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• Lizet Mejia

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CAPITULO I: INTRODUCCIÓN

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La demanda cada vez mayor de la población y el crecimiento acelerado del sector de la construcción en el Perú, está obligando a los constructores y diseñadores a pensar en el crecimiento vertical como la opción más viable a esta problemática, es por ello que estos últimos años se están construyendo edificios cada vez más altos y con solicitaciones mucho más exigentes, y siendo , el concreto el material más usado en la construcción necesita adaptarse a los nuevos requerimientos cada vez más específicos, y de este hecho es que nosotros podemos hablar de un concreto de alta resistencia, un concreto que justamente sea elaborado para solucionar dichos problemas. Debido a esta demanda, se plantea realizar una investigación en el uso del SUPERCONCRETO; debido a que hay muy poco antecedente del uso de este material en el Perú.

1.2. JUSTIFICACIÓN Debido a la necesidad cada vez más grande de realizar construcciones en altura, elementos prefabricados de altas prestaciones, y cualquier otra solicitación que requieran concretos de alta resistencia, se cree necesario realizar una investigación sobre el SUPERCONCRETO. Dado que es un nuevo material del cual se sabe muy poco; y del cual se obtuvieron buenos resultados de investigación en otros países logrando sustituir a un producto largamente usado como es el concreto. Por tanto, se ha propuesto realizar esta investigación, la cual brindara información sobre el comportamiento de las mezclas del superconcreto y los usos en el Perú.

1.3. OBJETIVOS 1.3.1. GENERAL 

Conocer, estudiar el comportamiento y el uso del superconcreto en la construcción

1.3.4. ESPECÍFICOS



Conocer las proporciones y los procedimientos para obtener superconcreto



Analizar la viabilidad del uso de superconcreto, en el Perú, como una nueva opción.

2. CAPITULOII: MARCO TEÓRICO 2.1. DEFINICIÓN •

El superconcreto es un material sumamente dúctil, una cualidad nueva para el concreto, que utiliza fibras metálicas, orgánicas e incluso sintéticas.

•

El superconcreto es una creación moderna que está cambiando la manera en que vemos la construcción, ya que este tiene una resistencia mayor al del concreto original.

•

La resistencia a la compresión es sólo uno de los factores que determinan si un concreto se puede considerar como de alto desempeño. El Comité 363 del ACI específica que un concreto puede definirse como un superconcreto de acuerdo con la facilidad de colocación, las propiedades a largo plazo, la resistencia a edad temprana y la durabilidad en ambientes severos, entre otros factores.

2.2.

COMPONENTES CEMENTO DE SILICE

AGREGADOS DE PIEDRA CALIZA

AGUA

FIBRA DE VIDRIO.

POLIPROPILENO

2.3.

PROPIEDADES DEL SUPERCONCRETO

Los concretos de alta resistencia tienen algunas características y propiedades que son diferentes de las de los concretos de menor resistencia. Los cambios internos resultantes de cargas sostenidas y términos más cortos, así como las condiciones ambientales diferentes los hace distintos. 2.3.1 Módulo de elasticidad En 1934, se informó de los valores por el módulo de elasticidad determinado, como la cuesta de la tangente a la curva esfuerzodeformación uniaxial de compresión a 25 por ciento de tensión del máximo de 29GPa a 36GPa para hormigones que tienen resistencias a compresión que van de 69MPa a 76Mpa. Muchos otros investigadores han informado valores por el módulo de elasticidad de concreto de alta resistencia solidifica del orden de 31 a 45 GPa, que dependen principalmente del método de determinar el módulo. Una comparación

de valores determinados experimentalmente para el módulo de elasticidad son aquellos por la expresión dada de ACI 318, Sección 8. 5 para concretos de resistencia baja, y se basó en un peso de la unidad seco de 2346 kg/m3. En el caso de estos concretos con una alta resistencia a compresión muy temprana, existe la posibilidad de que, a causa de una cantidad limitada de hidratación, la adherencia entre el agregado

y

la

matriz

no

se

desarrolle

proporcionalmente.

