Hormigón Autocompactante para aplicaciones convencionales

El hormigón autocompactante (HAC) es uno de los materiales de construcción con mayor proyección y futuro dentro del sector. Son aceptados los beneficios que el HAC ofrece en el caso de la ejecución de estructuras complejas o con alta densidad de armadura. Sin embargo, el empleo del HAC también puede aportar significativas ventajas en la ejecución de las denominadas estructuras convencionales. Si bien estas aplicaciones convencionales pueden realizarse con el hormigón tradicional vibrado, el empleo de HAC permite en estos casos la reducción de los costes globales de ejecución así como también la reducción del plazo de construcción. Complementariamente, existen en la actualidad equipamientos y encofrados especialmente adaptados a las propiedades del HAC para facilitar y acelerar aun más la puesta en obra del hormigón. Ponencia impartida en el Congreso de Hormigón Autocompactante (HAC 2008) Autor: P. Borralleras Mas, BASF Construction Chemicals S.L., España. BASF RESUMEN El hormigón autocompactante (HAC) es uno de los materiales de construcción con mayor proyección y futuro dentro del sector. Son aceptados los beneficios que el HAC ofrece en el caso de la ejecución de estructuras complejas o con alta densidad de armadura. Sin embargo, el empleo del HAC también puede aportar significativas ventajas en la ejecución de las denominadas estructuras convencionales. Si bien estas aplicaciones convencionales pueden realizarse con el hormigón tradicional vibrado, el empleo de HAC permite en estos casos la reducción de los costes globales de ejecución así como también la reducción del plazo de construcción. Complementariamente, existen en la actualidad equipamientos y encofrados especialmente adaptados a las propiedades del HAC para facilitar y acelerar aun más la puesta en obra del hormigón. 1. INTRODUCCIÓN Aunque paso a paso, la consolidación del hormigón autocompactante (HAC) en nuestro mercado avanza sin detenerse. Más allá de las cantidades producidas, este nuevo material para la construcción ya es de conocimiento común, y no solamente por los productores de hormigón. Diversas empresas constructoras y numerosos ingenieros y arquitectos han tenido contacto con el HAC y han podido valorar las ventajas que ofrece respeto al hormigón tradicional vibrado. Es de esperar, en consecuencia, una progresión ascendente de las cantidades producidas de HAC, como ha pasado en otros países europeos como Francia, Italia, Holanda, etc., ya que además de ventajas económicas y de producción, el HAC permite mejorar las condiciones de obra y su entorno debido a la eliminación del vibrado del hormigón, traduciéndose en una sustancial reducción de ruidos y en una minimización de los posibles riesgos de lesiones por parte de los operarios de la obra. 2. COSTES EN CONSTRUCCIÓN Las variables de mayor repercusión en el balance global de los costes de construcción son fundamentalmente el coste de materiales y el coste de mano de obra. Ambas variables han experimentado incrementos en los últimos años, aumentando por lo tanto el coste global de ejecución. Proporcionalmente el coste de mano de obra ha sido el que ha presentado el mayor incremento, con la reflexión añadida que además la calificación y el nivel de los operarios disponibles en general ha decrecido. El progresivo incremento de costes de mano de obra y la menor calificación de los operarios contrasta con el escenario actual en que cada vez aumentan más las exigencias en cuanto a calidad y durabilidad de las estructuras. La puesta en obra es un paso crucial en la construcción de estructuras de hormigón para garantizar su funcionalidad y tiempo de servicio: factores como la correcta compactación del hormigón, el relleno eficiente de las armaduras y el curado afectan de forma muy trascendente sobre la calidad final de la estructura de hormigón. Aun en la actualidad, la mayor contribución en la estadística de fallos en estructuras corresponde a la puesta en obra (por encima de los fallos derivados de materiales y proyecto). 3. USO DEL HAC EN EL SECTOR DEL PREFABRICADO En el sector del prefabricado de hormigón es donde el empleo del HAC se ha consolidado con mayor rapidez, fundamentalmente porqué la evaluación de costes de producción de hormigón y de ejecución es más sencilla y permite apreciar rápidamente las ventajas económicas del hormigón autocompactante (ver Tabla 1). También por supuesto por lo que representa para el ambiente de trabajo, eliminando por completo el constante ruido de los vibradores (reduciendo los riesgos laborales a largo plazo) y también por la mejora de la calidad del producto, especialmente por los mejores acabados que se obtienen. En países como Holanda el HAC ha alcanzado cuotas de uso cercanas al 70%, y con una tendencia aun creciente. En España el sector del prefabricado de hormigón también ha sido pionero en la consolidación del uso del HAC. Su cuota de utilización se estima cercana al 20% y con una progresión ascendente, confirmándose que el empleo del HAC aporta ventajas en reducción de plazos de ejecución, calidad del producto final y mejora de las condiciones de trabajo. 