Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores de agua: complementación utilizando el aditivo Glenium 3030 NS en concretos autonivelantes

(1)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE

INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

ANÁLISIS COMPARATIVO DE CONCRETOS CON ADITIVOS

REDUCTORES DE AGUA: COMPLEMENTACIÓN UTILIZANDO

EL ADITIVO GLENIUM 3030 NS EN CONCRETOS

AUTONIVELANTES

TESIS

Para Optar el Título Profesional de :

INGENIERO CIVIL

ROBERTO CARLOS NIETO OSORIO

(2)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE

INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

PLAN DE TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

TEMA

:"ANÁLISIS COMPARATIVO DE CONCRETOS CON

BACHILLER :

CODIGO

ASESOR

.

ADITIVOS REDUCTORES DE AGUA:

COMPLEMENTACIÓN UTILIZANDO EL ADITIVO

GLENIUM 3030 NS EN CONCRETOS

AUTONIVELANTES"

Roberto Carlos Nieto Osario

944068G

(3)

AGRADECIMIENTOS

El autor de esta Tesis agradece a las siguientes instituciones que colaboraron en la

presente investigación:

• Cementos Lima.

• MBT Unicon.

• Laboratorio de Ensayo de Materiales de la Uni.

(4)

DEDICATORIA

A Dios por la fuerza espiritual que me da

cada día, a mis padres, hermanos, amigos y

familiares por el apoyo ínvalorable que

supieron brindarme.

A mi asesor lng. Jesús Velarde Dorrego que

sin sus consejos y correcciones no hubiese

sido posible la culminación de esta

(5)

IN DICE

Resumen...

1

Introducción...

3 Glosario...

5 Capítulo 1: Concretos Autonivelantes... ... ... ... ... . .. .. . ... ... . .. ... ... ... ... ... ... ... ... ...

8

1.1

Definición... . . . .. .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. .. . .

9

1.1.1

Historia... . . .. ... . . . ... . . . .. . ..

9

1.2

Reología del Concreto...

12

1.2.1

Definición...

12

1.2.2

Reología de fluidos y suspensiones...

12

1.2.3

Reología de la pasta de cemento...

14

1.2.4

Reología de la mezcla de concreto...

16

1.3

Ensayos de Control... .. . . .. . . ..

t7 1.3.1

Ensayo de Flujo de asentamiento{Extensión de flujo}...

19

1.3.2

Ensayo de Caja

L... . . . .. . . .. . . ... . . . .. . . .. . . .. ... . . . .. .

24

1.3.3

Criterios de trabajabilidad para el Concreto

Autonivelante en estado fresco... . . . . .. . . .. . .. ... .. . . .. .

27

1.4

Composición de la mezcla... . . . .. . .

27

1.5

Producción

y

ejecución...

29

1.6 Control de calidad...

32

1.7

Requisitos para el concreto autonivelante... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

32

1.8

Diseño de la mezcla...

33

1.9

Aplicaciones... . . . .. . ... . . .. . . .. . . .. . . . .. . ... . . .. . .

34

1.9.1

Conceptos generales...

34

1.9.2

Campos de aplicación...

34

1.9.3

Aplicaciones...

35

1.9.4

Aplicaciones en el mundo...

36

1.9.5

Aplicaciones en el Perú...

37 Capítulo 11: Aditivos reductores de agua... . . ..

39

2.1

Aditivos...

40

2.1.1

Generalidades...

40

2.1.2

Razones para el empleo de aditivos...

41

2.1.3

Uso de Jos aditivos...

41

(6)

2.1.5 Clasificación de los aditivos... 43

2.2 Aditivos reductores de agua... 45

2.2.1 Generalidades... . . . .. . . .. . .. . .. . .. . . . .. . . .. . 45

2.2.2 Definición... . . . .. . . .. . . ... . . . .. . . .. . . 46

2.2.3 Características... . . . .. . . .. . . .. .. . . .. 46

2 2 4 Cl ifi . . as 1caaon e os a .. d

1

dit. IVOS superp as 1cantes... . .. . .. . .. . . . .. . . .. .. .. . . .. .

1

tifi 47 2.2.5 Mecanismo de acción... 50

\ 2.2.6 Especificaciones... . . .. . . .. . . .. . . .. .. . . 53

2.2. 7 Uso de los superplastificantes... .. . . .. . . .. . . 54

2.2.8 Aditivo GLENIUM 3030 NS... .. . ... .. . .. . ... ... . .. ... ... .. . ... ... ... ... ... .. . . .. ... .. . .. 55

Capítulo

111:

Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores de agua... 58

3.1 Generalidades... 59

3.2 Síntesis de investigaciones realizadas... 59

3.2.1 Influencia de los superplastificantes en las propiedades del concreto normal... . . .. . . 59

3.2.2 Concreto de alta resistencia con el superplastificante PSP-N2... .. . ... . . 61

3.2.3 Incorporación del aditivo micro sílice F-1 OOT Dry Emsac y el superplastificante PSP-N2 para la obtención de concretos de alta resistencia... . . .. .... ... ... . .... ... ... . .. .. . . . .. .. .. ... ... ... ... .. ... .. ... . . 63

3.2.4 Estudio de la influencia del aditivo superplastificante y reductor de agua de alto rango sobre las propiedades del concreto... 66

3.2.5 Estudio del concreto de alta resistencia

y

alta performance con la Incorporación de sílice en polvo

y

aditivo superplastificante... ... ... ... ... 68

3.2.6 Concretos de alta resistencia empleando la microsilice Sikacrete 950 y el superplastificante Sikament FF-86... ... ... ... ... ... ... ... 71

3.2.7Estudio de los efectos producidos en las propiedades del concreto fresco

y

endurecido por la adición de un aditivo superplastificante utilizando cemento Pórtland tipo 1... . . .. 7 4 3.2.8 Características del concreto de alta resistencia con aditivo superplastificante y cemento Pórtland tipo

1... . .

76

3.2.9 Investigación del Concreto de alta resistencia. Metodología de Obtención de las propiedades de los concretos de 550-1200 kg/cm2.. 79

(7)

3.2.11 Estudio de las propiedades del concreto fresco y endurecido de mediana a alta resistencia con aditivo superplastificante y retardador

de fraguado, con cemento Pórtland tipo

l...

86

3.2.12 Estudio comparativo de los aditivos superplastificantes utilizados en nuestro medio e influencia en las propiedades del concreto con cemento tipoi,V,IP... 88

3.2.13 Influencia de los métodos comunes de curado en los especímenes de concreto de alto desempeño... . . . .. . . 91

3.3 Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores de agua... 93

3.3.1 Generalidades... 93

3.3.2 Requerimientos de la Norma ASTM C-494 Tipo F... 94

3.3.3 Evaluación de resultados de tesis anteriores... . 94

3.3.4 Estudio comparativo de aditivos superplastificantes analizados... 94

3.3.3.1 Cuadro de evaluación de resultados de tesis anteriores: Cumplimiento de los aditivos estudiados con la norma ASTM C-494 para aditivos reductores de agua tipo F... 96

3.3.4.1 Cuadro final comparativo entre los diferentes aditivos superplastificantes analizados... 97

3.3.4.2 Cuadro final comparativo entre los diferentes aditivos superplastificantes analizados y Jos rangos de reducción de agua(%)... 103

3.3.4.3 Cuadro final comparativo entre los diferentes aditivos superplastifícantes analizados y los rangos de cantidad de cemento (kg/m3)... .. . . .. ... .. 107

Capítulo IV: Estudio de concretos con aditivo reductor de agua GLENIUM 3030 NS... ... ... ... ... 108

