NEWCRETE

NEWCRETE
Hormigón autocompactante con
árido reciclado y fibras de acero
INTRODUCCIÓN
• Proyecto de investigación INNOVADOR, tanto desde el punto de vista
técnico como ambientalmente.
• Sin experiencias previas en la utilización de un nuevo hormigón
(NEWCRETE), autocompactante, dotado con árido reciclado mixto y fibras
de acero.
RAZÓN DE SER
RAZÓN DE SER
• Elementos de pantalla
• Construcción de pilotes “in situ” (CPI):
CPI-1: Pilotes Camisa perdida
CPI-2: Pilotes de desplazamiento con azuche
CPI-3: Pilotes de desplazamiento con tapón de gravas
CPI-4: Pilotes de extracción con entubación recuperable
CPI-5: Pilotes de extracción con camisa perdida
CPI-6: Pilotes perforados sin entubación con lodos tixotrópicos
CPI-7: Pilotes barrenados sin entubación
CPI-8: Pilotes barrenados. Hormigonado por tubo central
RAZÓN DE SER
• Construcción de pilotes “in situ” (CPI):
CPI-8: Pilotes barrenados. Hormigonado por tubo central
 Es el pilote más económico
 Es el pilote más utilizado
- Cimentación profunda en edificación
- Elemento de contención en proyectos de infraestructuras
- Condiciones de ejecución delicadas
- Armado “forzado” en el hormigón fresco
- Penalizado estructuralmente (tope estructural, tensión
máxima a flexión)
- Creciente demanda de armado en longitudes elevadas
- Recubrimientos definidos por durabilidad (*)
RAZÓN DE SER
• Construcción de pilotes “in situ” (CPI):
CPI-8: Pilotes barrenados. Hormigonado por tubo central
RAZÓN DE SER
• Construcción de pilotes “in situ” (CPI):
CPI-8: Pilotes barrenados. Hormigonado por tubo central
RAZÓN DE SER
• Procedimiento constructivo de los pilotes CPI-8
Perforación con barrena del terreno
Relleno de la cavidad con lodos bentoníticos
Vertido del hormigón – Extracción del lodo
Hincado de la jaula de armado
Problemas de ejecución
durante la fase de hincado de
la jaula de armado
RAZÓN DE SER
• Problemas típicos
Problemas de
ejecución
Jaulas de armado
muy “potentes”
Acabados
“defectuosos”
OBJETIVOS
• Desarrollo de un nuevo hormigón de altas prestaciones y con elevados
contenidos de RCD’s para su uso en elementos estructurales en
contacto directo con el terreno.
•
Desarrollo de un sistema de tratamiento de RCD’s específico.
•
Desarrollo de nuevos aditivos que permitan contrarrestar el efecto asociado a la
presencia de RCD’s em la formulación.
•
Desarrollo de nuevas técnicas de armado mediante fibras para elementos en
contacto directo con el terreno.
•
Validación del nuevo material y estucio de su comportamiento en ambientes de
trabajo reales y de laboratorio.
ÁRIDOS RECICLADOS
Tipos de áridos reciclados
RCD
Áridos reciclados
procedentes de
hormigón
Áridos
reciclados
cerámicos
Áridos reciclados
mixtos
ÁRIDOS RECICLADOS
Composición
Hormigón
57%
Cerámico
22%
Árido
natural
13%
otros
1%
Yeso
2%
Asfalto
5%
MARCO NORMATIVO
•
Normativa nacional y europea
•
RILEM
•
Instrucción española de Hormigón Estructural (EHE-08)
•
Fédération International du béton (fib)
•
DBV Merkblatt Stahlfaserbeton
•
CNR-DT 204
MARCO NORMATIVO: EHE-08
Objetivo principal
PROYECTO NEWCRETE
Desarrollar un hormigón autocompactante, con
finalidad estructural, dotado con elevados
contenidos de RCD’s
• Capítulo 10 (Art. 42): Cálculos relativos a los ELU  Cuantías mínimas de armado
MARCO NORMATIVO: EHE-08
Objetivo principal
PROYECTO NEWCRETE
Desarrollar un hormigón autocompactante, con
finalidad estructural, dotado con elevados
contenidos de RCD’s
• Anejo 14: Recomendaciones para la utilización de HRF
“Para que las fibras puedan ser consideradas con función estructural, la resistencia
característica residual a tracción por flexión fR,1,k, no será inferior al 40% del Límite de
proporcionalidad (LOP) y fR,3,k, no será inferior al 20% del LOP”.
