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VIII Congreso Nacional de Propiedades Mecánicas de Sólidos, Gandia 2002
681-690
RESISTENCIA A COMPRESIÓN A MUY CORTA EDAD
CONSISTENCIA EN HORMIGONES DE ALTA RESISTENCIA
Y
P. Serna, J.R. Martí, F. Tormo
Departamento de Ingeniería de la Construcción y de Proyectos de Ingeniería Civil
Universidad Politécnica de Valencia. Camino de Vera, s/n. 46071 Valencia
RESUMEN
Se expone el proceso seguido para la obtención de un hormigón de alta resistencia
desde muy corta edad (24 horas). Se indican los los materiales más convenientes para alcanzar
estos objetivos y las dosificaciones necesarias para tal fin, así como un estudio de la
sensibilidad de las distintas variables.
Palabras Claves
Hormigón, alta resistencia, altas prestaciones, corta edad, consistencia
1. INTRODUCCIÓN
Uno de los momentos cruciales del proceso de fabricación en las industrias de
elementos prefabricados de hormigón pretensado con armaduras pretesas es el destesado. En
este instante el hormigón debe alcanzar suficiente resistencia para soportar las tensiones
transmitidas por las armaduras activas. Es, por tanto, importante alcanzar altas resistencias lo
más pronto posible, para acelerar el proceso productivo y dar el mayor rendimiento a las
instalaciones.
Se pretende obtener, a partir del empleo de materiales de procedencia local,
dosificaciones para conseguir altas resistencias a medio plazo (80 – 90 MPa a 28 días), pero
también altas resistencia a muy corto plazo (50 – 60 MPa a 24 horas) para mejorar los
aspectos antes comentados [1] [2].
Para la realización del presente trabajo se partió del estudio de granulometrías ya
investigadas en el Laboratorio del Departamento de Ingeniería de la Construcción y de
Proyectos de Ingeniería Civil de la Universidad Politécnica de Valencia, aplicando las
conclusiones obtenidas en cuanto a la optimización de los áridos [3] y otros componentes [4].
Las variables que se han analizado en este trabajo han sido:
1. Tipo de cemento (CEM l – 42,5R y 52,5R);
2. Cuantía de cemento (400Kg/m3 , 450Kg/m3 , 500Kg/m3);
3. Tipo y proporción de adición;
4. Tipo y proporción de aditivo;
5. Relación Agua efectiva / Cemento;
6. Método de compactación;
Las variables respuesta contempladas han sido:
1. Resistencia a Compresión a 24 horas;
2. Resistencia a compresión a 28 días.
3. Trabajabilidad.
Aunque el objetivo establecido fue la obtención de resistencias superiores a 50 MPa a
24 horas, se mantuvo desde el principio la intención de que los hormigones obtenidos fueran
cómodamente colocables en obra por lo que se impuso la necesidad de manejar consistencias
que así lo permitieran y, por ello, dichas resistencias debían ir acompañadas de asientos en el
ensayo del cono de Abrams de alrededor de 18 cm [5] [6].
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Serna, Martí y Tormo
2. PROGRAMA EXPERIMENTAL
El proceso implica la realización de amasadas de hormigón en laboratorio y la
fabricación de probetas cilíndricas (φ 15 x 30cm) y cúbicas (10 x 10 x 10 cm) para ensayar a
compresión a 24 horas y 28 días [7].
El objetivo de trabajar con probetas de 10x10x10 cm radica en la posibilidad de adquirir
más datos con menos volumen de hormigón. Por consiguiente, se estudiará la relación
existente entre los resultados obtenidos mediante éstas y los obtenidos con probetas
cilíndricas de 15x30 cm.
Con el fin de analizar estas variables se programó un diseño de experimentos para ser
analizados mediante un tratamiento estadístico multivariante y la obtención de las
correspondientes regresiones que las correlacionan.
