El catedrático de la Universitat Politècnica de València e investigador del ICITECH, Pedro Serna, impartió una conferencia en el seminario sobre experiencias internacionales del Hormigón Reforzado con Fibras (HRF) que se realizó en la Universidad Politécnica de Catalunya, BARCELONATECH. Fue un seminario donde colaboró la Asociación de Consultores de Estructuras (ACE).
Oceanogràfic de Valencia. http://oceanografic.wordpress.com/
Os dejo el vídeo realizado por ZIGURAT donde Pedro Serna habla de las aplicaciones relevantes de HRF en el ámbito español. Este ponencia, desarrollada con el peculiar estilo de Pedro, se analiza el uso de este tipo de hormigones tan específicos, sus ámbitos de aplicación y usos más habituales dentro del territorio español, en contraste con las otras ponencias que analizan su uso, contexto normativo, y otros, en otros países.
El mortero autonivelante es un tipo de mortero muy líquido, utilizado como base para diversos tipos de suelos (gres, porcelánico, parquet, moqueta, mármol, etc.). Este producto, al igual que el resto de morteros, se compone de cemento o anhidrita y arena de granulometría fina. Sus características especiales se deben al uso de aditivos que le confieren mayor fluidez, lo que facilita un acabado más liso y nivelado. En trabajos estructurales como relleno de bases de pilares metálicos, pernos, reparaciones, es recomendable utilizar morteros epoxicos, que entre otras propiedades no tienen retracción. Los morteros autonivelantes con base cemento, a pesar de los aditivos que uses, tienen gran retracción, por lo que es imprescindible la realización de juntas y el cuidado en el curado
Os dejo una batería de vídeos para que veáis el proceso constructivo. Espero que os gusten.
Figura 1. Suelo mejorado con cemento. https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/caracteristicas-del-suelo-cemento-que-y-para-que
No siempre es posible encontrar el suelo adecuado que garantice la estabilidad y durabilidad de una explanada. Si a esto se suma la creciente importancia medioambiental y la presión social por minimizar la apertura de nuevos préstamos y vertederos necesarios para el movimiento de tierras de una infraestructura, queda claro que hay que hacer un esfuerzo para utilizar materiales calificados como tolerables, marginales e incluso inadecuados. La estabilización permite reemplazar un suelo de baja calidad por otro estabilizado y mejorado. Se trata de una de las técnicas más antiguas y utilizadas en bases y subbases para uso vial. No obstante, el espesor de la capa de suelo a tratar es relativamente pequeño, por lo que algunos autores no la consideran una técnica de mejora de terrenos.
La estabilización de un suelo mejora o controla su estabilidad volumétrica, aumenta su resistencia y su módulo esfuerzo-deformación, mejora su permeabilidad y durabilidad, y reduce su susceptibilidad al agua. Para evaluar el rendimiento de esta técnica, se requieren ensayos tanto de laboratorio como de campo. De este modo, se aprovechan los suelos de baja calidad, se evita su extracción y transporte a vertedero, aumenta su resistencia a la erosión, a las heladas y a otros agentes climáticos, se puede circular por terrenos impracticables y se obtiene una plataforma estable de apoyo del firme de infraestructuras lineales que colabore estructuralmente con este.
Figura 2. Maquinaria para la estabilización de suelos. Fuente: M. López-Bachiller
La compactación y el drenaje del agua son los métodos más sencillos de estabilización. También es posible mezclar dos o más suelos para obtener uno con mejor granulometría, plasticidad o grado de permeabilidad. Además, se puede lograr mediante aditivos que actúan física o químicamente sobre las propiedades del suelo. Los más utilizados son el cemento y la cal, pero también se emplean cenizas volantes, escorias granuladas, puzolanas, ligantes hidrocarbonados fluidos, cloruro cálcico, cloruro potásico, etc. Por tanto, la estabilización puede ser mecánica o química.
La estabilización mecánica se emplea en las explanadas de carreteras mediante compactación o mediante la mezcla del suelo existente con otro de aportación. Por ejemplo, en presencia de un suelo granular sin finos se agregaría otro con finos y cierta plasticidad para conseguir una mezcla de mayor cohesión, más fácil de compactar y menos permeable.