MARCO NORMATIVO: EHE-08
Objetivo principal
PROYECTO NEWCRETE
Desarrollar un hormigón autocompactante, con
finalidad estructural, dotado con elevados
contenidos de RCD’s
• Anejo 15: Recomendaciones para la utilización de hormigones reciclados
“Para su aplicación en hormigón estructural, se recomienda limitar el contenido de árido
grueso reciclado al 20% en peso sobre el contenido de árido grueso. […]. Siendo necesaria,
para porcentajes superiores, la realización de estudios específicos…
•
Tramo de prueba PROYECTO NEWCRETE:
Sustitución TOTAL (100%) del árido grueso por árido reciclado = 100%
(Producto + sostenible medioambientalmente)
MARCO NORMATIVO: EHE-08
Objetivo principal
PROYECTO NEWCRETE
Desarrollar un hormigón autocompactante, con
finalidad estructural, dotado con elevados
contenidos de RCD’s
• Anejo 17: Recomendaciones para la utilización del HAC
Definición: “Se define como hormigón autocompactante, aquel hormigón que se
compacta por la acción del propio peso, sin necesidad de energía de vibración ni cualquier
otro método de vibración…”
Requisitos: Ensayo de escurrimiento (Cono de Abrams)
MARCO NORMATIVO
•
La utilización de un hormigón dotado con RCD’s es factible, siempre y cuando se
satisfagan las exigencias (de resistencia y durabilidad) impuestas por las normativas
correspondientes.
•
La sustitución parcial o total del armado convencional por fibras de acero, en
elementos en contacto directo con el terreno como pilotes y/o pantallas, garantiza una
mejor calidad del elemento construido (∄problemas derivados en el proceso de
hincado de la jaula de armado).
PROYECTO NEWCRETE
A0: Coordinación del consorcio
A1: Estudio estado del arte y
objetivos
A2: Formulación, valorización RCDs y
estabilización elementos
A3: Ensayos comportamiento y ciclo
de vida. Tramos de prueba
A4: Seguimiento y conclusiones
A5: Difusión
PRUEBA PILOTO: Materiales empleados
Hormigón
“convencional”
•
•
•
•
Cemento
Áridos NATURALES
Agua
Aditivos
Hormigón
“NEWCRETE”
•
•
•
•
•
•
Cemento
Árido fino NATURAL
Árido grueso RECICLADO
Agua (hidratación + saturación)
Fibras de acero
Aditivos
PRUEBA PILOTO: Materiales empleados
• Árido RECICLADO:
100% de sustitución (fracción gruesa)
2 fracciones granulométricas: AR4/12 y AR12/20
Naturaleza “MIXTA” (hormigón + cerámica + impurezas)
Parámetro
Tipo de árido reciclado
AR4/12
AR12/20
ρ aparente (t/m3)
2,67
2,61
ρ saturada superficie seca (t/m3)
2,29
2,35
ρ seca (t/m3)
2,06
2,19
Absorción a 24h (%)
11,06
7,30
PRUEBA PILOTO: Materiales empleados
• Fibras de acero:
Fibras de acero bajo en carbono
Extremos conformados
Cuantía de fibra entre 20 y 30kg/m3
Propiedad
Tipo de fibra
M503
Material
M502
Acero
Resistencia a tracción (N/mm2)
1200 180
1000 150
Longitud (mm)
35 4
50 5
Diámetro (mm)
0,75 0,08
1,0 0,1
Esbeltez
46
50
Nº fibras/kg
8000
3000
PRUEBA PILOTO: Fabricación
•
•
Fecha de realización: 14 de marzo – 13 de abril de 2012 (2 fases)
Lugar de realización: Planta de hormigonado UNILAND. Zona Franca. Barcelona
•
•
•
Dosificaciones totales: 7
Dosificaciones con árido reciclado: 6
Dosificaciones con fibras de acero: 3
PRUEBA PILOTO: Fabricación
• Dosificaciones realizadas
Material
Contenido (en kg/m3)
A1
B1
C1
D1
A2
B2
C2
Cemento
355
370
370
370
370
370
370
Arena natural 0/4
1230
1200
1240
1210
1210
1260
1260
Árido natural 6/12
580
--
--
--
--
--
--
Árido reciclado 4/12
--
590
540
180
200
520
180
Árido reciclado 12/20
--
--
--
360
390
--
340
Fibra acero 35 mm
--
--
20
--
--
20
--
Fibra acero 50 mm
--
--
--
--
--
--
20
Agua
170
165
170
150
170
175
160
Inhibidor BASF
--
--
--
--
1,5
--
--
POZZOLITH 390GV
2,2
2,6
2,6
2,2
2,6
2,6
2,6
GLENIUM C303SCC
6,8
6,8
7,3
6,8
6,8
7,3
7,3
Relación a/c
0,479
0,446
0,459
0,405
0,459
0,473
0,432
PRUEBA PILOTO: Fabricación
¿En que influye la utilización de árido reciclado y fibras en la fase de
fabricación del hormigón “NEWCRETE”?