Previamente a la elaboración del diseño de experimentos se efectuaron unas fases
experimentales previas con el objetivo fijar aquellas variables que pudieran optimizarse por
separado:
• Selección del método de compactación
• Selección del tipo de cemento
• Selección de la adición
• Preselección de los aditivos
Estas fases previas sirvieron tanto para fijar variables como para familiarizarnos con el
comportamiento de este tipo de materiales frente a diferentes procesos de fabricación.
2.1. Metodología del proceso experimental
El proceso de amasado comenzaba la jornada anterior mediante la extracción de
muestras de árido representativas para una estimación de la humedad contenida en los áridos.
Antes de pesar el árido se extraía otra muestra para conocer con exactitud la cantidad de agua
que aportaba.
En primer lugar se vertía a la amasadora el árido junto con un poco de agua, para
asegurarnos de que el árido grueso seco no toma aditivo, y se procedía al amasado durante
medio minuto para conseguir una correcta homogeneización.
Posteriormente se vertía el cemento y se amasaba otro medio minuto, transcurrido el
cual se aportaba poco a poco el agua restante amasándose otro medio minuto.
A continuación, y siempre con la amasadora en marcha, se aportaba el aditivo muy
lentamente (empleando unos 45 segundos). El tiempo de amasado fué de 7 minutos y se
empezaba a contabilizar a partir del instante en que se comenzaba a verter el aditivo.
En el momento en que finalizaba el proceso de amasado se procedía a la medida de
consistencia del hormigón basándonos en el método del cono de Abrams.
Una vez fabricado el hormigón se procedía a la fabricación de probetas, 2 cilíndricas de
φ 15x30 cm y 8 cúbicas de 10x10x10 cm.
A continuación se introducían las probetas en una cámara con humedad constante
mayor del 95 % y 20 ºC hasta el momento de su rotura en una prensa hidráulica de 250
toneladas.
Para la rotura de las probetas cilíndricas hubo que colocar una jaula protectora debido a
la gran cantidad de energía liberada en forma de explosión (figura 1).
2.2. Selección del tipo de cemento y método de compactación
Se programaron varios ensayos modificando sólo el tipo de cemento y manteniendo
constantes tanto las condiciones de ejecución como la dosificación, y se compactó el
hormigón empleando tres técnicas diferentes:
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Figura 1. Probeta cilíndrica dentro de jaula protectora
•
•
•
Compactación mediante picado con barra metálica
Compactación mediante aguja vibrante
Compactación mediante mesa vibrante
La dosificación base fue:
Cuantía de cemento: 450 Kg/m3
%Adición: 10%
%Aditivo: 3,8%
Relación Agua-Cemento: 0,3
En la fifura 2 se muestran los resultados de ensayos a compresión simple obtenidos en
probetas cilíndricas de 15x30 cm.
MPa
70
60
50
40
30
20
10
0
R. Barra
R.Aguja
CEMI 42.5R
R.Mesa
CEMI 52.5R
Figura 2. Resistencias a 24 h. para dos tipos de cemento y diferentes métodos de
compactación
Tras los resultados obtenidos se decidió continuar la experimentación únicamente con el
cemento tipo CEM I 52,5R debido al sustancial incremento de resistencia que presenta frente
al tipo 42,5R. Además las trabajabilidades obtenidas no empeoraron significativamente.
Por lo tanto, las posteriores dosificaciones se elaborarán empleando únicamente el
cemento tipo CEM I 52.5R.
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Serna, Martí y Tormo
De los resultados obtenidos en la fase de selección del tipo de cemento pudimos
comprobar cómo los mejores resultados en cuanto a resistencia a compresión se consiguieron
empleando la mesa vibrante, y que además permitía reducir los tiempos de ejecución.
2.3. Selección de la adición
Las adiciones son utilizadas como sustituciones del cemento para obtener hormigones
de alta resistencia.
Esta fase tuvo por finalidad la cuantificación de estos incrementos de resistencia a 24
horas y a 28 días, así como las variaciones en cuanto a demanda de agua que presentaran,
analizando 9 tipos de adiciones .