4. APLICACIONES CONVENCIONALES CON HAC El punto de inflexión para la consolidación completa del HAC en nuestro mercado llegará cuando este novedoso hormigón se utilice en lo que definimos como aplicaciones convencionales (edificación en general). En estos casos, la puesta en obra no es problemática y por lo tanto no se requiere HAC para solucionar un problema de ejecución o de calidad de la estructura. El HAC destinado para aplicaciones convencionales, además de la mejora del ambiente de trabajo y de la durabilidad de la estructura, repercute en un ahorro económico debido a la trascendente reducción del tiempo de colocación (incremento de la capacidad productiva) y a la menor implicación de mano de obra. Mientras en Dinamarca la producción de HAC en plantas de hormigón preparado es cercana al 25%, en España es inferior al 2%. De todos modos, su uso creciente confirma su viabilidad y rentabilidad tanto en aplicaciones complejas como en la construcción de estructuras convencionales. 4.1. Hormigonado de forjados Una de las más exitosas aplicaciones para el HAC ha resultado ser la ejecución de forjados y losas. Especialmente para la ejecución de forjados en edificación, por el hecho de representar una aplicación muy frecuente, el HAC se reafirma como un hormigón de uso cotidiano, donde a pesar de su superior coste, ofrece suficientes argumentos y ventajas para resultar en el global un hormigón mucho más económico que el convencional. Las principales ventajas en esta aplicación son las siguientes: • Menor implicación de mano de obra para la colocación del hormigón • Aplicación mucho más rápida, incluso con menos mano de obra • Mejor calidad de la estructura final • Mayor resistencia mecánica • Eliminación de ruidos y mejorar del entorno de trabajo Para el HAC destinado a forjados o losas no son necesarias atenciones especiales para el diseño de éste. Que cumpla con las mínimas condiciones de autocompactabilidad (Slump-flow, L-Box, V-Funnel…) es suficiente para obtener un resultado satisfactorio. Sin embargo, si deberá prestarse atención especial con la estanqueidad del encofrado para evitar fugas de pasta de cemento y en la estabilidad y resistencia de éste, ya que la presión ejercida por el HAC sobre el encofrado es superior a la del hormigón convencional. La gran ventaja del uso del HAC en la ejecución de forjados recae en el significativo ahorro de operarios y a su vez en la reducción del tiempo de aplicación (ver Tabla 2). La reducción en el tiempo de aplicación dependerá del método de hormigonado seguido, oscilando aproximadamente entre el 30% y el 40% menos del tiempo necesario con hormigón convencional. Mientras la aplicación con bomba de hormigón produce los mejores rendimientos, los ahorros de tiempo respeto al sistema tradicional son mayores cuando se hormigona mediante cubilote. Un equipo de dos operarios es suficiente para completar la ejecución de un forjado con HAC: uno encargado del vertido del hormigón y otro ayudando en el extendido. Para las operaciones de alisado no es necesaria la regla vibrante. Aplicando unos ligeros toques con una barra horizontal en la superficie del hormigón extendido se consigue hundir el árido grueso y obtener una superficie completamente lisa. En el caso del vertido del hormigón mediante cubilote, para aumentar al máximo el rendimiento productivo, esta operación debería realizarse mientras se está rellenando de nuevo el cubilote de hormigón. Al igual que con el hormigón convencional, en estructuras de elevada relación superficie/volumen el curado es sumamente importante para minimizar la retracción del hormigón, especialmente ante condiciones adversas (calor, viento, baja humedad…). El curado con agentes filmógenos aplicados inmediatamente después del alisado o simplemente el regado constante con agua son métodos efectivos para la prevención de la desecación superficial del hormigón, que debido a la menor cantidad de agua, resulta más problemática en el HAC que en el hormigón convencional. El empleo de HAC para la fabricación de forjados y en general para edificación se está consolidando en algunas zonas de España como por ejemplo Baleares y Galicia, debido a la promoción realizada por algunos productores de hormigón a constructores e ingenieros y gracias a los buenos resultados conseguidos. 