Hormigón
convencional
Hormigón
“NEWCRETE”
Áridos NATURALES
(Baja absorción: 0.5-2%)
Áridos RECICLADOS
(Alta absorción: 5-15%)
Saturación previa
de los áridos
PRUEBA PILOTO: Fabricación
• Pre-saturación de los áridos reciclados:
Tratamiento “físico”
Tratamiento “químico”
Tratamiento “físico”
 Aporte “extra” de agua de saturación
 Utilización de aditivo inhibidor de absorción
Tratamiento “químico”
PRUEBA PILOTO: Fabricación
• Verificación de la AUTOCOMPACTABILIDAD del hormigón:
Ensayo de extensión de flujo (Cono Abrams invertido)
Diámetro de “torta”
Presencia de segregación
Presencia de LABIO
Aceptación /rechazo de la amasada
RECHAZO DE LA AMASADA
ACEPTACIÓN DE LA AMASADA
PRUEBA PILOTO: Fabricación
Relleno de probetas:
•
Probetas cilíndricas
•
Probetas cúbicas
•
Probetas prismáticas
PRUEBA PILOTO: Transporte a obra
•
•
Distancia de trayecto: 7 km
Tiempo de trayecto: 20 – 30 min.
PRUEBA PILOTO: Puesta en obra
PRUEBA PILOTO: Extracción de bataches
Bataches en excavación estéril
PRUEBA PILOTO: Extracción de testigos
•
Testigos prismáticos:
PRUEBA PILOTO: Extracción de testigos
•
Testigos cilíndricos cortos:
PRUEBA PILOTO: Extracción de testigos
• Testigos cilíndricos largos:
PRUEBA PILOTO: Extracción de testigos
• Placas
PRUEBA PILOTO: Campaña experimental
• Testigos prismáticos
o Resistencia a flexotracción a tres niveles del batache  Ensayo UNE-EN 14651
Comportamiento FRÁGIL
(sección superficial del batache)
Comportamiento DÚCTIL
(sección profunda del batache
PRUEBA PILOTO: Campaña experimental
• Testigos prismáticos
o Resistencia a flexotracción a tres niveles del batache  Ensayo UNE-EN 14651
Batache
2
5
6
Probeta
2R1
2R2
2A1
2A2
2V1
2V2
5R1
5R2
5A1
5A2
5V1
5V2
6R1
6R2
6A1
6A2
6V1
6V2
LOP
2.3059
3.1716
2.7756
3.4643
3.3518
3.3120
2.2398
3.2761
2.6409
2.3131
-1.9023
2.8536
3.2509
3.6926
3.8680
3.2215
3.1990
fR1
0.2325
0.1804
0.4034
0.6369
0.8151
1.3780
0.5165
1.5110
0.8383
0.5158
-0.6382
0.1750
0.3251
0.1289
0.4383
2.1686
1.3160
fR2
0.1277
0.1261
0.2306
0.4419
0.6603
1.2779
0.3335
1.3955
-0.2997
-0.4194
0
0.1265
0
0.3402
2.0687
1.2933
fR3
0.0897
0.1104
0.2056
0.3498
0.5452
1.2390
0.3082
1.2539
-0.2874
-0.3547
0
0
0
0.3018
1.9758
1.2760
fR4
0.0844
0.1101
0.1742
0.3431
0.4716
1.1366
0.2992
1.0322
-0.2392
-0.2829
0
0
0
0.2705
1.8119
1.1853
PRUEBA PILOTO: Campaña experimental
• Testigos cilíndricos largos
o Variabilidad de propiedades físicas y mecánicas en función de la cota
a) Resistencia a compresión
b) Módulo de elasticidad
c) Densidad aparente
d) Porosidad
e) Velocidad de ultrasonidos
f)
Peso específico
g) ¿Cuantía de fibras?