Se realizaron 10 amasadas manteniendo fijas las variables:
• Cuantía de Cemento más adición: 500Kg/m3
• Agua / cemento: 0,285
• Proporción de aditivo: 5%
• Proporción de adición: 10%
En la figura 3 se representan gráficamente los resultados obtenidos en las 10 amasadas
realizadas:
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
70
50
40
30
20
cm (ABRAMS)
60
10
RHA-2
SILICE PURO
TiO2
RHA-1
METACAOLIN
CATALIZADOR
MARMOLINA
CONTROL
H.S.
0
RHA-3
(MPa)
RESISTENCIA A 24h
Figura 3. Resultados sobre diferentes tipos de adición
Se puede observar que los mejores resultados a 24 horas, tanto para probeta cúbica
como para cilíndrica, se obtienen sin emplear adición alguna.
No obstante hay que señalar que todas las adiciones ensayadas ocasionaron pérdidas de
trabajabilidad en la masa de hormigón fresco, y aunque algunas de las medidas de la
consistencia sean superiores a las registradas para la dosificación control (sin adición),
siempre presentaron un carácter mucho más pegajoso que la dosificación sin adición.
Del análisis de los resultados se desprende que para la obtención de resistencias a 24
horas ninguna de las adiciones estudiadas mejora los resultados alcanzados empleando sólo el
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cemento CEM I 52.5R, y además que las trabajabilidades se reducen con el empleo de
adiciones. Por lo tanto, se decidió continuar la experimentación dosificando sin adición.
2.4. Programa principal
En esta fase se estudia el comportamiento del hormigón frente a modificaciones en las
variables siguientes:
• Tipo de aditivo (2 niveles)
• Proporción de aditivo (5 niveles)
• Cuantía de cemento por m3 de Hormigón (3 niveles)
• Relación agua efectiva / cemento (3 niveles)
En la tabla 1 se presentan todas las dosificaciones posibles, resultando un total de 90.
Resaltadas en negrilla se destacan aquéllas que se decidió efectuar en un principio. El criterio
de selección fue comenzar con las que presumiblemente proporcionaran consistencias ni muy
secas ni excesivamente líquidas, para evitar compactaciones defectuosas. En función de la
consistencia obtenida se decidía la conveniencia o no de las dosificaciones sucesivas, lo que
condujo a efectuar un total de 34 amasadas.
3. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Para exponer los resultados se ha practicado un tratamiento estadístico con la finalidad
de relacionar todas las variables entre sí mediante expresiones [8].
En las gráficas se representa en abscisas la proporción de aditivo.
Los valores de trabajabilidad se refieren a los cm de asiento en el cono de Abrams.
Para interpretar los resultados se han calculado una serie de regresiones que
proporcionan expresiones que permiten representar gráficamente el comportamiento del
hormigón frente a variaciones en su dosificación.
Debemos significar que se ha intentado obtener regresiones lo más sencillas posible
evitando incorporar términos más allá de los cuadráticos. Las regresiones son del tipo
“regresión múltiple” y se han calculado mediante la incorporación de términos del tipo :
∑ β j × (C ) k × ( Ae / C ) m × ( P) n × ln(C p × Ae / C ) × e Ae / C
j
donde:
β = Parámetros de la regresión
C = Cuantía de cemento en Kg por m3 de hormigón
Ae = Agua efectiva
P = Proporción de aditivo
k,m,n,p = 0,m1,m2,m3
Para el cálculo de algunas de las regresiones (y siempre en el de las trabajabilidades)
hubo que incorporar términos con logaritmos.
El software utilizado para obtener las fórmulas fue el Statgraphics,
Debemos señalar también que se intentó emplear la fórmula de Larrard como punto de
partida para el cálculo de regresiones para obtener fórmulas de resistencia a 28 días,
obteniendo escasa precisión con ello.
3.1. Regresiones obtenidas
A continuación se exponen (figuras 4 a 11) las regresiones obtenidas, su representación
gráfica y las interpretaciones extraídas de las mismas.
