Estudio experimental del uso de cal en elementos de hormigón autopretensado

Treball realitzat per: Nicolás Frigerio Dirigit per: Eva Oller Ibars Nikola Tošić Màster en: Enginyeria de Camins, Canals i Ports Barcelona, 21 de Juny de 2021 Departament d’Enginyeria Civil i Ambiental TREBALL FINAL DE MÀSTER Estudio experimental del uso de cal en elementos de hormigón autopretensado 1 Agradecimientos Agradecimientos Me gustaría agradecer a todas aquellas personas que me han ayudado tanto con la realización de esta tesina, como a lo largo del recorrido académico, apoyándome en los buenos y en los malos momentos. Darles mis más sinceros agradecimientos a Eva Oller y a Nikola Tošić, tutores de esta tesina, por su dedicación, atención, interés y sobre todo disponibilidad, ayudándome a subsanar cualquier problema y en cualquier momento, demostrando una gran implicación. Agradecer al personal del Laboratorio de Tecnología de Estructuras “Lluis Agulló” por su colaboración, ayuda y dedicación, sin los cuales esta tesina no hubiese sido posible. Agradecer a Simó Ferrando y Adrià Marès, compañeros y amigos durante estos dos años de Máster, por su compañerismo y amistad, estando siempre al pie del cañón en todo momento. Agradecer a la empresa PROSOLVERS y a los compañeros en la misma, por permitirme compaginar los estudios con el trabajo en todo momento y con total comprensión. Agradecer a Roger Miralles y a Marc Roldán, compañeros en el grado y grandes amigo, por ayudarme y apoyarme tanto en la realización de esta tesina como a lo largo de toda la trayectoria académica. Agradecer a Alessandro Dies por su ayuda y apoyo en todo momento en la redacción de esta tesis. Por último, agradecer a mi familia por el apoyo que me otorgaron durante estos años de trayectoria universitaria y, en especial a mi hermana Fiorella por darme soporte en momentos de inquietudes y dudas. A todos los que he conocí durante mi trayectoria universitaria y me han acompañado, gracias 2 3 Resumen Resumen El hormigón pretensado es una técnica en la que se introduce una precompresión previa a la aplicación de las cargas exteriores, que permite alcanzar mayores luces de cálculo, pero como contrapartida requiere medios muy especializados, caros y a menudo difíciles de obtener. Para reducir el uso de medios auxiliares surge el concepto de hormigón autopretensado químicamente. Esta técnica consiste en el pretensado de la armadura activa, y la consecuente precompresión del hormigón, gracias a la expansión producida por la presencia de aditivos. Exiten muy pocas investigaciones existentes al respecto y por lo tanto, quedan todavía muchos factores a analizar con el fin de poder aplicarla en un futuro tanto en la obra civil como en edificación. En este estudio se ha estudiado la influencia que tiene la adición de cal expansiva (CaO) en elementos de hormigón, utilizando 3 casos de armado: a) probeta sin armadura, b) probeta confinada por ambos lados con placas de acero de 1 centímetro de espesor y armada con dos barras de acero de 10 mm de diámetro (ρef = 0.96%) colocadas a la altura del centro de gravedad de las probetas; y c) probeta confinada por ambos lados con placas de acero de 1 centímetro de espesor y armadas con 4 barras de acero de 10 mm de diámetro (ρef = 1.94%), con una excentricidad de 25 mm en relación al centro de gravedad de las probetas, en ambas direcciones. Para cada tipo de armado se fabricaron probetas que se dejaron curar en cámara climática y probetas que se sellaron con plástico durante el proceso de curado, analizando de esta manera la influencia del tipo de curado en la expansión con adición de CaO. A su vez, se fabricaron probetas de referencia, sin CaO, de cada tipo de armado y de curado para comprobar el efecto de la expansión. Se midió la expansión para cada uno de los casos. A los 7 días de su fabricación se procedió a ensayar a flexotracción bajo carga puntual simétrica las probetas, con el fin de analizar el efecto que ha producido la adición de cal en las mismas. Se analizó la carga necesaria para obtener fisuración, siendo este un factor muy importante en hormigón pretensado ya que es fundamental que las armaduras activas no entren en contacto con el ambiente, debido a que ello podría ocasionar corrosión que es especialmente preocupante bajo carga mantenida. Palabras clave: Hormigón autopretensado químicamente, pretensado químico, adición cal, CaO, expansión. 4 Abstract Abstract Prestress concrete is a technique in which a precompression is introduced before applying the external loads, which allow reaching larger spans. On the other hand, it requires auxiliary means very specialized, expensive, and usually difficult to obtain. To avoid the necessity to use these auxiliary means, a new concept of chemical prestressed arised. This technique consists of prestressing the active reinforcement, causing a precompression on the concrete, thanks to the expansion produced by the addition of an admixture. There are very few active researches nowadays regarding this topic, and there are many factors that have to be investigated to apply this technique to civil engineering and building constructions. This study has analysed the influence of a quicklime admixture (CaO) in elements of concrete in three different cases of reinforcement: a) Free sample without reinforcement, b) samples restrained at both sides by two end plates of steel of 1 centimetre thickness and reinforced with two steel rebars of 10 mm of diameter (ρef = 0.96%) placed at the centre of gravity of the sample, and c) samples restrained by both sides with two end plates of steel of 1 centimetre thickness and reinforced with 4 steel rebars of 10 mm of diameter (ρef = 1.94%), with an eccentricity of 25 mm from the centre of gravity of the samples, in both directions. For each type of reinforcement, there were fabricated samples that have been cured in a climatic chamber and samples that have been sealed in plastic during the curing regime. The influence of each type of curing regarding the expansion caused by the admixture of CaO was analysed. Furthermore, some reference samples without quicklime, with each type of reinforcement and with each curing regime were cast to check the effect of the expansion. Seven days after the fabrication of the concrete, the samples were tested in a 3-point bending configuration, to analyse the effect produced by the admixture of quicklime in the different samples. In particular, it has been analysed the load needed to obtain the first crack. It is very important that in prestressed concrete the active reinforcement does not enter in contact with the environment. If this happens, it may cause the corrosion of the reinforcement and it could cause the failure of the structure under analysis. Keywords: Chemical prestress, admixture quicklime, CaO, expansion. 5 Índice general 1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 10 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................................... 