En

consecuencia, con resistencia alta a edades muy tempranas, la resistencia a la flexión y el módulo de elasticidad es probable que sea más bajo de lo que se esperaría de las relaciones usuales entre estas propiedades y la resistencia a compresión. 2.3.2 Módulo de ruptura Los valores informados por varios investigadores

para el módulo de

ruptura de peso ligero y el peso normal del concreto de alta resistencia caen en el rango de 7.5 √fc a 12√fc, donde ambos el módulo de ruptura y la resistencia de compresión se expresa en psi. La ecuación siguiente fue recomendada para la predicción de la resistencia de tensión de concreto de peso normal como medido por el módulo de ruptura fr de la resistencia de compresión. 2.3.3 Resistencia de fatiga Los datos disponibles en la conducta de fatiga de concreto de alta resistencia son muy limitados Estudios muestran que de la resistencia de fatiga en compresión axial de concreto de alta resistencia, con unos cubos de 102 mm a fuerza de compresión de 76.9 Mpa, se encontró que después de un millón de ciclos, la resistencia de especímenes sujetada a carga repetida varió entre 66 y 71 por ciento de la resistencia estática para un nivel de tensión mínimo de 1250 psi (8. 6 MPa). Los valores más bajos se encontraron para el concreto de alta resistencia y para concreto hecho con los tamaños más pequeños en el agregado grueso, pero la magnitud real de la diferencia fue pequeña.

2.3.4 Propiedades térmicas Las propiedades térmicas del concreto dependen de diversos factores tales como cantidad de cemento, relación agua/cemento, utilización de agregados ligeros y de la cantidad de aire incorporado. Mientras mayor sea la relación agua/cemento, más aislante es la estructura, de la misma manera, mientras mayor es la incorporación de agregados ligeros aislantes, mayor es el aislamiento térmico. Las propiedades térmicas de estos concretos de alta resistencia caen dentro del rango aproximado que el de los concretos de resistencia baja. Las propiedades térmicas del concreto endurecido que tienen importancia son tales como la conductividad térmica, calor específico, difusividad térmica y el coeficiente de expansión térmica. La conductividad térmica es la razón a la que pasa el calor a través de un material de área y espesores unitarios, en donde se tiene un cambio unitario en la temperatura entre las dos caras del material. 2.4.

MEZCLA

Los datos necesarios para poder diseñar una mezcla son los siguientes: a) CEMENTO: Son recomendables los

tipos

I

y

II,

con

contenidos

significativos de silicato tricálcico (mayores que los normales), módulo de

finura

alto

y

composición

química uniforme. b) GRAVA:

De

alta

resistencia

mecánica, estructura geológica sana, bajo nivel de absorción, buena adherencia, de tamaño pequeño y densidad elevada. c) ARENA: Bien graduada, con poco contenido de material fino

plástico y módulo de finura controlado (cercano a 3.00). d) AGUA: libre de material orgánico, ácidos y grasas.

e) ADITIVOS:



Polipropileno.- Es una especie de polímero líquido el cual es agregado a la mezcla de concreto se utiliza como aditivo el cual le dará dureza a la mezcla al secar y reducirá los volúmenes de agua necesarios para obtener una mezcla eficiente. Este polímero le dará una consistencia chiclosa a la mezcla la cual no será fácil de trabajar, además que reducirá el tiempo de secado del concreto.



Fibra de vidrio.- Este complemento es uno de los más indispensables en la mezcla ya que con la ayuda de las fibras el concreto puede resistir esfuerzos a tención sin fracturarse. El trabajo de las fibras es, adherirse al concreto con la ayuda del polímero, trabajar y absorber los esfuerzos a tensión, por lo tanto, las fibras de vidrio impiden que el concreto se separe (agriete) a la hora de que este esté trabajando a tensión.

