CONCRETOS DE BAJA RETRACCIÓN: EL PRESENTE EN PISOS INDUSTRIALES Y EL FUTURO EN PAVIMENTOS VIALES Ing. Fredy A. Rodríguez V. Especialista en Ingeniería de Pavimentos

Departamento de Soporte Técnico Cartagena – Junio 2011

Holcim en Colombia y el mundo

Estamos presentes en más de 78 países del mundo, somos una de las compañías más grandes mundialmente productora de cemento y concreto. Somos la compañía líder en calidad. En Colombia hacemos presencia en Cemento, Concreto y Agregados. Tenemos 12 plantas de producción en el país. 2

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN 1. Introducción 2. Método de análisis 3. Resultados 4. Conclusiones y recomendaciones

3

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN 1. Introducción 2. Método de análisis 3. Resultados 4. Conclusiones y recomendaciones

4

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

QUÉ ES LA CONTRACCIÓN? La contracción es definida por la ACI 209 como: «La disminución de volumen del concreto con el tiempo. Es debida a cambios en el contenido de humedad y cambios físico-químicos en el concreto, los cuales ocurren sin la presencia de esfuerzos atribuibles a acciones externas del concreto».

Fuente: PCA. (2000). Diseño y Control de Mezclas de Concreto. PCA.

5

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

TIPOS DE CONTRACCIÓN  Existen

varios tipos de contracción en el concreto, entre ellas tenemos:    

Contracción química Contracción autógena Contracción plástica Contracción de secado

6

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

CINEMÁTICA DE LA LOSA  Debido a las contracciones del concreto, los movimientos de las

losas y a las restricciones que pone la superficie de la base de apoyo de las losas, es necesario inducir fisuras en el concreto, las cuales conocemos como juntas.

7

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

ALABEOS EN LAS LOSAS

8

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

CONCRETOS DE BAJA RETRACCIÓN  Los concretos de baja retracción son diseñados para

controlar el comportamiento normal del concreto a contraerse como suma de la contracción plástica, contracción por secado y contracción química.

Et = Ep + Eq+ Es  Donde:

- Et = Contracción total - Ep = Contracción plástica - Eq = Contracción química - Es = Contracción de secado

9

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

CONCRETOS DE BAJA RETRACCIÓN  Los concretos de baja retracción han sido usados exitosamente en

diferentes proyectos del país, especialmente en pisos industriales.

10

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

CONCRETOS DE BAJA RETRACCIÓN

11

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

LAS JUNTAS EN LOS PISOS INDUSTRIALES  Con el uso de concretos de retracción controlada se pueden

reducir el número de juntas en las losas, las cuales son el factor de mayor incidencia de costos en la vida útil del piso industrial.

12

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

LAS JUNTAS EN LOS PAVIMENTOS VIALES  En los pavimentos de concreto viales, las juntas también son

un factor que afecta el desempeño del pavimento.

13

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

FACTORES QUE AFECTAN LA LONGITUD DE LA LOSA  Un pavimento vial con el menor número de juntas, tendrá

mejor desempeño que uno con juntas muy cercanas.  La longitud máxima de una losa de concreto depende de:  

      

Ancho máximo de las juntas de contracción El tipo de material de sello Los cambios de temperatura El material de apoyo de la losa La clase de agregado La contracción del concreto El módulo elástico y la relación de Poisson del concreto El espesor de la losa El módulo de reacción de las capas de apoyo a la losa.

14

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

MÉTODO AASHTO 1993  La Guía de diseño AASHTO

(AASHTO, 1993) sugiere un método para el cálculo de la longitud máxima de la losa, el cual involucra algunas de las anteriores variables.

15

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN 1. Introducción 2. Método de análisis 3. Resultados 4. Conclusiones y recomendaciones

16

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

REDUCIR LA CANTIDAD DE JUNTAS  El objetivo que se debe perseguir para obtener pisos y

pavimentos viales de concreto más económicos, consiste en reducir la cantidad de juntas, es decir hacer losas más grandes.

17

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

ECUACIÓN MÉTODO AASHTO  La ecuación con la que se



W: Apertura de junta por variaciones de temperatura y contracción de secado del concreto. Ancho de junta de contracción.



C: Coeficiente de fricción entre la losa de concreto y la base.



α: Coeficiente de dilatación térmica del concreto, en función del tipo de agregado usado.



L0: Longitud de la losa



∆T: Máxima variación de temperatura esperada en el concreto.



ε: Coeficiente de contracción del concreto.