10 1.2 OBJETIVOS ............................................................................................................ 10 1.3 ESTRUCTURA DEL DOCUMENTO .......................................................................... 11 2. ESTADO DEL CONOCIMIENTO DEL HORMIGÓN AUTOPRETENSADO ..................... 12 2.1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 12 2.2 TÉCNICA Y TIPOS DE PRETENSADO ....................................................................... 13 2.3 PRETENSADO QUÍMICO ........................................................................................ 16 2.4 ESTUDIOS EXISTENTES RELATIVOS AL USO DE HORMIGÓN EXPANSIVO PARA AUTOPRETENSADO ......................................................................................................... 17 3. CAMPAÑA EXPERIMENTAL ...................................................................................... 29 3.1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 29 3.2 DESCRIPCIÓN DE LA CAMPAÑA EXPERIMENTAL .................................................. 30 3.3 FABRICACIÓN DE LAS PROBETAS .......................................................................... 33 3.3.1 MATERIALES ..................................................................................................... 33 3.3.2 VICAT NEEDLE TEST .......................................................................................... 34 3.3.3 MONTAJE MOLDES .......................................................................................... 35 3.3.4 FABRICACIÓN DEL HORMIGÓN ........................................................................ 38 3.3.5 COLOCACIÓN PUNTOS Y MEDICIÓN EXPANSIÓN ............................................ 44 3.3.6 CURADO ........................................................................................................... 45 3.3.7 CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ......................................................... 46 3.3.7.1 RESISTENCIA A COMPRESIÓN DEL HORMIGÓN ................................ 46 3.3.7.2 ENSAYOS DE RESISTENCIA A TRACCIÓN DE LAS BARRAS .................. 49 3.4 ENSAYO A FLEXOTRACCIÓN .................................................................................. 56 3.5 RESULTADOS ......................................................................................................... 58 3.5.1.1 EXPANSIÓN DE LAS PROBETAS DEBIDO A LA PRESENCIA DE CAL ..... 58 3.5.1.2 RESULTADOS ENSAYOS A FLEXOTRACCIÓN BAJO CARGA PUNTUAL SIMÉTRICA ……………………………………………………………………………………………………. 61 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ....................................................................................... 70 4.1 EXPANSIÓN ........................................................................................................... 70 4.2 ENSAYOS A FLEXOTRACCIÓN ................................................................................ 71 6 4.2.1.1 PROBETAS SIN CaO ............................................................................ 71 4.2.1.2 INFLUENCIA CURADO EN LAS PROBETAS CON CaO .......................... 73 4.2.1.3 INFLUENCIA CUANTÍA DE ARMADURA EN LAS PROBETAS CON CaO ………………………………………………………………………………………………………75 4.2.1.4 RESUMEN INFLUENCIA CAO .............................................................. 77 4.3 EXPANSIÓN PRIMER DÍA ....................................................................................... 78 5. CONCLUSIONES Y FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN ........................................ 82 5.1 CONCLUSIONES ..................................................................................................... 82 5.2 FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN ................................................................... 83 6. BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................... 84 7 Índice de figuras Figura 1. Primera patente P.H. Jackson de pretensado[1]. ............................................ 12 Figura 2. Efecto del pretensado centrado[6]. ................................................................ 13 Figura 3. Efecto del pretensado excéntrico[6]. .............................................................. 13 Figura 4. Tensiones en pretensado[6]. ........................................................................... 14 Figura 5. Trayectoria idónea tendón parabólico [6]. ..................................................... 15 Figura 6. Construcción de postesado[3]......................................................................... 15 Figura 7. Pretensado exterior en puente cajón [8]. ....................................................... 16 Figura 8. Esquema de los diferentes tipos de probetas[14]. ......................................... 19 Figura 9. Esquema de las probetas confinadas por los extremos (mm)[14]. ................ 20 Figura 10. Efecto de la dosificación de CSA en la expansión del hormigón[14]. ........... 20 Figura 11. Efecto de la dosificación de CSA en la resistencia a compresión del hormigón[14]. ................................................................................................................. 21 Figura 12. Efecto de la dosificación de CSA en el módulo elástico de Young del hormigón[14]. ................................................................................................................. 22 Figura 13. Efecto de los diferentes aditivos en la expansión inicial y en la retracción por secado en el hormigón[14]. ............................................................................................ 23 Figura 14. Efecto de los 3 tipos de probetas en la expansión del hormigón[14]. .......... 24 Figura 15. Efecto de los 3 tipos de probetas en la expansión del hormigón[14]. .......... 25 Figura 16. Curvas tensión-deformación en ensayo de flexión en 4 puntos[28]. ........... 27 Figura 17. Geometría de las probetas diseñadas para la campaña experimental, vista en planta (mm). .............................................................................................................. 31 Figura 18. Colocación puntos para medir expansión con reloj comparador (mm). ...... 32 Figura 19. Configuración del ensayo bajo carga puntual simétrica en las probetas (mm). ........................................................................................................................................ 33 Figura 20. VICATRONIC – E044N. ................................................................................... 34 Figura 21. Resultado Vicat Needle Test. ........................................................................ 34 Figura 22. Placa lisa para probeta con ρef = 0% (106x150x10mm). ............................... 35 Figura 23. Molde para probeta con ρef = 0% (106x150x400 mm). ................................ 35 Figura 24. Placa con dos agujeros para probeta con ρef = 0,96% (106x150x10mm). .... 