2.5.

PROPORCIONES MEZCLA Las relación de agua/cemento es la de (0.25 a 0.35), mezclado previo del cemento y del agua con revolvedora de alta velocidad, empleo de agregados cementantes, período de curado más largo y controlado, compactación del concreto por presión y confinamiento de la mezcla en dos direcciones.

2.6.

PROCEDIMIENTOS PARA LA MEZCLA TRADIOCIONAL

1. Determinar el cemento a utilizar, dependiendo de las características que estos posean. Necesitarás dos veces más arena y tres veces más grava para llevar a cabo una buena mezcla.

2. Prepara los accesorios. Estos contienen una pala y una carretilla de obra. 3. Preparar la arena con la grava que usarás para la mezcla seca. Haciendo uso de una pala medir las proporciones, que son: 1 parte de cemento, 2 de arena y 3 de grava. De esta manera ve echando los materiales juntos en la carretilla. Por ejemplo, una carretilla normal puede llenarse con 2 paladas de cemento, 4 de arena y 6 de grava. Si vas a usar grandes cantidades puedes empezar con 4, 8 y 12. 4. Combina muy bien los ingredientes con la pala y asegúrate de que quede bien homogéneo. 5. Añade agua a la mezcla Hecha un poco de agua (la mitad de un galón), sobre la mezcla seca. Controla la cantidad que vas agregando para que la consistencia no se pierda mediante humedeces la mezcla. 6. Inicia con ¾ de la mezcla seca. En la misma carretilla, en otro contenedor o en el suelo utilizando una lona, remueve ¾ de la mezcla seca con toda el agua. Esta primera mezcla estará algo empapada por la gran cantidad de agua (pero así es más fácil de remover). Añade el resto de la mezcla seca al cemento empapado. Con ayuda de un rastrillo mezcla todo hasta que quede espeso y húmedo (pero ya no empapado). 7. Derrama el cemento rápidamente en el área deseada del proyecto de construcción. Esto ha de hacerse lo antes posible después de la mezcla húmeda.

En términos generales, el procedimiento de mezclado requiere, entre otros factores, mezclado previo del cemento y del agua con una revolvedora de alta velocidad, uso de aditivos, empleo de agregados cementantes, periodo más largo de curado, de ser posible con agua, compactación del concreto por presión y confinamiento del concreto en dos direcciones. 2.7.

RESISTENCIA

El estudio de los primeros elementos de concreto

donde

las

fibras

eran

colocadas de manera homogénea en la mezcla de cemento y agregados pétreos,

pero

con

una

disposición

aleatoria, generaba elementos que quedaban reforzados en todos sentidos. Curiosamente, una viga de concreto sometido a un esfuerzo cortante en cualquiera de sus secciones soportaba el valor a la tensión de la fibra involucrada, pero multiplicado por todos los puntos donde se estaba generando la rotura. Y estos valores resultaron ser superiores al compararlos con los elementos armados con acero de refuerzo de manera tradicional. El SUPERCONCRETO en particular está diseñado atendiendo a que las fibras de refuerzo obedezcan una precisa disposición en lo que técnicamente se denomina la matriz de refuerzo. 2.8. •

CARACTERÍSTICAS Alta especificación, el uso de fibras y su capacidad de auto colocación o auto compactación.

•

Se puede comenzar a diseñar estructuras mucho más ligeras para una

misma

carga,

y

si

la

estructura

es

más

ligera,

consecuentemente requiere de menores apoyos y de una menor cimentación. •

Al carecer de una estructura interior de acero, el concreto se puede moldear de maneras diferentes a las tradicionales.

CAPITULO III: MARCO REFERENCIAL 3.1 ANTECEDENTES EN EL USO DE CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA EN EL PERÚ En el Perú se realizó el “Edificio Capital” llegando a utilizarse un concreto con resistencias de 500 kgf/cm².