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Serna, Martí y Tormo
Tabla 1. Dosificaciones analizadas
ISOCRON
FM-39
CUANTIA
400
400
400
400
400
400
400
400
400
400
400
400
400
400
400
450
450
450
450
450
450
450
450
450
450
450
450
450
450
450
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
686
ISOCRON
FM-206
A/C
0,28
0,28
0,28
0,28
0,28
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,32
0,32
0,32
0,32
0,32
0,28
0,28
0,28
0,28
0,28
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,32
0,32
0,32
0,32
0,32
0,28
0,28
0,28
0,28
0,28
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,32
0,32
0,32
0,32
0,32
%ADITIVO
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
CUANTIA
400
400
400
400
400
400
400
400
400
400
400
400
400
400
400
450
450
450
450
450
450
450
450
450
450
450
450
450
450
450
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
A/C
0,28
0,28
0,28
0,28
0,28
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,32
0,32
0,32
0,32
0,32
0,28
0,28
0,28
0,28
0,28
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,32
0,32
0,32
0,32
0,32
0,28
0,28
0,28
0,28
0,28
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,32
0,32
0,32
0,32
0,32
%ADITIVO
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
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Resistencia en probeta cúbica a 24h
Mpa
85
80
75
70
1
2
3
4
5
% aditivo
400-0,28
400-0,3
400-0,32
450-0,28
450-0,3
450-0,32
500-0,28
500-0,3
500-0,32
Figura 4
Resistencia en probeta cúbica a 28d
130
Mpa
125
120
115
110
105
100
95
90
1
2
3
4
5
% aditivo
Figura 5
Resistencia en probeta cilíndrica a 24h
Mpa
75
Cm
Trabajabilidad para fm-206
25
20
70
15
65
10
60
5
0
55
1
2
3
Figura 6
4
5
% Aditivo
1
2
3
4
5
% Aditivo
Figura 7
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Serna, Martí y Tormo
Resistencia en probeta cúbica a 24h
MPa
85
80
75
70
65
60
55
50
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
% Ad
400-0,28
450-0,28
500-0,28
400-0,3
450-0,3
500-0,3
400-0,32
450-0,32
500-0,32
Figura 8
R e s istencia en probeta cúbica a 28d
Mpa
135
130
125
120
115
110
105
100
95
90
85
1
2
3
4
5
% aditivo
Figura 9
Resistencia en probeta cilíndrica a 24h
70
Mpa
65
60
55
50
45
40
1
2
3
4
5
%Aditivo
Figura 10
Trabajabilidad para fm-39
Cm
25
20
15
10
5
0
0
1
2
3
4
5
% Aditivo
Figura 11
688
VIII Congreso Nacional de Propiedades Mecánicas de Sólidos
4. CONCLUSIONES
La principal conclusión a la que hemos llegado es que para los niveles a los que hemos
tratado a nuestras variables experimentales, y con los materiales que hemos utilizado, no
reviste especial dificultad la obtención de hormigones de alta resistencia a 24 horas. Y
además, para ello no es imprescindible el uso de humo de sílice, a diferencia de lo que se
pueda encontrar en numerosos manuales y estudios científicos existentes.
Se ha comprobado que el cemento CEM I 52,5R proporciona mejores resultados a 24 h
en cuanto a resistencia a compresión que el CEM I 42,5 R.
Asimismo se ha comprobado que la trabajabilidad que se obtiene empleando el CEM I
52,5 R es inferior a la que se se obtiene con el CEM I 42,5 R.
Las adiciones estudiadas en este trabajo, a corto plazo, no mejoran la resistencia a
compresión a 24 h alcanzada para un hormigón sin sustitución.
Las adiciones proporcionan consistencias del mismo orden que el hormigón control,
excepto el humo de sílice y el RH-3 que la empeoran. No obstante, todas acentúan el carácter
pegajoso de la masa de hormigón fresco, con lo cual, para la misma consistencia, el uso de
adiciones produce que el hormigón parezca menos trabajable.
La resistencia a compresión a 24 horas obtenida mediante el uso de probetas cúbicas de
10x10x10 cm guarda relación de 0,85 respecto a la obtenida con probetas cilíndricas de 15x30
cm.
