Hor Mig on Auto Compact Ante

7/31/2019 Hor Mig on Auto Compact Ante

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USO DE HORMIGN AUTOCOMPACTANTE

EN EL PROYECTO RALCO

Por: Luis Uribe C.


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Resumen

El presente artculo tiene

como finalidad dar a conocer la

experiencia adquirida a partir de la

aplicacin masiva de la tecnologa del

hormign autocompactante en las

obras subterrneas del proyecto

hidroelctrico de la Central Ralco. En

el Proyecto se colocaron ms de

5.000 m3 de autocompactante en los

sectores de mayor complejidad talescomo: pique en presin, chimenea de

equilibrio y tneles blindados de la

aduccin, entre otros.

El artculo describe las

principales caractersticas del

hormign autocompactante diseado

para las obras del proyecto Ralco, los

ensayos preliminares desarrollados

para definir la dosificacin a usar, los

materiales utilizados y los resultados

obtenidos a partir del control de

calidad del producto colocado. Por

otra parte, se dan a conocer sus

ventajas comparativas con respecto a

hormigones de similar aplicacin y las

precauciones que se deben considerar

para su uso.

Abstract

This report has the purpose

of letting know the experience

acquired from the massive

application of self-compacting

concrete technology on

underground works of hydropower

project Ralco Dam. More than

5,000 m3 of self-compacting

concrete have been placed on areas

of major complexity such as:vertical pressure shaft, surge tank

and armored tunnels of pressure

tunnel among others.

The report describes the

main characteristics of self-

compacting concrete designed for

Ralco project works, the preliminary

tests carried out for defining the

proportion to be used, the

employed materials ante the results

obtained from the quality control of

the placed product. On the other

hand, its comparative advantages

are shown regarding concrete with

similar application and the

precautions to be taken in

consideration for its use.


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1. INTRODUCCION

El hormign autocompactante tuvo su origen en la Universidad de

Tokio en Japn en 1988 y su desarrollo fue motivado por preocupaciones

respecto a la homogeneidad y la consolidacin del hormign colocado en

estructuras intrincadas y muy reforzadas. Ms all de lo esperado, el hormign

autocompactante pronto mostr claras ventajas en la construccin de muros

delgados y de elementos con acceso limitado, ahorros al reducir requisitos de

equipo y mano de obra e incluso mejoras en el comportamiento de los

elementos, entre muchas otras. En la actualidad el hormign autocompactante

es considerado como un hormign especial, pero se cree que a medida que

se vayan difundiendo sus ventajas y se expanda su uso, se transformar en el

estndar del futuro.

Como complemento a las cualidades tcnicas que presenta el hormign

autocompactante, esta tecnologa permite mejorar aspectos como:

reparaciones por falta de consolidacin, entregar terminaciones ms acabadas,

reducir los espesores en el diseo de las estructuras y eliminar el ruido

derivado de los equipos de vibracin, mejorando con ello el ambiente de

trabajo y las condiciones de salud y seguridad del personal.

La eleccin de este tipo de hormign en las obras de Ralco se

fundament en sus cualidades de gran fluidez que le permiten ser colocado en

lugares de difcil acceso y densamente armados. Sus caractersticas de auto-

compactibilidad, que se explican especialmente por el uso indispensable de los

aditivos superfluidificantes, permiten colocar este tipo de hormign por simple

vaciado y ser compactado nicamente por peso propio, eliminando las

tradicionales labores de vibracin de un hormign tradicional. Esto ltimo

conlleva a lograr mejores rendimientos de colocacin y un uso ms eficiente

de la mano de obra.


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Originalmente, en proyectos de centrales hidroelctricas desarrollados

con anterioridad se haban utilizado hormigones fluidos para la ejecucin de

obras confinadas. Sin embargo, la excelente resistencia a la segregacin y

exudacin que proporciona el hormign autocompactante hizo inclinar la

balanza hacia esta nueva tecnologa, cuyo uso en Chile ha comenzado a

masificarse gracias a la disponibilidad de aditivos de ltima generacin.

2. METODOS DE ENSAYO DEL HORMIGON AUTOCOMPACTANTE

Existen varios mtodos de ensayo propuestos para evaluar la

capacidad de autocompactacin del hormign, entre ellos se destacan el

escurrimiento de cono y la caja tipo L. El objetivo de los ensayos es determinar

la fluidez necesaria y la cohesin suficiente para que no se produzca

segregacin en la mezcla. Existen otros aparatos especiales que buscan medir

la capacidad de llenado simulando secciones con alta densidad de armaduras.

