21 Ago

Uso de concretos avanzados en puentes: características y recomendaciones

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Los concretos de alto desempeño (HPC) son mucho más accesibles en la nueva era para la construcción. La mayor resistencia y durabilidad que los caracterizan hacen que sean un material ideal para múltiples usos. En particular, los puentes de carretera se han convertido en una de sus principales aplicaciones, ofreciendo principalmente dos grandes beneficios: reducción en el volumen total de concreto (y, por consiguiente, del peso del puente) así como mejoras en las características asociadas con la durabilidad, dando como resultado la prolongación en la vida útil de la estructura.

Los límites de resistencia de los concretos de alto desempeño dependen principalmente de la ubicación geográfica donde se produce dicho concreto. No obstante, la resistencia a la compresión es solo uno de los factores que determinan si un concreto se puede considerar como de alto desempeño. El Comité 363 del ACI especifica que un concreto puede definirse de alto desempeño de acuerdo con la facilidad de colocación, las propiedades a largo plazo, la resistencia a edad temprana y la durabilidad en ambientes severos, entre otros factores.

Crédito: Cortesía NCBC

¿Cómo seleccionar los materiales?

La selección de materiales para este tipo de concreto en puentes tiene que ser estrictamente controlada con el fin de asegurar la calidad y la resistencia. La elección del tipo de cemento es uno de los factores primordiales para producir concretos de alto desempeño. Por ejemplo, si es necesaria la resistencia a edad temprana, debe considerarse cemento tipo ART (Alta Resistencia Temprana), y si el calor de hidratación es un tema relevante, se debe considerar cemento tipo MRS (Moderada Resistencia a los Sulfatos).

Los concretos de alto desempeño tienen típicamente una baja relación agua/material cementante. Esto genera una necesidad de añadir aditivos químicos al concreto. Para mejorar las propiedades de congelamiento y descongelamiento se utilizan aditivos inclusores de aire. La hidratación temprana puede controlarse utilizando retardantes en la mezcla, lo que permite mayor flexibilidad en el horario de colocación. También es común utilizar reductores de agua para aumentar la trabajabilidad del concreto, dependiendo de las necesidades específicas del proyecto.

Por otra parte, las adiciones minerales son comunes para complementar el cemento hidráulico utilizado en concreto avanzado. Pueden utilizarse cenizas volantes, humo de sílice y escoria. Cada uno tiene ventajas y desventajas que deben ser consideradas al diseñar una mezcla de concretos de alto desempeño.

Crédito: Crédito M N Ramesh

La granulometría del agregado también juega un papel importante en las propiedades de este concreto. Para los agregados finos son preferibles partículas redondas y lisas. Estas arenas requieren menos agua en la mezcla que las partículas más irregulares y ásperas, ayudando a reducir la proporción de agua y cemento de la mezcla. Se recomienda limitar el tamaño máximo del agregado grueso a 19 mm (3/4’’). Los agregados gruesos más pequeños tienen menos superficie de contacto, lo cual incrementa los esfuerzos en la interface entre pasta y agregado.

Proporciones de mezcla:

La proporción de mezcla varía dependiendo de diversos factores. Las características deseadas en el concreto, como la resistencia, determinan las proporciones de las mezclas. Los costos y la facilidad de fabricación y colocación también juegan un papel significativo en el diseño de mezcla. El proceso de dosificación de la mezcla es mucho más crítico para los concretos de alto desempeño que para los tradicionales y, con frecuencia, es necesario producir varios lotes de prueba antes de alcanzar las relaciones óptimas.

Las pruebas de resistencia son una parte fundamental para determinar las proporciones de mezcla. Para ayudar a la hidratación de la mezcla pueden utilizarse aditivos reductores de agua de alto rango. Comúnmente, la relación agua/material cementante para mezclas se encuentra entre 0,27 y 0,50.

La dosificación del agregado también es muy importante en el diseño de mezclas. Las pruebas han demostrado que los agregados finos tienen mayor impacto sobre la mezcla que los agregados gruesos. Los agregados finos tienen mucho más área de superficie por unidad de peso que los agregados gruesos. Esto implica que los agregados finos requieren más pasta para crear una adhesión adecuada.

