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MC FÓRUM
PAVIMENTO DE HORMIGÓN
RECOMENDACIONES PARA EL
EMPLEO DE HORMIGONES
EXPANSIVOS
DAVID REVUELTA CRESPO
DR. ING. INDUSTRIAL
INSTITUTO DE CIENCIAS DE LA CONSTRUCCIÓN EDUARDO
TORROJA - CSIC
Valencia, 26-28 de junio de 2019
¿Qué queremos evitar?
Retracción
Fenómenos de retracción en el
hormigón
Plástica: evaporación del agua superficial procedente de la exudación del hormigón durante el fraguado.
Térmica: asociada a reacciones exotérmicas de hidratación del cemento
Endógena: hidratación del cemento con agua (Volumen productos < volumen que los anhidros)
Secado: Contracción generada por pérdida del agua libre en el interior del elemento buscando un equilibrio con la humedad del ambiente (especialmente en ambientes secos).
Estructura porosa del hormigón
(Śliwiński 2002)
1. Poros de gel
2. Poros en la interfase
pasta-árido
3. Burbujas de aire
conectadas
4. Poros capilares
5. Burbujas de aire
cerradas (aire ocluido)
6. Burbujas de
asentamiento
7. Microfisuras
8. Áridos
Fenómenos de retracción en el
hormigón
Materiales componentes
Proporciones de la mezcla
Relación A/C
Ambiente de secado
Curado
Restricciones
Factores que afectan a la magnitud de la retracción
Mortero a/c=0,50
Zang, 2009
Retracción de secado
Sin restricción Con restricción
Adaptado de Mehta y Monteiro, 2006
Patologías comunes en losas derivadas
de la retracción
Fisuración por juntas de contracción no previstas.
ACI Fall 2012 Convention October 21 – 24,
Toronto
Patologías comunes en losas derivadas
de la retracción
Alabeo por secado diferencial entre superficie y fondo
Patologías comunes en losas derivadas
de la retracción Falta de junta de contracción
Daños derivados del alabeo
ACI Fall 2012 Convention October 21
– 24, Toronto
http://www.nachi.org/visual-inspection-
concrete.htm
Hormigones de retracción
compensada (HRC)
HORMIGONES DE RETRACCIÓN
COMPENSADA (HRC)
Se fabrican con cementos o
aditivos expansivos de
carácter hidráulico que al
contrario que el cemento
portland convencional
inducen un incremento del
volumen del hormigón tras
el fraguado durante las
primeras edades del
endurecimiento.
Ca
mb
ios
de
lo
ng
itu
dC
on
tra
cció
n
E
xp
an
sió
n
Curado húmedo Secado al aire
Hormigón con cemento expansivo tipo K
Hormigón convencional
1 semana 1 año
Adaptado de Mehta y Monteiro, 2006
Mecanismo de actuación
Debidamente restringidos:
Experimentan una expansión igual o ligeramente superior a la retracción de secado prevista
Inducen tensiones a compresión moderadas en el hormigón y a tracción en el armado.
Anulando o minimizando la fisuración causada por la retracción de secado en elementos estructurales, losas y pavimentos.
Hormigón con cemento expansivo tipo KHormigón convencional
Longitud inicial Longitud inicial
Retracción por secado
Sin libertad para retraer, se desarrollan esfuerzos a tracción
Expansión armadura en tensión y hormigón en compresión
Retracción por secado relajación de esfuerzos
2 variantes: expansión residual o pequeña retracción
Tensiones >> resistencia a tracción fisuración
Adaptado de Mehta y Monteiro, 2006
Gel C-S-H >60%
Portlandita (20-
25%)
ETRINGITA <15%
Áridos
Pasta
Adaptado de Feliu et al.(1989)
Mecanismo de expansión
Modificación de la microestructura
de la pasta de cemento aumentando
el contenido de ciertos productos de
hidratación. Mediante el empleo de
cementos o aditivos expansivos
basados en:
1. Sulfoaluminato de calcio
Etringita
2. Óxido de Calcio
Portlandita
Tipos de HRC
Tipos de cementos expansivosComparativa de comportamiento según compuesto formado
ACI 223 - 2010
Collepardi, 2010
Factores que afectan al desarrollo de
la expansión
Composición química y
finura
Cantidad de material
expansivo empleado !!!