El tipo de suelo, el porcentaje de aditivo y la ejecución de la mezcla influyen en el grado de estabilización química. Se denominan suelos mejorados cuando se añaden pequeñas cantidades de un aditivo para mejorar ligeramente el suelo. No obstante, ciertos suelos de buena granulometría y baja plasticidad mejoran considerablemente con porcentajes mínimos de aditivo.
La estabilización química puede realizarse “in situ” o bien en central. Asimismo, en función de la profundidad del tratamiento, la estabilización puede considerarse un método de mezcla profunda (“deep mixing method”) o una estabilización en masa (“mass stabilization”). La mezcla profunda de suelos podría clasificarse también como una técnica de mejora por inclusiones rígidas. También podrían incluirse aquí las mezclas de suelos realizadas mediante inyecciones o mediante jet grouting. Igualmente es posible dividir la estabilización de suelos en técnicas de mezcla húmeda (“wet soil mixing”), por ejemplo, en el caso de lechadas de cemento, y mezcla seca (“dry soil mixing”), como es el caso de las mezclas con cal y cemento.
Hoy me toca hablar de Tatiana García Segura. Es una brillante ingeniera de caminos, canales y puertos, máster en ingeniería del hormigón e investigadora en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH), que acaba de ganar el primer premio de la Cátedra CEMEX SOSTENIBILIDAD a su Tesis Fin de Máster en materia de sostenibilidad y medio ambiente presentada en el curso 2012-13. La tesis se denomina «Métricas para el diseño eficiente de estructuras con hormigones no convencionales basados en criterios sostenibles multiobjetivo», dirigida por Víctor Yepes Piqueras y Julián Alcalá González. Dicho trabajo obtuvo la calificación de 10 sobresaliente con matrícula de honor. De este trabajo ya se han aceptado varios artículos internacionales en revistas científicas de primer nivel. Este premio constituye un espaldarazo al proyecto de investigación HORSOST (BIA2011-23602), financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, de la cual Tatiana es becaria FPI y yo mismo investigador principal. En este momento Tatiana está desarrollando su tesis doctoral aplicando los resultados obtenidos de su trabajo en el diseño automático de puentes óptimos postesados de sección en cajón basándose en criterios sostenibles multiobjetivo aplicado al ciclo completo de vida de la estructura y utilizando hormigones no convencionales.
Creo que es de interés transcribir a continuación el resumen de dicha Tesis Fin de Máster:
«El diseño eficiente de estructuras de hormigón ha estado ligado con la potenciación de sus características resistentes, constructivas y económicas. Durante las últimas décadas ha habido un incremento en la producción científica relacionada con los hormigones no convencionales. Los hormigones de alta resistencia, autocompactables y reforzados con fibras son cada vez más empleados en el ámbito de la ingeniería civil y la arquitectura. Estos materiales tienen ciertas propiedades como son la alta resistencia, la facilidad de colocación y la durabilidad, que le confieren características adicionales al hormigón convencional. A pesar de ello, se ha detectado un vacío en el conocimiento de las métricas que permiten valorar su contribución a la sostenibilidad.
Existen varias herramientas que permiten analizar la sostenibilidad de un proyecto estructural. Algunas de ellas son capaces de medir el impacto global de una construcción, pero no llegan a discernir entre los distintos tipos de hormigones. Otras permiten la comparación entre hormigones, pero no contemplan el ciclo de vida completo de la estructura. En este trabajo se valoran las distintas herramientas existentes y se propone una metodología que sirva para evaluar la sostenibilidad de una estructura.
Para alcanzar dicho objetivo, se aborde en primer lugar un estado del arte de las metodologías existentes. Seguidamente, se lleva a cabo un estudio del ciclo de vida de una estructura de hormigón para detectar los principales puntos a tratar en el análisis posterior. Asimismo, la descripción y evaluación de las propiedades de los hormigones no convencionales nos conduce a una valoración más precisa. Una vez finalizado el estudio de la metodología se proponen cuatro casos prácticos que consideran el uso de cementos con adiciones, hormigones autocompactables, de alta resistencia y reforzados con fibras. Por último se realiza un estudio estadístico de las variables más influyentes.