4.1 Materiales... 109

4.1.1 Agregados... .. . .. . . .. .. . .. . .. . ... .. . . .. .. . . .. . ... . .. . .. ... ... .. .. .. . .. . .. . . .. . . 1 09 4.1.2 Cemento... .. . .. . .. . . .. .. . . .. .. . .. . . .. . .. .. . .. . . .. .. . .. . ... . .. .. . .. . . .. .. . .. . . .. ... .. . .. 11 O 4.1.3Aditivo... ... .. . .. . .. . . .. ... .. .. ... .... .. 11 O 4.1.4 Agua... 110

4.2 Diseño de mezclas de concreto patrón

y

concreto con aditivo GLENIUM 3030 NS ... 4.2.1 Generalidades ... .. 4.2.2 Diseño de mezclas ... .. 4.2.3 Determinación de la relación de agregados respecto al máximo 111 111 112 Peso unitario... 113

(8)

4.2.3.2 Determinación de la relación arena piedra... 114

4.2.4 Diseño del Concreto Patrón... 117

4.2.4.1 Diseño para determinar la cantidad de agua... 118

4.2.5 Diseño del concreto con aditivo superplastificante... ... 125

4.2.6 Proporción del concreto relación agua cemento alc=0.45 y con aditivo superplastificante GLENIUM 3030 NS... ... ... 128

4.2.6.1 Diseño 0.39% de aditivo

y

a/c =0.45... ... ... ... ... ... ... ... ... 128

y

ale =0.45... 129

4.2.6.3 Diseño 1.17% de aditivo y ale =0.45... 130

4.2.7 Proporción del concreto relación agua cemento alc=0.40 y con aditivo superplastificante GLENIUM 3030 NS... ... 131

4.2.7.1 Diseño 0.39% de aditivo y ale =0.40... 131

4.2.7.2 Diseño 0.78% de aditivo y ale =0.40... ... ... ... ... ... ... ... 132

y

ale =0.40... 133

4.2.8 Proporción del concreto relación agua cemento a/c=0.50 y con aditivo superplastificante GLENIUM 3030 NS... .. . . .. .. . . ... . . .. . .. . . . 134

y

a/c =0.50... 134

4.2.8.2 Diseño 0.78% de aditivo y a/c =0.50... 135

y

a/c =0.50... ... ... ... ... ... 136

4.3 Diseño de mezclas de Concretos Autonivelantes... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 138

4.3.1 Generalidades... . . . ... .. . . .. . . . ... .. . . .. . .. . . .. ... ... ... .. . ... ... .. . . .. .. . ... ... 138

4.3.2 Diseño del Concreto Autonivelante a partir de concretos patrones normales variando la relación arena/píedra(a/p) mediante reducción de agua y con aditivo superplastificante... . . 138

4.3.2.1 Diseño 1.00% de aditivo a/c=0.45(CAN 45-2)... ... ... ... ... 140

Capítulo V: Propiedades del concreto fresco y endurecido... 141

5.1 Generalidades... 142

5.2.Ensayos del concreto en el estado fresco... 143

5.2.1 Peso Unitario... 143

5.2.2Consistencia... ... ... 143

5.2.3 Tiempo de fraguado... 145

5.2.4 Fluidez... 146

5.2.3 Exudación... 146

5.3.Ensayos del concreto en el estado endurecido... 146

5.3.1 Resistencia a la Compresión... 147

(9)

5.3.2 Resistencia a la Tracción por compresión diametral... 147

Capítulo VI: Cuadro de Resultados y Gráficos... 149

6.1 Ensayos de Concreto Fresco... 150

6.1.1 Asentamiento... . . .. . . .. . . .. . . .. . .. . .. .. . .. . . .. . .. .. .. . 150

6.1.3 Fluidez... 160

6.1.4Exudación ... 162

6.1.4 Tiempo de fraguado... . .. .. . .. .. .. .. .. .. .. . .. . .. . .. .. . .. . .. . ... 165

6.2 Ensayos de Concreto Endurecido... 170

6.2.1 Resistencia a la Compresión... 170

6.2.2 Resistencia a la Tracción por compresión diametral... 180

6.3 Cuadro de resumen de propiedades del concreto fresco... 183

6.4 Cuadro de resumen de propiedades del concreto endurecido... 184

6.3 Otros Cuadros y Gráficos... .. .. . .. . . . .. .. . . . ... .. . .. .. ... .. . . ... ... . . .. . 185

6.3.1 Cuadro de resumen de mezclas de concreto fluido generadas... 187

6.4 Ensayos de Concreto Autonivelante... ... ... ... ... ... ... 188

6.5 Cuadros y Gráficos comparativos de 03 mezclas fluidas de concreto... 190

Capítulo VIl: Análisis de los resultados... 192

7.1 Ensayos de Concreto Fresco... 193

7 .1.1 Asentamiento... 193

7 .1.3 Fluidez... 196

7.1.4 Exudación... 197

7 .1.5 Tiempo de fraguado... 197

7.2 Ensayos de Concreto Endurecido... 198

7 .2.1 Resistencia a la Compresión... 198

7 .2.2 Resistencia a la Tracción por compresión diametral... 200

7.3 Otros Cuadros

y

Gráficos... 200

7.4 Ensayos de Concreto Autonivelante... ... . .. ... .. . .... .. . . .. 201

7.5 Cuadros y Gráficos comparativos de 03 mezclas fluidas de concreto... 203

Capítulo VIII: Análisis Comparativo de Costo Beneficio de los Aditivos Reductores deAgua... 205

8.1 Costo de los materiales utilizados... .. . . .. . .. .. . .. . .. . . .. . .. . . .. .. . . .. . .. .. . .. . . .. .. . .. . 207

(10)

8.3 Generación de las curvas resistencia- costo para los concretos patrones

y con aditivo desarrollados en esta tesis... . . 208

8.4 Generación de las curvas resistencia- costo para los concretos de alto desempeño de consistencia normal... . . . 209

8.5 Generación de las curvas resistencia- costo mas económicas de las mezclas de concretos de alto desempeño de consistencia normal... .. . . 21 O 8.6 Generación de las curvas resistencia- costo mas económicas de las mezclas de concretos desarrolladas en esta tesis... 212

8.7 Comparación de las curvas obtenidas... 213

8.8 Relaciones Beneficio/Costo de las mezclas desarrolladas en la presente tesis... 214

Conclusiones y Recomendaciones. Conclusiones ... o... 217

Del programa experimental efectuado en el LEM-FIC ... o.o··· 218

Cumplimiento de los requerimientos para el aditivo GLENIUM 3030 NS con la Norma ASTM C-494 para aditivos reductores de agua tipo F... 221

De los estudios realizados en la UNI-FIC ... o • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 222 Recomendaciones ... O.O ... o.OOO·o···o···-···o··oo···o···--···0·--0··· 224

Referencia Bibliográfica ...

0.. ...

226

Anexos Materiales ... o. . • . • • • • • • • • • • • • • • . . • • • • • • • • • • • • • • • • • • . 227

Ensayos de Concreto Fresco... 235

: Ensayos de Concreto Endurecido ...

o .. o...

252

:Ensayos de Concreto autonivelante .... o ....•.. o ... o ....•..•. o ... o o •• o• .. o ... o. o... 260

Cuadro de datos para el análisis de costos... 267

Fotografías... 283

Reporte de resultados de ensayos de laboratorio.

(11)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Reswnen

· F.squltsd de lngenierls Civil

RESUMEN

El presente estudio es una evaluación de los efectos del aditivo GLENIUM 3030 NS,

superplastificante de alto rango, que es un aditivo de tercera generación para

concretos y morteros, esta evaluación se realizó teniendo como referencia la norma

ASTM C-494 para aditivos tipo F, los factores de estudio en esta tesis fueron la

relación agua/cemento y el porcentaje de aditivo superplastificante.

