Hormigón translúcido con fibra óptica

PROYECTO FINAL DE CARRERA “HORMIGÓN TRANSLÚCIDO CON FIBRA ÓPTICA” JUNIO 2011 Alumno: Mª CRUZ MARTÍNEZ BOSCH Tutor: LUÍS V. GARCÍA BALLESTER UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA DE EDIFICACIÓN PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 1 PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 2 ÍNDICE 1.- PRESENTACIÓN..................................................4 2.- OBJETIVOS..........................................................6 3.- INTRODUCCIÓN..................................................8 4.- ESTADO DEL ARTE..........................................11 4.1.- Antecedentes históricos..............................................12 4.2.- Tipologías de hormigón translúcido.............................14 4.3.- Cuadro comparativo de las tipologías de h.t.................19 4.4.- Materiales empleados en los hormigones.....................20 4.4.1.- Árido grueso....................................................20 4.4.2.- Árido fino........................................................21 4.4.3.- Cemento..........................................................22 4.4.4.- Agua................................................................23 4.4.5.- Aditivos...........................................................23 4.4.6.- Dosificación del hormigón...............................24 4.4.7.- Fibra óptica.....................................................25 4.5Tipos de hormigón........................................................34 4.6.- Características del hormigón translúcido.....................37 4.7.- Métodos de ensayo......................................................38 5.- PLAN EXPERIMENTAL.....................................42 5.1.- Descripción de la experimentación..............................43 5.2.- Dosificación del hormigón...........................................43 5.3.- Realización de probetas...............................................45 PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 3 5.4.- Equipo experimental...................................................47 5.5.- Ensayos a realizar.......................................................49 5.6.- Realización de paneles................................................51 6.- RESULTADOS……………………………………….53 7.- CONCLUSIONES................................................55 8.- FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN.........58 9.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................60 10.- ANEJOS...........................................................62 PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 4 1.- PRESENTACIÓN PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 5 El presente proyecto ha consistido en la investigación del hormigón translúcido, para su posible utilización como paneles en particiones interiores. Para llevarlo a cabo se ha propuesto un programa experimental, que será detallado en profundidad más adelante. Puesto que ha sido imposible la realización del método experimental por la falta de uno de los componentes principales del material a estudiar, como más adelante explicaremos, se expondrá el proceso que estaba previsto realizar, pero no se podrán mostrar los resultados a los ensayos que se pensaban llevar a cabo. Por último se redactan las conclusiones que podemos extraer sobre el estudio de este material, y las posibles futuras líneas de investigación a seguir para llegar a un conocimiento más extenso de este material. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 6 2.- OBJETIVOS PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 7 Introducción La idea de realizar este proyecto surge de la necesidad de poder fabricar hormigón translúcido para su posterior aplicación como paneles prefabricados. El problema para su fabricación llega en el momento en el que se intentan realizar los encofrados para su realización, y en este punto en donde principalmente basaremos el estudio para la realización de este proyecto. Objetivos Los objetivos generales para la realización de este proyecto serán el estudio de las características y composición del hormigón translúcido para su fabricación en el sector de la prefabricación, para lo cual se van a estudiar dosificaciones con diferentes contenidos de fibra óptica, y la influencia que estas fibras pueden tener en la puesta en obra o vertido del hormigón, y si fuera posible diseñar un encofrado que permita su aplicación industrial. Para llevar a cabo nuestros objetivos realizaremos las siguientes fases: REALIZACIÓN DE PRUEBAS DESARROLLO DE LOS ENSAYOS CONCLUSIONES ANÁLISIS DE RESULTADOS PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 8 3.