. El método de compactación a seguir será función de la consistencia. A la vez, se adaptará en lo posible a las condiciones particulares de cada caso, considerando, por ejemplo, el tipo de elemento estructural. Aditivo Base del aditivo Aplicación MASTERKURE Disolución de Hormigón blanco/visto. 114 resinas sintéticas. En el caso de vibradores de molde o encofrado deberá verificarse que el tipo de vibración de éstos sea la adecuada. MASTERKURE 220 Emulsión de resinas en agua. Exento de disolventes. Hormigón visto. Acabado transparente. Posibilidad tratamientos posteriores sin ser necesaria su eliminación. La compactación se realizará siguiendo el Artículo de la EHE-08. MASTERKURE 230 Disolución de resinas sintéticas pigmentadas. Pistas aeropuertos, carreteras. Cumple el ensayo de California (CALTRANS 90-7:01 B). El curado es el conjunto de operaciones necesarias para evitar la evaporación o la pérdida de agua de amasado del hormigón. Deberá realizarse manteniendo húmedas las superficies de los elementos hormigonados desde el primer momento de su colocación. El curado mediante agua debe seguir las exigencias del Artículo 27 de la EHE-08 referente a la calidad del agua empleada. Un mal curado puede originar fisuración, con el correspondiente aumento de la permeabilidad de la estructura. Un buen curado proporciona al hormigón una mejor resistencia superficial y mejor aspecto. Una losa de hormigón que se ha secado demasiado rápidamente presenta una superficie con una resistencia a la abrasión hasta cinco veces menor. Un curado adecuado reduce el riesgo de fisuración, la formación de polvo y el desescamado de la superficie. En cuanto a los productos desencofrantes, descrito en el artículo 68.4 de la EHE-08, cabe destacar que: Serán de la naturaleza adecuada y deberán elegirse y aplicarse de manera que no sean perjudiciales para las propiedades o el aspecto del hormigón, que no afecten a las armaduras o los encofrados, y que no produzcan efectos perjudiciales para el medioambiente. No se permitirá la aplicación de gasóleo, grasa corriente o cualquier otro producto análogo. No deberán impedir la posterior aplicación de revestimientos superficiales, ni la posible ejecución de juntas de hormigonado. Cumple con estos requerimientos el desencofrante biodegradable basado en aceites vegetales RHEOFINISH 217. Los diferentes moldes o encofrados se retirarán sin producir sacudidas ni choques en la estructura y siempre que el hormigón haya alcanzado la resistencia necesaria para soportar con seguridad y sin deformaciones los esfuerzos a los que se verá sometido. Podrá realizarse ensayos de 17

18 información para determinar la posibilidad o no de desmoldar. El Artículo 73 de la EHE-08 describe las operaciones de desmoldeo. 18