4.2. Hormigonado de soleras y pavimentos El HAC también se ha aplicado con éxito para la construcción de soleras y pavimentos. En este caso la rápida y cómoda aplicación es la principal ventaja. Puede llegarse a reducir el tiempo de aplicación hasta un 60%, sin la necesidad de pasar la regla vibrante y con menor mano de obra implicada. Pero adicionalmente debe también considerarse como ventaja el factor calidad. Es conocida la tendencia a trabajar con elevados contenidos de agua en los hormigones para pavimentación, con las consecuencias que ello implica para la resistencia mecánica, el desgaste superficial y para la durabilidad. La elevada fluidez del HAC hace no necesaria la sobreadición de agua para obtener una cómoda aplicación del hormigón. Incluso en los casos donde se demanda fraguado rápido del hormigón el HAC responde a las expectativas, adecuando la formulación de sus componentes para dicho propósito. Para la ejecución de pavimentos industriales donde se aplican revestimientos monolíticos aplicados en polvo por espolvoreo, el HAC parece ofrecer ciertas limitaciones. Un claro ejemplo de la viabilidad del HAC para aplicaciones convencionales lo hallamos en la localidad de Vilanova del Camí (Barcelona), donde bajo las severas condiciones de verano se ejecutaron con HAC todos los pavimentos de una planta baja de 1435 m2, suponiendo un total de 149 m3 de hormigón. La ejecución de pavimentos es una práctica habitual que puede realizarse perfectamente con hormigón convencional. Para este caso, la decisión de emplear HAC no fue otra que el deseo de realizar la puesta en obra con el mínimo tiempo posible. Para el caso de pavimentos y soleras, el HAC debe poseer una elevada capacidad para fluir, primando por encima de una elevada capacidad de paso y una elevada resistencia a la segregación, ya que la cuantía de armado en estas estructuras es baja. Los valores de Slump-Flow más adecuados están por encima de los 65 cm de escurrimientos y los valores de tiempo de descarga en el ensayo V-Funnel deben ser menores a 8 segundos, para conseguir un HAC que fluya con la mayor facilidad posible (hormigones autocompactables altamente cohesivos dificultan el avance del HAC en estructuras de tipo bidimensional). Generalmente de dos a tres operarios son suficientes para la puesta en obra del hormigón y el acabado del pavimento, en función de las particularidades de la estructura. Al igual que en el caso de los forjados, el alisado del HAC aplicado se realiza simplemente con la acción de una barra horizontal, golpeando suavemente la superficie de hormigón fresco para hundir el árido grueso. No es necesaria la regla vibrante. En esta obra el HAC se aplicó por bombeo, con rendimientos de bomba superiores a los convencionales. Su elevada fluidez y adecuada cohesión permiten al hormigón avanzar libremente por la superficie a hormigonar, directamente de la salida de bomba, sin presentar bloqueo del árido grueso entre los mallazos colocados, permitiendo extender el hormigón prácticamente sin ayuda externa. En los casos donde no se bombea el hormigón, si los accesos son difíciles, puede considerarse la posibilidad de montar un sistema de canaletas a favor de gravedad para servir el hormigón directamente del camión hasta su ubicación final, aprovechando su elevada fluidez. Esta práctica (imposible con el hormigón de consistencia blanda) permite facilitar y acelerar el suministro de hormigón de forma muy significativa. El curado del hormigón para pavimentos es de suma importancia para evitar fisuras originadas fundamentalmente por retracción por secado. Pueden emplearse también fibras de polipropileno con el HAC para el mismo fin que con el hormigón convencional, aunque deberá considerarse que la adición de fibras al HAC reduce su capacidad de fluir y aumenta la cohesión del hormigón, pudiéndose corregir con un aumento de la dosificación de aditivo superplastificante o del contenido de agua. Para esta obra de ejemplo en Vilanova del Camí, si bien inicialmente se habían previsto 3 días de hormigonado para completar la obra, se concluyó el hormigonado de los pavimentos con solamente 2 días de trabajo, obviamente gracias al menor tiempo de ejecución que requiere el HAC en comparación al hormigón convencional, con excelentes resultados en cuanto a resistencias y calidad del hormigón. 