Curado
Temperatura
Restricción
Tiempo de mezclado
Aditivos
Áridos: tipo y tamaño
Relación agua/cemento
Tamaño y forma del
elemento
Factores: Composición química y finura
Composición química y finura Comparativa tipo de cemento
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
0,120
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Gra
do
de e
xp
an
sió
n (
%)
Día
Influencia del tipo de cemento
Expansion restringida - CEM I - 52,5 - Dosis A Expansion restringida - CEM II/A-P - 42,5 - Dosis A
Relación agua/cemento Curado
Factores: A/C y dosis de agente
expansivo
Dosis de agente expansivo
Factores: dosis de agente expansivo
0,000
0,010
0,020
0,030
0,040
0,050
0,060
0,070
0,080
0 2 4 6 8 10 12 14
Gra
do
de e
xp
an
sió
n (
%)
Día
Influencia de la dosis de aditivo
Expansión libre - Aditivo CAS - Dosis A Expansión libre - Aditivo CAS - Dosis B
Factores: Temperatura y tiempo de amasado
Temperatura Tiempo de amasado
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
Defo
rmació
n (
%)
Expansión tubos - % respecto a expansión máxima de mezcla referencia
Referencia límite
Factores: aditivos químicos/tiempo de fraguado y
tiempo de medida
Influencia aditivos químicos/tiempo de fraguado
Superplastificante
s
Retardadores Ac
Endurecimiento
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0,035
0,040
0,045
A1 A2 A3
Defo
rmació
n c
ircu
nfe
ren
cia
l (%
)
Ambiente de curado
HACE-15% - Acero HACE-15% Acero-1 día
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
0,120
0,140
0,160
0,180
0,200
A1 A2 A3
Defo
rmació
n c
ircu
nfe
ren
cia
l (%
)
Ambiente de curado
HACE-15% - CFRP HACE-15% - CFRP - 1 dia
Ace
ro
Efecto retraso medida
CFR
P
Factores: RestricciónD
osi
s 15%
-. Efecto de la restricción
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
0,120
0,140
0,160
0,180
0,200
A1 A2 A3
Rela
ció
n d
el efe
cto
de
la r
estr
icció
n
(%)
Defo
rmació
n c
ircu
nfe
ren
cia
l (%
)
Ambiente de curado
HACE-15% - Acero HACE-15% - CFRP Relacíon e máxima de anillos
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0,000
0,010
0,020
0,030
0,040
0,050
0,060
0,070
0,080
0,090
0,100
A1 A2 A3
Rela
ció
n d
el efe
cto
de
la r
estr
icció
n
(%)
Defo
rmació
n c
ircu
nfe
ren
cia
l (%
)
Ambiente de curado
HACE-10% - Acero HACE-10% - CFRP Relacíon e máxima de anillos
Dosi
s 10%
0,000
0,010
0,020
0,030
0,040
0,050
0,060
0,070
0,080
0 2 4 6 8 10 12 14
Gra
do
de e
xp
an
sió
n (
%)
Día
Expansion restringida - Aditivo CAS - Dosis B Expansión libre - Aditivo CAS - Dosis B
Factores: Tipo de árido, tamaño y forma del
elemento
Tipo de árido Tamaño y forma del elemento
Otros:
La expansión decrece a
medida que aumenta el
tamaño del elemento
Expansión diferencial en
piezas de grandes
volúmenes
Factores: Edad del agente expansivo
Edad del agente expansivo
Diseño de hormigones de HRC
Consideraciones previas
Objetivo: Diseñar un HRC Retracción ≤ Expansión
Dosificación y ejecución HCP = HRC
curado húmedo durante 7 días Desarrollo de expansiones
Determinar la retracción de secado prevista del elemento
La dosificación expansión inicial que compense la retracción prevista
Las tensiones internas expansión inicial < retracción
El grado de expansión es inversamente proporcional a la cuantía de refuerzo
ACI 223
Código ACI 223 – “Guide for the Use