Adicionalmente se realizó una síntesis y análisis comparativo de los resultados de los

estudios de tesis en los últimos años en la FIC-UNI, en las cuales se emplearon

diversos aditivos superplastificantes, con la finalidad de precisar claramente el

comportamiento de estos productos desde el punto de vista del cumplimiento de las

especificaciones técnicas.

El estudio se realizó considerando las relaciones agua /cemento de 0.40, 0.45

y

0.50

y el aditivo se empleó en dosificaciones de 0.39, 0.78 y 1.17% en peso de cemento,

produciéndose en total 12 diseños de mezclas distintas. El concreto se diseñó con

una. trabajabilidad media (slump de 3D a 4"), para cada diseño se evaluó el

asentamiento, la fluidez, peso unitario, exudación, tiempQ d~ tragu.a. resistencia a la

compresión axial y diametral.

El _aditivo GLENIUM 3()30 NS con respecto al cumplimiento de los requisitos de la

norma ASTM C-494 para aditivos superplastificantes tipo F. referente a la reducción

de agua, cumple Jos requerimientos para las relaciones a/c de 0.40, 0.45

y

0.50 con

dosificaciones del aditivo GLENIUM 3030 NS en 0.78 y 1~17% del peso de cemento

(varían entre 20.47 %

y

28.20%),no cumpliendo para la dosificación en 0.39% del

peso de cemento, con los cllales se logran reducciones que varían entre 6.34% y··

10.61%~

Con respecto al Tiempo de Fraguado Inicial y -Final cumple los requerimientos para

todas las relaciones a/c(0.40,0.45

y

0.50) con dosificaciones de aditivo GLENIUM

3030 NS en 0.39 y 0.78% del peso de cemento, no cumplien~o para la dosificación

en 1.17% del peso de cemento.

Con respecto a la Resistencia a la Compresión cumple parcialmente: A la edad de 1

día cumple para todos los diseños de concreto ;a la edad de 03 días, para la relación

a/c=0.40 cumple para todos los diseños

y

no cumple para relación a/c=0.45

y

0.50

con dosificación de 0.39% de aditivo; a la edad de 07 días cumple para la relación

a/c=0.40 y 0.45 para todos los diseños y no cumple para relación a/c= 0.50 con

dosificación de 0.39% de aditivo;

y

a la edad de 28 días cumple para todos los

diseños de concreto.

Tesis: Análísis comparativo de concretos con aditivos reducrores de agua; Complemenfacíón utílizando el aditivo GLENIUM 3030 NS

en concretos sutonive!snfes

(12)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngeníeda Civil

Con respecto al diseño de concretos autonivelantes, el CAN45-2 que corresponde a

una relación alc=0.45, relación de arenalpiedra =50/50 y una dosificación de 1.00%

del peso de cemento con aditivo GLENIUM 3030 NS, es el único concreto fluido que

presenta autonivelación, siendo una mezcla de excelente trabajabilidad que presenta

una gran capacidad para deformarse y fluir libremente, baja viscosidad, buena

cohesión para evitar la segregación

y

ningún tipo de bloqueo.

En cuanto al análisis comparativo de los resultados de los estudios de tesis en los

últimos años en la FIC-UNI, en las cuales se emplearon diversos aditivos

superplastificantes, estos cumplen parcialmente los requerimientos de la norma

ASTM C-494 para reductores de agua de alto rango TIPO F, los aditivos que mejor

cumplen con los requerimientos de la norma son el Sika Viscocrete 1 que es un

superplastificante con retardador de fraguado y el Sika Viscocrete 20HE que es un

aditivo reductor de agua de alto rango. Además, en todos los casos los aditivos

reductores de agua aumentan sus resistencias mecánicas en forma bastante

significativa, sobretodo los llamados de tercera generación como el Sika Viscocrete 1,

con los cuales se llegan a resistencias a la compresión tan altas como 800 y 900

kg/cm2 (a Jos 28 días) aproximadamente.

Con respecto al análisis comparativo costo beneficio de los aditivos reductores de

agua, se llegó a determinar que las mezclas generadas en la presente tesis son más

económicas en comparación con otras mezclas de alto desempeño.

Tesis: Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores de agua: Complementación utifizando el aditivo GLENJUM 3030 NS

en concretos eutonivelantes

(13)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

Facultad de lngeníeris Civil

INTRODUCCIÓN

Introducción

El uso de aditivos en el concreto es cada vez mas frecuente debido a que el concreto

con aditivo muestra características que no pueden ser logradas por otros métodos y

en forma tan económica. El uso de aditivos reductores de agua de alto rango

proporciona concretos con altas resistencias iniciales, reducción de agua y de la

relación a/c, incremento del peso unitario del concreto, lo cual se traducen en

diversos beneficios sobre todo en la etapa constructiva.

Un compuesto debe cumplir ciertos requerimientos para ser considerados como un

aditivo reductor de agua de alto rango, estos requerimientos están especificados en

la Norma ASTM C-494, en la cual se especifica los incrementos en las resistencias,

reducción de agua, tiempo de fraguado y se señalan valores a ser cumplidos.

El estudio de los aditivos reductores de agua de alto rango es frecuente, debido a

que existen en el mercado gran cantidad de estos productos_ que son ofertados. por

diversas empresas; sin. embargo de. la revisión-de. resultados de .. estudios anteriores

se puede observar que estos productos no cumplen estrictamente con todos los

requisitos técnicos especificados en las normas y/o en las fichas del fabricante, esta

no conformidad seria debido a que muchas veces se proporcionaron resultados de

ensayos efectuados en otros países con materiales diferentes a los empleados en el

mercado nacional, los cuales no son especificados.

Así

mismo las empresas

comercializadoras no indican los compuestos de sus aditivos con lo cual su estudio

solo se efectúa a nivel de resultados prácticos.

De acuerdo a lo anteriormente señalado se. hace necesario efectuar un estudio global

del comportamiento de aditivos reductores de agua de alto rango con. la finalidad. de

brindar y/o contar con la confianza suficiente para su aplicación.

La presente investigación abarca tres grandes partes: la primera se refiere al estudio

de las investigaciones realizadas con aditivos reductores de agua de alto rango en la

FIC-UNI ,en dichos estudios se verifican con las Normas ASTM C-494 TIPO F; la

segunda se refiere a la evaluación del aditivo reductor de agua de alto rango

GLENIUM 3030 NS estudiándolo en concretos con diferentes relaciones agua

/cemento( 0.40,0.45,0.50) y distintos porcentajes de aditivo(0.39,0.78 y 1.17% del

peso de cemento), para así determinar claramente su comportamiento, los beneficios

obtenidos por su utilización

y

su conformidad con las normas

,y

la tercera parte consiste en la utilización de este aditivo para la fabricación de concretos

autonivelantes.

Tesis: Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores de agua: COmplementación utilizando el aditivo GLENIUM 3030 NS

en concretos autonivelantes

(14)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenierla Civil

Este estudio consta de 8 capítulos, los cuales están estrechamente correlacionados.

En el capítulo 1 se trata todo lo referente a los concretos autonivelantes y a la reología

del concreto; el capítulo 11 trata del estudio de los aditivos reductores de agua,

clasificación ,formulación química y mecanismo de acción, propiedades y usos, así mismo se incluyen las propiedades del aditivo reductor de agua de alto rango

GLENIUM 3030 NS; en el capítulo 111 aborda las síntesis de investigaciones

realizadas en la FIC-UNI en los últimos años y también un estudio analítico de estas investigaciones en la cual también incluye el aditivo GLENIUM 3030 NS ; en el

capítulo IV se trata de los agregados, cemento agua y aditivo utilizados , los

procedimientos seguidos para el diseño de mezclas del concreto patrón y con

aditivo, así como el diseño de mezclas de concreto autonivelante; en el capítulo V se

abordan las principales propiedades del concreto fresco y endurecido ; en el capítulo

VI se presentan los cuadros de resultados

y

gráficos obtenidos del programa de ensayos efectuados; en el capítulo VIl se efectúa el análisis de los resultados y en el

capítulo VIII se trata del análisis comparativo de costo beneficio de los aditivos

reductores de agua .