También se construyó la “Torre de Clinker” el segundo edificio industrial más alto del Perú, hasta que construyeron la torre de cementos Yura, este contó con elementos estructurales donde se llegó a una resistencia cerca de los 700 kgf/cm².

The Westin Lima Hotel: es un hotel cinco estrellas ubicado en la ciudad de Lima, que pertenece a la cadena de hoteles Westin, de la firma Starwood Hotels. La

torre

principal

tiene

una

planta

cuadrada de aproximadamente 31m Por lado, con 118mde altura. Los primeros pisos tienen 6.4m de altura y los pisos típicos 3.2m. Por lo que su altura equivale a 40 pisos de aproximadamente placas

y

3m.cada

columnas

tienen

uno.

Las

resistencias

superiores a los 420 kgf/ cm². Desde el quinto sótano hasta el piso 9. Luego, desde el piso 10 al 20 se tiene un concreto de 350kgf/cm² y se continúa hasta el último piso con 280kgf/cm². 3.2 PERSPECTIVAS DE DESARROLLO DE LOS SUPERCONCRETOS EN EL PERÚ Quizás, el problema es el mercado, en el Perú solo el 10% del concreto proviene de las plantas de premezclado, quienes son las únicas que podrían preparar los concretos de alto desempeño. Por tanto y en este sentido el uso de los concretos premezclados es aún muy restringido y a

corto plazo y aún mediano, crecerá de manera lenta. Sin embargo se verá aplicaciones futuras en edificios altos, puentes, silos y otras obras especiales. Un factor clave para el desarrollo de estas tecnologías en nuestro país será en los próximos años el uso de la ceniza volante proveniente de plantas termoeléctrica como la de Ilo, este producto reducirá los costos de los concretos de alto desempeño y se podrán alcanzar los requerimientos deseados a un costo menor. Pues es muy claro que no es posible desligar el aspecto técnico del económico fácilmente, sobre todo en un país en que la sismicidad es significativa, por lo cual toma mayor importancia. CAPITULO IV: COSTOS Y BENEFICIOS 4.1 VENTAJAS La principal ventaja que ofrecen los productos prefabricados Respecto a los elementos ejecutados “in situ”, es: •

La notable calidad de los materiales y los acabados.

•

De esta manera, se reduce significativamente el espacio necesario para acopio y producción de piezas en obra, así como el tiempo de ejecución del edificio. Este hecho conlleva que los costes globales de la obra también se reduzcan.

•

Los operarios de la industria de prefabricados son obreros con mayor 5 especialización y calificación que las cuadrillas de trabajos de construcción “in situ”. Eso deriva en una reducción significativa de los accidentes laborales de los trabajadores.

•

La producción se realiza en un espacio dónde las condiciones de contorno están controladas, la gestión de los residuos generados es substancialmente más eficaz.

•

En general, las ventajas económicas del concreto de

alta

resistencia son más parecidas cuando éste es usado en las columnas de edificios muy altos (rascacielos). •

Se puede introducir mayor pre esfuerzos en el concreto de alta resistencia y se puede evitar la destrucción del concreto durante la entrega y manipulación.

•

La mayor reducción de agua acelera el endurecimiento del concreto y puede facilitar la temprana introducción

del pre

esfuerzo. •

Con alta resistencia, la sección transversal de la estructura puede reducirse, lo que da como resultado la reducción de la carga muerta, lo cual es favorable para edificios altos, puentes de gran luz y para la estabilidad bajo la acción de sismos. La reducción de peso también contribuye a diseños económicos de diferentes estructuras sin sacrificar buenas propiedades del concreto.

•

Debido a la estabilidad química, se requiere mucho menos mantenimiento para puentes de concreto que para puentes de acero.

•

La

trabajabilidad

mejorada,

así

como

la

baja

relación

agua/cemento, mejora la impermeabilidad del concreto.