36 Figura 25. Molde para probeta con ρef = 0,96% (106x150x400 mm). ........................... 36 Figura 26. Placa con cuatro agujeros para probeta con ρef = 1,94% (106x150x10mm). 37 Figura 27. Esquema placa – armadura y molde para probeta con ρef = 1,94% (106x150x400 mm). ........................................................................................................ 37 Figura 28. Skip con cemento y áridos............................................................................. 38 Figura 29. Amasadora utilizada, 210 L de capacidad. .................................................... 39 Figura 30. Cubilote de amasada con CaO. ..................................................................... 39 Figura 31. Cono de Abrams, amasada con CaO. ............................................................ 40 Figura 32. Probetas para amasada con CaO previo a su llenado. .................................. 41 Figura 33. Probetas para amasada con CaO tras su llenado. ......................................... 42 Figura 34. Probetas para amasada con CaO Cubiertas para su fraguado. ..................... 42 Figura 35. Probetas cilíndricas con CaO tras desmoldar. ............................................... 43 Figura 36. Probetas prismáticas con CaO tras desmoldar. ............................................ 43 Figura 37. Probetas sin armadura abierta prismáticas con CaO, con puntos. ............... 44 14 Estado del conocimiento Tal y como se ha comentado en el apartado anterior, la evolución ha llevado a que de todas las formas posibles de introducir cargas externas en una estructura, la más normal sea la utilización de barras de cordones o barras acero que se tensan y transmiten la fuerza de tracción como compresión, debido al principio de acción reacción del hormigón. Principalmente se pueden dividir los tipos de pretensado en dos tipos: Pretensado con armaduras pretesas o con armaduras postesas. En lo que respecta a las armaduras pretesas, se trata de un tipo de pretensado utilizado principalmente en prefabricación, donde un gran número de unidades idénticas pueden ser producidas económicamente con controles precisos. El procedimiento empieza por el tesado de los alambres o cordones (generalmente con trazado recto), anclados en los extremos, seguidamente se hormigona, quedando el acero adherido al hormigón [7]. Una vez se ha obtenido la resistencia deseada, se cortan o destesan los cordones, transmitiendo la fuerza de pretensado a la viga o pieza en cuestión. La fuerza se transmite mediante adherencia entre el cordón y el hormigón [5] (Ver Figura 4). Figura 4. Tensiones en pretensado[6]. Debido a la dependencia a la adherencia, los tendones para este tipo de construcción generalmente consisten en cordones o alambres de pequeño diámetro, ya que tienen buenas características de adherencia[6]. En lo que respecta a las armaduras postesas, se trata de un tipo de pretensado utilizado principalmente para la construcción de estructuras in situ. La pieza o estructura se encofra con los métodos habituales de cualquier construcción in situ, se disponen unos conductos o vainas, dentro de los cuales se disponen los cordones que posteriormente 15 Estado del conocimiento serán tesados. Se hormigona teniendo mucho cuidado en que no entre hormigón en las vainas y una vez endurecido el hormigón se tesan las armaduras activas con un gato apoyándose en el hormigón, el anclaje se realiza normalmente mediante dispositivos mecánicos. Tras el tesado se inyecta en la vaina una inyección que suele ser adherente para la protección del tendón[5] o no adherente mediante grasas. El postesado ofrece la ventaja considerable de poder obtener trazados curvos, pudiendo colocarse con la trayectoria ideal para contrarrestar el efecto de los momentos, es decir, en secciones con momento positivo, el trazado de los tendones pasa por la zona inferior de la estructura y en secciones con momento negativo el trazado pasa por la zona superior de la estructura, tal y como se puede ver en las figuras 5 y 6.[5][6] Figura 5. Trayectoria idónea tendón parabólico [6]. Figura 6. Construcción de postesado[3]. Los dos métodos anteriormente citados son pretensados internos, es decir, implica que los tendones estén en contacto con el hormigón y son los métodos más comunes utilizados actualmente para la construcción de estructuras mediante pretensado. Existen otros métodos que son utilizados menormente en la construcción, como puede ser el pretensado exterior (ver figura 7) , el cual consiste en aplicar externamente la fuerza que podría producir el pretensado, esto se puede realizar mediante gatos o mediante tendones que estén fuera de la estructura. Otro método utilizado puede el pretensado circular. 16 Estado del conocimiento Figura 7. Pretensado exterior en puente cajón [8]. 2.3 Pretensado químico El hormigón tiene dos propiedades inherentes, su retracción que supone una pérdida de volumen, y una resistencia a tracción considerablemente inferior a la resistencia a compresión. Resulta inevitable que en una estructura de hormigón se produzcan fisuras debidas a la retracción de secado. Para reducir la fisuración que está relacionada con la posible corrosión de las armaduras, en las estructuras de hormigón se empezó a estudiar la posibilidad de utilizar hormigones expansivos. En un primer lugar, se utilizaba la expansibilidad de la etringita, pero esto causaba la fractura del hormigón[9]. Posteriormente Lossier [10], empezó a trabajar en la posibilidad de producir hormigón químicamente pretesado y fue Lafuma y Klein quienes gracias a sus estudios construyeron los cimientos del cemento expansivo que producirá el llamado pretensado químico o auto pretensado [11][12][13]. El conocido como pretensado químico o auto pretensado, es un proceso en el cual la expansión del hormigón con aditivos especiales (o cementos expansivos) puede ser utilizada para generar tracciones en la armadura, consiguientemente pretensando el hormigón. El hormigón se expande en el proceso de endurecimiento ejerciendo tracción en los tendones y por equilibrio compresión en el hormigón[14]. El pretensado químico ha sido usado tanto con armadura de acero[15][4][13][16] como con armadura de FRP (plásticos reforzados con fibra) [17]. Con unos niveles de expansión recomendados en un rango desde 200 hasta 700-1000 𝜇𝑚 𝑚 ⁄.