Tesis: Análisis com~rativo de concretos con aditivos Tedtlctores de egua: Complementación utffJZ811do el aditivo GLENIUM 3030 NS

en. concretos autonivelantes

(15)

UMVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngeníerfa Cívíl

Glosario

GLOSARIO

ale

Relación agua/cemento en peso de la mezda de concreto.

a/p

Relación arena/piedra en peso seco de la mezda de concreto.

Compactación

Proceso por el cual se induce, por reducción de vacíos, un acomodo cercano de las

partículas sólidas en la mezcla fresca de concreto durante su colocación.

Concreto

Mezcla de agua+cemento+arena+piedra+aditivo

Material compuesto que al ser mezclado presenta una apariencia plástica de fácil

manejo, pero que transcurrido cierto tiempo pierde esa plasticidad y empieza a

adquirir resistencia

y

rigidez.

Concreto de alto desempeño

Mezcla de agua+cemento+arena+piedra+adiciones

Es definido por el ACI como aquel concreto que posee una combinación especial de

desempeño

y

uniformidad que no siempre pueden ser obtenidas usando los

materiales convencionales y procesos de mezclado normales, es decir es una mezcla

de concreto a la que se puede añadir cualquier componente que mejore sus

propiedades al estado fresco

y

endurecido.

Concreto de alta resistencia

Concreto.queposee una resistencia especificada a compresión de 500 kg/cm2 o

superior.

Concreto Autonivelante

Concreto de consistencia fluida(asentamiento· >6") que posee la propiedad de

autonivelarse en un medio libre, necesita menor o nada de compactación y por ello

puede incrementar la velocidad de vaciado y ser utilizado en zonas de dificil acceso

para el equipo vibrador.

Concreto Fluido

Es aquel tipo de concreto que presenta poca consistencia expresada en grandes

asentamientos en el cono de Abrams. Según la clasificación de los concretos se

denominan mezclas fluidas de concreto alas que poseen asentamientos mayores a

6".

Consistencia

Es la resistencia que opone el cuerpo a experimentar deformaciones.

Tesis: Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores de agua: Complemenfsción utiJizendo el sdilivo GLENIUM 3030 NS

en concretos eutonive/antes

(16)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Fecu/ted de lngenieris Civil

Glosario

Durabilidad

Capacidad del concreto para resistir acciones climáticas, ataques químicos, abrasión

(desgaste) y otros procesos de deterioro en condición de servicio.

Esfuerzo de fluencia

Esfuerzo necesario que se debe aplicar a un material para que inicie su movimiento.

Floculación

Aglomeración de partículas hasta alcanzar el tamaño suficiente para que sedimenten

por gravedad.

Impermeabilidad

Capacidad del concreto o mortero para evitar la penetración de agua bajo presión. ·

Mortero

Mezcla de agua+aditivo +cemento+arena

Pasta de cemento

Mezcla de agua+aditivo +cemento

Plasticidad

Capacidad que tienen algunos materiales de defonnarse con faCilidad.

Plastificante

Producto líquido o sólido que se añade a un material para aumentar su plasticidad.

Suspensión

Dispersión de partículas sólidas de un material en un líquido, sin flotar ni sedimentar.

Viscosidad

Es la propiedad que poseen los fluidos debido al frotamiento de sus moléculas y se

mide por la velocidad de desplazamiento bajo ciertas condiciones.

Adición

Material inorgánico finamente dividido utilizado en el concreto para mejorar ciertas

propiedades o para lograr propiedades especiales.

Aditivo

Material añadido en pequeñas cantidades durante el proceso de mezclado del

concreto en relación con la masa de cemento para modificar las propiedades del

concreto fresco o endurecido.

Capacidad de relleno (fluidez no limitada)

La capacidad del Concreto Autonivelante para fluir

y

rellenar completamente todos los espacios dentro del encofrado, por su propio peso.

Capacidad de paso (fluidez limitada)

La capacidad del Concreto Autonivelante para fluir a través de las annaduras sin

segregación ni bloqueos.

Tesis: Análisis comparativo de concretos con edilivos reductores de ague: Comp!ementacfón uliiizando el aditivo GLEN!UM 3030 NS

en concretos eutonivelantes

(17)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenierle CMI

Polvo (finos)

Glosario

Material con un tamaño de partícula inferior a 0,125 mm., incluyendo el cemento, la

adición y la aportación de las arenas.

Concreto autocompactable

Concreto que puede fluir por su propio peso y llenar completamente el encofrado,

incluso en presencia de un armado denso, sin necesidad de ninguna vibración, al

tiempo que mantiene la homogeneidad.

Resistencia a la segregación (estabilidad)

La capacidad del Concreto Autonivelante para mantener homogénea su composición

durante el transporte y la puesta en obra.

Trabajabilidad (docilidad)

Una medida de la facilidad con la que el concreto fresco puede colocarse

y

autocompactarse. Se trata de una compleja combinación de aspectos de fluidez,

cohesividad, compactabilidad

y

viscosidad.

Tesis: Análisis comparatñto de concretos con aditivos mductores de egue: Complementsción utilizando el sditívo GLEJIIIUM 3030 NS

en concretos eutonívelentes

(18)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniarla Civil

CAPITULO 1

Capitulo 1: Concretos Autonivelantes

CONCRETOS AUTONIVELANTES

Tesis: Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores de agua: Complementación utilizendo el aditivo GLEflJJUM 3030 NS en concretos autoníve/antes

(19)

CAPITULOI

CONCRETOS AUTONIVELANTES

1.1. DEFINICIÓN

El concreto autonivelante CAN (en ingles self-levelling concrete:SLC) también

conocido como concreto reoplastico es una mezcla que puede fluir por su propio peso

y llenar completamente el encofrado formando en la superficie un acabado horizontal

necesitando muy poco o ningún vibrado y sin mostrar indicios de segregación y

bloqueo (27)

Para lograr dicho comportamiento especial es necesario la inclusión de materiales

distintos a los tradicionales, tales como los aditivos. El CAN seria catalogado como un

concreto fluido con todos los cuidados y beneficios que esto origina.

Con este tipo de concreto se lograría:

• Eliminar casi en su totalidad las labores de vibrado durante el vaciado del

concreto.

• Colocación del concreto de una manera mas simple

y

rápida facilitando las tareas ·

• Incremento de los rendimientos de colocación del concreto y la productividad.

s Ahorro en costos por reparación de elementos estructurales que fueron mal

vibrados al utilizar concretos convencionales.

• Un ambiente de trabajo más agradable debido a la reducción del ruido

provocado por el equipo de vibrado.

• Mejoras en la impermeabilidad del concreto y con ello mayor durabilidad

debido a la ausencia de segregación.

• Un concreto de alta cohesividad y estabilidad.

• Menor dependencia en la ejecución de los trabajos.

1.1.1 HISTORIA

A continuación se presenta un recorrido cronológico sobre los hitos que han marcado

la evolución del concreto.

Concreto vibrado convencional.

Durante los años 50 se empezaron a utilizar los fluidificantes basados en

lignosulfonatos, sin apenas purificar, procedentes de tos residuos industriales de la

Tesis: Análisis comparativo de concretos con aámvos reductores de agua: Comp!ementación utilizando elaámvo GLENIUM 3030 NS

(20)

Facultad de Ingeniería Civil Capihllo 1: Concretos Autonivelantes

fabricación de papel. Su rendimiento era aceptable (8% de reducción de agua de

amasado) aunque con efectos secundarios negativos notables. Los aireantes de

resina vinsol Saponificado también entraron en estos años, pero también con efectos

secundarios negativos. El grupo MBT marco un paso adelante con su plastificante en

polvo Pozzolith 8, de bastante mejor calidad que los convencionales de la época,

pero aun asi no exento de los efectos secundarios.

