Concreto de Alto Desempeño vs. Concreto de Alta Resistencia

Alma Reyes, MSc

Febrero 2012

Contenido

• Introducción y conceptos

• Principios

• Especificaciones

• Durabilidad

• Obra

• Aplicaciones

Introducción y Conceptos

• Trabajabilidad (superplastificantes)• Hidratación del cemento (Powers, 1968)• Características de desempeño

– Trabajabilidad– MOE– Resistencia a la flexión– Permeabilidad– Resistencia a la abrasión– Durabilidad

a/mc = 0,40

• Mejor retorno de inversión• Alternativas de diseño

– Espacios– Eficiencia del volumen de concreto– Disminución de secciones como columnas– Disminución cargas muertas

• Funcionalidad• Arquitectura: Estética• Evolución de la industria de los prefabricados• Durabilidad obras infraestructura

Razón de ser/soluciones del CAD

Introducción y Conceptos

• Restricciones tecnológicas de los Reglamentos de construcción

• Zonas sísmicas: ductilidad del acero vs. concreto• Conocimiento de las alternativas de materiales

Factores de uso del CAD

Introducción y Conceptos

Convencional vs. Concreto Autoconsolidable

Introducción y Conceptos

Convencional vs. CAC

Malla de acero recubierta de epóxico

Largo = 1,2 mAncho = 61 cmEspesor = 5 cm

Paneles

Introducción y Conceptos

SSS a/mc = 0,35

M1 M2 M3

Cemento 326 326 326 kg/m3

Escoria 148 148 148 kg/m3

Arena 641 641 611 kg/m3

Grava #57 ---- ---- 854 kg/m3

Grava #8 1068 1068 ---- kg/m3

Agua 163 163 163 kg/m3

AEA 390 390 290 mL/m3

Eucon WR ---- 1,2 1,2 L/m3

Plastol 5000 ---- 2,6 2,6 L/m3

Eucon 37 4,7 ---- ---- L/m3

Introducción y Conceptos

M1 M2 M3

Revenimiento cm 24 ---- ----

Extensibilidad cm ---- 61 66

Aire % 3,8 7,6 7,6

Fraguado inicial h 6 5,5 5,5

Introducción y Conceptos

Mezcla 3 Mezcla 1Mezcla 2

Principios

Resistencia a la compresión

Microestructura

Propiedades elásticas Permeabilidad

Principios

• Mortero

• Agregados

• Zona de transición

• Porosidad

• Reología

• Adiciones cementantes

• Superplastificantes

Mejoramiento de la resistencia

Baja relación a/mc

0,20 ≤ a/mc ≤ 0,40

• Reactividad del cemento• Aditivo

– Cono Marsh y temperatura de hidratación• Compatibilidad • Punto de saturación

– Naftaleno o Melamina– Policarboxilato

Principios

Agregados

• Tamaño máximo limitado a 20 mm– Frecuentemente 12 mm

• Granito/Cuarzo – Dureza– Baja permeabilidad– Limpios (buena adherencia agregado-pasta)

• Compacción (buena granulometría)– Nivel macroscópico– Nivel microscópico: RPC

Principios

Densa estructura de poro

• Baja porosidad total / Refinamiento de poros• Mejoramiento de la ZT (densificación de la

interfase pasta-agregado)– Reducción significativa de la continuidad de la

estructura de poro del CAD– Uso de humo de sílice (5 a 10% del material

cementante)– Porosidad densa: gran resistencia

Principios

[Sarkar, Kassab & Aïtcin, 1998]

Principios

Cu

mu

lati

ve

vo

lum

e o

f

Hg

in

tro

duce

d (

cm3/g

)

Pore diameter (µm)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

A0.40

A0.50

A0.66

[Talbot, 1996]

Principios

[kg/m3]

Típico Nova Scotia Plaza

Toronto, Canadá

Two Union Square

Seattle, USA

a/mc 0,35 0,30 0,23

Cemento 405 315 513

Microsílica

Escoria

20

----

36

137

43

----

Grava 1100 1130 1080

Arena 740 745 685

Agua 145 145 130

RAAA [L/m3]

RA [L/m3]

5

----

5,9

0,9

15,7

----

Concreto de Alto Desempeño

Principios

Típico Nova Scotia Plaza

Toronto, Canadá

Two Union Square

Seattle, USA

7 días ---- 67 91

28 días 60 83 119

56 días

91 días

----

----

89

93

----

145

Resistencia a la compresión en MPa

Concreto de Alto Desempeño

Principios

Principios

• Puzolana artificial• Forma esférica• Gran superficie específica• Cohesión depende del % de microsílica• Resistencia tanto a edad temprana como a

largo plazo• Mejora características de la zona de transición• ↓ Sangrado externo e interno• ↓ Diámetro de poros• ↓ Permeabilidad

Microsílica

Curado

Curado

Principios

[Aïtcin, 2001]

Principios

Cono Marsh

Flujo de revenimiento

Concreto bajo agua (CRD C 61)

Eucon AWA

Principios

Especificaciones

• Desempeño no sólo es función de f´c• Volumen pasta: 20 a 40%• Volumen agregados: 60 a 75%• Consideraciones de Durabilidad• Consideraciones de colocación y curado