[18]. Al mismo 17 Estado del conocimiento tiempo, obtener hormigón con buena durabilidad con el pretensado químico es muy desafiante, esto es debido a que para obtener expansiones suficientes en condiciones restringidas (por ejemplo 200-1000 𝜇𝑚 𝑚 ⁄) y su vez suficiente tracción en la armadura, la expansión libre del hormigón tiene que alcanzar niveles muy altos, excediendo considerablemente los valores recomendados. La excesiva expansión que debería ser requerida para producir suficiente fuerza de pretensado en los tendones y por consiguiente pretensar el hormigón puede llevar a la aparición de fisuras o incluso a la perdida de integridad de los elementos de hormigón y la reducción de las propiedades mecánicas y durabilidad[9][18][19]. Hasta la actualidad los niveles de pretensado que se han podido alcanzar con estas técnicas suelen distar mucho de los valores obtenidos con el pretensado tradicional. Asimismo, recientemente, gracias a la nueva familia de hormigones de gran rendimiento expansivos, se ha logrado obtener grandes niveles de expansión residual sin comprometer la durabilidad del mismo, obteniendo buenas capacidades mecánicas en el hormigón[20][21]. El futuro uso del pretensado químico puede generar muchas ventajas, rapidez constructiva, sencillez constructiva (en cuanto no es necesaria la presencia de mano de obra y medios especializados) y todo el ahorro derivado de ello. 2.4 Estudios existentes relativos al uso de hormigón expansivo para autopretensado A pesar de la importancia que puede acarrear en el futuro el estudio de hormigones autopretensados, los artículos e informes sobre su eficiencia y éxito son pocos y habitualmente faltos de información sobre durabilidad y otros aspectos fundamentales. En el año 2018, Wyrzykowski, Terrasi y Lura realizaron un estudio con el objetivo de desarrollar hormigones que se pudieran expandir a grandes niveles en condiciones libres y restringidas, manteniendo altas propiedades mecánicas y una buena durabilidad, tomando especial atención a condiciones no restringidas. Al mismo tiempo, se debe limitar la retracción autógena y la retracción por secado para que no derive en pérdidas significantes de la fuerza de pretensado. Se buscó obtener estos objetivos aplicando métodos simples de curado, como puede ser sumergiendo los elementos bajo agua. Este último aspecto es muy importante y va en contra de lo realizado hasta el momento, ya que en anteriores estudios de autopretensado se habían utilizado métodos especiales de curado, como puede ser curado en autoclave o en agua presurizada a gran temperatura[16]. 18 Estado del conocimiento En este estudio, se consideraron diferentes casos, utilizando una mezcla de los siguientes aditivos, SRA (Shrinkage reducing admixtures), SAP (Superabsorbent polymers) y un aditivo basado en CSA (Calcium-sulfoaluminates). A su vez una mezcla se realizó con cenizas volantes y ninguno de los aditivos anteriormente mencionados. - El aditivo basado en CSA, calcio-sulfoaluminatos, son los más comunes y está relacionado con la formación de ettringita [9][19]. - El aditivo SAP, polímeros super absorbentes, es un tipo de aditivo que absorbe el agua durante la mezcla y genera reservas interiores de curado. La relación entre el curado interno con mezclas expansivas ha sido estudiada[22]. - El aditivo SRA, reductor de retracción, es un tipo de aditivo que se ha observado que al aplicarlo junto a aditivos expansivos conlleva un aumento de la expansión del hormigón[23][24][25]. Las deformaciones fueron medidas en muestras prismáticas desencofradas a 1 día. Adicionalmente, se utilizaron tubos corrugados para medir deformaciones en condiciones autógenas desde temprana edad. La durabilidad de la mezcla de hormigón expansivo fue estimada mediante pruebas hielo-deshielo, mientras que el desempeño mecánico fue estimado midiendo la resistencia a compresión y a flexión y el módulo de Young. La dosificación de la mezcla puede visualizarse en la Tabla 1: Material Masa [kg/m3) Nombre mezcla/material 5%CSA + SRA + SAP 10%CSA + SRA + SAP 15%CSA + SRA + SAP 20%CSA + SRA + SAP 20% Cenizas volantes Cemento CEM I 52,5 SR 565 540 520 500 432 CSA - agente expansivo 28 54 78 100 - Cenizas volantes - - - - 108 Polvo de cal 28 27 26 25 - Agua 217 217 218 219 105 Superplastificante 18,6 16,1 15 14,4 8,9 SRA 15,5 15,5 15,6 15,6 - SAP 1,83 1,83 1,84 1,84 - Áridos 1462 1458 1573 1458 1594 Agua/cemento 0,35 0,35 0,35 0,35 0,38 Asentamiento 250 235 215 245 210 Tabla 1. Dosificación y asentamiento de las mezclas frascas (Cono de Haegermann)[14]. 19 Estado del conocimiento Hay que tener en cuenta que el tiempo cero para el cálculo de las expansiones, donde se considera la longitud de referencia, corresponde a el momento en el que tiene lugar la transición entre fluido a sólido en el hormigón fresco (fraguado). Para obtener dicho momento en este estudio se realizaron diferentes métodos habituales, como puede ser el Vicat needle test. Las probetas prismáticas para este estudio en lo que respecta a la obtención de expansiones tenían las dimensiones de 40 x 40 x 160 mm3 (ver Figura 8) y fueron divididas en 3 condiciones. Figura 8. Esquema de los diferentes tipos de probetas[14]. - La probeta M8 corresponde a probetas confinadas por los extremos y con una barra de acero que mantiene las placas de los extremos inmóviles de 6,83 milímetros de diámetro. - La probeta M5 corresponde a probetas confinadas por los extremos con una barra de acero que mantiene las placas de los extremos inmóviles de 4,25 milímetros de diámetro - La probeta free no dispone de confinamiento y está libre como se puede ver en la figura 8. El esquema del confinamiento es el que se puede observar en la figura 9: 20 Estado del conocimiento Figura 9. Esquema de las probetas confinadas por los extremos (mm)[14]. En este estudio, primero se analizaron las diferentes dosificaciones, visibles en la tabla anteriormente propuesta, para determinar con cual se obtenían mejores valores tanto mecánicos como de expansión y con esta dosificación realizar las probetas M5, M8 y libre. Para estos ensayos, se utilizaron probetas prismáticas de las dimensiones 25 x 25 x 100 mm3. En la figura 10 se puede ver la influencia del porcentaje de CSA en cuanto respecta a expansión. Como se puede ver se obtiene una clara relación entre el porcentaje de CSA y la expansión, obteniendo más expansión a medida que aumenta el porcentaje de CSA. Además, se puede observar como el aumento de la expansión no es lineal con respecto al porcentaje de CSA, aumentando considerablemente entre 15% y 20% de CSA. A su vez sugiere que para cada caso particular de dosificación y elemento se debe realizar una optimización de los aditivos. Figura 10. Efecto de la dosificación de CSA en la expansión del hormigón[14]. 21 Estado del conocimiento Se puede observar en las figuras 11 y 12, la evolución de las propiedades mecánicas del hormigón al variar el contenido de CSA. En la Figura 8 se puede observar que al aumentar el porcentaje de CSA disminuye la resistencia a compresión, esto era esperable teniendo en cuenta estudios anteriores [26], en cualquier caso la horquilla demuestra que en la dosificación con un 20% de CSA puede alcanzar valores altos de resistencia a compresión, pudiendo obtener 60 MPa a 3 meses. Resultados similares se pueden observar para el Modulo elástico de Young (ver Figura 12). Figura 11. Efecto de la dosificación de CSA en la resistencia a compresión del hormigón[14]. 