S: Porcentaje de deformación permisible del material de sello.

realizó el análisis es la que se muestra a continuación:

CL0 T    W S  Despejando L0, la ecuación

queda de la siguiente forma:

WS L0  T   C

18

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD  Los siguientes son los valores asumidos para realizar el

análisis de sensibilidad:



W: 3 mm y 10 mm



C: 0,8 que corresponde a Bases Granulares



α: Para Areniscas es de 11.7 x 10-6/°C



∆T: 20°C





ε: La contracción del concreto se varió entre 0% y 0,15% a los 90 días, según ASTM C 157. S: Se usó un valor del 50%.

19

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN 1. Introducción 2. Método de análisis 3. Resultados 4. Conclusiones y recomendaciones

20

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

RESULTADOS  Ejemplo para ancho de junta de contracción (W) de 3 mm y

contracción del concreto (ε) de 0,04% a los 90 días. Las demás variables se mantienen con los valores mostrados en la sección anterior. L0 

3m  10 3  50%  11.7  10 6   0.8  20C  0.04%  C  

 3m

Longitud de la losa = 3 metros

21

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

RESULTADOS Tabla 1. Longitudes de losa en función de W y ε 3

Ancho admisible de la junta (mm) 4 5 6 7 8 9

10

8 5,6 4,3 3,5 3 2,6 2,2 2 1,8 1,7 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,1

Longitud máxima de la losa (metros) 10,7 13,4 16 18,7 21,4 24 7,5 9,4 11,2 13,1 15 16,8 5,8 7,2 8,6 10,1 11,5 13 4,7 5,9 7 8,2 9,4 10,5 3,9 4,9 5,9 6,9 7,9 8,9 3,4 4,3 5,1 6 6,8 7,7 3 3,7 4,5 5,2 6 6,7 2,7 3,3 4 4,7 5,4 6 2,4 3 3,6 4,2 4,8 5,4 2,2 2,8 3,3 3,9 4,4 5 2 2,5 3 3,5 4,1 4,6 1,9 2,3 2,8 3,3 3,7 4,2 1,7 2,2 2,6 3,1 3,5 3,9 1,6 2 2,4 2,9 3,3 3,7 1,5 1,9 2,3 2,7 3,1 3,4 1,4 1,8 2,2 2,5 2,9 3,2

26,7 18,7 14,4 11,7 9,9 8,5 7,5 6,7 6 5,5 5,1 4,7 4,4 4,1 3,8 3,6

Coeficiente de contracción 0,00% 0,01% 0,02% 0,03% 0,04% 0,05% 0,06% 0,07% 0,08% 0,09% 0,10% 0,11% 0,12% 0,13% 0,14% 0,15% Fuente

Elaboración propia. 22

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

RESULTADOS

Fuente

Elaboración propia.

Holcim Colombia S.A.

23 21.06.2011 FARV

CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN 1. Introducción 2. Método de análisis 3. Resultados 4. Conclusiones y recomendaciones

24

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

LOSAS DE MAYOR TAMAÑO  Las losas pueden tener un mayor tamaño en la medida que

se permita un ancho de junta más amplio.  Por durabilidad, el ancho de las juntas se debe restringir a

valores pequeños, como por ejemplo entre 4 mm y 6 mm.

25

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

CONTRACCIONES TÍPICAS  En la literatura técnica se encuentra que la contracción en

concretos normales a 90 días alcanzan valores cercanos a 0,09%, mientras que en concretos de baja retracción se pueden encontrar valores del orden de 0,04% y 0,05% a 120 días.

26

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

LA CONTRACCIÓN DE NUESTRO CONCRETO  Los valores de contracción se pueden obtener dependiendo

del tamaño máximo y resistencia del concreto, pero el rango ofrecido está ubicado entre (0,03% a 0,05%) a diferentes edades y evaluados en ambiente seco.  Se debe tener en cuenta que mezclas más ricas en cemento

presentan mayor contracción.

27

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

EJEMPLO DE CÁLCULO  Si fijamos un ancho de junta de 5 mm, un valor de

contracción para concreto de baja retracción de 0,04% y para concreto normal de 0,08%, un espesor de pavimento de 200 mm, capa de apoyo base granular, gradiente de temperatura 20°C, agregado del concreto areniscas y rigidez del sello 50%.  Calcular la longitud máxima de la losa.

28

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

SOLUCIÓN 

Si tenemos un pavimento de 200 mm de espesor, siguiendo la regla empírica (Regla empírica de la longitud de la losa 24 veces su espesor) encontraremos una longitud de losa de 4,8 m.