Para el escurrimiento de cono se utiliza el tradicional cono de Abrams

en forma invertida y en lugar de medir el asentamiento se controla el dimetro

alcanzado por el flujo de hormign. El cono invertido es llenado

completamente sin compactacin, dejando la superficie horizontal, a

continuacin se procede a levantar lenta y cuidadosamente el cono. Se

controla el tiempo que demora el hormign en alcanzar 50 cm de dimetro, lo

cual indica la fluidez del hormign, y posteriormente se mide el dimetro

mximo alcanzado. Los valores de fluidez deben fluctuar entre 3 y 6 segundos

para un dimetro de 50 cm, y alcanzar un dimetro mximo de escurrimiento

de cono entre 65 y 75 cm, dependiendo del tipo de elemento, las condiciones

de colocacin y la densidad de armaduras presentes en la estructura. Durante

la ejecucin del ensayo tambin es importante verificar en los bordes de la

muestra la homogeneidad y si hay o no segregacin o exudacin del hormign.


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Fotografa 1: Control escurrimiento de cono (Cono Abrams invertido)

Dentro de los variados aparatos que se han diseado para medir la

fluidez del hormign autocompactante, uno de los ms utilizados es la caja

Europea en L. Este equipo est compuesto de una columna con una compuerta

desde la cual escurre el hormign a travs de armaduras espaciadas a una

distancia determinada (normalmente 3x12 mm, separadas a 35 mm). La

columna es llenada completamente sin compactacin, nivelando la superficie y

verificando que no exista segregacin. Al levantar la compuerta, el flujo del

hormign debe ser continuo, controlando en primera instancia el tiempo que

demora el hormign en recorrer 40 cm (la caja Japonesa en L considera 50 cm

de recorrido) y luego el tiempo transcurrido hasta llegar al final de la caja. Una

vez detenido el flujo se debe medir las diferencias de nivel del hormign entre

los extremos de la parte inferior de la caja. El valor de fluidez para un recorrido

de 40 cm debe ser entre 3 y 6 segundos, adems de obtener una altura final

mayor al 80% de la altura inicial.


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Fotografa 2: Ensayo de fluidez Caja Europea L.

3. DISEO DE LA MEZCLA DE AUTOCOMPACTANTE

El diseo de la mezcla del hormign autocompactante debe considerar

la obtencin de una alta fluidez y resistencia a la segregacin, de manera de

asegurar el adecuado escurrimiento bajo su propio peso. Estas propiedades se

logran empleando en su composicin un aditivo de ltima generacin de alta

capacidad de reduccin de agua, la cual puede llegar hasta un 40%..

El hormign autocompactante utilizado en el proyecto Ralco (ver Tabla

1) fue diseado con un tamao mximo de 25 mm (1) y un contenido de

finos bajo malla ASTM #100 (0,150 mm) de 500 kg/m3, aportados

principalmente por una dosis de cemento de 400 kg/m3 y la arena fina

disponible en el lugar (mdulo de finura igual a 1,31). La resistencia de

proyecto establecida para el hormign fue 25 MPa a 28 das de edad, la dosis

de agua establecida para lograr la fluidez necesaria determin una razn

agua/cemento igual a 0,52.


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Tabla 1: Caractersticas de diseo del hormign autocompactante

Caractersticas Hormign Autocompactante

Gravilla 25 mm 452 k /m3

Gravilla 10 mm 211 kg/m3

Arena Gruesa 570 kg/m3Arena fina 494 kg/m3Cemento 400 kg/m3Dosis de agua 208 lt/m3Aditivo (1% peso cemento) 4,0 kg/m3 (3,64 lt/m3)Contenido de aire 1,5%Densidad 2,35 kg/ltRazn Agua/Cemento 0,52Flujo libre 50 cm en 4-5 s; mximo: 60-65 cmResistencia Caracterstica 25 MPa

* Aridos en condicin saturada superficie seca (SSS).