22 Estado del conocimiento Figura 12. Efecto de la dosificación de CSA en el módulo elástico de Young del hormigón[14]. Para la dosificación también se analizó como actuaban los aditivos anteriormente descritos. Obteniendo para 20%CSA+SAP+SRA una expansión a largo plazo del orden de 1500 𝜇𝑚 𝑚 ⁄, para 20%CSA+SAP una expansión a largo plazo del orden de 1100 𝜇𝑚 𝑚 ⁄, para 20%CSA+SAP una expansión a largo plazo del orden de 700 𝜇𝑚 𝑚 ⁄, para 20%CSA una expansión a largo plazo del orden de 500 𝜇𝑚 𝑚 ⁄. Por otro lado para la mezcla con 20% de cenizas volantes se obtiene retracción. Por lo tanto, tal y como se puede ver en la figura 13, se llegó a la conclusión que la mejor combinación era con los 3 aditivos actuando al mismo tiempo, ya que producen una mayor expansión. 23 Estado del conocimiento Figura 13. Efecto de los diferentes aditivos en la expansión inicial y en la retracción por secado en el hormigón[14]. Por lo tanto, de este estudio previo se concluyó que de cara a continuar los ensayos, donde se analiza el pretensado químico como tal, se iba a utilizar la combinación de los 3 aditivos con un 20% de CSA, es decir: - 20% CSA + SAP + SRA Con esta dosificación se analizó el efecto de la expansión para los 3 tipos de probetas descritos anteriormente, es decir: Confinada M5 (𝜌 = 0,9%), confinada M8(𝜌 = 2,3%) y libre. Esta parte del estudio se realizó en probetas prismáticas de 40 x 40 x 160 mm3. 30 Campaña experimental 3.2 Descripción de la campaña experimental La campaña experimental se ha desarrollado en probetas de hormigón con un 20% de contenido de CaO (respecto al peso del cemento) en las que se ha medido la expansión y posteriormente, se han ensayado bajo carga puntual simétrica. En un anterior estudio, realizado, en el mismo laboratorio, se ha obtenido que para un 20% de contenido de CaO la expansión libre fue aproximadamente de un 6 ‰, es decir, 6 mm por metro de longitud del elemento en análisis. Además, en la tesis “Desarrollo de materiales con retracción compensada a partir de óxido de calcio (CaO)”, Fernández Rubio al añadir un 7% de cal obtuvo expansiones de entre 2,2 mm/m y 4,3 mm/m [29]. En esta campaña se han fabricado 3 tipos de probetas, todas de dimensiones 106x150x400 mm, como se puede ver en la figura 17. La configuración de estos tres tipos de probetas es: - Probeta libre en los extremos sin armadura. - Probeta confinada por ambos lados con placas de acero (S235) de 1 centímetro de espesor y armada con dos barras de acero de 10 mm de diámetro (ρef = 0.96%) colocadas a la altura del centro de gravedad de las probetas. - Probeta confinada por ambos lados con placas de acero (S235) de 1 centímetro de espesor y armadas con 4 barras de acero de 10 mm de diámetro (ρef = 1.94%), con una excentricidad de 25 mm en relación al centro de gravedad de las probetas, en ambas direcciones. 31 Campaña experimental Figura 17. Geometría de las probetas diseñadas para la campaña experimental, vista en planta (mm). Para cada tipo de probeta se fabricaron 2 especímenes que se dejaron sin protección para su curado y otros 2 especímenes que se cubrieron con plástico tras su fabricación para estudiar la influencia del curado. A su vez, se fabricó una probeta de control para cada tipo sin contenido de cal (CaO), con el objetivo de comparar los resultados entre las probetas con y sin cal expansiva (De ahora en adelante la probeta sin cal expansiva se la denominará “de referencia”). Por lo tanto, el número total de probetas queda tal y como se puede observar en la tabla 2. 32 Campaña experimental Nº probetas Adición de Cao Armado (Nº barras) ρef (%) Curado 2 SI 0 0 Abierto 2 SI 2 0,96 Abierto 2 SI 4 1,94 Abierto 2 SI 0 0 Sellado 2 SI 2 0,96 Sellado 2 SI 4 1,94 Sellado 1 NO 0 0 Abierto 1 NO 2 0,96 Abierto 1 NO 4 1,94 Abierto 1 NO 0 0 Sellado 1 NO 2 0,96 Abierto 1 NO 4 1,94 Abierto Tabla 2. Probetas fabricadas con dimensiones 106x150x400 mm. Además, para caracterizar el hormigón empleado, se fabricaron 6 probetas cilíndricas con CaO y 3 de referencia de dimensiones 100 mm de diámetro y 200 mm de altura. Antes de fabricar las probetas se realizó el ensayo Vicat needle test con el objetivo de determinar el tiempo de fraguado. Posteriormente, una vez fraguadas las probetas y tras desencofrarlas se colocaron puntos a una distancia de 150 milímetros entre ellos (75 milímetros del centro de las probetas) para medir la expansión del hormigón y tener una primera idea de la acción que está produciendo la cal expansiva en las probetas fabricadas (Ver figura 18). Figura 18. Colocación puntos para medir expansión con reloj comparador (mm). A los 7 días del hormigonado se ensayaron las probetas de 106x150x400 mm bajo carga puntual para analizar el efecto que la expansión ha tenido en su respuesta, considerando la influencia que han tenido las diferentes configuraciones de armado y los diferentes curados, así como el contenido en cal expansiva y el tesado (Ver figura 19). 33 Campaña experimental Figura 19. Configuración del ensayo bajo carga puntual simétrica en las probetas (mm). 3.3 Fabricación de las probetas 3.3.1 Materiales Para el presente estudio se realizaron dos amasadas cuya dosificación se muestra en la Tabla 3, la primera se realizó sin CaO y en la segunda se añadió CaO con una cantidad de 20% del peso del cemento. El cemento utilizado para realizar las diferentes amasadas ha sido CEM II 42,5 A-L, suministrado por Cementos Molins. Amasada 1 [kg/m3] Amasada 2 [kg/m3] Descripción de la mezcla Hormigón sin CaO Hormigón con CaO Agua 215 215 Arena [0/4] 1215 1172,7 Gravilla [4/12] 405 390,9 Cemento 370 370 Plastificante 4,8 4,8 agua/cemento 0,581 0,581 CaO 0 74 Tabla 3. Dosificación para 1 m3 de hormigón. Se ha utilizado el plastificante MasterPozzolith 7003, fabricado por la empresa Master Builders Solutions. Éste es un aditivo plastificante de nueva generación que presenta propiedades polifuncionales, permite mejorar la calidad, la resistencia del hormigón y su acabado superficial, mientras ofrece una gran trabajabilidad y docilidad con un elevado poder plastificante. La cal expansiva utilizada ha sido fabricada por Cales de Pachs, empresa líder en el sector de la cal en Cataluña. 