La metodología propuesta tiene un enfoque multiobjetivo que contempla las características de los hormigones no convencionales. Además, permite analizar el ciclo de vida completo de la estructura, incluyendo su durabilidad. Se comprueba su eficacia para encontrar estructuras más durables, con menor impacto ambiental y económicamente viables. Finalmente se valora el coste y la emisión anual«.
Referencias:
GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2014). Life-cycle greenhouse gas emissions of blended cement concrete including carbonation and durability.International Journal of Life Cycle Assessment, 19(1):3-12. DOI 10.1007/s11367-013-0614-0 (link)(descargar versión autor)
GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; ALCALÁ, J. (2014). Optimization of concrete I-beams using a new hybrid glowworm swarm algorithm. Latin American Journal of Solids and Structures, 11(7):1190 – 1205. ISSN: 1679-7817. (link)
GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; PÉREZ-LÓPEZ, E. (2015). Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges.Engineering Structures, 92:112-122. DOI: 10.1016/j.engstruct.2015.03.015 (link)
Los datos históricos indican que ya se emplearon diversos morteros y hormigones en civilizaciones tan antiguas como la egipcia y la china hacia el 3000 a.C. Sin embargo, fueron los romanos quienes utilizaron su famoso mortero, formado por cal y adiciones de tierra volcánica abundante en Pozzuoli, a las faldas del Vesubio. Con este material se construyeron numerosas obras, entre las que podemos destacar el teatro de Pompeya, los baños públicos de Roma, el Pont du Gard o el Panteón.
Hubo que esperar hasta 1756, cuando John Smeaton empleó morteros obtenidos mediante la calcinación de mezclas de calizas y arcillas para reconstruir el faro de Eddystone. Años más tarde, en 1796, James Parker patenta un cemento hidráulico natural al calcinar caliza con impurezas de arcilla, denominándolo «Cemento Parker» o «Cemento Romano». Es en estos años, a caballo entre el final del siglo XVIII y el principio del XIX, cuando se registran numerosas patentes de cementos naturales, destacándose el cemento de Louis Vicat, fruto de la mezcla de cales y arcillas en proporciones adecuadas y molidas conjuntamente. Ello permitió proyectar al propio Vicat el primer puente construido con hormigón en masa, el puente de Souillac, entre 1812 y 1824.
Puente de Souillac (1812-1824), sobre el río Dordogne. Louis Vicat. Primer puente construido con hormigón en masa.Joseph Aspdin (1778-1855)
Sin embargo, el denominado cemento Portland es el que supuso la aparición del cemento artificial propiamente dicho, patentado en 1824 por Joseph Aspdin. El invento consistió en cocer en un horno a altas temperaturas una mezcla molida de creta calcinada y arcilla, de forma muy similar a la actual. El nombre se debió a que el color era similar al de la piedra natural de la localidad inglesa de Portland. Con este nuevo cemento, en 1828, Isambard K. Brunel obtuvo un hormigón con el que se repararon varias brechas en el famoso túnel del Támesis en Londres.
La producción de este cemento artificial a escala industrial tuvo que esperar. Fue Isaac Jonson quien, en 1840, puso en marcha la primera cementera del mundo, logrando, cinco años más tarde, alcanzar una temperatura suficientemente elevada como para clinkerizar la mezcla de cal y arcilla empleada como materia prima. En España tuvimos que esperar más, hasta 1899, para tener la primera fábrica de cemento Portland, que se creó en Tudela Veguín (Asturias), con accionariado íntegramente español.
A mediados de los años setenta del siglo XX, un ingeniero y químico italiano, Rossano Vannetti, comienza el estudio y el desarrollo de la formulación moderna del cemento expansivo. A base de carbonatos de calcio, consigue desarrollar una formulación que le permite regular a voluntad el tiempo de reacción del producto y, por tanto, a base de catalizadores de la reacción, controlar los tiempos de rotura.
El cemento expansivo permite el taqueo y la demolición sin recurrir a productos explosivos. Este método consiste en llenar los barrenos practicados en los bloques de roca con un cemento encartuchado o a granel, mezcla de cal y silicatos, que, al hidratarse, aumenta de volumen y genera unas presiones expansivas del orden de unos 30 MPa, que provocan la rotura de los bloques siguiendo la malla prevista de las perforaciones.