Las mezclas de prueba preliminares efectuadas en laboratorio

consideraron el uso de dos diferentes tipos de aditivos de ltima generacin:

Pozzolith 155 de MBT y Viscocrete 5 de SIKA, ambos en una proporcin del

1,2% del peso del cemento. Con esta dosis de aditivo y una cantidad de agua

de amasado de 208 lt/m3, la que en el caso de Ralco result un poco ms alta

de lo normal debido a la alta absorcin de los materiales (3,4% en promedio),

se lograron escurrimientos de cono entre 60-65 cm como dimetro mximo y

4-5 segundos de fluidez para alcanzar el dimetro de 50 cm. La fluidez

controlada en la caja L alcanz valores promedio de 3 segundos.

En forma paralela a las pruebas del hormign autocompactante, se

llevaron a cabo mezclas de hormign fluido diseadas sobre la base del uso de

un aditivo superplastificante normal (Sikament NF) en la misma proporcin de

1,2% del peso del cemento. La consistencia del hormign fluido fue

determinada mediante un fluidmetro formado por un cono de 60 cm de

longitud, con un dimetro interior de 25 cm en su parte superior y de 6 cm en

su parte inferior. En el extremo inferior del cono se conecta a un tubo


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cilndrico de 6 cm de dimetro y 10 cm de longitud. La mezcla deba tener un

tiempo de fluidez de 4 1 segundos.

En la elaboracin del hormign fluido se utiliz la misma dosis de

cemento establecida para el autocompactante pero para alcanzar la fluidez

establecida (se lograron 5 segundos), para igual contenido de aditivo, fue

necesario aumentar la dosis de agua en un 12% hasta alcanzar una razn

agua/cemento igual a 0,58. Tambin se control el escurrimiento de cono al

hormign fluido, obtenindose un valor de 56 cm, pero con apreciables

problemas de segregacin y exudacin en la mezcla. Por otra parte, como era

de esperar las resistencias a la compresin fueron un 25% ms bajas, aunquese cumpli con las exigencias establecidas por el diseo.

Tomando como base las mezclas de autocompactante confeccionadas

en el laboratorio, se procedi a efectuar pruebas en la planta de hormign con

el aditivo Viscocrete 5. Durante estas pruebas a escala real se pudo observar

un exceso de aditivo en las mezclas, provocando la exudacin del mismo

durante el vaciado del hormign, sin que se detectaran mejoras en la fluidez de

la mezcla. De esa manera, aprovechando la mayor energa de mezclado de la

planta de hormign, en comparacin con las mezclas elaboradas en laboratorio

con la ayuda de una betonera de 60 litros, se procedi a disminuir la dosis de

aditivo al 1,0% del peso del cemento. Efectuados estos ajustes a la

dosificacin, los parmetros de escurrimiento de cono y fluidez se mantuvieron

entre 65-70 cm y 5 segundos, respectivamente, sin problemas de

segregacin.


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4. COLOCACION EN OBRA DEL HORMIGON AUTOCOMPACTANTE

El uso del hormign autocompactante en las obras del proyecto Ralco

se concentr en rellenos de hormign de difcil acceso y en aquellos

revestimientos de tneles que presentaban gran densidad de armadura en su

diseo. En la mayora de los casos, el hormign autocompactante fue colocado

entre la roca irregular de la excavacin de los tneles y el moldaje del

revestimiento definitivo.

La primera obra que consider el uso del autocompactante

correspondi al relleno de los dos tneles blindados de la aduccin (5,6 metros

de dimetro) que entregan el agua al mismo nmero de turbinas de la central

(ver Figura 1). El hormign fue colocado mediante bomba entre la roca del

tnel excavado y la tubera de acero, con sus respectivos nervios de refuerzo

(sin presencia de armadura), utilizando un total de 900 m3 de

autocompactante en cada uno de los blindados. El rendimiento de colocacin

continuo con bomba alcanz a 30 m3/hora como promedio. Las inyecciones de

palastro (relleno entre el blindaje y el hormign) efectuadas posteriormente al

hormigonado, indicaron admisiones inferiores a los 1.500 litros de lechada, lo

que equivala a menos de un tercio de las admisiones producidas en obras

similares ejecutadas anteriormente en otros proyectos pero utilizando

hormign fluido.


