Hormigón autocompactante sumergido en las cimentaciones marítimas del Puente de la Constitución de 1812 sobre la Bahía de Cádiz

ScienceDirect

www.sciencedirect.com

www.e-ache.com HormigónyAcero2016;67(278-279):43–48 www.elsevierciencia.com/hya

Original

Hormigón

autocompactante

sumergido

en

las

cimentaciones

marítimas

del

Puente

de

la

Constitución

de

1812

sobre

la

Bahía

de

Cádiz

Self-compacting,

anti-washout

underwater

concrete

for

the

marine

foundations

of

the

Constitución

de

1812

Bridge

over

the

Cadiz

Bay

Juan

Fernando

Martínez

Díaz

,

Pilar

Segura

Pérez

y

Héctor

Bernardo

Gutiérrez

a_{LicenciadoenCienciasQuímicas,DRAGADOSSA,Madrid,Espa˜na}

b_{IngenierodeCaminos,CanalesyPuertos,DRAGADOSSA,Madrid,Espa˜na}

c_{DoctorIngenierodeCaminos,CanalesyPuertos,DRAGADOSSA,Madrid,Espa˜na}

Recibidoel19deoctubrede2015;aceptadoel20deabrilde2016 DisponibleenInternetel13dejuliode2016

Resumen

Laejecucióndelascimentacionesdelaspilasrequeríaelhormigonadosumergidodelaconexióndelospilotesconlalosainferior(encepado)de unosrecintosestancos.Estaconexióndebíaasegurartantolaestanqueidadcomotransmitirlasubpresiónalospilotes.Elhormigónaejecutardebía cumplirunosrequisitosestructuralesydepuestaenobrapocohabitualesenhormigonessumergidos,incluyendolaadherenciaalosconectadoresy barrascorrugadas,asícomocolocarseenobraporbombeoconvencional,yrellenarbajoelaguaceldascontiguasdesdeunúnicopuntodebombeo, sinformaciónapreciabledeunacapadefinoslavadosenlasuperficiedelhormigón.

Enesteartículosedescribeeldesarrollodeunhormigónautocompactanteantilavadoconlasprestacionesestructuralesydepuestaenobra requeridasenelproyecto.

©2016Asociaci´onCient´ıfico-T´ecnicadelHormig´onEstructural(ACHE).PublicadoporElsevierEspa˜na,S.L.U.Todoslosderechosreservados.

Palabrasclave: Hormigónsumergido;Autocompactante;Antilavado

Abstract

Completionofthefoundationforthemarinetowersrequiredunderwatercastingofconcretetoconnectthebottomslabofmarinecaissonstotheir supportingpiles.Thisconcreteconnectionshouldguaranteewater-tightnessofthecaissonsandresistthenegativepressurestransmittedfromthe caissontothepiles.Structuralandplacingrequirementsfortheunderwaterconcreteweremoredemandingthanthatusuallypresentforthiskind ofconcrete,andincludedgoodbondingwithconnectingsteelstudsandrebars.Thiscouldbeplacedwithstandardpumpingequipmentandwas abletofillthebottomslabcellsfromasinglepouringpointinanadjacentcellwithoutshowingsignificantwashout,orsuspensionofsolidssilting inanypointoftheconcretesurface.

Thisarticledescribesthedesignprocessandtrialsusedtodevelopaself-compacting,anti-washoutconcretemixmeetingtheprojectrequirements. ©2016Asociaci´onCient´ıfico-T´ecnicadelHormig´onEstructural(ACHE).PublishedbyElsevierEspa˜na,S.L.U.Allrightsreserved.

Keywords:Self-compactingconcrete;Anti-washoutconcrete;Underwaterconcrete

∗_{Autorparacorrespondencia.}

Correoelectrónico:[email protected](P.SeguraPérez).

1. Introducción

LosencepadosdelaspilasdelPuentedelaConstituciónde 1812sobrelaBahíadeCádizseencuentransituadospordebajo delniveldelmar,locualhahechonecesariolaejecucióndeunos

http://dx.doi.org/10.1016/j.hya.2016.04.006

Figura1.Recintosmetálicos.

recintosmetálicosestancosquepermitierantrabajarpordebajo delniveldelaguaenseco.