- INTRODUCCIÓN PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 15 − Las paredes de pavés no tienen función estructural, mientras que una partición realizada con hormigón, puede tener función estructural y resistir esfuerzos. - Hormigón translúcido manual Los estudiantes de ingeniería civil Joel Sosa Gutiérrez de 26 años y Sergio Omar Galván Cáceres de 25 años, de procedencia mejicana, crearon en el 2005 el hormigón translúcido. Según el folleto comercial del producto, su fabricación es igual a la del hormigón común. Para ello se emplea cemento blanco, agregados finos, agregados gruesos, fibras de vidrio, agua y algunos aditivos extras. El aditivo "ilum" es único en el mundo, ya que le confiere al hormigón 15 veces más resistencia 4,500Kg./cm2 con nula absorción de agua, permite el paso de la luz, es traslúcido, tiene un peso volumétrico 30 por ciento inferior al comercial y puede ser colado bajo el agua. La matriz utilizada en la formulación de este hormigón fue del tipo aglutinante, para darle la rigidez necesaria, pero puede ser cualquier matriz o aglutinante polimérico. En la formulación también se utiliza cemento tipo Portland, preferentemente blanco. Los agregados utilizados en la fabricación y formulación fueron fibras de vidrio, sílice, sílice sol coloidal y fibras ópticas. También pueden utilizarse elementos pétreos como agregados, por ejemplo gravas, arenas, etc. La matriz o aglutinante epoxídico utilizado para Ia formulación de este hormigón, es el éter diglicidílico del bisfenol A (DGEBA), que es deshidratado a vacío a 80° C durante 8 horas antes de su empleo. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 16 El endurecedor utilizado es dietilentriamina (DETA), que debe ser deshidratada sobre tamices moleculares antes de su empleo. Se utilizaron fibras de vidrio de hilos cortados, y fibras molidas de longitudes mayores a los 0.02 mm., con la función de mejorar las resistencias a compresión, flexión, tensión y torsión. Las fibras ópticas utilizadas en la formulación de este hormigón son, un fino hilo de vidrio o plástico que guía la luz. Los tipos de fibras utilizadas son fibras monomodo y vírgenes, es decir, en su estado puro y sin recubrimientos cuya finalidad es hacer que transcurra más fácilmente la luz a través del hormigón. Como aditivos se usan pigmentos; agentes antiestáticos para eliminar la electricidad estática; agentes de puente para favorecer la unión a la matriz y dar resistencia y protección contra el envejecimiento; agentes lubricantes para dar protección superficial y agentes fumógenos colantes para dar integridad, rigidez, protección e impregnación, sales metálicas, agentes tixotrópicos (hojuelas de materiales inorgánicos, microesferas de vidrio, carbonates de calcio, dióxido de silicio, etc.), agentes retardadores de llama (elementos que contienen cloro, bromo, fósforo, etc. ), y agentes de protección UV (estabilizadores). Sílica sol, también conocido como hidrosol de sílice, es una solución coloidal de alta hidratación molecular de partículas de sílice dispersas en agua. Es inodoro, insípido y no tóxico. Su fórmula química molecular es mSiO2 nH2 O. Su función es servir como desecante, agente de vínculo, adhesivo y dispersante. La sílice entre un 0.5 y un 10 % del peso de la resina, deberá de utilizarse para que una vez fraguado, proporcione una mayor resistencia y dureza al hormigón. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 17 Las características mecánicas como la resistencia a compresión de un hormigón translúcido con matriz epoxi (bisfenol - A) es de hasta 220 MPa. Además de que deja pasar la luz sin distorsión alguna. Las características mecánicas como la resistencia a compresión de un hormigón translúcido con matriz policarbonatada es de hasta 202 MPa, además de que deja pasar la luz sin distorsión alguna. Es de apreciarse la buena dispersión de los agregados, aditivos y sobre todo, de la matriz. La dirección de las capas es paralela a la dirección del vaciado. Tiene un secado laminar en el mismo sentido en que es colado. Presenta una buena cristalización en las partes más altas, y decrece un poco al acercarse al extremo inferior. Fig 2. Hormigón trasnslúcido manual - Litracón (Light Translucent Concrete) El arquitecto Aron Losonczi ha desarrollado un nuevo tipo de material traslúcido que crea bellos juegos de luces y formas. Es un hormigón tradicional con un arreglo tridimensional de fibras ópticas y/o fibras de vidrio. Para formarlo se utilizan miles de fibras ópticas con diámetros que van de dos micrones a dos milímetros, las cuales se ordenan en capas o celdas. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 18 Litracón es una combinación de fibras ópticas que puede ser producido en bloques y paneles prefabricados. La mezcla de fibras crea una especie de cristal fino dentro de los bloques que permite transferir la luz a través del muro, creando los efectos muy interesantes con la luz. Fig 3. Hormigón translúcido Litracón Una pared realizada con LitraCon tiene la solidez y resistencia del hormigón tradicional y además, gracias a las fibras de cristal que se le han incorporado, tiene la posibilidad de permitir visualizar las siluetas del espacio exterior. Miles de fibras ópticas forman una matriz, y corren entre si en forma paralela, entre las dos superficies principales de cada bloque. Las fibras se integran en el hormigón como añadido y la superficie obtenida sigue recordando al hormigón homogéneo. El material es translúcido porque las fibras de vidrio llevan la luz en forma de pequeños puntos a partir de una cara iluminado a la cara del bloque opuesto. Debido a los millares de fibras ópticas paralelas, la imagen del lado más claro de la pared aparece en el lado más oscuro sin ningún PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 19 cambio. En teoría, una pared construida con esta nueva tecnología podría tener hasta 20 metros de espesor sin reducir la capacidad característica de las fibras ópticas de trasmitir la luz. 4.3.