4.3. Hormigonado de muros Donde mayores ventajas en cuanto a aumento de producción y mejora de calidad se obtienen con el HAC es en el hormigonado de muros armados. Solamente la eliminación del vibrado permite hormigonar a ritmo continuo y sin interrupciones, con mejor recubrimiento de las armaduras que en el caso del hormigón convencional, y simplemente con un solo operario. Las consideraciones para el diseño del HAC para estas aplicaciones dependerán de la exigencia de acabado y de la altura del muro a hormigonar. Para el caso de muretes de baja altura no existen consideraciones especialmente significativas, sin embargo, si la altura del muro es significativa (a partir de 3 metros), el HAC diseñado deberá poseer una elevada fluidez (Slump-Flow cercano a 70 cm) pero con una elevada resistencia a la segregación, ya que, además de por el efecto de la altura de vertido, la propia columna de hormigón ejecutada podría provocar segregación en el hormigón de la parte baja del muro, causando nidos de grava que alterarían el acabado. La estanqueidad del encofrado es importante ya que las fugas de lechada también provocan nidos de grava en las zonas cercanas a la fuga. La resistencia y estabilidad del encofrado son muy importantes en el caso de los muros. El HAC ejerce más presión sobre el encofrado que el hormigón convencional y podría deformar o incluso romper el encofrado. Se recomiendan encofrados rígidos, no flexibles. No son recomendables los encofrados de madera si no están debidamente reforzados. Asimismo, si se desean acabados de calidad, no puede olvidarse el uso de un desencofrante adecuado para este fin. El método y la velocidad del vertido de hormigón son muy importantes en el caso del hormigonado de muros con HAC, trascendiendo directamente sobre la calidad del acabado. Si la puesta en obra se realiza con cubilote deberá controlarse la velocidad de vertido. Vertidos muy súbitos de hormigón causan un atropamiento de aire que permanece en el interior del hormigón colocado, y cuando se va aumentando la altura de hormigón en el molde el aire atrapado inicialmente tiende a evacuar por presión. Generalmente escapa por la interfase molde-hormigón, donde se encuentra el desencofrante, provocando formas ascendentes de ancho reducido donde se aprecia el lavado de la pasta superficial. Si se desea un buen acabado es imprescindible controlar el ritmo y la altura de vertido para minimizar el aire atrapado. El vertido por cubilote es peligroso puesto que la descarga es súbita y muy rápida. Debe regularse la salida de hormigón colocando un tubo flexible en la salida del cubilote para reducir la altura de caída y minimizar el aire atrapado. Bombeando el hormigón se mejoran los resultados porqué se mantiene un ritmo de vertido constante, gradual y moderado, aunque también debe considerarse la altura de caída, que debería ser inferior a los 2 metros. Los mejores resultados se consiguen bombeando el hormigón por la parte inferior del encofrado, empleando válvulas anti-retorno que pueden montarse sobre el mismo encofrado. De este modo no se atrapa aire durante el vertido y se evita la caída del hormigón y su impacto con las armaduras, que podría causar una ligera segregación suficiente para alterar el acabado. Además de las válvulas anti-retorno mencionadas, que se pueden acoplar al encofrado para permitir la aplicación del HAC desde la parte inferior del muro, existen otros equipamientos especialmente adaptados a las características del HAC para agilizar la puesta en obra, como por ejemplo moldes integrados utilizadazos en la construcción de viviendas. El HAC se empleó en A Coruña en la obra del Centro Das Artes para el hormigonado de muros de hormigón armado de altura superior a 4 metros y con exigencia de acabado arquitectónico. Evidentemente, al hormigón se le exigía un acabado impecable, que permitiese dibujar en su superficie las vetas de la madera, minimizase las juntas y permitiese hormigonar tramos de elevada longitud y cuatro metros de altura, además de cumplir con su misión estructural rellenando perfectamente zonas de alta densidad de armado. Para lograr la calidad de acabado exigida, el hormigón se aplicó por bombeo desde la parte baja del encofrado, con la mínima intervención de personal. 5. CONCLUSIONES El uso de HAC no debe restringirse solamente para los casos de puestas en obra complejas, donde puede llegar a ser incluso imprescindible. Las aplicaciones más convencionales para obras de edificación donde actualmente se emplea hormigón de consistencia blanda pueden también realizarse con este hormigón, reduciendo el tiempo de ejecución y la implicación de personal, mejorando las condiciones y el entorno de la obra y especialmente garantizando la calidad de la estructura con independencia de la calificación de los operarios de la obra, reduciendo por lo tanto los fallos estructurales producidos por una negligente compactación del hormigón. El HAC representa una garantía de calidad en todos los aspectos y resulta económicamente beneficioso para el constructor en prácticamente todos los casos. REFERENCIAS AGUADO, A. (2002). La Estrategia de Futuro en el Empleo de Aditivos. Ejemplo de Obras Singulares de Hormigón de Última Generación, en Cemento Hormigón, Nº 839. Agosto, pp 34- 42. BORRALLERAS, P. (2006). Viviendas en Pilas, en Admixtures News. BASF, Nº 6. RODRÍGUEZ, J.A. (2006). Centro das Artes, en Admixtures News. 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