CONCRETO ALTO DESEMPEÑO PARA INGENIEROS EN CAMPO

CURSO BREVE EN CERTIFICACION ACI

1. Concreto de Alto
Desempeño

2. Concreto de Alto
Desempeño
Características de los
Concretos de Alto Desempeño

Alta resistencia

Alta resistencia inicial

Alto módulo de elasticidad

Alta resistencia a abrasión

Alta durabilidad y vida útil
larga en ambientes severos

Baja permeabilidad y difusión

Resistencia al ataque químico

3. Concreto de Alto
Desempeño

Alta resistencia a la
congelación y a los daños
causados por las sales de
deshielo

Tenacidad y resistencia al
impacto

Estabilidad de volumen

Fácil colado

Compactación sin segregación

Cohibición del crecimiento de
bacterias y moho
Características de los
Concretos de Alto Desempeño

4. Concreto de Alto
Desempeño
Materiales Usados en el Concreto
de Alto Desempeño (1)
Material Contribución
principal/propiedad deseada
Cemento portland Material cementante/durabilidad
Cemento adicionado o mezclado
Material
cementante/durabilidad//alta
resistencia
Ceniza volante/Escoria/Humo de
sílice
Arcilla calcinada/Metacaolinita
Esquisto calcinado
Superplastificante Fluidez
Reductores de agua de alto rangoReducción de la relación agua-
cemento
Aditivos de control de hidratación Control de fraguado

5. Concreto de Alto
Desempeño
Material Contribución principal/propiedad
deseada
Retardadores Control de fraguado
Aceleradores Aceleración de fraguado
Inhibidores de corrosión Control de la corrosión del acero
Reductores de agua Reducción del contenido de cemento y de
agua
Reductores de contracción Reducción de la contracción
Inhibidores de RAS Control de la reactividad álcali-sílice
Modificadores
poliméricos/látex
Durabilidad
Agregado con
granulometría optimizada
Mejoría de la trabajabilidad y reducción de la
demanda de pasta
Materiales Usados en el Concreto
de Alto Desempeño (2)

6. Concreto de Alto
Desempeño
Propiedades Seleccionadas del
Concreto de Alto Desempeño (1)
Propiedad Método de ensayo Criterio que se
debe especificar
Alta resistencia
ASTM C 39, COVENIN 0338,
IRAM 1546, NCh1037, NMX- C-
083-1997ONNCCE, NTC 673,
NTE1573, NTP339.034, UNIT-
NM 101
40-140 MPa en 28 a
91 días
Alta resistencia a
compresión inicial
ASTM C 39, COVENIN 0338, IRAM
1546, NCh1037, NMX-C-083-1997
ONNCCE, NTC 673, NTE 1573,
NTP 339.034, UNIT-NM 101
20-30 MPa en 3-12
hrs. o 1-3 días
Alta resistencia a
flexión inicial
ASTM C 78, COVENIN 0342, IRAM
1547, NCh1038, NMX-C-191, NTC
2871, NTP 339.078, UNIT-NM 55
2-4 MPa en 3-12
hrs. o 1-3 días
Alta resistencia a
abrasión
ASTM C 944 0 a 1 mm de
profundidad de
desgaste

7. Concreto de Alto
Desempeño
Propiedades Seleccionadas del
Concreto de Alto Desempeño (2)
Propiedad Método de ensayo Criterio que se
debe especificar
Baja
permeabilidad
ASTM C 1202 500 a 2000
coulombs
Penetración de
cloruros
AASHTO T 259/260 Menos de 0.07% Cl
en 6 meses
Alta resistividad
ASTM G 59 —
Baja absorción
ASTM C 642, NMX-C-263 2% a 5%
Bajo coeficiente
de difusión
La ASTM está
desarrollando un método
1000 x 10
-13
m/s
Resistencia al
ataque químico
Exposición del concreto a
una solución saturada
Ningún deterioro
después de 1 año
en ambiente
húmedo/seco

8. Concreto de Alto
Desempeño
Propiedad Método de ensayoCriterio que se
debe especificar
Ataque de sulfatos
ASTM C 1012, IRAM 1635, NMX
C-418, NTC 3330, NTP 334.094
Expansión máxima de
0.10% en 6 meses
Alto módulo de
elasticidad
ASTM C 469, COVENIN 1468,
NMX-C-128-1997-ONNCCE, NTC
4025, UNIT 42
Más de 400,000
kg/cm
2
o 40 GPa
(5.0 millones de
lb/pulg
2
)
Alta resistencia a
congelación-
deshielo
ASTM C 666, procedimiento A,
COVENIN 1601, NCh2185, NMX
C-205
Factor de durabilidad
de 95 a 100 en 300 a
1000 ciclos
Alta resistencia a
sales de deshielo
ASTM C 672
Clasificación de 0
a 1 o pérdida de
masa de 0 a 0.5
kg/m
3
después
de 50 a 300 ciclos
Propiedades Seleccionadas del
Concreto de Alto Desempeño (3)