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Figura 1: Plano de ubicacin de las partes de obra del Proyecto Ralco

ejecutadas con hormign autocompactante

Posteriormente, y debido al buen comportamiento que present el

hormign autocompactante durante la ejecucin de los tneles blindados, se

adopt su uso en el revestimiento de hormign del tnel comn ubicado

inmediatamente antes de la separacin del tnel de aduccin a los dos tneles

blindados. Debido a la gran presin de agua que soporta el revestimiento del

tnel en este sector (175 m.c.a, aprox.), el diseo consider un hormign

densamente armado (cuanta: 350 kg/m3 con 5 cm de recubrimiento de las

barras), situacin que hacia ideal el uso del autocompactante.


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Fotografa 3: Vista de los trabajos de hormigonado del tnel comn.

La seccin final del revestimiento del tnel comn alcanza a 9,2 m de

dimetro, con un espesor terico de 40 cm, el cual en muchas ocasiones

sobrepasaba los 50 cm debido a la sobreexcavacin del tnel. En este caso, el

revestimiento fue ejecutado a seccin completa y en tramos longitudinales de

10 metros. El hormign autocompactante fue colocado mediante bomba y

tratando de mantener lo ms constante posible la altura del hormign a ambos

costados del revestimiento, sin embargo, el vaciado alternado del

autocompactante entre un lado y otro del moldaje ocasion en varias

oportunidades juntas de trabajo debido a las demoras excesivas producidas

por los cambios necesarios en el sistema de tuberas de bombeo del hormign.


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Controles de fluidez efectuados en terreno demostraron que el hormign

autocompactante utilizado en Ralco disminua su escurrimiento de cono de 65

cm a 45 cm en un lapso de tiempo de 1 hora y media.

Salvo los problemas sealados de juntas de trabajo por demoras

excesivas en la colocacin del hormign autocompactante, la terminacin del

revestimiento del tnel comn fue buena, sin presencia de nidos de piedras en

la superficie producto de segregacin, falta de escurrimiento o mala

consolidacin del hormign. En este sector se utilizaron cerca de 1.200 m3 de

autocompactante, adems las admisiones de las inyecciones de relleno de

clave fueron bajas en cuanto a volumen, reflejando un adecuado relleno detodas las cavidades propias de un tnel excavado en roca.

Todos los revestimientos de los codos verticales asociados a los tne-

les de la chimenea de equilibrio y el pique en presin tambin fueron ejecu-

tados con hormign autocompactante. La sobreexcavacin de los codos era

un aspecto que exiga asegurar un buen relleno del revestimiento, sobretodo si

se consideraba la presencia de concentracin importante de armaduras de

refuerzo (cuanta: 380 kg/m3 con 5 cm de recubrimiento de las barras).

El hormigonado de los codos (volumen total 1.500 m3) fue a travs de

equipo de bombeo. La seccin de los codos del pique en presin es igual a la

del tnel comn, sin embargo, en la mayora de los casos el autocompactante

pudo ser colocado a partir de un mismo punto de vaciado, gracias a la ayuda

de la pendiente que forma la curvatura de los codos. Este aspecto permiti

que el hormign aprovechara sus caractersticas de gran fluidez para abarcar

toda la seccin del revestimiento en intervalos de tiempos reducidos, sin que

se originaran juntas de trabajo indeseables, lo que se reflej posteriormente en

la gran calidad de terminacin del hormign en estos puntos.


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Fotografa 4: Vista de los trabajos en el codo inferior del pique en presin.

Fotografa 5: Vista de trabajos en el codo superior del pique en presin.


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Una de las ltimas aplicaciones masivas del hormign

autocompactante fue el relleno entre el blindaje cnico de acero (dimetro

variable de 9,2 a 5 metros) y la excavacin en roca de la chimenea de

equilibrio. Nuevamente se opt por este tipo de hormign debido a las

dificultades de acceso del sector y que a diferencia de los tneles blindados,

presentaba armadura de refuerzo entre el blindaje y la roca, lo que hacia an

ms complicada la colocacin de hormign. Por otra parte, la seccin

excavada para alojar el blindaje de la chimenea era de un dimetro de 15

metros, lo que implicaba que el hormign autocompactante deba abarcar un

permetro ms amplio que las obras anteriores, rellenando de igual forma las

cavidades dejadas por la roca excavada detrs del blindaje.