- Cuadro comparativo de las diferentes tipologias LITRACÓN H.TRANSLÚCIDO MANUAL Su creador es Aaron Losonczi Creadores: Joel Sosa y Sergio Omar Galván Compuesto por hormigón tradicional + fibras ópticas Cemento blanco, agregado fino, agregado grueso, fibras, agua y aditivo “Ilum” Pieza más grande 30x60 cm Pasta translucida acoplable a volúmenes Resistencia de 250 a 900 kg/cm² Resistencia de 2500 a 4500 kg/cm² Peso volumétrico 2100 a 2400 kg/m³ Peso volumétrico 1900 a 2100 kg/m³ Permite ver reflejos de siluetas del otro lado Permite paso de luz hasta 70% Resistencia final alcanzada a los 28 días Resistencia final alcanzada en 7 días PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 20 4.4.- Materiales empleados en los hormigones Para poder escoger los materiales que utilizaremos para la fabricación del hormigón translúcido, debemos realizar un estudio previo sobre todas las posibilidades de que disponemos, atendiendo a sus características, para posteriormente poder realizar la elección que permita que las especificaciones del hormigón a realizar sean las deseadas. 4.4.1.- Áridos gruesos Una de las cosas que hay que tener en cuenta a la hora de fabricar un hormigón es la elección del árido grueso a emplear. Dependiendo de su origen podemos encontrar: − Áridos naturales rodados: que nos proporcionan una mayor resistencia a compresión, mejor trabajabilidad, menos cantidad de agua y mayor limpieza. − Áridos naturales triturados: que nos proporcionan una mayor resistencia a tracción, mayor adherencia y menor trabajabilidad. − Áridos artificiales. Para realizar la elección del árido hay que considerar también que debe asegurarse para el hormigón resultante una buena durabilidad, que sea estable y no se altere por el ambiente, una buena adherencia del árido a la pasta de cemento, facilidad de la puesta en obra del hormigón, y que no se produzca segregación. El tamaño máximo del árido grueso será menor que 0,25 de la dimensión mínima de la pieza a hormigonar. Cuanto mayor es el tamaño máximo del árido, es necesaria menos agua para el amasado, y menor contenido de cemento para una resistencia dada del hormigón. También hay que fijarse en la granulometría, se debe asegurar una graduación de tamaños que reduzca los huecos, y una limitación de los PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 21 finos que precisan un mayor aporte de agua. La granulometría y la forma del árido deben mantenerse constantes durante la fabricación del hormigón. Las granulometrías pueden ser, continuas, es decir, con todos lo tamaños de áridos, que proporciona un hormigón más regular, compacto y resistente, o discontinuas, es decir, que faltan tamaños entre medias. 4.4.2.- Áridos finos ( Arena ) También son importante para la fabricación del hormigón los siguientes aspectos a destacar de la arena. Se considera árido fino, cuando su tamaño es inferior a 4,75 mm. Los áridos finos se pueden clasificar según su tamaño en: − Arena fina: sus granos pasan por un tamiz de mallas de 1mm de diámetro y son retenidas por otro de 0,25 mm. − Arena media: sus granos pasan por un tamiz de 2,5 mm y son retenidos por otro de 1 mm. − Arena gruesa: sus granos pasan por un tamiz de 5 mm y son retenidos por otro de 2,5 mm. Las arenas de granos gruesos dan lugar a morteros más resistentes que al utilizar arenas finas, pero tienen el inconveniente de necesitar mucha más pasta de conglomerante para rellenar sus huecos. Un agregado fino con partículas de forma redondeada y textura suave requiere menor cantidad de agua de mezclado. Las experiencias indican que las arenas finas producen hormigones con consistencia pegajosa y de difícil compactabilidad. Las medias y las gruesas dan mejor resultado en cuanto a trabajabilidad y resistencia a compresión. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 22 4.4.3.- Cemento Los tipos de cementos que se pueden distinguir según la norma UNEEN 197-1:2000 sobre cementos comunes son los siguientes: Tipo de cemento Denominación Designación I Cemento portland CEM I II Cemento portland con aditivos CEM II III Cemento portland con escorias de alto horno CEM III IV Cemento puzolánico CEM IV V Cemento compuesto CEM V • Cemento tipo I: Cemento portland destinado a obras de hormigón en general, cuando en la misma no se especifique la utilización de otro tipo (edificios, estructuras industriales...) Libera más calor de hidratación que otros tipos de cemento • Cemento tipo II: De moderada resistencia a los sulfatos, es el cemento portland destinado a obras de hormigón en general y obras expuestas a la acción moderada de sulfatos, o donde se requiera moderado calor de hidratación (tuberías de hormigón, puentes...) • Cemento tipo III: Alta resistencia inicial, como cuando se necesita que la estructura de hormigón reciba carga lo antes posible o cuando es necesario desencofrar a los pocos días del vaciado. • Cemento tipo IV: Cuando se requiere bajo calor de hidratación y no deben producirse dilataciones durante el fraguado • Cemento tipo V: Usado donde se requiera una elevada resistencia a la acción concentrada de los sulfatos (canales, alcantarillas...) PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 23 4.4.4.- Agua La función del agua en la mezcla es conferir plasticidad para que el hormigón sea trabajable y provocar la reacción química que produce el fraguado. 