4.2 DESVENTAJAS •

Aunque los progresos en la cuestión han sido notables, el mayor inconveniente que tiene en la actualidad la construcción industrializada respecto a la construcción convencional sigue siendo la rigidez que provocan los elementos prefabricados en el diseño del proyecto.

•

Por mucha versatilidad que tenga la planta de producción, es inviable que ofrezca la misma gama de formas y acabados que la construcción artesanal.

•

En una construcción industrializada es complejo diversificar los componentes

en

diferentes

industriales

debido

a

la

incompatibilidad entre las distintas marcas comerciales •

Las soluciones actuales de uniones entre diferentes elementos estructurales de hormigón prefabricado no garantizan en su totalidad el monolitismo, con lo que no resultan eficaces sin realizar intervenciones “in situ”, especialmente en zonas sísmicas.

4.3 COSTOS En nuestro país, no es frecuente el empleo de aditivos por la creencia generalizada de que su alto costo no justifica su utilización en el concreto de manera rutinaria; pero si se hace un estudio detallado del incremento en el costo del m3 de concreto (incremento que normalmente oscila entre el 0.5 al 5% dependiendo del producto en particular), y de la economía en mano de obra, horas de operación y mantenimiento del equipo, reducción de lazos de ejecución de las labores, mayor vida útil de las estructuras etc., se concluye en que el costo extra es sólo aparente en la mayoría de los casos, en contraposición a la gran cantidad de beneficios que se obtienen. En las zonas de la Sierra del Perú donde se producen cielos de hielo y deshielo, así como alternancias de temperatura que inducen fases de clima cálido y frío en un tiempo corto, es necesario el empleo de aditivos incorporadores de aire y acelerantes de fraguado para conjurar estos efectos, adicionalmente a las consecuencias no investigadas aún de la implicancias de la altura en el comportamiento del concreto. En los más de cinco mil Kilómetros de Costa con ciudades y pueblos aledaños

donde se emplea concreto armado en la construcción, es imperativo el uso de reductores de agua que hagan el concreto más impermeable y durable contra la corrosión de las armaduras. En la Selva lejana aún desconocida en muchos aspectos, el empleo de agregados marginales es un reto para el desarrollo de soluciones técnicas regionales, donde la gran cantidad de resina vegetales disponibles, ofrece un campo ideal para el desarrollo de aditivos que pudieran colaborar en resolver dichos problemas.

CONCLUSION 

En

el

Perú

no

se

usan

aditivos

para

convertirlos

SUPERCONCRETOS (concretos de alta resistencia),

en

por su alto

costo, los precios elevados de estos por ser el mercado pequeño y la poca investigación en cuanto a sus posibilidades en nuestro medio, trae como consecuencia el que en términos de desarrollo tecnológico en el Perú, la experiencia en su empleo es limitada sólo a algunos proyectos de cierta importancia, no existiendo una tecnología local organizada que comparta, aproveche y difunda los avances internacionales en este campo.

RECOMENDACIONES

1. El concreto de alta resistencia es recomendable tanto en costo como en vida útil para estructuras donde el esfuerzo en compresión es muy alto y las dimensiones de los elementos son exagerados, también en suelos agresivos. 2. Para alcanzar la alta resistencia y durabilidad se debe tener en cuenta : 

La adecuada selección de materiales.



Excelente dosificación.



Excelente proceso de elaboración y puesta en obra.



Adecuado control de calidad.

3. Para concretos de alta resistencia o superconcreto se recomienda el uso de rocas plutónicas por no presentar porosidad 4. Requiere excelentes condiciones de curado, El curado de las muestras debe iniciarse antes de que transcurran 30 minutos después de retirados los moldes (NTC 550). Éstas deben permanecer completamente sumergidas y se deben ensayar de acuerdo con lo contenido en la norma NTC 67 5. Cualquier adición de agua, cemento o aditivo en obra alterará su diseño, perjudicando la calidad de concreto.