9. Concreto de Alto
Desempeño
Propiedad Método de ensayoCriterio que se
debe especificar
Baja contracción
ASTM C 157, COVENIN 0346,
IRAM 1597, NCh2221, NMX-C-
173, NTC 3938
Menos de 400
millonésimos
Baja fluencia ASTM C 512
Menor que el concreto
normal
Propiedades Seleccionadas del
Concreto de Alto Desempeño (4)

10. Concreto de Alto
Desempeño
Concreto de Alta
Resistencia Inicial
Alta Resistencia Inicial a
Compresión
ASTM C 39 (AASHTO T 22)
20 a 28 MPa (3000 a 4000 lb/pulg.
2
)
en 3 a 12 hours o 1 a 3 días
Alta Resistencia Inicial a Flexión
ASTM C 78 (AASHTO T 97)
2 a 4 MPa (300 a 600 lb/pulg.
2
)
en 3 a 12 horas o 1 a 3 días

11. Concreto de Alto
Desempeño
Concreto de Alta
Resistencia Inicial

Cemento de alta resistencia inicial,
tales como ASTM tipo III o HE

Alto contenido de cemento (400 a
600 kg/m
3
o 675 a 1000 lb/yd
3
)

Baja relación agua-material
cementante (0.20 a 0.45 en masa)

Temperatura más elevada del
concreto fresco

Mayor temperatura de curado
Se puede obtener con —

12. Concreto de Alto
Desempeño

Aditivos químicos

Humo de sílice (u otro material
cementante suplementario)

Curado a vapor o en autoclave

Aislamiento para retener el calor
de hidratación

Cementos especiales de
endurecimiento rápido
Concreto de Alta
Resistencia Inicial
Se puede obtener con —

13. Concreto de Alto
Desempeño
Datos de Resistencia para
Capa Superpuesta Adherida
Edad
Resistencia a
compresión, kg/cm
2

(MPa) [lb/pulg
2
]
Resistencia a
flexión, kg/cm
2

(MPa) [lb/pulg
2
]
Resistencia de
adherencia,
kg/cm
2
(MPa)
[lb/pulg
2
]
4 horas 17 (1.7) [252]9 (0.9) [126]8 (0.9) [120]
6 horas71 (7.0) [1020]20 (2.0) [287]11 (1.1) [160]
8 horas131 (13.0) [1883]28 (2.7) [393]14 (1.4) [200]
12 horas180 (17.6) [2546]35 (3.4) [494]16 (1.6) [225]
24 horas244 (23.9) [3467]43 (4.2) [604]21 (2.1) [302]
7 días349 (34.2) [4960]51 (5.0) [722]22 (2.1) [309]
28 días415 (40.7) [5900]58 (5.7) [830]25 (2.5) [359]

14. Concreto de Alto
Desempeño
Desarrollo de la Resistencia del
Concreto de Alta Resistencia Inicial
Cemento 390 kg/m
3

(697 lb/yd
3
)
a/c=0.46

15. Concreto de Alto
Desempeño
Desarrollo de la Resistencia del
Concreto de Alta Resistencia Inicial
Cemento = 504 a 528 kg/m
3

(850 a 890 lb/yd
3
)
a/c = 0.46

16. Concreto de Alto
Desempeño
Efecto de las Mantas
de Aislamiento

17. Concreto de Alto
Desempeño
Concreto de Alta Resistencia

90% del concreto
premezclado
20 MPa - 40 MPa en 28días
(mayoría 30 MPa – 35 MPa)

Concreto de alta
resistencia
por definición —
28 días – resistencia a
compresión
 70 MPa (10,000 lb/pulg.
2
)

18. Concreto de Alto
Desempeño
Materiales del Concreto de Alta
Resistencia

Selección se basa en :

Ensayos de cubos de mortero

Resistencias comparativas del concreto
a los 28, 56 y 91 días.

Uso de cemento que lleve a altas
resistencias a edades avanzadas (91
días)

Cemento debe producir cubos de
mortero con resistencia mínima a los 7
días de 310 kg/cm
2
o 30 MPa (4350
lb/cm
2
).