34 Campaña experimental 3.3.2 Vicat needle test Antes de proceder a la fabricación de las probetas se ha realizado el Vicat Needel Test con el fin de obtener el tiempo de fraguado del hormigón. El Vicat needle test consiste en una aguja de 1 mm2 de sección que acompañada de un peso de 300 gramos viene soltada sobre la mezcla en estudio, se mide la penetración realizada por la aguja en repetidos ciclos hasta obtener un valor de penetración menor de 0,5 mm. Es fundamental que se realice con mortero, es decir sin áridos, porque el hecho de que se encuentre un árido con la aguja puede llevar a que proporcione datos erróneos. Este test se realizó con la máquina VICATRONIC – E044N, de la marca MATEST (ver figura 20). Figura 20. VICATRONIC – E044N. Como resultado en el laboratorio se ha obtenido un tiempo de fraguado entre 8 y 9 horas, obteniendo el resultado que se puede ver en la figura 21. Figura 21. Resultado Vicat Needle Test. 35 Campaña experimental 3.3.3 Montaje moldes Antes de proceder a la fabricación del hormigón se realizó el montaje de los moldes, según los 3 diferentes casos de armado que se han descrito en el capítulo 3.2 (ρef = 0%, ρef = 0,96% y ρef = 1,94%). En el caso de sin armadura, ρef = 0%, se colocó en un extremo una placa de acero de 1 cm de espesor (Ver figura 22), la cual se retiró tras el fraguado del hormigón para que las condiciones fuesen las mismas que las de las demás probetas. Además, debido a que el ancho del molde era de 60 cm se colocó en un extremo una madera de 19 cm para obtener una probeta de 40 centímetros de longitud como en los otros casos (Ver figura 23). Figura 22. Placa lisa para probeta con ρef = 0% (106x150x10mm). Figura 23. Molde para probeta con ρef = 0% (106x150x400 mm). En el caso de ρef = 0,96%, es decir con dos barras centradas de 10 mm de diámetro, se colocó una placa de acero con dos agujeros de 10 mm (106x150x10mm, ver figura 24) en ambos extremos de la probeta. Por estos agüeros pasan las dos barras de acero que están sujetas por tuercas y arandelas tanto en la parte interior como exterior de la placa ver figura 25. 36 Campaña experimental Figura 24. Placa con dos agujeros para probeta con ρef = 0,96% (106x150x10mm). Figura 25. Molde para probeta con ρef = 0,96% (106x150x400 mm). En el caso con cuatro barras de 10 mm de diámetro, ρef = 1,94%, se colocó una placa de acero con cuatro agujeros de 10 mm (106x150x10mm, ver figura 26) en ambos extremos de la probeta. Por estos agüeros pasan las cuatro barras de acero que están sujetas por tuercas y arandelas tanto en la parte interior como exterior de la placa, tal y como se puede ver en la figura 27. 37 Campaña experimental Figura 26. Placa con cuatro agujeros para probeta con ρef = 1,94% (106x150x10mm). Figura 27. Esquema placa – armadura y molde para probeta con ρef = 1,94% (106x150x400 mm). 38 Campaña experimental 3.3.4 Fabricación del hormigón Para la fabricación del hormigón se pesaron todos los materiales teniendo en cuenta la dosificación expuesta en el capítulo 3.3.1 de esta tesina. Se colocaron los áridos, el cemento y la cal en el skip de la mezcladora (ver figura 28), se volcó en la amasadora y tras realizar una mezcla breve se colocó el agua mediante la trampilla superior y posteriormente el plastificante. Es importante considerar que la cal se colocó inmediatamente después de haber abierto el recipiente, siguiendo las indicaciones del fabricante, ya que puede perder muy rápidamente las cualidades expansivas. La amasadora es cilíndrica de 1,3 metros de diámetro y 40 centímetros de alto, con una capacidad de amasado máximo que ronda los 210 litros, la araña de mezcla consiste en cuatro palas que giran en el mismo sentido de la cuba y según el eje excéntrico respecto al de la cuba (ver figura 29). Figura 28. Skip con cemento y áridos. 39 Campaña experimental Figura 29. Amasadora utilizada, 210 L de capacidad. Tras realizar el amasado se extrajo el hormigón de la mezcladora mediante la compuerta de descarga inferior y se vertió el hormigón en un cubilote que se puede visualizar en la figura 30. Figura 30. Cubilote de amasada con CaO. Con la máxima celeridad posible se procedió a realizar el cono de Abrams siguiendo el procedimiento estándar. En primer lugar, se colocó el molde sobre una plancha de apoyo limpia, humedecida con agua. Seguidamente se llenó en la primera capa 1/3 del volumen total y se golpeó con una varilla-pison 25 veces. Después, se llenó la segunda capa hasta alcanzar 2/3 del volumen total del cono, en esta segunda capa se golpeó con la varilla-pison también 25 veces pero sin penetrar hasta la capa anterior. Por último se rellenó el último tercio y se dieron 15 golpes con la varilla-pison. 46 Campaña experimental Figura 40. Probetas con dos y con 4 barras abiertas prismáticas con CaO, con puntos. La mitad de las probetas han sido selladas y la mitad se conservan abiertas, de esta manera se podrá ver la influencia de estos dos tipos de curado en la expansión. 3.3.7 Caracterización de los materiales 3.3.7.1 Resistencia a compresión del hormigón Se dispone de un total de 6 probetas cilíndricas de 10 cm de diámetro de base y 20 centímetros de altura de hormigón con cal y de 3 probetas cilíndricas con las mismas dimensiones sin cal. Se realizaron ensayos a compresión a 7 días de edad del hormigón en la máquina Ibertest MEH 3000 (Ver figura 41 y 42). Para realizar dicho ensayo se han pulido los extremos irregulares con el fin de obtener una distribución regular de las cargas con superficies de contacto homogéneas. A su vez, para lograr que las cargas se transmitan lo más céntrico posible, se coloca la probeta centrada, evitando de esta manera que se produzcan excentricidades en el ensayo. 47 Campaña experimental Figura 41. Ibertest MEH 300. Figura 42. Ensayo de resistencia a compresión de probeta cilíndrica sin cal. Este ensayo proporciona la fuerza máxima que la probeta puede soportar y por consiguiente la resistencia a compresión máxima, que se obtiene como la fuerza de rotura a compresión dividido por el área seccional del espécimen. Las probetas tras el ensayo quedan como se pueden ver en la figura 43. 48 Campaña experimental Figura 43. Probetas ensayadas a compresión, caso sin cal. En la Tabla 5 se muestran los resultados obtenidos para los especímenes con cal y la Tabla 6 muestra los valores para los especímenes sin cal. En la tabla 5 se detalla la altura de la probeta, la fuerza hasta alcanzar rotura a compresión y la resistencia a compresión (fc), esta última se obtiene como la fuerza dividido por el área de la sección de la probeta. Se debe tener en cuenta que se dispone de 3 alturas diferentes, esto se debe a que se mide la altura de la probeta (h1), se gira 1/3 circunferencialmente y se mide una segunda vez (h2), se gira 1/3 y se mide una tercera (h3) y después se realiza la media. Esto se realiza para evitar imperfecciones. Probeta h1 (mm) h2 (mm) h3 (mm) Peso(kg) Fuerza (kN) fc (Mpa) C-1-02-EXP 194,4 194,5 194,5 3,3975 247,53 31,52 C-2-02-EXP 194,5 194,4 194,4 3,398 248,70 31,67 C-3-02-EXP 194,6 194,4 194,5 3,335 251,12 31,97 C-4-02-EXP 194,5 194,4 194,5 3,4095 252,94 32,21 C-5-02-EXP 194,6 194,7 194,6 3,381 251,90 32,07 C-6-02-EXP 194,6 194,4 194,6 3,398 242,60 30,89 Tabla 5. Ensayo a compresión probetas cilíndricas con cal. Probeta h1 (mm) h2 (mm) h3 (mm) Peso(kg) Fuerza (kN) fc (Mpa) C-1-No Exp 194,2 194,3 194,5 3,4105 219,13 27,90 C-2-No Exp 194,5 194,2 194,4 3,4295 244,87 31,17 C-3-No Exp 194,4 194,5 194,3 3,4135 257,67 32,80 Tabla 6. Ensayo a compresión probetas cilíndricas sin cal. 49 Campaña experimental 3.3.7.2 Ensayos de resistencia a tracción de las barras El ensayo a tracción de las armaduras se realiza para obtener el módulo de elasticidad de las barras y la resistencia máxima a tracción. Este ensayo se realiza en la máquina INSTRON 8803 (ver figura 44). Figura 44. INSTRON 8803, ensayo a tracción barras. El ensayo se realizó con 3 barras de 50 cm de longitud. El procedimiento de ensayo consiste en: colocar la barra en la máquina sujetada por ambos extremos (Ver figura 45). Seguidamente se mide la longitud libre de las barras, es decir, distancia entre mordazas de la máquina (Ver tabla 7). Para obtener los datos sobre la deformación producida en las barras se utiliza un extensómetro de 50 mm (Ver figura 46), se coloca en la posición que se intuye puede romper la barra, es muy importante la colocación del extensómetro ya que en caso de que la sección de rotura esté dentro de la zona comprendida por el extensómetro se obtendrán valores mucho más exactos hasta rotura. 