PRUEBA PILOTO: Campaña experimental
• Testigos cilíndricos largos
o Variabilidad de propiedades físicas y mecánicas en función de la cota
PRUEBA PILOTO: Campaña experimental
• Testigos cilíndricos largos
o Variabilidad de propiedades físicas y mecánicas en función de la cota
PRUEBA PILOTO: Campaña experimental
• Testigos cilíndricos largos
o Variabilidad de propiedades físicas y mecánicas en función de la cota
PRUEBA PILOTO: Campaña experimental
• Placas
o Estudio del elemento estructural a “escala real”
PRUEBA PILOTO: Campaña experimental
• Placas
o Estudio del elemento estructural a “escala real”
Control de desplazamientos verticales
Control de abertura de fisura
PRUEBA PILOTO: Campaña experimental
• Placas
o Estudio del elemento estructural a “escala real” (Diagrama Carga – Desplazamiento)
Comportamiento FRÁGIL (HM)
Comportamiento DÚCTIL (HRFA)
PRUEBA PILOTO: Campaña experimental
• Placas
o Estudio del elemento estructural a “escala real” (Diagrama Carga – Abertura fisura)
Comportamiento FRÁGIL (HM)
Comportamiento DÚCTIL (HRFA)
PRUEBA PILOTO: Campaña experimental
• Testigos cilíndricos cortos
o Ensayos de durabilidad
Continúa la realización de ensayos …
TRABAJOS COMPLEMENTARIOS
Aplicación de Fibras Estructurales a los
Pilotes tipo CPI 8
Autor
Heisin Ramos Salcedo
Tutores
Javier Ainchil Lavin
Albert de la Fuente Antequera
TRABAJOS COMPLEMENTARIOS
ANÁLISIS
SECCIONAL
EQUILIBRIO
TRABAJOS COMPLEMENTARIOS
Mu (kN-m)
100,00
Dp45
Mu= 1E-05Cf3 - 0,0035Cf2 + 0,5964Cf + 5,0259
R2=1
10,00
Dp45
Dp55
Mu=
- 0,0065Cf2 + 1,1047Cf + 9,3193
R2=1
Dp65
Mu= 3E-05Cf3 - 0,0103Cf2 + 1,7989Cf + 16,048
R2=1
Dp85
3
Mu= 8E-05Cf - 0,0239Cf2 + 4,0596Cf + 34,265
R2=1
Dp55
2E-05Cf3
1,00
0
10
20
30
40
Cf (kg/m3)
ANÁLISIS SECCIONAL: Curvas Cf - Mu
Dp65
Dp85
50
60
TRABAJOS COMPLEMENTARIOS
ACCIONES
APLICACIÓN A UNA PANTALLA DE PILOTES
TRABAJOS COMPLEMENTARIOS
ACCIONES
APLICACIÓN A UNA PANTALLA DE PILOTES
LINEAS FUTURAS
• Fibras estructurales no férricas
• Fibras recicladas
• Fibras como vectores trasmisores
de otras propiedades en el tiempo
• Pavimentos de carreteras,
puertos, aeropuertos, naves
industriales ¿se trata de hormigón
estructural? ¿es de aplicación la
EHE?
• Revisión CTE
• Revisión normativas obra civil:
PG3, ROM Pavimentos
• Maduración /fisuración/ fibras
• IRI / Curling / Fibras