4.4.5.- Aditivos Los aditivos son materiales que se incorporan al hormigón para mejorar o modificar sus propiedades. Pueden ser de varios tipos, ahora comentaremos las más utilizadas, y que serían útiles para las características que debe poseer nuestro tipo de hormigón. - Plastificantes: Se definen como aditivos que permiten, para una misma docilidad, una reducción de la cantidad de agua en un hormigón dado o que, para una misma cantidad de agua aumenta considerablemente esta docilidad o ,incluso permiten obtener ambos efectos simultáneamente. El aumento de docilidad permite la colocación del hormigón en estructuras complicadas, con alta densidad de armadura o con efectos superficiales especiales sin necesidad de incrementar la cantidad de agua de amasado y por consiguiente la dosis de cemento para obtener las resistencias especificadas. La disminución de la dosis de agua y en consecuencia la relación agua-cemento, manteniendo una determinada trabajabilidad, permite aumentar la compacidad del hormigón y, por consiguiente su resistencia, impermeabilidad y durabilidad. Por la misma razón, la retracción y en consecuencia, la tendencia a la fisuración se ven disminuidas. − Aceleradores del fraguado: Son productos que adelantan el inicio de fraguado y aceleran el endurecimiento, permitiendo la obtención de resistencias más altas a edades tempranas. Los aceleradores producen un aumento de la resistencia inicial del hormigón, principalmente en los primeros días, acortando, además, los tiempos inicial y final de fraguado. Por estas carcaterísticas,los PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 24 aceleradores son utilizados cuando se desea reducir el tiempo de espera para la puesta en servicio de un elemento estructural, y para atenuar el efecto retardador producido sobre las resistencias iniciales del hormigón en los períodos de baja temperatura. − Incorporador de Aire: es un aditivo especialmente diseñado para incorporar microburbujas de aire al hormigón, lo que permite un hormigón con una alta resistencia a los ciclos hielo – deshielo, mayor trabajabilidad y menores riesgos de exudación − Inhibidor de Retracción: reduce en forma significativa la fisuración por retracción plástica y de secado. − Aditivo Expansor: es un aditivo diseñado para hormigones que necesiten propiedades expansivas, produce un efecto plastificante en las mezclas, consiguiéndose una mejor introducción de ellas en grietas y nidos de piedras. − Plastificante Reductor de Agua: Su principal característica es la importante reducción de agua, permitiendo una gran economía de cemento para una resistencia especificada. 4.4.6.- Dosificación del hormigón La dosificación del hormigón es la determinación de las proporciones en que han de mezclarse los componentes que constituyen un hormigón. La dosificación se preparará teniendo en cuento lo indicado en el artículo 68 de la EHE. La cantidad mínima necesaria de cemento por metro cúbico de hormigón depende, en particular, del tamaño de los áridos, debiendo ser más elevada a medida que disminuye dicho tamaño, y más reducida a medida que aumenta el tamaño de éstos. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 31 Dentro de esta podemos encontrar a su vez: *Fibra Monomodo: Potencialmente, esta es la fibra que ofrece la mayor capacidad de transporte de información. Tiene una banda de paso del orden de los 100 GHz/km. Los mayores flujos se consiguen con esta fibra, pero también es la más compleja de implantar. Sólo pueden ser transmitidos los rayos que tienen una trayectoria que sigue el eje de la fibra, por lo que se ha ganado el nombre de "monomodo" (modo de propagación, o camino del haz luminoso, único). Son fibras que tienen el diámetro del núcleo en el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de las señales ópticas que transmiten, es decir, de unos 5 a 8 mm. Si el núcleo está constituido de un material cuyo índice de refracción es muy diferente al de la cubierta, entonces se habla de fibras monomodo de índice escalonado. Los elevados flujos que se pueden alcanzar constituyen la principal ventaja de las fibras monomodo, ya que sus pequeñas dimensiones implican un manejo delicado y entrañan dificultades de conexión aún se dominan mal. Fig 8. Fibra óptica monomodo *Fibra Multimodo de Índice Gradiante Gradual: Las fibras multimodo de índice de gradiente gradual tienen una banda de paso que llega hasta los 500MHz por kilómetro. Su principio se basa en que el índice de refracción en el interior del núcleo no es único y decrece cuando se desplaza del núcleo hacia la cubierta. Los rayos luminosos se encuentran enfocados hacia el eje de la fibra. Estas PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 32 fibras permiten reducir la dispersión entre los diferentes modos de propagación a través del núcleo de la fibra. La fibra multimodo de índice de gradiente gradual de tamaño 62,5/125 m (diámetro del núcleo/diámetro de la cubierta) está normalizado, pero se pueden encontrar otros tipos de fibras. *Fibra Multimodo de índice escalonado: Las fibras multimodo de índice escalonado están fabricadas a base de vidrio, con una atenuación de 30 dB/km, o plástico, con una atenuación de 100 dB/km. Tienen una banda de paso que llega hasta los 40 MHz por kilómetro. En estas fibras, el núcleo está constituido por un material uniforme cuyo índice de refracción es claramente superior al de la cubierta que lo rodea. El paso desde el núcleo hasta la cubierta conlleva por tanto una variación brutal del índice, de ahí su nombre de índice escalonado. Fig 9. Fibra óptica multimodo Usos de la fibra óptica − Medicina: En este campo son evidentes las ventajas que puede aportar el uso de la fibra óptica como ayuda a las técnicas endoscópicas clásicas y, de hecho, están siendo sustituidos los sistemas tradicionales por los modernos fibroscópios. Diversos aparatos incluyen ya esta tecnología que nos permite la exploración de cavidades internas del cuerpo humano con gran precisión. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 33 − Arqueología: En este campo la fibra óptica se usa habitualmente con el fin de poseer un acceso visual a zonas que son inaccesibles mediante otros sistemas. − Aplicaciones militares: Los beneficios que aporta en este campo la fibra óptica son fundamentalmente la seguridad frente a las comunicaciones por radio y cables convencionales − Telecomunicaciones: Transmite información, internet, telefonía, televisión... − Arquitectura: Las fibras de vidrio utilizadas en la formación del hormigón translúcido , básicamente son un fino hilo de vidrio que guía la luz. Los tipos de fibras utilizadas son fibras monomodo y vírgenes, es decir, en su estado puro y sin recubrimientos cuya finalidad es la de hacer que transcurra mas fácilmente la luz a través del hormigón. − Estructuras: Las fibras ópticas también se utilizan para medir las posibles deformaciones de las estructuras y en pavimentos flexibles. Se usan sensores de deformación embebidos en el pavimento y sensores de desplazamiento para medición de la separación en las juntas, los cuales requieren la inserción de los sensores en la vía durante el proceso de construcción, o en la estructura, alterando la misma. Adicionalmente, la mayoría de sensores tradicionales son afectados por las condiciones ambientales, como la humedad o el calor, que modifican su respuesta, y causan su deterioro. Para superar estos inconvenientes, recientemente se han implantado sensores de fibra óptica. Tejido de fibra óptica El Instituto tecnológico textil (Aitex) junto con la empresa Sociedad Textil Lencera S.L. han desarrollado un tejido que combina hilo normal con fibra óptica. El novedoso invento se logró perfeccionando la posibilidad de tejer fibra óptica dentro de la tela. Este material conduce PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 34 la luz a lo largo de la confección mediante reflexión total interna, dando posibilidad de iluminar ciertos tramos del tejido. Es un producto innovador, basado en la tecnología que permite tejer fibras ópticas a lo largo de la dirección del tejido. La luz se distribuye de forma homogénea en toda la superficie del material. Es un tejido flexible, elástico y lavable. Fig 10. Tejido de fibra óptica 4.5.- Tipos de hormigón Como ya hemos dicho anteriormente el hormigón es un material compuesto por piedras menudas, cemento, arena y agua, y en ocasiones aditivos o adiciones que mejoran algunas de sus propiedades. Pero con el paso del tiempo han ido apareciendo diferentes tipos de hormigones, cada uno con unas propiedades y características determinadas, y su utilización dependerá de las necesidades de la obra a realizar. A continuación explicaremos cuales son los tipos de hormigón más utilizados y sus principales características. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 35 Hormigón celular Es un material de construcción destinado a la obra gruesa. Producido exclusivamente a partir de materias primas naturales, se compone de agua, arena, cemento y aire. Es ideal para rellenos e inyecciones, también es utilizable en muros o tabiques con moldes adecuados. Las principales características del hormigón celular son: -No necesita un aislamiento complementario ya que su estructura alveolar con miles de micro células de aire, le confiere esta propiedad. -Es un material que respira, dejando pasar el vapor de agua, evitando los riesgos de humedad, condensación y aparición de hongos. -Resiste al fuego 6h y es estanco a los humos y los gases tóxicos. -Es un hormigón muy ligero. Hormigón autocompactante Es un material que tiene la propiedad de fluir y rellenar cualquier parte del encofrado solamente por la acción de su peso propio, sin ser necesaria la compactación por medios mecánicos y sin bloqueo ni segregación. Se emplea en hormigones vistos que requieren de encofrados de vibrado difícil. Las principales características del hormigón autocompactante son: -Hormigonado fácil y rápido -Puesta en obra prescindiendo del vibrado -Mayor resistencia a la compresión con igual cantidad de cemento -Excelente acabado superficial -Muy ligero y con alta resistencia. -Gran durabilidad e impermeabilidad. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 36 Hormigón polímerico Es un material compuesto de distintos tipos de áridos ligados mediante resinas de poliéster. Sus principales características son las siguientes: -Ligereza y prácticamente nulo porcentaje de absorción de agua. -Inalterabilidad a los ciclos hielo-deshielo -Alta resistencia a los productos químicos y al choque -Mínimo desgaste por abrasión Hormigón blanco Es un hormigón formado por cemento blanco, en lugar del cemento portland utilizado normalmente. El cemento blanco debe su color a la ausencia de óxidos férricos, que son los que le confieren el color gris al cemento. Para suplir la carencia de óxidos de hierro, se suele añadir óxido de calcio (CaO), fluorita ( CaF2) o carlita ( Na3 AlF6 ). Debido a ser ésta su única diferencia con el hormigón común, las características son pues las mismas que las del hormigón común, la única característica que los diferencia será el color. Hormigón ligero Es un hormigón de poca densidad, formado por áridos de pequeña densidad. Es utilizado para la obtención de elementos que no precisen grandes resistencias, como tabiques o fachadas de revestimiento, y sobre todo como aislante del calor y del sonido. Su principal característica es que se pueden realizar piezas de grandes dimensiones aligerando la estructura. Estos son solo algunos de los posibles tipos de hormigón a utilizar, aunque hay muchos más. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 37 4.6.- Características del hormigón translúcido La principal característica del hormigón translúcido es su translucidez, porque las fibras ópticas llevan la luz en forma de pequeños puntos a partir de una cara iluminada a la cara opuesta. Otra de sus características es la plasticidad, característica de la cual depende su mayor o menor aptitud para poder rellenar completamente las juntas. La plasticidad se puede considerar realizando ensayos con el cono de Abrams. Una de las cosas que más influyen en la plasticidad es el contenido de finos que se utilicen en la dosificación del hormigón. La resistencia mecánica es la capacidad que tiene el hormigón para soportar las cargas que se apliquen sin agrietarse o romperse. Es diferente según el tipo de esfuerzo del que se trate. Su resistencia a compresión es unas diez veces mayor que su resistencia a tracción. La resistencia a compresión es la propiedad más indicativa para los elementos portantes y estructurales. La resistencia debe ser lo más elevada posible. Esta característica podemos medirla mediante el ensayo de compresión. También se pueden construir estructuras portantes con hormigón translúcido, ya que la fibra óptica con que está compuesto este material no perjudica la bien conocida resistencia a compresión del hormigón. Otra de sus características al igual que para el hormigón tradicional es la del aislamiento térmico. El módulo de deformación es otra característica que influye en la capacidad de deformación de la pared frente a pequeñas modificaciones dimensionales. La homogeneidad, es la propiedad por la cual el hormigón tiene las mismas características en todos los puntos. Esta propiedad se consigue mediante un buen amasado donde se mezclen bientodos los componentes. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 38 La densidad, que es la cantidad de peso por unidad de volumen, y que variará con la clase de áridos. Dependiendo de esta característica podemos hablar de hormigones ligeros, hormigones ordinarios y hormigones pesados, de menor a mayor densidad. La porosidad se considera a la proporción de huecos respecto de la masa total, influye en la resistencia, la permeabilidad y la densidad. La durabilidad, que es la capacidad para resistir el paso del tiempo. La permeabilidad que es la capacidad de un material de ser atravesado por líquidos o gases. Esta característica es importante para el hormigón por su resistencia a los ataques químicos, y depende en parte del exceso de agua en el amasado y del posterior curado del hormigón. Por último la retracción en el secado debido a la pérdida de agua del hormigón al secarse, pueden producirse grietas y fisuras. 4.7.- Métodos de ensayo A continuación hablaremos sobre los diferentes tipos de ensayo que podemos realizar sobre el hormigón, para más adelante poder elegir cuales serán los que realizaremos en la fase experimental. Ensayo de compresión (UNE EN 83-304-84 ) El ensayo de compresión es un ensayo técnico para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión. Este ensayo resulta muy importante ya que es la forma de determinar si el material cumple con las exigencias deseadas. La resistencia a compresión de las probetas se medirá mediante la aplicación uniforme de dos cargas enfrentadas a través de dos placas. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 39 El sentido de las fibras en la realización del ensayo será en perpendicular a la fuerza que se ejerce. Una vez realizado este ensayo con la máquina en el ordenador se podrán leer los resultados obtenidos. Ensayo a flexión ( UNE EN 83-305-86) Flexión es el tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. La resistencia a flexión de la probeta se obtiene mediante la aplicación uniforme de una carga a través de un rodillo que transmite la presión perpendicular a la probeta apoyada sobre dos rodillos. Determinación del índice de tenacidad y resistencia a primera fisura (UNE EN 83-510) La tenacidad mide la capacidad de absorción de energía del hormigón con fibras. Es, por tanto una propiedad del material compuesto, y su valor depende no solo de la dosificación y del tipo de fibras, sino también de las características de la matriz. El índice de tenacidad depende prácticamente del tipo de fibras y su dosificación. Las características de la matriz apenas influyen en su valor. Determinación del contenido de fibras en el hormigón fresco y en el endurecido.