50 Campaña experimental Figura 45. INSTRON 8803 con barra colocada. Barra Longitud libre (mm) 1 330 2 329 3 329 Tabla 7. Longitud libre barras. 51 Campaña experimental Figura 46. Extensómetro colocado en barra. Hay que tener en cuenta que dos barras no rompen nunca por el mismo sitio en un ensayo a tracción, en este caso, tal y como se verá más adelante, la sección de rotura de la barra 1 se sitúa dentro de la zona comprendida por el extensómetro, esto deriva en que se obtengan valores más detallados hasta rotura. Mientras en las otras dos barras la zona de rotura se encuentra fuera de la zona medida por el extensómetro, obteniendo en la parte final del ensayo datos que representan que no representan la rotura. Con estas condiciones se procede a ejercer tracción por ambos extremos, obtenemos como datos de salida la posición que varía el extensómetro y la carga aplicada. Para obtener la deformación se realiza la operación que se puede ver a continuación: 𝜀 (‰)=𝑃0− 𝑃 50 ·1000 [𝑚𝑚 𝑚 ⁄] (2) Donde: - 𝑃0: Es la posición inicial del Extensómetro. - 𝑃: Es la posición a cada instante de tiempo del extensómetro, es decir, el movimiento. - 50 mm: Es la longitud del Extensómetro. Para obtener las tensiones se realiza la siguiente operación: 𝜎 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 (𝑘𝑁)·1000 𝐴𝑟𝑒𝑎 (𝑚𝑚2) [𝑀𝑃𝑎] (3) Donde: 52 Campaña experimental - 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎: Es el valor de la carga ejercida en la barra por la máquina. - 𝐴𝑟𝑒𝑎: Es el área de las barras, considerada con el diámetro mínimo, es decir 8 milímetros, obteniendo un área de 50,27 𝑚𝑚2. Obteniendo para la barra 1, la relación tensión deformación que se puede ver en la figura 47, con una tensión máxima de 𝜎𝑚á𝑥 =571,00 𝑀𝑃𝑎. Figura 47. Curva Tensión – Deformación Barra 1. Más en particular se hace un zoom en la parte elástica para obtener el módulo de elasticidad, obteniendo E = 208,38 MPa, tal y como se puede ver en la figura 48. Figura 48. Curva Tensión – Deformación Barra 1, parte elástica. Para la barra 2 se obtienen los resultados en términos de relación tensión-deformación que se pueden ver en la figura 49, con una tensión máxima de 𝜎𝑚á𝑥 =575,9 𝑀𝑃𝑎. 0 100 200 300 400 500 600 020 40 60 80 100 120 σ (MPa) ε (‰) Barra roscada ø10 - 1 53 Campaña experimental Figura 49. Curva Tensión – Deformación Barra 2. Más en particular se hace un zoom en la parte elástica para obtener el módulo de elasticidad, obteniendo E = 208,76 MPa, tal y como se puede ver en la figura 50. Figura 50. Curva Tensión – Deformación Barra 2, parte elástica. 54 Campaña experimental Para la barra 3 se obtiene la relación tensión-deformación que se puede ver en la figura 51, con 𝜎𝑚á𝑥 =587,7 𝑀𝑃𝑎. Figura 51. Curva Tensión – Deformación Barra 3. Más en particular se hace un zoom en la parte elástica para obtener el módulo de elasticidad, obteniendo E = 200,63 MPa, tal y como se puede ver en la figura 52. Figura 52. Curva Tensión – Deformación Barra 3, parte elástica. La rotura de la barra se produce en un punto tras reducirse el área de la sección en esa zona, tal y como se puede ver en la figura 53. 55 Campaña experimental Figura 53. Rotura barra roscada. En la Tabla 8 se muestra un resumen de los valores obtenidos de tensión máxima de tracción y módulo de elasticidad. Teniendo en cuenta que las barras son iguales se realiza una media de las 3 barras. Barra σ_máx (Mpa) E (Mpa) 1 571,0 208,38 2 575,9 208,76 3 587,7 200,63 Media 578,2 205,92 Tabla 8. Cuadro resumen de la resistencia a tracción y del módulo de elasticidad de las barras roscadas. 62 Campaña experimental Figura 58. Ensayo a flexotracción probeta con cal, abierta y sin armadura - 2. Para la probeta C2S-1, que es una probeta con cal, abierta y con dos barras se obtiene la gráfica que se puede ver en la figura 59. Se observa que la primera fisura con una carga de 10,6 kN. El valor máximo de desplazamiento, que se observa en esta gráfica y en las siguientes que corresponden a probetas con armadura, no corresponde a la rotura o al agotamiento debido a que se finalizó el ensayo una vez estabilizada la carga, para no producir un daño permanente en la instrumentación. Figura 59. Ensayo a flexotracción probeta con cal, abierta y con dos barras - 1. Para la probeta C2S-2, que es una probeta con cal, abierta y con dos barras se obtiene la gráfica que se puede ver en la figura 60. En este caso la carga de fisuración es muy similar a la de los casos anteriores, siendo de 11,0 kN. Figura 60. Ensayo a flexotracción probeta con cal, abierta y con dos barras - 2. 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 Carga (kN) Flecha (mm) Probeta abierta con cal ρef = 0,96% - 1 63 Campaña experimental Para la probeta C4S-1, que es una probeta con cal, abierta y con cuatro se obtiene la gráfica que se puede ver en la figura 61. Se observa que la carga de fisuración es de 11,3 kN, valor similar al de todas las probetas abiertas. Figura 61. Ensayo a flexotracción probeta con cal, abierta y con cuatro barras - 1. Para la probeta C4A-2, que es una probeta con cal, abierta y con cuatro barras se obtiene la gráfica que se puede ver en la figura 62.Se observa que la carga de fisuración es de 11,5 kN. Figura 62. Ensayo a flexotracción probeta con cal, abierta y con cuatro barras - 2. Para la probeta C0S-1, que es una probeta con cal, sellada y sin armadura se obtiene la gráfica que se puede ver en la figura 63. Como se puede observar, para la probeta sellada se obtienen valores de carga de fisuración superiores a los obtenidos para probetas 64 Campaña experimental abiertas, obteniendo una carga de fisuración de 16,3 kN, la cual coincide con la carga última ya que no se dispone de armado. Figura 63. Ensayo a flexotracción probeta con cal, sellada y sin armadura - 1. Para la probeta C0S-2, que es una probeta con cal, sellada y sin armadura se obtiene la gráfica que se puede ver en la figura 64. Se observa que el valor es superior al de las probetas selladas, obteniendo una carga de fisuración de 14,6 kN, la cual coincide con la carga última ya que no se dispone de armado. Figura 64. Ensayo a flexotracción probeta con cal, sellada y sin armadura - 2. Para la probeta C2S-1, que es una probeta con cal, sellada y con dos barras se obtiene la gráfica que se puede ver en la figura 65. Se observa que la carga de fisuración es de 17,4 kN, superior a las abiertas y a las probetas sin armado. 