El aditivo fm-206 proporciona mejores resultados que el fm-39 en cuanto a resistencia a
compresión a 24 horas, en cambio, a 28 días el resultado se invierte.
El fm-39 proporciona mejores resultados en cuanto a trabajabilidad que el fm-206, por
lo que permite dosificar con menor cantidad de aditivo. Además, la trabajabilidad aportada
por el aditivo fm-39 se muestra menos sensible frente a variaciones en la relación A/C que el
fm-206.
Reducir cemento obliga a utilizar altos contenidos de aditivo si se quiere conseguir
consistencias aceptables. El anterior punto conduce a la conclusión de que para conseguir una
trabajabilidad adecuada hace falta más aditivo cuanto menos cemento se emplee, y cuanto
menor sea la relación A/C.
La proporción de aditivo influye notablemente en la resistencia a compresión del
hormigón. Existe para cada cuantía de cemento empleada en la dosificación, un valor de la
proporción de aditivo a emplear, del que si nos pasamos, sufriremos pérdidas de resistencia a
compresión a 24 horas. Este valor óptimo, en el caso del fm-206 está en torno al 3%, y para el
fm-39 varía entre el 1,5% para cuantías de 500 Kg/m3 y el 2,5% para cuantías de 400 Kg/m3.
La relación agua-cemento tiene mucha más importancia en la resistencia a compresión a
28 días que a 24 horas.
La cuantía de cemento añadida al hormigón influye en la resistencia a compresión.
Añadir un 20 % más de cemento puede representar como mucho un 5% más de resistencia a
compresión a 24 horas, mientras que a 28 días puede suponer un 15% más de resistencia.
La trabajabilidad proporcionada por el aditivo fm-39 es muy buena, pero las pendientes
de las curvas consistencia-proporción de aditivo tienen unos valores muy elevados al
principio, por lo que se debe afinar mucho a la hora de establecer el valor más adecuado.
Con ambas dosificaciones se alcanzan los 81 MPa a 24 horas (mediante probeta cúbica
de 10x10x10 cm) y la consistencia supera los 18 cm.
5. AGRADECIMIENTOS
Este trabajo se enmarca en una línea de investigación que está llevando a cabo el Grupo
de Investigación ADITEC en el Dpto. de Ingeniería de la Construcción de la U. Politécnica de
Valencia en colaboración con PREVALESA e ISOCRON, y cuenta con la financiación del
IMPIVA (Proyecto IMTEIE/2000/85) y del Ministerio de Ciencia y Tecnología (Proyecto
689
Serna, Martí y Tormo
MAT2000-0346-P4-03). Agradecemos la colaboración de estas entidades.
6. REFERENCIAS
1.
P. Alaejos, J.M. Gálligo ”Hormigón de alta resistencia. Estado actual de
conocimientos”.Monografía CEDEX. Madrid 1995.
2.
P. Serna, M.J. Pelufo “Dosificación de hormigones”. Grupo Español del Hormigón,
Madrid, 1991.
3.
J.M. Martínez “Estudio de dosificaciones para hormigones de alta resistencia (H.A.R.).
Análisis de la influencia de distintas materias primas procedentes de la Comunidad
Valenciana. Proyecto final de carrera en la ETSI Caminos, Canales y Puertos de la UPV.
1999.
4.
M. Bollati “Hormigones de muy altas prestaciones en el nuevo puente sobre el río
Pisuerga”. HORMIGÓN nº 41 – Junio 1999.
5.
M. Fernández ”Hormigón”. Servicio de publicaciones del Colegio Oficial de Ingenieros
de Caminos Canales y Puertos. Madrid 1996.
6.
G.E.H. O.:”Hormigón de alta resistencia. Fabricación y puesta en obra del hormigón”.
7.
AENOR Recopilación de las normas UNE ”Ensayos para hormigón, morteros y sus
componentes”. Tomo 5. Grupo 83.
8.
R. Romero, L Zúnica “ESTADÍSTICA”. Servicio de Publicaciones de la Universidad
Politécnica de Valencia.
690