Las mezclas con bajo contenido de agregado fino y mayor proporción de agregado grueso requieren menos pasta y son más económicas. No obstante, la trabajabilidad de la mezcla se reduce severamente conforme se reduce el contenido de agregado fino en ella.

Producción y colocación:

La manipulación y colocación del concreto de alto desempeño son similares a las del concreto tradicional. En el manejo y almacenamiento de los materiales para concretos de alto desempeño también pueden usarse los mismos procedimientos que para los concretos tradicionales. Tales materiales deben ser adecuadamente apilados, con humedad y temperatura monitoreadas y controladas. En lo posible, las plantas deben estar ubicadas cerca de los sitios de trabajo para reducir el tiempo de transporte.

La medición y el control de peso de los materiales son mucho más importantes que en las mezclas de concreto tradicional. Por lo tanto, se recomienda utilizar dosificadores automáticos de peso. El contenido de humedad de los agregados finos debe monitorearse continuamente para asegurar la adecuada relación agua/material cementante en la mezcla.

Crédito: Crédito Conco’s

El premezclado de los concretos de alto desempeño también es similar al del concreto tradicional. La mezcla puede hacerse en una planta de premezclado, en un camión transportador o mediante una combinación de los dos. Debido a la gran importancia de la relación agua/material cementante en la mezcla, la operación adecuada de la mezcladora debe ser monitoreada cuidadosamente. Una baja relación agua/material cementante dificulta el proceso de mezclado e impone una mayor demanda sobre la maquinaria utilizada.

Uso de concreto de alto desempeño en puentes

El concreto de alto desempeño ha visto recientemente mayores aplicaciones en el diseño y construcción de puentes de carretera. Las vigas prefabricadas y pretensadas que utilizan este tipo de concreto son capaces de alcanzar mayores luces, más espaciamiento entre vigas y menor peralte comparadas con las vigas de concreto tradicionales. Las luces más largas pueden ayudar a reducir el número total de vanos, disminuyendo el número de apoyos necesarios y rebajando así el costo de la subestructura.

El mayor espaciamiento entre vigas puede reducir el número total de vigas necesarias. Esto puede conducir a una disminución del tiempo de fabricación y del costo total. El uso de este concreto en losas de puentes ayuda a prolongar la vida útil y estos tienden a ser menos permeables que el concreto tradicional, además de brindar mejor protección al acero de refuerzo contra la penetración de cloruros y la corrosión.

Crédito: Cortesía Roadsbridges- Mark Bintzler

Debe prestarse especial cuidado a los efectos del alto contenido de cemento en las losas de puentes, con el fin de minimizar la aparición de fisuras a edades tempranas, las cuales pueden tener un impacto negativo en la durabilidad. Para minimizar este problema pueden ayudar medidas especiales de curado y de control térmico, tales como la aplicación de mantas aislantes tras el pico térmico.

Conclusión

Los concretos de alto desempeño han demostrado ser una alternativa viable para la construcción de puentes, si bien requieren un control adecuado, y aunque son mezclas más difíciles de fabricar debido a la baja relación agua/material cementante, a la estricta granulometría de los agregados y al alto contenido de aditivos químicos y adiciones minerales, en aplicaciones de puentes, pueden reducir el tiempo y el costo de construcción debido a la posibilidad de utilizar menos apoyos, menos vigas y elementos estructurales más compactos y ligeros.

 

Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.


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Sobre el autor

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Omar Javier Silva Ingeniero Civil Ciudad: Bogotá País: Colombia

Mi primer acercamiento con el concreto lo encontré de niño en uno de mis hobbies: los carros. Sabía que el concreto lo llevaban en unos camiones muy grandes, con algo atrás que daba vueltas. Esos vehículos siempre despertaban mi interés, además de que mi abuelo era ingeniero civil, constructor, y tal vez el concreto venía en la sangre... Soy ingeniero civil de la Pontificia Universidad Javeriana, con especialización en Tecnología de Construcción de Edificaciones de esa misma universidad. Desde el año 2007 estoy vinculado con la Asociación Colombiana de Productores de Concreto – Asocreto-, donde me desempeño como Jefe de Publicaciones.


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