Durante el hormigonado del blindaje de la chimenea se produjeron

problemas de escurrimiento del autocompactante. La distancia circular que

deba recorrer el hormign en capas horizontales, unido a la presencia de

armadura en el contorno del blindaje, hizo difcil el desplazamiento del

hormign. Sin lugar a dudas fue la obra de mayor complejidad. Las inyecciones

de palastro reflejaron mayor presencia de vacos en las cercanas del blindaje,

indicando que el autocompactante no pudo consolidar con xito todos los

espacios dejados entre los refuerzos de acero del blindaje y la malla de

enfierradura colocada tras el acero de la chimenea. En total se colocaron cerca

de 600 m3 de hormign autocompactante en esta parte de las obras.

En complemento a los sectores de obras donde se ha utilizado

masivamente el hormign autocompactante, su empleo tambin fue

considerado en aquellos lugares del revestimiento del tnel de aduccin (largo

total 7 kilmetros) donde el espacio entre el sostenimiento de la excavacin y

la armadura de refuerzo definitiva era limitado. De la misma forma, se han

ejecutado obras ms pequeas como fundaciones, muros o vigas que


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presentaban por su geometra o disposicin de armaduras, las condiciones

ideales para adoptar al autocompactante como solucin para asegurar su

calidad de hormigonado.

Cabe sealar que durante la ejecucin de partes de obra con hormign

autocompactante inicialmente se produjeron algunos problemas de

desplazamiento de los moldajes por falta de afianzamiento y apreciable prdida

de lechada a travs de la unin de los paneles que conformaban el molde.

Estas situaciones se fueron corrigiendo en etapas sucesivas pero sin lugar a

dudas, el diseo de los moldajes, tanto en su resistencia como en su sellado,

son aspectos que se deben tener presente a la hora de considerar la aplicacindel autocompactante en obras de gran envergadura.

Fotografa 6: Aspectos del hormign autocompactante en fresco: vaciado a

la bomba y escurrimiento durante su colocacin en obra. En la foto se puede

aprecia la liberacin del aire atrapado producto de la autocompactacin.


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Los controles de calidad del hormign autocompactante endurecido

fueron similares a los efectuados normalmente para un hormign tradicional,

salvo que las probetas cbicas se llenan sin vibracin. Las resistencias a la

compresin obtenidas entregaron valores promedios de 21 MPa a 7 das y 33

MPa a la edad de 28 das, reflejando que la resistencia especificada se cumpli

sin inconvenientes. La terminacin del hormign fue el aspecto ms controlado

durante la aplicacin del autocompactante, siendo la mejor confirmacin de la

calidad del trabajo realizado.

Fotografa 7: Aspecto de la terminacin del hormign autocompactante.

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El diseo de la mezcla del autocompactante debe confirmar que se

logra una gran fluidez sin indicios de segregacin o exudacin de la mezcla. Es

importante tener presente que los aditivos superplastificantes de ltima

generacin incrementan su efecto a travs de un mezclado eficaz del

hormign, por ello se hace aconsejable efectuar pruebas con los equipos de

fabricacin que se adoptarn para la ejecucin de las obras.


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La colocacin del hormign autocompactante debe estar asociada a un

proceso continuo de suministro y vaciado de hormign, ya que a diferencia de

un hormign tradicional que se compacta por vibrado de inmersin, la calidad

de las juntas entre capas de hormign vaciado depende directamente de la

capacidad del autocompactante para mantener su fluidez a lo largo del tiempo,

puesto que la unin entre capas slo puede ser asegurada por la compactacin

que imprime nicamente el peso propio del material y no podrn ser mitigadas

por vibracin, como ocurre en un hormign normal.

El uso del hormign autocompactante implica un cambio de concepto

de todos los profesionales involucrados en su utilizacin, es primordial tenerpresente que el xito en la calidad de la terminacin de una estructura

construida con autocompactante exige asegurar una faena de hormigonado

continuo y un adecuado control en terreno de la mezcla para asegurar su

fluidez. Para ello, es necesario programar los recursos de transporte y

colocacin del hormign para evitar tiempos de espera entre capas superiores

a una hora como lmite.

Referencias

EFNARC, 2002. Specification and Guidelines for Self-Compacting Concrete, February 2002.

De la Pea, B. 2000. Hormign autocompactante, nueva tecnologa para la construccin con

hormign. Revista BIT, Cmara Chilena de la Construccin, Junio 2000, pginas 41-42.

Ouchi, M. 1998. History of Development and Applications of Self-Compacting Concrete in

Japan. Proceedings of the first International Workshop on Self-Compacting Concrete.

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