Especificaciones

a/mcVariación de la resistencia a la compresión máxima

0,40 a 0,34 50 a 75 MPa

0,35 a 0,30 75 a 100 MPa

0,30 a 0,25 100 a 124 MPa

0,25 a 0,20 > 125 MPa

Resistencia a la compresión

Especificaciones

f (componentes del concreto)

Módulo de elasticidad

[Baalbaki, 1997]

Especificaciones

Módulo de elasticidad

[Baalbaki, 1997]

Especificaciones

Curva esfuerzo-deformación

[Baalbaki, 1997]

Especificaciones

Contracción y fluencia

[Aïtcin, 2001]

Obra

• Reunión preparatoria

• Especificaciones

• Prueba piloto

• Control de calidad

• Muestreo

• Colocación

• Curado

Durabilidad

• Resistencia a la abrasión (ACI 210) (ACI 302)– Pavimentos– Estructuras hidráulicas– Estructuras marinas

• Resistencia a los ciclos de congelamiento-deshielo (ACI 306)

• Resistencia al descascaramiento• Resistencia a la penetración de iones Cloro• Corrosión de acero de refuerzo (ACI 222)

– Armadura de acero inoxidable– Armadura de acero galvanizado– Armadura recubierta de epóxico– Armadura de fibra de vidrio– Mejoramiento de la calidad del concreto de recubrimiento

ACI 201 Guía para el Concreto Durable

Durabilidad

• Resistencia al ataque químico

• Resistencia a la carbonatación

• Resistencia al agua de mar (ACI 357)

• Resistencia a la reacción álcali-agregado (ACI 221)

• Resistencia al fuego (ACI 216)

ACI 201 Guía para el Concreto Durable

Eucon Integral ARC

Durabilidad

Reacción Álcali-Agregado

Aire en el concreto

• Atrapado: Concreto sin aire incluido

→ Forma irregular

→ Grandes burbujas de aire (Φ > 1mm) por coalescencia de

burbujas de aire

→ Tendencia a dirigirse hacia la superficie y reventarse

• Incluido: Concreto con aire incluido

→ Forma esférica

→ Pequeñas burbujas de aire (10 µm < Φ < 1mm)

→ Las burbujas no tienden a fusionarse

→ El concreto mantiene en su interior mayor volumen de aire

Durabilidad

Distinto espaciamiento

Mismo vol. aire

No hay relación directa entre el contenido

de aire y el factor de espaciamiento

Durabilidad

ánodo -

...

...

Concreto húmedo

Aceroe-

cátodo +

OH-

Reacción catódica

Fe++Fe++

2e-

O2

2H2O

Reacción anódica: Fe(OH)2

Reacción secundaria: Fe2O3⋅3H2O

½O2 H2O

Fe2O3

Fe

Corrosión del acero en el concreto

Durabilidad

Corrosión del acero en el concreto

Depasivación Propagación (corrosión)

Gra

do d

e c

orr

osi

ón

Tiempo

Sin inhibidor de corrosión

Con inhibidor de corrosión

Eucon CIAEucon CIAEucon CIAEucon CIA

Durabilidad

Aplicaciones

• Concreto Autoconsolidable• Elementos prefabricados• Columnas y muros• Geometrías complejas• Reparaciones• Tanques• Fast track

Concreto de Baja Permeabilidad

• Cemento CPO 30 RS 350 kg/m3

• Eucon MSA 25 kg/m3

• Arena de río 884 kg/m3

• Grava ¾ semitriturada 1038 kg/m3

• Eucon 537• Revenimiento = 18 cm

Cuarto de Rayos X

Tanques para Gas Natural Quintana Island, Freeport, Texas

• Altura : 42 m• Espesor muros: 0,35 a 0,55 m• 3600 m3 concreto• Colado continuo• Cimbra deslizada• Cemento CPO 30 RS BRA • f’c = 250 kg/cm2 cimentación• f’c = 300 kg/cm2 deslizado

Silo para cemento, Tabasco

Cemento 342 kg/m3

Eucon MSA 17 kg/m3 (5%)

Grava (∅max= 20 mm) 1 059 kg/m3

Arena 767 kg/m3

Eucon MR 370 (día) 2,4 L/m3

Eucon MR 370 (noche)

Eucon 537 (noche)

1 L/m3

1 L/m3

Revenimiento 15 cm

• 22 niveles

• 500 ≤ f’c ≤ 600 [kg/cm2]

• Cemento CPO 30 RS

Condominios Grand Santa Fe, Ciudad de México

Cemento 460 kg/m3

Eucon MSA 25 kg/m3 (~5%)

Plastol 4000 1,9 L/m3

RA 200 1,9 L/m3

Conclusiones

• Durabilidad vs. Alta resistencia

• Tendencias de la industria a largo plazo

• Difusión de tecnología del concreto

Retando a los CAD

• DSP (Densified with Small Particles)

• MDF (Macro Defect Free)

• BPR (Béton de Poudres Réactives)

Explotar las características de la matriz de cemento

Estación de tren Mónaco

Puente peatonal Sherbrooke, Canadá

Retando a los CAD

Gracias