En las obras se peleaba milímetro a milímetro la consistencia del concreto en el cono

de Abrams. Más cono, más agua,

y

evidentemente menos calidad. El cono era el parámetro más llamativo e inmediatamente relacionado con la calidad del concreto.

Dada su normalmente consistencia seca, la calidad del concreto colocado en obra

(de forma lenta y laboriosa) dependía fundamentalmente de la ejecución.

Consecuentemente, los errores de ejecución eran excesivos, del 40% según el

boletín del GFO N°10 de 1992, la encuesta sobre patología del concreto daba la

siguiente distribución de errores:

Ejecución: 40%.

Proyecto: 25%.

Acciones imprevistas: 18%.

Materiales: 17%.

Concreto autonivelante y concreto de alta resistencia.

En la década del 70 se comenzaron a utilizar en las Obras Civiles los primeros

superplastificantes procedentes de Japón y Alemania. Los superplastificantes

basados en formaldehído naftaleno sulfonados se desarrollaron en Japón, con

resultados espectaculares. También se introdujeron las melaminas alemanas (los

excelentes aditivos Melmet y Melcret, aun gama esencial dentro de la gama de

superplastificantes actuales relacionados con el mundo del concreto}

Una de las primeras obras relevantes de edificación en la que se empleo concreto

autonivelante en España fue la torre Europea (1982 en Azca,Madrid).En su

cimentación, muy armada se utilizó concreto autonivelante(Consistencia fluida en el

cono de Abrams).EI resultado fue espectacular, por la calidad del propio concreto.

Una reducción del agua de amasado del orden del 25% sin efectos secundarios

negativos y por la rapidez, facilidad y garantía en la ejecución.

En esta obra, se utilizó el mismo aditivo superplastificante reductor de agua de alta

actividad (basado en condensados de formaldehído naftaleno sulfonado) para la

consecución de concreto de elevadas prestaciones en la construcción de los pilares.

Tesis: Análísís comparativo de concretos con adítívos reductores de agua: Comp!ementacíón utilizando el adítívo GLEN!UM 3030 NS

en concretos eutonive/antes

(21)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil

Capitulo 1: Conaetos Autonivelantes

Con la entrada de los aditivos superplastificantes, se redujeron considerablemente

los errores de ejecución y se mejoró enormemente en la calidad del concreto. La

calidad del concreto ya no dependía de su consistencia, sino de la relación A/C. En

consecuencia, el cono de Abrams comenzó a perder protagonismo y quedó

solamente como medida de control en obra.

Concreto Autocompactante

Son conocidos ya los parámetros que influyen en la durabilidad del concreto, y del

mismo modo, que las exigencias sobre la confección de estructuras y elementos más

durables aumentan progresivamente.

La durabilidad del concreto depende en primer grado de la formulación de este. En

este sentido, los parámetros básicos son la relación A/C y la cantidad de cemento.

Estos parámetros son controlables en el diseño de la mezcla y por lo tanto, en cierta

manera, previsibles. En segundo plano aparece el factor puesta en obra. Sin duda

alguna, una perfecta formulación del concreto puede perder todas sus propiedades

debido a una mala puesta en obra (desde la adición de agua en el camión hasta un

defectuoso o incluso excesivo vibrado). En consecuencia, la durabilidad del concreto

depende también, e incluso en mayor medida, de su puesta en obra. El problema de

este aspecto es que, a diferencia del diseño de la mezda, es un parámetro no

controlable y ni mucho menos previsible. La ejecución queda en manos del operario de la obra, que en la mayoría de ocasiones no entiende o no conoce los parámetros

que pueden afectar positivamente o negativamente las propiedades del concreto que

manipula. En resumen, la durabilidad del concreto se ve altamente afectada por las

características de la puesta en obra. En otro contexto, las exigencias de la mejora de

las condiciones ambientales de obra también aumentan progresivamente. Eliminar

los ruidos producidos por el vibrador es un aspecto a considerar, tanto para los

operarios de la obra como para el entorno.

Reflejado el panorama, la solución debería ser un concreto cuyas propiedades

quedaran garantizadas única y exclusivamente en el momento de su diseño,

independientemente de su ejecución. Esto sería una garantía de calidad y de

seguridad. Así pues, los últimos desarrollos en la tecnología del concreto se han

centrado en la elaboración de concretos autocompactables, que gracias al avance de

la química implicada en la construcción han permitido el nacimiento de lo que hoy

nombramos concreto autocompactante el cual permite ser colocado en obra sin la

Tesis: Análisis comparatftlo de concretos con aditivos reductores de agua: Complementeción utilizando el aditivo GLEN/UM 3030 NS

en conaetos autonivelantes

(22)

CapihJJo 1: Concretos Autonivelantes

necesidad de vibradores, eliminando definitivamente este factor que tanto afecta a la

calidad y durabilidad como es la puesta en obra.

Una de las aplicaciones donde se utilizó el Concreto Autocompactante fue la

construcción de dos anclajes en el Puente Akashi-Kaikyo(uno de los puentes

suspendidos mas largos del mundo de luz de 1991 m).EI tiempo de construcción de

esta obra se acortó en un 20% de 2.5 años a 2.00 años .De Igual manera se

construyó un nuevo tanque externo de concreto pretensado de la Osaka gas para

almacenamiento de gas natural licuado (12000 m3 de concreto), es la de mayor

capacidad del mundo (180000 kl). El tiempo de construcción se acortó de 15 a 11

meses.

Japón es el país que más a aplicado esta tecnología con éxito en proyectos de gran

envergadura ..

1.2 REOLOGIA DEL CONCRETO

1.2.1 Definición:

En el campo de la reología se examina el comportamiento de los cuerpos sólidos,

líquidos e intermedios que se deforman y fluyen por efecto de las fuerzas que actúan

en ellos, es decir cuerpos que tienen cierta plasticidad.

Las propiedades reológicas del concreto son importantes para la industria de la

construcción porque la mezcla será colocada en su estado plástico.

Desafortunadamente, debido a la composición compleja de los materiales,

especialmente en los concretos de alto desempeño, no exíste un método definido

para predecir el flujo del concreto a partir de sus componentes. Usualmente los

parámetros reológicos no son de fácil medición, debido al amplio rango de tamaños

de partículas encontradas en la mezcla de concreto (desde 1J1m para los granos de

cemento hasta 25 mm en los agregados gruesos e incluso mayores tamaños) (20)

1.2.2 Reología de fluidos

y

suspensiones.

El concreto, el mortero y la pasta son materiales deformados de la mezcla de varios

componentes (agua, cemento, agregados, aditivos, etc}.Se puede decir que el

concreto es una suspensión de partículas sólidas (agregados) en un liquido viscoso

(pasta de cemento) que también es una suspensión, es decir el concreto es una

suspensión dentro de otra. La pasta de cemento no es un fluido homogéneo, esta

conformado por una mezcla de partículas (granos de cemento) y liquido (agua).

Tesis: Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores de agua: Complementación utilizando el acfitivo GLEN!UM 3030 NS

(23)

Facultad de Ingeniería Civil Capitulo 1: Concretos Autonivefantes

Debido a que la pasta de cemento y el concreto en una escala mayor, se comportan

como un fluido, entonces la ecuación 1 es aplicable. Si una fuerza cortante es

aplicada a un liquido, una gradiente de velocidad es inducida (Figura 1).EI factor que

relaciona el esfuerzo cortante con la gradiente de velocidad es denominado

viscosidad. La gradiente de velocidad (dv/dy) es igual a la tasa de deformación

aplicada o velocidad angular ('Y),ellas expresan la velocidad de cambio dividida por la

distancia sobre la cual ocurre dicho cambio. Los fluidos que tienen este

comportamiento se denominan Newtonianos.