Dadoquedichosrecintosnoseencontrabanempotradosenel fondomarino,sinoconectadosaunaseriedepilotesconcamisa

metálicaaunacierta distanciapor encimadel fondomarino,

eraprecisosolventar2problemas:evitarlaentradadeaguapor el fondo, quetenía orificios paraconectar con los pilotes, y proporcionarlasuficienteresistenciaparaimpedirsuflotación anclándoloalospilotes.Paraconseguirestedobleobjetivo,el fondodeloscajonesestáconstituidoporunaestructuramixta

hormigón-aceroquepermitegarantizarlaestanqueidadunavez

posicionadoelcajónyhormigonadalamisma,transmitiendola

subpresiónmedianteunosconectadores[1,2].Unidoaesto,es necesarialacolaboracióndelasarmadurasderefuerzo embebi-dasenelhormigón(fig.1).

Elprincipalproblemaqueseplanteóesque,habitualmente,

el hormigón quese ejecuta sumergido notiene

requerimien-tosestructuralescomoelhormigónarmado,circunstanciaque

sísedabaenestecaso.Porotrolado,lascondiciones usuales

de colocaciónde este tipo dehormigones, que suelen

reque-rir que el extremo del tubo que suministra hormigón nuevo

se encuentresiempre sumergidoenla masahormigonada,no

podíanconseguirseenestecaso.

Debidoalos numerososcondicionantesquerodeabaneste

elemento, fue necesario proceder al dise˜no de un hormigón

autocompactantesumergidodealtasprestaciones.

2. Dise ˜nodelhormigón

Eldise˜noydesarrollodedichohormigónserealizóenel

labo-ratoriocentraldeDRAGADOS,SA,atendiendoalossiguientes

condicionantes:

2.1. Puestaenobra:bombeabilidad

Durantesutransporteaobraycolocación,elhormigóndebe

sufrir2procesosdebombeo(unoparaelllenadodelascubas

recinto.Ladisposicióndelasceldasysuarmadohacen necesa-rioqueelhormigónresistaelvertidosumergido,desdealturas

entornoa1m,yquemantengasuscaracterísticasdespuésde

verterse de unacelda aotra a través de los orificios quelas comunicana30cmdealtura.

2.3. Autocompactabilidadyautonivelación

Paragarantizarunauniónestancaymonolíticadelospilotes

con la base de los recintos, sometidos a importantes

solici-taciones (subpresiones,peso delhormigón,...),asícomouna

buenacapacidaddeenvolverlasarmadurasdelasceldasylos

conectadoresquegarantizanlauniónalospilotes.Todoellosin vibracióndebidoalaejecuciónbajoelagua,yconlanecesidad defluiryautonivelarse.

Teniendoencuentatodosestosrequisitos,incluidoeldecoste (tantoenaditivoscomoencemento)yeldeplazodeejecución, seinicióelprocesorealizandoundise˜noprevioenlaboratorio quepermitieraseleccionarunaditivoadecuadoantilavadoy

pro-ponerunaadecuadadosificacióndelhormigónconlosáridos,

cementoyrestodeaditivosdisponibles.

Los parámetrosinicialmentefijadosfueronla

autocompac-tabilidadylaresistenciaallavado.Laresistenciaacompresión fijadacomoobjetivo,inicialmentefuede45MPa.Dicha

resis-tencia era muysuperior ala exigida,pero se pretendíatener

un margende seguridad suficiente una vezque el hormigón

fueracolocadoenobra,asícomoalcanzarelevadasresistencias inicialesparaacortarlosplazosdeejecución.

La dosificación inicial se basó en lasejecutadas hastaese momentoenobraysemuestraenlatabla1.

Seensayarondiversascombinacionesdeaditivos superflui-dificantes yantilavado.Lascaracterísticasreológicasexigidas

alhormigónautocompactantefueron:

Tabla1

Dosificaciónempleada

Componente Peso(kg)

CEMIIA/S42,5N/SR 450

Agua(a/c=0,44) 200

Arenasilícea0/5 819

Gravasilícea5/15 819

SuperplastificantePCE 9

Aditivopolifuncional 2

Figura2.Escurrimiento.

- Escurrimiento(S)enelentornode600mm(fig.2). - AnilloJ>S-50mm.

Conlasmezclasquecumplieronestascondicionesse proce-dióarealizarelensayoderesistenciaallavadodelhormigón.

Unodelosensayosmásutilizadosparaanalizaresta propie-dadeselCRD-C61[3].

Endichoensayosesometeunamuestradehormigón,

conte-nidaenuncestodemallametálica,avariosprocesosdecaída

libreen aguade 1.700mm yascenso avelocidadcontrolada.

Posteriormente,semideel%depérdidaenpesodelamuestra.