Mezclas de prueba con contenidos de
cemento entre 400 y 550 kg/m
3
(675 a
930 lb/yd
3
)
Cementos —

19. Concreto de Alto
Desempeño

Tamaño máximo nominal de 9.5 - 12.5
mm (3/8 - 1/2 pulg.) da una resistencia
óptima

combinación de tamaños de agregado
para producir la granulometría requerida,
para el control más rígido y la disminución
de la variabilidad del concreto.

Para resistencias especificadas de 700
kg/cm
2
o 70 MPa (10,000 lb/cm
2
) o
mayores, el MF debe estar entre 2.8 y 3.2
(MF más bajos pueden producir
resistencias más bajas y mezclas
pegajosas).
Agregados —
Materiales del Concreto de Alta
Resistencia

20. Concreto de Alto
Desempeño

Ceniza volante, humo de sílice o
escoria normalmente son obligatorios

Dosis del 5 al 20%, o más, de masa
total del material cementante.

Algunas especificaciones permiten el
10% de humo de sílice, máximo.
Material Cementante Suplementario —
Materiales del Concreto de Alta
Resistencia

21. Concreto de Alto
Desempeño
Reductores de agua, retardadores, reductores
de agua de alto rango o superplastificantes —
obligatorios en concreto de alta resistencia
El uso de aditivos inclusores de aire no es
necesario ni deseado en el concreto de alta
resistencia
Aire es obligatorio donde sea necesaria la
durabilidad en ambiente de congelación-
deshielo, como en puentes, pilas de
concreto, estribos o estructuras de
aparcamientos
Estudios recientes:
a/mc ≥ 0.30—aire necesario
a/mc < 0.25— ningún aire necesario
Aditivos—
Materiales del Concreto de Alta
Resistencia

22. Concreto de Alto
Desempeño
Concreto de Alta Resistencia
Mezcladoras móviles y centrales de
concreto
En camiones mezcladores - reducir la
carga para 90% de la capacidad del
camión
Se recomienda precalificación de los
proveedores de concreto
Mezclas de prueba usando la carga
completa del concreto se deben
entregar en la obra o en una maqueta
para verificar los sistemas de
dosificación, mezclado, transporte y
colocación que se vayan usar
Mezclado—

23. Concreto de Alto
Desempeño
Retrasos en la entrega y en la
colocación se deben eliminar
Consolidación es muy importante para
que se obtengan las resistencias
Revenimiento 180 a 220 mm (7 a 9
pulg.)
Poco o ningún sangrado — curado por
rociado (o niebla) o retardadores de
evaporación, inmediatamente después
del enrasado para disminuir la
contracción plástica
7 días de curado húmedo
Colocación, Consolidación y Curado
Concreto de Alta Resistencia

24. Concreto de Alto
Desempeño
Proporciones de Mezcla y Propiedades de
los Concretos de Alta Resistencia
C + HS + CVC + HS
Cemento, ASTM tipo I, kg/m
3
475 564
Humo de sílice, kg/m
3
24 89
Ceniza volante, kg/m
3
59 —
Reductor de agua de alto rango, ASTM
tipo F, litros/m
3 11.6 20.11
Retardador, ASTM tipo D, litros/m
3
1.05 1.46
Relación agua-material cementante 0.29 0.22
Revenimiento, mm 248 254
Resistencia a compresión, 28d, MPa 92 117
Resistencia a compresión, 91d, MPa 105 124
Módulo de elasticidad, 91d, GPa 49.9 56.5
Contracción por secado, 369d,
millonésimos
677 527

25. Concreto de Alto
Desempeño
Proporciones de Mezcla y Propiedades de
los Concretos de Alta Resistencia
C + HS + CVC + HS
Cemento, ASTM tipo I, lb/yd
3
800 950
Humo de sílice, lb/yd
3
40 150
Ceniza volante, lb/yd
3
100 —
Reductor de agua de alto rango, ASTM
tipo F, oz fl/yd
3
300 520
Retardador, ASTM tipo D, oz fl/yd
3
27 38
Relación agua-material cementante 0.29 0.22
Revenimiento, mm 9.75 10
Resistencia a compresión, 28d, lb/pulg
2
13,300 17,000
Resistencia a compresión, 91d, lb/pulg
2
15,170 18,030
Módulo de elasticidad, 91d, millones
lb/pulg
2 7.24 8.20
Contracción por secado, 369d,
millonésimos
677 527

26. Concreto de Alto
Desempeño
Cemento: 513 kg/m
3
(865 lb/yd
3
)
a/c: 0.25
Humo de sílice: 43 kg/m
3
(72 lb/yd
3
)
Agregado fino: 685 kg/m
3