Observando la tabla No. 1, la longitud de 4,8 m en un concreto normal (0,08% de contracción para el ejemplo) solo se podría alcanzar si se tiene un ancho de junta de 8 mm, es decir 3 mm mayor al admisible, por lo cual es inminente el riesgo de fisuración.

29

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

SOLUCIÓN Tabla 1. Longitudes de losa en función de W y ε 3

Ancho admisible de la junta (mm) 4 5 6 7 8 9

10

8 5,6 4,3 3,5 3 2,6 2,2 2 1,8 1,7 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,1

Longitud máxima de la losa (metros) 10,7 13,4 16 18,7 21,4 24 7,5 9,4 11,2 13,1 15 16,8 5,8 7,2 8,6 10,1 11,5 13 4,7 5,9 7 8,2 9,4 10,5 3,9 4,9 5,9 6,9 7,9 8,9 3,4 4,3 5,1 6 6,8 7,7 3 3,7 4,5 5,2 6 6,7 2,7 3,3 4 4,7 5,4 6 2,4 3 3,6 4,2 4,8 5,4 2,2 2,8 3,3 3,9 4,4 5 2 2,5 3 3,5 4,1 4,6 1,9 2,3 2,8 3,3 3,7 4,2 1,7 2,2 2,6 3,1 3,5 3,9 1,6 2 2,4 2,9 3,3 3,7 1,5 1,9 2,3 2,7 3,1 3,4 1,4 1,8 2,2 2,5 2,9 3,2

26,7 18,7 14,4 11,7 9,9 8,5 7,5 6,7 6 5,5 5,1 4,7 4,4 4,1 3,8 3,6

Coeficiente de contracción 0,00% 0,01% 0,02% 0,03% 0,04% 0,05% 0,06% 0,07% 0,08% 0,09% 0,10% 0,11% 0,12% 0,13% 0,14% 0,15% Fuente

Elaboración propia. 30

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

SOLUCIÓN 

Para el ejemplo, esta longitud (4.8 metros) es alcanzable si se usa un concreto con una retracción menor o igual a 0,04%.



De esta forma se mantendrán las juntas con un ancho de 5 mm y se minimiza el riesgo de fisuración por contracción.

31

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

CONCLUSIONES  Los beneficios de usar concretos de baja retracción se hacen

más notorios a partir de la reducción de la contracción a menos de 0,05%.

Fuente

Holcim Colombia S.A.

Elaboración propia.

32 21.06.2011 FARV

CONCLUSIONES  Concretos de baja retracción en la construcción de losas de

concreto, ya sean en pisos industriales o pavimentos de concreto.  Beneficios técnicos:

- Aumenta de forma segura la dimensión de las losas - Mantiene anchos pequeños en las juntas - Reduce el riesgo de fisuración  Beneficios económicos: - Reduce el número de juntas - Se minimiza el costo de mantenimiento periódico durante la vida útil de la losa

- Se incrementa la durabilidad de la estructura. 33

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

CONCLUSIONES  Considerando

los análisis realizados anteriormente se

recomienda: 

Para el diseño y construcción de losas de concreto, se especifique no solamente el largo y ancho de las mismas, si no también la contracción del concreto con el que se puede alcanzar dichas dimensiones con menores riesgos de fisuración.



Realizar un análisis técnico y económico de la conveniencia de reducir el número de juntas en el piso y/o pavimento de concreto vial, involucrando la etapa de mantenimiento y rehabilitación con un período de análisis no inferior a 20 años.

34

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

CONCLUSIONES

 Estos análisis son muy comunes en la concepción de los

pisos industriales de concreto, mientras que en los pavimentos de concreto viales no lo es, he aquí EL FUTURO DE LOS CONCRETOS DE BAJA RETRACCIÓN EN LOS PAVIMENTOS VIALES.

35

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

RECOMENDACIONES  No olvidar que el curado del concreto es una operación

fundamental y debe hacerse como mínimo 7 días de manera continua.  El concreto debe ser colocado y vibrado en el menor tiempo

posible, la colocación de concreto con grandes demoras puede afectar el comportamiento del material.  Un deficiente vibrado afecta el comportamiento a contracción

del concreto.  El valor de contracción esperado en el concreto debe ser

definido por el diseñador de la estructura.

36

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

RECOMENDACIONES

37

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

RECOMENDACIONES

38

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

PARA TERMINAR  El concreto es un material semielaborado, para garantizar su

resistencia, acabado y durabilidad debe ser instalado con el sistema constructivo adecuado, correctamente vibrado para lograr la máxima densificación y curado (Holcim Colombia S.A., 2011).

39

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV

PREGUNTAS

40

Holcim Colombia S.A.

21.06.2011 FARV