De las 3 mezclas que fueron sometidas a este ensayo,

empleando en cada una un aditivo antilavado diferente y

manteniendoconstanteslosdemáscomponentes,laprimera

pre-sentabaunaspérdidassuperioresal30%despuésde3ciclos,lo

cuallahacíainaceptable.Lasegundamuestrapresentabaunas

pérdidastras3ciclosenelentornodel12%,locualimplicaba unabuenaresistenciaallavado.Latercera,peseatenerunbuen comportamientofrenteallavado(pérdidasdel8%tras3ciclos), presentabaunexcesivocontenidodeaireocluido,enelentorno del10%,frutodelacombinacióndelosaditivos,locualnola hacíaaceptableparaelusoprevisto.

Hayquedestacarqueesteensayoesparticularmenteexigente

y que, en lascondiciones reales de ejecución,los valoresde

lavadoseráninferioresalosobtenidosenelmismo(figs.3–6).

3. Pruebasaescalareal

Unavezdefinidaunadosificaciónenellaboratorio,se reali-zaronensayosdepuestaenobraaescalarealparacomprobarla viabilidaddelosmétodosdepuestaenobraprevistosyajustar ladosificacióndeaditivosuperfluidificante.

Unidoalo anterior,serealizaron ensayospara comprobar

las características mecánicas del hormigón colocado bajo el

agua,comparándolasconlasdelmismohormigóncolocadoen

superficie.

Sedise˜nóunmoldetipoconcaracterísticasinteriores simi-laresalasreales(fig.7).

Elmoldeestabadivididoen2partes,conunorificiode diáme-tro30cmcomunicándolas.Estosimulabaelrecorridoquedebía

Figura3.Caídalibredelcestoporlacolumnadeagua.

hacer elhormigón,llegandoaunadelasceldas y fluyendoa

lasdemásgraciasasuscaracterísticasdeautocompactabilidad.

Enlapartemásalejadadel moldese introdujountubo

verti-calquesimulabalacamisametálicadeunpilote,conobjetode

Figura5.Pérdidadel30%.

Figura6.Pérdidadel12%.

tentes.Laresistenciaallavadofuemuyalta,presentandogran cohesiónyresistenciaaladisgregación.

Unavezejecutadoslosmoldesseprocedióacomprobarlas

característicasestructurales:

- Resistenciaacompresiónsimple.

- Adherenciaconarmaduraspasivas.

- Adherenciaconpernosconectores.

Los resultados de rotura a compresión, tanto en probetas

como entestigosextraídosdel moldehormigonadoensecoy

delmoldebajoelagua,fueronmuysimilares,oscilandoentre

55y53MPaa28días.Laadherenciaseevaluómediante

ensa-yosdearrancamiento(pull-out)debarrascorrugadasdentrode

esas mismasprobetas, así como por medio de una campa˜na

experimentalenlaboratorioqueincluyótantoensayospull-out

estáticos como cíclicos, afinde comprobareldesempe˜no de

la adherenciaante este tipo de acciones [4,5].Por otro lado,

tambiénserealizaronensayosdearrancamientodeconectores

embebidosenlosbloqueshormigonadosparaconocersilafalta devibraciónylapuestaenobrasumergidateníanalgúnefecto

perniciosoensumododefuncionamiento,queresultabaclave

paraelfuncionamientodelosrecintosestancos.

Los valoresobtenidos fueronmuysatisfactorios enambos

casos,yladisminucióndeprestacionesatribuibleal

hormigo-nadosumergidoesmínimatantoanteaccionesestáticascomo

cíclicas,frutodeuncorrectodise˜nodelamezclayunacuidadosa puestaenobra.

Figura8.Llenadodemoldeensuperficie.

Figura9.Llenadodemoldesumergido.

Unavezverificadoquesedisponíadeunafórmulaadecuadaa losmediosdetransporteypuestaenobraprevistos,seprocedióa laejecucióndelhormigonadodelosrecintosestancos, obtenién-doseunosbuenosrendimientosyresultadostotalmenteacordesa loesperado.Laaltaresistenciaallavadofacilitóenormementeel

trabajodelosbuzos,loscualesvieroncomolahabitualturbidez delagua,resultantedellavadodefinosdelhormigón,seveíamuy reducida.Estosresultadosrepresentanunimportanteavanceen

lautilizacióndehormigónarmadosumergidoconmisión

resis-tente, abriendo la puerta anuevos dise˜nosque involucrensu

Figura11.Ensayodeadherenciapull-outenlaboratorio.

Figura12.Ensayodearrancamientodepernoconectadorenobra.

Water.USArmyExperimentStation,Vicksburg,MS,1-3.

[4]H.Bernardo, M.A.Vicente, D.C.González,J.F.Martínez, Cyclicbond testingofsteelbarsinhigh-performanceunderwaterconcrete,Structural EngineeringInternational.24(1)(2014)37–44.