FJA=r-,rr=TidvJdy •••••••••••••••.••••.•• (ecuación 1)

Fuerza(F)

1 ....___ _ ___,>

AREA

1

Figura 1 :Comportamiento de un fluido newtoniano

No todas las suspensiones se comportan como un fluido Newtoniano, existen varios

como la pasta de cemento y el concreto que incluyen un nuevo factor en la ecuación

que representa su comportamiento reológico, este factor es denominado esfuerzo de

fluencia (yield stress) y se define como el esfuerzo necesario que se debe aplicar a un material para que inicie su movimiento (ver ecuación .2).A este tipo de fluidos se

les denomina fluidos Bingham.

·~··· (ecuación 2)

Tesis: Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores de agua: Complementeción utilizando el aditivo GLEN!UM 3030 NS

(24)

Facultad da Ingeniería Civil CepitlJ/o 1: Concretos Autonive/entes

donde:

11= viscosidad

y=tasa de deformación aplicada o velocidad angular

dv/dy=gradiente de velocidad

-r=esfuerzo cortante

-ro=esfuerzo de fluencia

Esfuerzo cortante

Fluido Newtoniano

Tasa de Deformación o Velocidad angular

Figura 2:Diferencia en el comportamiento de dos fluidos, uno

newtoniano

y

el

otro

Bingham

Se puede notar en la grafica anterior que la principal diferencia entre los líquidos

newtonianos y los Bingham es el punto de intersección con el eje de los esfuerzos cortantes

1.2.3 Reología de la pasta de cemento

La pasta de cemento es una suspensión de granos de cemento en un medio acuoso

(agua) en tal situación el comportamiento reologico de este material dependerá

básicamente de la interacción entre los granos y el agua. Si se mantiene constante

una dosificación de cemento

y

variamos la cantidad de agua se puede distinguir tres estados claramente diferenciados por la separación entre los granos de cemento y

las fuerzas que predominan entre ellos (atracción molecular, capilar, repulsión

electrostática, fuerza de gravedad, etc)

En la figura 3 se puede observar la distribución de los granos de cemento en un

medio acuoso. El primero de estos estados(A) le corresponde a la pasta de cemento

que posee una cantidad de agua suficiente de tal manera que la separación entre

granos produzca un equilibrio en las fuerzas que aparecen entre ellos

y

así

Tesis: Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores de egua: Complemenfación ubTfZ811do el aditivo GLEN/UM 3030 NS

(25)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE JNGENIERIA Facultad de lngenierfa Civil

producirán un material de consistencia plástica que corresponde a la mayoría de los

concretos convencionales. En el segundo estado (B) el incremento en la presencia

de agua para la misma cantidad de cemento, genera espaciamiento mayores entre

los granos, por ello la mayoría de fuerzas de atracción

y

repulsión disminuyen considerablemente o desaparecen, solo actúan con igual intensidad las fuerzas de

gravedad por lo que la tendencia a la sedimentación de los granos se incrementa, en

este estado la pasta prácticamente carece de plasticidad y llega a ser simplemente

una lechada fluida de cemento. El tercer caso(C) corresponde a una pasta con

menor cantidad de agua para la misma dosificación de cemento, las distancias entre

granos son menores incrementándose las fuerzas intermoleculares de atracción,

incluso se produce contacto directo entre granos limitando la movilidad de estos, la

mezcla resulta rígida y muy cohesiva.

(A) Consistencia Plástica

(B)Consistencia Fluida

(C)Consistencia Seca

Figura 3: Distribución de los granos de cemento en un medio acuoso(20)

Del análisis de los tres casos anteriores se puede deducir que el incremento de agua

lleva consigo a un incremento de fluidez y perdida de cohesión, por otro lado la poca

presencia de este material origina pastas de cementos muy cohesivos y con poca

deformación. La pasta de cemento debe tener la suficiente cantidad de agua que

asegure la adecuada trabajabilidad del concreto y elimine la posibilidad de

segregación, para ello la dosificación de agua óptima se obtiene en los ensayos de

concreto durante el diseño de mezcla.

Es sabido que la resistencia del concreto al estado endurecido depende entre varios

factores de la cantidad de cemento presente en la mezcla así como también de la

relación agua cemento(a/c), el primero de ellos debe incrementar su presencia y el

segundo disminuir su valor para lograr resistencias más altas. Se puede notar

entonces que la clave para lograr mayores resistencias se llegaría a una relación a/c

en que la consistencia de la mezcla seria muy seca (caso C) y por lo tanto no

. Tesis: Análisis comparatívo de concretos con aditivos reductores de agua: Complementacíón utílízando el aditivo GLENIUM 3030 NS

en concretos autonívefentss

(26)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniarle Civil

Capitulo 1: Concretns Autonivelantes

recomendable para trabajar. Aparece entonces un limite inferior para la relación a/c y

con ellos una resistencia mecánica que no podña ser superada utilizando los

materiales normales para la fabricación del concreto.

Si se requiere resistencias mayores se necesitaría de algún material que genere la

misma consistencia plástica en el concreto a pesar de las grandes cantidades de

cemento y poca presencia de agua, estos materiales son los aditivos plastificantes o

superplastificantes llamados también reductores de agua, que disminuyen la tensión

superficial del agua( decrecen la fuerza de atracción capilar),incrementan las fuerzas

de repulsión electrostáticas (aumenta la dispersión) y reducen la fricción entre los

granos de cemento formando una película lubricante alrededor de cada uno de ellos.

Los aditivos mencionados reducen la cohesión de la mezda a niveles aceptables y

aumentan la dispersión en Jos granos de cemento, indirectamente se produce una

caída en el esfuerzo de fluencia y se obtienen mezdas menos viscosas y con mayor

actitud para deformarse y fluir.

El aditivo superplastificante puede ser usado de tres fonnas:1) Como reductor de

agua, para lograr relaciones a/c bajas y con ello resistencias mecánicas elevadas;2)

Como superplastificante para incrementar la fluidez de la mezcla de concreto sin

adicionar agua y por Jo tanto conservando la resistencia mecánica que se había

planeado y además eliminando la posibilidad de segregación en el concreto o

sedimentación en la pasta de cemento;3) Como combinación de reductor de agua y

fluidificante.

1.2A Reología de la mezcla de concreto

Es claro que el comportamiento reológico de la pasta de cemento no necesariamente

será igual al que demuestre la mezcla de concreto. Investigaciones realizadas

demuestran que no existe relación lineal entre los parámetros reológicos de la pasta

de cemento y concreto. Esta variación se atribuye al amplio rango de tamaños de las partículas que intervienen en la mezcla de concreto, además se asegura que los

datos obtenidos en laboratorio, tienen cierta variaciones debido a las condiciones

que se experimenta en obra como la temperatura, energía de compactación,

humedad ambiental, etc, por ello la pasta de cemento debe ser ensayada en las

mismas condiciones a la que estará sometida el concreto. La mezcla de concreto

también puede ser sometida a ensayos en viscosímetros de laboratorio, con los que

se puede obtener los verdaderos parámetros reológicos (esfuerzo de fluencia Y

víscosidad).Dicha labor involucra una dependencia del laboratorio y de un equipo

Tesis: Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores de agua: Complementacíón utilizando el adíñvo GLENIUM 3030 NS en concretos sutonive/antes

(27)

Facultad de Ingeniería Civil Capitulo 1: Concretos Autonivelsntes

muy costoso que no puede ser obtenido fácilmente, además de la imposibilidad de

utilizarlo para controlar los parámetros reológicos en obra.

Por lo tanto surge la necesidad de relacionar los resultados obtenidos en laboratorio

con los obtenidos en ensayos simples que pueden ser fácilmente ejecutados en

campo, como el ensayo de asentamiento.