La principal ventaja es la ausencia total de alteraciones ambientales y su mayor inconveniente es el coste. Se utilizan normalmente donde no es posible realizar voladuras. Las cantidades consumidas oscilan entre los 3 kg/m³ en rocas blandas y los 8 kg/m³ en rocas duras. Normalmente, la proporción de agua que se añade al cemento es del 25% y los tiempos necesarios para que aparezca la rotura de la roca van desde los 30 minutos para algunos tipos hasta las 12 y 24 horas para otros. Aunque estos cementos son productos básicamente seguros, es preciso durante su manejo observar algunas recomendaciones:
Usar guantes y gafas protectoras, ya que, generalmente, son sustancias alcalinas con un pH muy alto y cualquier salpicadura puede producir daños en la piel y en los ojos.
Una vez cargados los barrenos, no mirar en la dirección de estos.
Colocar protecciones ligeras sobre la roca a fragmentar si existe riesgo de estallidos y de proyecciones de pequeñas esquirlas, sobre todo si se realiza un taponado firme de los barrenos.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
En septiembre de 2012 se leyó en el Departamento de Ingeniería de la Construcción de la Universidad Politécnica de Valencia un trabajo fin de máster (Máster en Ingeniería del Hormigón) denominado «Caracterización química y reactividad de la ceniza de caña común y planta de maíz, para su uso como adición puzolánica en morteros y hormigones«, cuyo autor es Alejandro Escalera y cuyos directores fueron los profesores José María Monzó y Jorge Payá. Debido al interés que esta línea de investigación ha generado dentro del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH), voy a dedicar este post a divulgar la línea de trabajo realizada.
Los romanos ya acuñaron el término «puzolana» para designar la fina ceniza volcánica que, mezclada con cal y agua, forma compuestos con propiedades cementantes, capaces de presentar características similares a las de un hormigón convencional elaborado con cemento común. Lo realmente interesante es que la combustión, bajo determinadas condiciones, de residuos agrícolas tales como la cascarilla del arroz, las hojas de bambú o la caña de azúcar, contiene silice con carácter puzolánico. Estos residuos agrícolas son aquellas partes de la planta que es necesario separar para obtener el fruto o facilitar el cultivo propio o posterior, y si bien gran parte de estos residuos se consumen por la ganadería, otros no son aprovechables.
Esto tiene un gran interés medioambiental, puesto que las cenizas se consideran un desecho y pueden sustituir parcialmente el cemento en la elaboración de hormigón. Eso implica una reducción de la huella de carbono asociada al proceso de fabricación del cemento Portland y, por tanto, del hormigón. En Valencia, las cenizas generadas por la cascarilla del arroz, en muchos países latinoamericanos, los residuos procedentes de la planta de maíz o los de la caña común procedentes de la limpieza de márgenes, cauces de río y acequias de riego, suponen ejemplos donde el aprovechamiento puede ser una buena fuente de adiciones puzolánicas. Los estudios realizados hasta el momento abren claramente las puertas al uso de estas cenizas en ámbitos rurales de países en vías de desarrollo, lo que constituye una buena estrategia para la elaboración de materiales en la autoconstrucción de viviendas.
Sólo la cáscara del arroz representa la quinta parte del peso de la cosecha de este cereal, y este producto es uno de los mayores residuos del mundo. Mediante un proceso de combustión adecuado, la ceniza de la cáscara del arroz presenta propiedades puzolánicas (90-96% de sílice) que la industria cementera podría aprovechar. Sin embargo, la actual normativa española EHE sólo contempla como adiciones el uso de algunos materiales como el humo de sílice o las cenizas volantes; también es cierto que la investigación está abriendo puertas a otros materiales. El paso de los años, sin duda, dará lugar al aprovechamiento de estos materiales.
Con todo, y en el caso que nos ha servido como punto de partida al blog que es la utlización de la ceniza de maíz y de la caña común como sustitutos de una parte del cemento en morteros y hormigones, si bien los resultados son prometedores, aún faltan futuras investigaciones que expliquen la influencia de la calidad del terreno y la variedad de la semilla, la influencia del tamaño de partícula en las muestras a incinerar, elaboración de prototipos, etc.
Referencias:
Escalera, A. (2012). Caracterización química y reactividad de la ceniza de caña común y planta de maíz, para su uso como adición puzolánica en morteros y hormigones. Trabajo Fin de Máster. Departamento de Ingeniería de la Construcción, Universidad Politécnica de Valencia.