(1155 lb/yd
3
)
Reductor de agua de alto rango:
15.7 L/m
3
(420 oz/yd
3
)
Resistencia 28d: 119 MPa
(17,200 lb/pulg
2
)
Resistencia 91d : 145 MPa
(21,000 lb/pulg
2
)
Two Union Square
Seattle, 1988

27. Concreto de Alto
Desempeño
Concreto de Alta Durabilidad

Años 70 y 80 enfocado en —
Concreto de Alta Resistencia

Hoy en día el enfoque es la alta
durabilidad en ambientes
severos, resultando en
estructuras con mayor vida útil —
Concreto de Alta Durabilidad

28. Concreto de Alto
Desempeño
Concreto de Alta Durabilidad
Resistencia a abrasión
Resistencia a explosión
Permeabilidad
Carbonatación
Resistencia a congelación-
deshielo
Ataque químico
Reactividad álcali-sílice
Tasa de corrosión del
refuerzo (alta resistividad)
Cuestiones de la durabilidad que el concreto
de alto desempeño puede traer

29. Concreto de Alto
Desempeño

Cemento: 398 kg/m
3
(671 lb/yd
3
)

Ceniza volante: 45 kg/m
3
(76 lb/yd
3
)

Humo de sílice: 32 kg/m
3
(72 lb/yd
3
)

a/c: 0.30

Reductor de agua: 1.7 L/m
3
(47 oz/yd
3
)

Reductor de agua de alto rango: 15.7 L/m
3

(83 oz/yd
3
)

Aire: 5-8%

Resistencia 91d: 60 MPa (8700 lb/pulg
2
)
Puente de la ConfederaciónPuente de la Confederación , Northumberland , Northumberland
Strait, Prince Edward Island/New Brunswick, Strait, Prince Edward Island/New Brunswick,
19971997
Concreto de Alta Durabilidad

30. Concreto de Alto
Desempeño
Concreto Autocompactante

Desarrollado en los años 80 —
Japan

aumento de la cantidad de:

Finos (ceniza volante o caliza)

Reductor de agua de alto rango

Resistencia y durabilidad son las
mismas del concreto convencional
Self-consolidating concrete (CAC)—
es capaz de fluir y consolidarse bajo su
propio peso

31. Concreto de Alto
Desempeño
Concreto Autocompactante

32. Concreto de Alto
Desempeño
Cemento portland (Tipo I) 297 kg/m
3
(500 lb/yd
3
)
Cemento de escoria 128 kg/m
3
(215 lb/yd
3
)
Agregado grueso 675 kg/m
3
(1,137 lb/yd
3
)
Agregado fino 1,026 kg/m
3
(1,729 lb/yd
3
)
Agua 170 kg/m
3
(286 lb/yd
3
)
Superplastificante ASTM C 494, Tipo F (base de
Policarboxilato) 1.3 L/m
3
(35 oz/yd
3
)
Aditivo inclusor de aire se necesario 6% ± 1.5%
contenido de aire
CAC para Planta de Energía en Pensilvania
—Proporciones de la Mezcla

33. Concreto de Alto
Desempeño
Ensayo del Anillo J para CAC

34. Concreto de Alto
Desempeño
Concreto de Polvo Reactivo (CPR)
Propiedades:
Alta resistencia — 200 MPa
(se puede producir hasta 8300
kg/cm
2
o 810 MPa)
Porosidad muy baja
Propiedades se puede obtener a
través:
Partículas de tamaño max  300 m
mejoría de la distribución de los
tamaños de los granos
Bajo contenido de cemento
Fibras de acero
Tratamiento con calor

35. Concreto de Alto
Desempeño
Propiedades Mecánicas del CPR
Propiedad Unidad 80 MPa CPR
Resistencia a
compresión
MPa
(lb/pulg
2
)
80 (11,600)200 (29,000)
Resistencia a flexiónMPa
(lb/pulg
2
)
7 (1000) 40 (5800)
Resistencia a tensión
(tracción)
MPa
(lb/pulg
2
)
8 (1160)
Módulo de elasticidad GPa
(lb/pulg
2
)
40 (5.8 x 10
6
)60 (8.7 x 10
6
)
Tenacidad de ruptura103 J/m
2
<1 30
Congelación-deshielo RDF 90 100
Carbonatación mm 2 0
Abrasión 10
-12
m
2
/s 275 1.2

36. Concreto de Alto
Desempeño
Concreto de Polvo Reactivo