Los ensayos que existen actualmente para medir indirectamente la viscosidad y el

esfuerzo de fluencia generalmente mide solo uno de los parámetros reológicos muy

pocos se han modificado con la finalidad de medir los dos parámetros.

El comportamiento reológico de una mezcla de concreto puede ser expresado

cuando se habla de la trabajabilidad de la mezcla, que según el ACI, es aquella

propiedad del concreto fresco o mortero que determina la facilidad y homogeneidad

con que esta puede ser mezclada, vaciada, compactada y acabada.

Los concretos Autonivelantes son mezclas de excelente trabajabilidad, para ello

deben poseer baja viscosidad y esfuerzo de fluencia, acompañados de una buena

cohesión. Este efecto no puede ser logrado en los concretos convencionales que no

utilizan ningún tipo de aditivo porque en ellos la viscosidad es directamente

proporcional a la cohesión de la mezcla, es decir al buscar un concreto fluido,

mediante adición de agua disminuimos la viscosidad de la mezcla y también la

cohesión, con ello aumenta la tendencia a la segregación.

El uso de un aditivo Superplastificante es necesario para la generación de mezclas

de concretos Autonivelantes. Este material tiene la propiedad de disminuir

1

considerablemente la viscosidad y el esfuerzo de fluencia, sin embargo la cohesión

de la mezcla permanece inalterable o sufren cambios que pueden ser tolerables.

1.3

ENSAYOS DE CONTROL.

Las tres propiedades esenciales de los concretos autonivelantes al estado fresco

son:

• Capacidad de fluir y llenar todos los espacios del encofrado, solo b~o la acción de su propio peso(filling ability o capacidad de relleno)

• Capacidad de atravesar satisfactoriamente zonas con alta densidad de

refuerzo de acero y/o otros obstáculos con poco o nada de vibración

y

manteniendo su homogeneidad (passing abillity o capacidad de paso)

• Resistencia a la segregación.

Dichas propiedades son necesarias evaluarlas con métodos de ensayo eficaces.

Ellas no siempre son independientes y están relacionadas en un mayor o menor

Tesis: Anlilísís comparativo de concretos con aditivos reductores de sgua: Comp!ementaci6n utilizando el adítívo GLEN!UM 3030 NS

en concretos sutoníve/entes

(28)

Facultad de Ingeniería Civil Capitulo 1: Concretos Autonivelantes

grado, por ejemplo la capacidad de fluir y llenar todos los espacios del encofrado sin

compactación externa esta relacionada con la viscosidad y esta a su vez con la

resistencia a la segregación. La capacidad de atravesar zonas con alta densidad de

obstáculos es muy compleja y abarca: composición de agregados. deformabilidad,

resistencia a la segregación y condiciones especiales que caracterizan a cada obra.

Los ensayos de control de la trabajabilidad de los concretos normales son obsoletos

para este tipo de concreto. Por ello se han creado varios procedimientos de ensayos

para medir de alguna manera las tres principales propiedades de los concretos

autonivelantes. Es importante aclarar que ninguno de estos métodos ha sido

estandarizado y que aun continúan las investigaciones para establecer los ensayos

que caractericen satisfactoriamente a los concretos autonivelantes mediante una

norma.

Existen ensayos que utilizan modernos equipos de laboratorio, con ellos se pueden

obtener los verdaderos factores (viscosidad y esfuerzo mínimo de fluencia) que

caracterizan reologicamente a un concreto. De esa manera se obtienen las

características propias de cada mezcla y con ello diferenciar definitivamente

concretos que puedan ofrecer resultados similares en ensayos de campo como el

asentamiento en el cono de abrams. Algunas investigaciones tratan de encontrar

relaciones entre los factores reológicos obtenidos con equipos sofisticados y ensayos

que no requieran de costosos equipos de laboratorio y que puedan ser fácilmente

ejecutados en obra.

Al considerar estos ensayos, existen varios puntos que deben tenerse en cuenta:

• Una dificultad importante a la hora de diseñar estos ensayos esta en que

deben evaluar tres propiedades distintas, aunque relacionadas, del CAN: su

capacidad de relleno (fluidez), su capacidad de paso (sin bloqueos en la

armadura) y su resistencia a la segregación (estabilidad). Hasta el momento,

ningún ensayo individual puede medir las tres propiedades.

• No existe una relación clara entre los resultados y el rendimiento en la obra.

• Se aconseja duplicar los ensayos.

• Los valores y los métodos de ensayo se declaran para un tamaño máximo de

agregado grueso de hasta 20 mm. es posible que con otros tamaños de

agregado grueso sean procedentes valores de ensayo y dimensiones de

equipamiento distintos.

• Puede que distintos valores de ensayo sean adecuados para el concreto

aplicado en elementos verticales y horizontales.

Tesis: Análisis comperstivo de concretos con aártivos reductores de egue: Complementación utilizando el sdilivo GLENIUM 3030 NS

en concretos eutonivelsntes

(29)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lnganíeria CM/

Capítulo 1: Concretos Autonívelantes

j

Los ensayos más importantes utilizados actualmente para medir las propiedades del

CAN son:

1.3.1 Ensayo de Flujo de Asentamiento (Extensión de Flujo).

1.3.1.1. Introducción.

El flujo de asentamiento se utiliza para evaluar el flujo libre de CAN en ausencia de

obstrucciones. Se desarrolló primero en Japón para su uso en la valoración del

concreto sumergido. Este método se basa en el método de ensayo para determinar el

asentamiento. El diámetro del círculo de concreto es una medida de la capacidad de

relleno del concreto.

1.3.1.2. Evaluación del ensayo.

Se trata de un procedimiento simple y rápido de ensayo, aunque se precisan dos

personas si quiere medirse el período T50. Puede emplearse en la obra, aunque el

tamaño de la placa base de asiento es ligeramente pesado y dificil de manejar y es

esencial un terreno nivelado. Es el ensayo utilizado con más frecuencia y ofrece una

buena evaluación de la capacidad de relleno. No presenta indicaciones de la

capacidad del concreto para pasar por entre la armadura sin bloqueos, pero la

resistencia a la segregación puede ser notada visiblemente. Puede argumentarse que

un flujo completamente libre, sin restricciones de ninguna clase, no es representativo

de Jo que sucede en la práctica en la construcción con concreto, pero el ensayo

puede utilizarse para valorar la consistencia del suministro de concreto amasado en

planta en la obra entre carga y carga.

La información que se obtiene de este ensayo es:

• Dmax( diámetro máximo alcanzado por la mezcla al esparcirse)

• T50(tiempo que demora la mezcla en alcanzar 50 cm. de diámetro)

. • Grado de segregación(inspección visual)

Figura

4:

Medida del Diámetro máximo alcanzado por la mezcla de

concreto

Tesís: Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores de agua: Complementací6n utilizando el adífívo GLENIUM 3030 NS

(30)

Facultad de Ingeniería Civil Capitulo 1: Concretos Autonivelentes

El valor del Dmax es relacionado con la capacidad de deformación o de fluir del

concreto' fresco autonivelante. Podría considerarse correspondiente al esfuerzo de

fluencia si la mezcla se comportara como un fluido Bingham.

El tiempo T50 proporciona información sobre la velocidad y viscosidad de la mezcla,

a mayor tiempo menor velocidad y mayor viscosidad .Las investigaciones reportan

que para obtener concreto con comportamiento autonivelante se recomienda que el

valor de Dmax debe estar entre los valores de 650 mm a 800mm y el T50 deberá

estar entre 2 y 5 seg.

El ensayo de extensión de flujo es uno de los métodos más fáciles para medir por

observación visual la resistencia a la segregación de una mezcla de CAN. Las

características más resaltantes de los concretos segregados son:

• Tendencia del agregado grueso a quedarse en el centro de la torta formada

por la mezcla de concreto.