El objetivo del diseño y fabricación del hormigón es obtener una mezcla que posea un mínimo de determinadas propiedades, tanto en estado fresco como en estado endurecido, al menor costo de producción posible. Es muy importante conseguir la mezcla óptima con las proporciones precisas de áridos de distintos tamaños, cemento y agua. Sin embargo, no existe una mezcla óptima válida para todos los casos. Para establecer la dosificación adecuada en cada caso, deben considerarse la resistencia mecánica, los factores asociados a la fabricación y a la puesta en obra, así como el tipo de ambiente al que estará sometido.
Las materias primas, tras someterse a los controles de calidad pertinentes, se almacenan en silos y tolvas especialmente diseñados. La dosificación de estas materias primas se realiza automáticamente. La unidad central transmite las órdenes a los sistemas de pesaje, que dosifican el material en las proporciones adecuadas según su aplicación. Esto permite garantizar la homogeneidad entre los distintos pedidos de hormigón suministrados. Una vez determinada la dosificación más adecuada, en la planta de hormigón hay que medir los componentes: el agua en volumen, mientras que el cemento y los áridos se miden en peso.
El amasado del hormigón puede realizarse con amasadoras fijas o móviles. Este amasado se podrá realizar de alguna de las siguientes maneras: totalmente en amasadora fija, iniciado en amasadora fija y terminado en amasadora móvil o bien iniciado en amasadora fija y terminado en amasadora móvil antes de su transporte.
El proceso de fabricación de hormigón en una central puede ser de dos tipos:
Fabricación en amasadora. En esta modalidad, las materias primas que constituyen el hormigón se pesan en seco en básculas y se introducen en la amasadora, donde se mezclan con el agua y se homogeneiza la pasta. A continuación, se vierte en el camión hormigonera que se encargará de transportarlo hasta la obra.
Dosificación en planta y mezcla en camión hormigonera. En este caso, las materias primas se pesan y se vierten directamente en la cuba del camión hormigonera, que mezcla los componentes, homogeneiza la masa y la transporta hasta la obra.
Según el proceso empleado, las materias primas se introducen en la amasadora o en el camión hormigonera y se mezclan y homogeneizan mediante el movimiento giratorio de las aspas de la amasadora o de la cuba del camión. El mezclado debe realizarse de manera que se garantice la homogeneidad del hormigón. Se recomienda el uso de hormigoneras para obras pequeñas y la contratación de una planta de fabricación de hormigón para obras medianas y grandes. Si se realiza manualmente, hay que extremar las precauciones durante su elaboración. El agua debe dosificarse por volumen, y el cemento y los áridos, por peso. Para el transporte hasta el lugar de empleo se emplean medios que no alteren la calidad del material ni provoquen una variación sensible en sus características recién amasadas. El tiempo transcurrido desde el amasado no debe superar la hora y media.
Para aclarar algunos de estos aspectos, os dejo un vídeo del profesor Antonio Garrido sobre la fabricación de hormigón. Ha sido realizado por el servicio Polimedia de la Universidad Politécnica de Cartagena. Espero que os guste.
Os dejo también otros vídeos sobre el tema:
Referencias:
ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.
BUSTILLO, M. (2008). Hormigones y morteros. Fueyo Editores, Madrid, 721 pp.
CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.
FERNÁNDEZ CÁNOVAS, M. (2004). Hormigón. 7ª edición, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Servicio de Publicaciones, Madrid, 663 pp.
GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.
TIKTIN, J. (1994). Procesamiento de áridos: instalaciones y puesta en obra de hormigón. Universidad Politécnica de Madrid. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, 360 pp. ISBN: 84-7493-205-X.
YEPES, V. (2026). Fabricación y puesta en obra del hormigón. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 452 pp. Ref. 441. ISBN: 978-84-1396-418-8
El catedrático de la Universitat Politècnica de València e investigador del ICITECH, Pedro Serna, impartió una conferencia en el seminario sobre experiencias internacionales del Hormigón Reforzado con Fibras (HRF) que se realizó en la Universidad Politécnica de Catalunya, BARCELONATECH. Fue un seminario donde colaboró la Asociación de Consultores de Estructuras (ACE).