(UNE EN 14-721 ) Se extraen las fibras de una muestra de hormigón endurecido, o del hormigón fresco, y se determina el contenido de fibras a partir de la masa de las fibras y del volumen de la muestra de hormigón. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 40 Resistencia frente al fuego (UNE EN 23-093-81) Mediante este ensayo se pretende evaluar el comportamiento frente al fuego de nuestro hormigón, valorando durante cuánto tiempo sigue cumpliendo cuando se desarrolla un incendio. Resistencia al desgaste (UNE EN 13-38) Mediante este ensayo se pretende evaluar la resistencia frente al desgaste del hormigón. Es un ensayo muy utilizado cuando el hormigón se va a utilizar en pavimentos. Cantidad de luz Al estar ante un material translúcido, aparte de los ensayos más usados en el hormigón, deberíamos realizar un ensayo para poder cuantificar la cantidad de luz que puede pasar a través de este hormigón. La cantidad de luz que deje pasar dependerá de la cantidad de fibra óptica que introduzcamos en nuestro hormigón. Dependiendo de esta cantidad de luz podríamos dar una nomenclatura a este hormigón. Podríamos decir que es un % translúcido, cuando la cantidad de fibras que contenga y por tanto la cantidad de luz que deje pasar sea de ese %. Por ejemplo hablaríamos de un hormigón translúcido al 30%, cuando estuviera formado por un 30% de fibra óptica y un 70% de hormigón, y por tanto dejara pasar un 30% de la cantidad de luz que incidiera sobre él, hablando en % en volumen. Si hablaramos en % en peso sería diferente, ya que el peso de las fibras es muy pequeño. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 47 5.4.- Equipo experimental Para realizar los siguientes ensayos estaba prevista la utilización las máquinas que se encuentran en el laboratorio de la Escuela Técnica Superior de Gestión de la Edificación de la Universidad Politécnica de Valencia. Fig 14. Amasadora de hormigón Fig 15. Cámara húmeda PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 48 Fig 16. Horno, exterior e interior Fig 17. Ensayo flexión 3 puntos Fig 18. Ensayo a compresión PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 49 5.5.- Ensayos a realizar Después de haber estudiado los diferentes tipos de ensayo que se pueden realizar a nuestro hormigón, decidimos que los que vamos a realizar son los siguientes: -Ensayo a compresión: Es un ensayo muy útil para nuestro hormigón ya que con él podemos observar las cualidades que presenta frente a un esfuerzo de compresión, y como nuestro hormigón va a poder utilizarse como partición interior, y por tanto va a tener que soportar esfuerzos, necesitamos saber si al introducir fibras embebidas en el hormigón van a hacer cambiar esta propiedad, ya sea para mejorarla o empeorarla y saber hasta que punto va a poder ser utilizable como partición. -Ensayo a flexión: Este ensayo debemos realizarlo porque a pesar de que ya es conocido que la capacidad de resistencia a flexión del hormigón común no es demasiado buena, hay que comprobar si al embeber el tejido de fibra óptica en el hormigón el resultado del ensayo a flexión es mejor o peor, y poder saber si las fibras le confieren un mejor comportamiento a flexión. -Determinación del índice de tenacidad y resistencia a primera fisura: El índice de tenacidad depende prácticamente del tipo de fibras y su dosificación. Las características de la matriz apenas influyen en su valor. Por eso es un ensayo tan importante en nuestro proyecto, realizándolo podremos observar como influyen la cantidad y la posición de las fibras en nuestro hormigón. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 50 -Determinación del contenido de fibras en el hormigón fresco y en el endurecido: Se extraen las fibras de una muestra de hormigón endurecido, o del hormigón fresco, y se determina el contenido de fibras a partir de la masa de las fibras y del volumen de la muestra de hormigón. Es importante porque a través de este podemos cuantificar la cantidad de fibras existentes en el hormigón, para ver como influye esta en el resto de ensayos. -Resistencia frente al fuego: Realizaremos este ensayo porque es conveniente cuantificar como va a reaccionar la fibra óptica frente al fuego, y si ésta modificará o no las propiedades del hormigón común. Puesto que va a poder ser utilizado como partición interior es necesario saber como va a reaccionar frente a un posible incendio, y el tiempo que va permanecer inalterable. -Resistencia al desgaste: Este tipo de ensayo es más útil realizarlo cuando el material sobre el que se va a realizar va a utilizarse como pavimento, pues va a estar más expuesto al desgaste, como el hormigón translúcido puede utilizarse como partición interior, en fachadas o como pavimento también seria recomendable poder realizar este tipo de ensayo frente al desgaste y su durabilidad, y poder saber si es recomendable o no su utilización como pavimento. -Cantidad de luz: Puesto que nos encontramos frente a un hormigón, la característica principal del cual es la translucidez, uno de los ensayos más importantes a realizar sería la cantidad de luz que es posible que pase de una cara iluminada a la cara opuesta no iluminada. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 51 -Ensayo frente a impactos de alta velocidad: Este ensayo lo realizaremos sobre todo para poder saber si seria recomendable utilizar este tipo de hormigón en fachadas, y saber como reaccionaria frente a impactos externos que pudieran ocurrir. -Ensayo de abrasión: Este ensayo también lo realizariamos para saber su conveniencia o inconveniencia a la hora de ser utilizado en fachadas, puesto que pretende evaluar el comportamiento de las superficies de hormigón frente al desgaste que producirá un agente externo. Por tanto si va a ser utilizado en interiores no es tan necesario como si va a estar expuesto a los posibles agentes que puedan existir en el exterior. -Ensayo de envejecimiento acelerado: Este ensayo lo realizamos para saber como van a influir sobre nuestro hormigón los posibles cambios mediambientales que puedan producirse con el paso del tiempo. Es un ensayo muy interesante ya que nos permite conocer cual va a ser el funcionamiento de nuestro hormigón con el paso del tiempo, y durante cuanto tiempo puede permanecer sin que sus cualidades iniciales se vean modificadas. 5.6.- Realización de paneles Otra de las cosas que nos habíamos planteado al inicio de nuestro proyecto es la posibilidad de realizar paneles de mayores dimensiones, para poder estudiar su posible prefabricación, para su utilización como paneles para particiones interiores. Esta idea resultaba muy interesante, pero también constituía un gran problema, el encofrado. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 52 Cuando hablamos de una probeta de 16x4x4 cm es muy fácil colocar las fibras en una capa, a continuación colocar otra capa de fibras, y así sucesivamente, pero si las dimensiones de los paneles son mayores ya no es tan fácil, puesto que necesitará un encofrado mayor, y sería muy complicado y costoso ir poniendo las fibras en capas, y situarlas de forma que quedaran en el lugar deseado. Ante esta problemática surgió la idea de poder realizar el encofrado con chapas metálicas microperforadas, donde pudieran sujetarse las fibras en cada una de las microperforaciones, pasando de un lado al otro de su anchura, que seria por donde transmitiría la luz, y podría decidirse si poner fibra óptica en todas las microperforaciones o solo en algunas, llegando a poder formar incluso dibujos o letras. Esta idea, resultaba mejor a primera vista, pero también era muy costosa, y mientras continuaba la investigación y se estudiaban las posibilidades, encontramos lo que habíamos estado buscando sin saberlo, un tejido realizado con fibra óptica y por tanto con las mismas propiedades que esta que sería mucho más fácil colocar embebido en nuestro hormigón en capas, pues no se tendrían que colocar las fibras una a una, sino que colocaríamos un trozo de tejido en cada capa muy fácilmente. Se podría utilizar un encofrado normal, aunque es una cosa que habría que estudiarla con sumo cuidado. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 53 6.- RESULTADOS PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 54 Las dificultades que se han tenido para obtener el tejido de fibra óptica en la cuantía necesaria para la realización de los ensayos programados y los costes correspondientes han impedido la obtención de los resultados, aunque en estos momentos se está gestionando la obtención de una subvención que nos permita realizar la parte experimental. PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 55 7.- CONCLUSIONES PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 56 Las conclusiones que podemos extraer tras el estudio realizado sobre este novedoso material son las siguientes: − El hormigón translúcido creado por los mejicanos Joel Sosa y Sergio Omar Galván no debería considerarse como hormigón translúcido, sino hormigón transparente, ya que no solo permite ver sombras a través de él, sino también diferenciar formas, figuras e incluso colores, mientras que el hormigón translúcido que pretendíamos fabricar nosotros, creado por Aaron Losonczi solo permite el paso de la luz, y por tanto se pueden divisar a través de él también sombras, pero no colores. − Seria necesaria la invención de un sistema industrial para poder fijar el tejido de fibra óptica al encofrado y poder realizar paneles de mayores dimensiones de forma fácil y sencilla − Es un material muy novedoso, que todavía se encuentra en fase de investigación y sobre el cual no se encuentran prácticamente datos sobre los cuales poder basarse para hablar sobre resistencias, y propiedades específicas de este. − Es necesario establecer especificaciones propias para este tipo de hormigones que permitan poder tipificarlos de forma simple y sencilla para en su caso poder tener un criterio de aceptación o de rechazo swl peosucto. Entre estas especificaciones deberían estar: • Tipo de hormigón translucido: − Fibra óptica de vidrio (FV) − Fibra polimérica (FP-xxx), en donde xxx representaría el tipo de polímero • Porcentaje de fibra • Estructural o No estructural • En el caso de ser estructural debería especificarse que cumple con la norma EHE-08 PROYECTO FINAL DE CARRERA HORMIGÓN TRASLUCIDO CON FIBRA ÓPTICA 63 10.1.- Patente Litracón A continuación se muestra el texto íntegro de la patente del inventor húngaro del hormigón translúcido con fibra óptica Aaron Losoczi.