• En el perímetro se puede observar la presencia de pasta de cemento sin

agregado grueso.

• La forma que adoptan las mezclas de concreto no segregadas es circular, en

las mezclas segregadas la forma es irregular.

Observando detenidamente la torta formada por la mezcla de concreto se clasifica la

segregación

y

estabilidad en las siguientes categorías:

O

Categoría O No hay indicios de segregación en la prueba de extensión del revenimiento. No hay segregación en la carretilla.

O

Categoría 1 No hay indicios de halo de mortero ni pilas de agregado en la prueba de extensión del revenimiento. Se observa un ligero burbujeo de aire

en la superficie del concreto.

O Categoría 2 Se observa un pequeño halo de mortero(< 10 mm} o pila de

agregados (o ambos} en la. prueba de extensión del revenimiento. En la

carretilla hay notorio sangrado.

O

Categoría 3 Evidente segregación que se manifiesta por un gran halo de mortero {> 1 O mm) o una gran pila de agregados en el centro de la muestra extendida. Se forma una capa gruesa de pasta en la superficie del concreto

en la carretilla.

Tesis: Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores de agua: Complementación utilizando el aditivo GLENIUM 3030 NS en concretos autonive/antes

(31)

Facultad de lngenierfa Civil Cspítulo 1: Concretos Autonivelantes

Figura 5:Mezcla de concreto sin segregación "categoría 0"

Figura &:Mezcla de concreto con ligero burbujeo de aire "categoría 1"

Figura 7:Mezcla de concreto con pequeña concentración de mortero

y

pila de agregados "categoría 2"

Tesis: Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores de agua: Compfementación utr7izsndo el aditivo GLENIUM 3030 NS

en concretos autonivetantes

(32)

Facultad de lngenierfa Civil Cepítufo 1: Concretos Autonívelsntes

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Figura 8:Mezcla de concreto con segregación "categoría 3"

1.3.1.3. Equipamiento.

• Molde metálico en forma de cono truncado con diámetro superior de 4" e

inferior de 8" y altura de 12" ,similar al utilizado en el ensayo de

asentamiento( Cono de Abrams)

• Mesa de flujo hecho de un material no absorbente de por lo menos 800 mm

por lado, marcado con un círculo que indica la ubicación central del cono de

asiento y otro circulo concéntrico de 500 mm. de diámetro.

• Cuchara

y

plancha.

• Regla.

• Cronómetro.

1t10cml

~'~~1~---- 800 mm

Dmax

~

/ Cooo

Figura 9: Equipos para ensayo de Extensión de Flujo

i

ro

o

3 3

Tesis: Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores da agua: Complemantación uli7izanda el sditivo GLENIUM 3030 NS

(33)

Facultad de lngenierfa Cívíl Capitulo 1; Com:rotos Autonívelentes

1.3.1.4. Procedimiento.

• Humedecer la mesa de flujo sin dejar agua libre en la superficie al igual que el

cono de asentamiento.

• Asegurar que dicha superficie se encuentre nivelada y colocar el molde

metálico en el centro de la mesa y mantenerlo sujeto hacia abajo con firmeza.

• Llenar el molde con la cuchara, sin aplicar ningún tipo de compactación y en

una sola capa.

• Luego de llenar totalmente el molde, limpiar los restos de concreto alrededor

de la base.

• Levantar el cono verticalmente

y

permitir que la mezcla fluya libremente.

• Simultáneamente tomar el tiempo desde que se levanta el cono hasta que la

mezcla alcanza 500 mm de diámetro (este es el tiempo T50).

• Medir el diámetro máximo Dmax alcanzado por la mezcla en dos direcciones

perpendiculares, el valor de Dmax será el promedio de ambas mediciones.

• Reconocer muestras de segregación en la mezcla de concreto.

(a) (b)

Figura 10 : Ensayo de Extensión de Flujo:(a) Al inicio t=O (b) Mezcla en

proceso de deformación (O<t<TSO) (e) Extensión de Flujo de 50 cm de diámetro

(d) Deformación total de la mezcla

Tesis: Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores de agua: Complementaci6n utilizando el aditivo GLENIUM 3030 NS

en concretos eutonívelantes

(34)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil

1.3.2. Ensayo de caja en L

1.3.2.1. Introducción.

Este ensayo

está

basado en un diseño japonés para el concreto submarino.

El ensayo evalúa la capacidad de fluir del concreto y también la medida en la que

está sujeto a bloqueos por parte del armado. El aparato se muestra en la Figura 11.

El aparato consiste en una caja de sección rectangular con forma de "L", con una

sección vertical y otra horizontal, separadas por una puerta móvil, delante de la cual

se encajan longitudes verticales de barras de armado. La sección vertical se llena de

concreto ,acto seguido se eleva la puerta para permitir que el fluya hacia la sección

horizontal, y se mide los tiempos en que el concreto llega a una distancia longitudinal

de 20 cm de la compuerta(denominado como T20) y de 40 cm. de la compuerta

(denominado como T40),

y

las alturas H1 y H2 con la mezcla en reposo. Con las alturas H1 y H2 se determinan las alturas h1 y h2, cuya razón h2/h1 se define como

"relación de bloqueo" . Las secciones de las barras de acero que si!Ven como

obstáculos y el espaciamiento entre ellos pueden variar dependiendo del nivel de

dificultad del proyecto. Normalmente se utilizan tres fierros de 10 mm de diámetro

espaciados a 35 mm. una de otra .

1.3.2.2. Evaluación del ensayo.

El uso de este ensayo es muy frecuente; es adecuado para el laboratorio y quizá

también para la misma obra. Evalúa la capacidad de relleno y de paso del CAN y

cualquier falta grave de estabilidad (segregación) puede detectarse visualmente. La

segregación también puede detectarse posteriormente cerrando e inspeccionando las

fracciones del concreto en su sección horizontal. Lamentablemente, no existe un

acuerdo sobre los materiales y dimensiones, ni sobre la disposición de las barras de

armado, de modo que resulta difícil comparar los resultados del ensayo. No hay

indicios del efecto del muro del aparato y el consecuente "efecto de los muros" que

pueda producirse sobre el flujo del concreto, pero en cierta medida, esta disposición

replica lo que sucede en la obra cuando se confina dentro del encofrado.

Si se miden los tiempos serán necesarios dos operarios y es inevitable un cierto

grado de error del operario.

1.3.2.3. Equipamiento.

• Caja en L de un material rígido no absorbente

• Plancha

• Pala

• Cronómetro

Tesis: Análisis comparativo de roncretos ron aditivos reductores de agua: Complementación utilizando el aditivo GLENIUM 3030 NS

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Facultad de Ingeniería Cívi/ Cspítufo 1: Concretos Autonive!anfes

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Figura 11: Equipo para ensayo de Caja en L

1.3.2.4. Procedimiento.

1

luz-e

• Se precisan unos 14 litros de concreto para realizar el ensayo, tomados como

muestra de manera normal.

• Coloque el aparato sobre terreno firme y uniforme; asegúrese de que la

compuerta deslizante puede moverse con libertad y luego ciérrela.

• Humedezca las superficies interiores del aparato y elimine el agua sobrante.

• Llene la sección vertical del aparato con la muestra de concreto.

• Déjelo reposar durante 1 minuto.

• Eleve la compuerta deslizante y deje que el concreto fluya hacia la sección

horizontal.

• De manera simultánea, active el cronómetro

y

registre tos tiempos que requiere el concreto para alcanzar las marcas de 20cm

y

de 40 cm

• Cuando el concreto deje de fluir, se miden las distancias "H1" y "H2".

Tesis: Análisis comparativo de concretos con aditivos reductores de egue: Compfementeci6n utilizando eletffivo GLENIUM 3030 NS en concretos autonivelantes