of Shrinkage-Compensating Concrete”
establece el procedimiento de diseño en
función de:
Expansión del miembro estructural
Expansión de prismas normalizados
Porcentaje de refuerzo (a mayor
cantidad de refuerzo menor
expansión)
Ensayos para determinar cambios de
longitud en régimen restringido
ASTM C878
ACI 223 - 2010
EDAD Grado de expansión
H. retracción compensada
7 días 0,04%-0,1%
28 días <0,15%
ASTM C157
ASTM C157 – “Standard Test Method for Length Change of Hardened Hydraulic-Cement Mortar and Concrete”
ASTM C878
ASTM C878 - “Standard Test Method for Restrained Expansion of Shrinkage-Compensating Concrete”
Aplicaciones HRC
Aplicaciones
Jerry Holland, Madrid 2009, 9
de junio
ACI Fall 2012 Convention October 21
– 24, Toronto
APLICACIONES
Parking del Aeuropuerto John Wayne, Santa Ana (1993 y 1998)
More recently, shrinkage-compensating concrete was used to build an addition to a parking structure at John Wayne Airport in Santa Ana, Calif. (Chusid, 2007). The original structure built in 1993 was designed to hold 4,000 cars on two levels, and consisted of a slab on grade with a concrete deck above. The concrete was designed with ordinary portland cement and was post-tensioned about three days after placement. Six months after completion, the deck developed 75,000 linear feet of cracks requiring extensive repairs. The repairs cost approximately $500,000 and the owner allocated an additional $500,000 for future repairs. In 1998, two more decks were added to the top of the structure, but the concrete design was changed to use shrinkage-compensating concrete, with the other aspects of the design remaining essentially the same. Like the lower two levels, the new decks were post-tensioned about three days after placement. Ten years after completion, the new decks are still virtually crack-free and show very little signs of wear, in stark contrast to the lower two levels. Using shrinkage-compensating concrete reduced the maintenance cost of the new decks to almost zero since their construction.
(Fuente: http://www.gostructural.com/ , 2009)
APLICACIONES
Pavimento nave centro logístico (2016)
(Fuente: Prosistemas)
Guías de uso
Guías internacionales
ACI 223R-10 Guide for the Use of Shrinkage-
Compensating Concrete
JSCE nº23 Recommended practice for expansive
concrete
Guías internacionales
ACI 223R-10 Guide for the Use of Shrinkage-
Compensating Concrete
JSCE nº23 Recommended practice for expansive
concrete
Monografías del Instituto Eduardo
Torroja
Monografía Nº 425 Guía
para el empleo de
hormigones expansivos
David Revuelta Crespo
Pedro Carballosa de
Miguel
José Luis García Calvo
Ventajas y desventajas
Disminuye el número de juntas de contracción y de construcción
Acelera los tiempos de puesta en obra
No hay deficiencias en la transferencia de cargas
Minimiza el alabeo, la fisuración y el mantenimiento de juntas
Disminuye el mantenimiento general del pavimento solución constructiva económica
Sin alabeo:
Espaciar los separadores
Menor espesor de losa
Diseño más cuidadoso de la
fórmula
Factor extra a controlar
Curado húmedo riguroso durante
las primeras etapas de
hidratación
Mayor coste de los materiales de
partida (cemento o aditivo
expansivo)
Ventajas Inconvenientes
GRACIAS POR SU ATENCIÓN