65 Campaña experimental Figura 65. Ensayo a flexotracción probeta con cal, sellada y con dos barras - 1. Para la probeta C2S-2, que es una probeta con cal, sellada y con dos barras se obtiene la gráfica que se puede ver en la figura 66. Se observa que se obtiene una carga de fisuración de 19,21 kN. Figura 66. Ensayo a flexotracción probeta con cal, sellada y con dos barras - 2. Para la probeta C4S-1, que es una probeta con cal, sellada y con cuatro barras se obtiene la gráfica que se puede ver en la figura 67. Se observa que el valor de la carga de fisuración es 17,01 kN, inferior a las obtenidas en probetas con 2 barras pero de un valor muy similar. 66 Campaña experimental Figura 67. Ensayo a flexotracción probeta con cal, sellada y con cuatro barras - 1. Para la probeta C4S-2, que es una probeta con cal, sellada y con cuatro barras se obtiene la gráfica que se puede ver en la figura 68. Se observa que la carga de fisuración es de 18,11 kN, valor del orden del obtenido en probetas con 2 barras y en la probeta C4S-1. Figura 68. Ensayo a flexotracción probeta con cal, sellada y con cuatro barras - 2. Para la probeta SC0A, que es una probeta sin cal, abierta y sin armadura se obtiene la gráfica que se puede ver en la figura 69. Se observa que la carga di fisuración, que es la misma a la carga última ya que no está armada, se obtiene a 11,1 kN, valor similar al de las probetas con cal abiertas. 67 Campaña experimental Figura 69. Ensayo a flexotracción probeta sin cal, abierta y sin armadura. Para la probeta SC2A, que es una probeta sin cal, abierta y con dos barras se obtiene la gráfica que se puede ver en la figura 70. Se observa que la carga di fisuración se obtiene a 11,0 kN, valor similar al de las probetas con cal abiertas y a SC0A. Figura 70. Ensayo a flexotracción probeta sin cal, abierta y con dos barras. Para la probeta SC4A, que es una probeta sin cal, abierta y con cuatro barras se obtiene la gráfica que se puede ver en la figura 71. Se observa que la carga de fisuración se obtiene a 11,5, valor del mismo orden al obtenido tanto para la probeta con cal y con el mismo armado abierta, como para las otras probetas sin cal y abiertas. 68 Campaña experimental Figura 71. Ensayo a flexotracción probeta sin cal, abierta y con cuatro barras. Para la probeta SC0S, que es una probeta sin cal, sellada y sin armadura se obtiene la gráfica que se puede ver en la figura 72. Se observa que la carga de fisuración es 15,3 kN, debido al tipo de curado la carga de fisuración y del mismo orden al obtenido en las probetas sin armadura con cal. Figura 72. Ensayo a flexotracción probeta sin cal, sellada y sin armadura. Para la probeta SC2S, que es una probeta sin cal, sellada y con dos barras se obtiene la gráfica que se puede ver en la figura 73. Se observa que la carga de fisuración es 14,2 kN, del mismo orden que la obtenida para la probeta SC0S. 69 Campaña experimental Figura 73. Ensayo a flexotracción probeta sin cal, sellada y con dos barras. Para la probeta SC4S, que es una probeta sin cal, sellada y con cuatro barras se obtiene la gráfica que se puede ver en la figura 74. Se observa que la carga de fisuración es 15,2 kN, valor similar al obtenido en la probeta SC2S y en la probeta SC0S, siendo el efecto de la armadura negligible de cara a la carga de fisuración. Figura 74. Ensayo a flexotracción probeta sin cal, sellada y con cuatro barras. 70 Análisis de resultados 4. Análisis de resultados 4.1 Expansión La expansión que se obtiene a 7 días para probetas abiertas (en tanto por mil, es decir mm/m) es la que se puede ver en la tabla 15 y para probetas selladas la que se puede ver en la tabla 16. Probetas abiertas Probeta ε (‰) C0A-1 -0,091 C0A-2 -0,091 C2A-1 -0,085 C2A-2 -0,101 C4A-1 -0,080 C4A-2 -0,091 Tabla 15. Expansión probetas con cal, abiertas. Probetas selladas Probeta ε (‰) C0S-1 0,048 C0S-2 0,016 C2S-1 0,016 C2S-2 0,021 C4S-1 0,011 C4S-2 0,005 Tabla 16. Expansión probetas con cal, selladas. Es importante considerar que la expansión ha sido medida a partir de las 24 horas de la fabricación, cuando se procedió a desencofrar las probetas, esto es importante señalarlo ya que en las experiencias anteriores en el mismo laboratorio aproximadamente el 73% de la expansión ocurría en las primeras 24 horas, mientras que el restante 27% entre los días 2 y 7 desde la fabricación del hormigón. Todas las probetas abiertas presentan retracción por secado, es decir, acortamiento que experimenta el hormigón durante el fraguado, esta es debida principalmente a la perdida de agua causada por la evaporación de la misma. En cualquier caso, el valor obtenido de retracción en las probetas abiertas es de un orden mucho más bajo del que se esperaría en una mezcla sin CaO y se considera que, aunque no del orden esperado, ha habido un efecto de expansión causado por la adición de CaO. Sin embargo, este efecto ha sido contrarrestado por el efecto de acortamiento de la retracción. 71 Análisis de resultados Por otro lado, las probetas selladas sí que presentan expansión pero muy por debajo de lo previsto, contrarrestando la retracción pero expandiendo en un máximo (caso de probeta sin barras) de 0,048 ‰. Por lo tanto, en las probetas selladas ha habido acción expansiva en la mezcla, esto es debido a que la cal para actuar necesita de la presencia de agua y el hecho de que la probeta esté sellada conlleva que no haya intercambio de agua con el exterior, pudiendo aprovecharse de ello la cal para actuar. En cuanto respecta a la expansión dependiendo de la tipología de probeta, se observa como la probeta que más expande es la que no tiene ningún tipo de restricción, seguido por la que tiene 2 barras y por último las probetas con 4 barras que son las probetas que menos expanden. 4.2 Ensayos a flexotracción En los ensayos a flexotracción, resulta interesante analizar el valor de la carga para la cual empieza a fisurar la probeta. Al tratarse de probetas que se autopretensan químicamente es muy importante que las armaduras no entren en contacto con el ambiente y se inicie la corrosión. 4.2.1.1 Probetas sin CaO En las probetas de referencia los valores respectivos a la carga de fisuración, tanto para probetas abiertas como para selladas con plástico, son los que se detallan en la tabla 17. Carga de fisuración Probeta Carga (kN) SC0A 11,09 SC2A 11,01 SC4A 11,54 SC0S 15,25 SC2S 14,17 SC4S 15,24 Tabla 17. Carga para alcanzar fisuración, probetas sin cal. La carga de fisuración para las tres tipologías aumenta en el curado sellado con un valor que ronda el 30%, no teniendo ningún efecto la cuantía de armadura ver tabla 18. Por lo tanto, tal y como era de esperar al no disponer de expansión, todas las probetas fisuran a valores parecidos de carga aplicada, independientemente de la cuantía de armadura, tal y como se puede ver en las figuras 75 y 76, donde se representan las probetas abiertas y selladas. 78 Análisis de resultados Figura 82. Ensayo a flexotracción probetas con dos barras selladas con y sin cal. Figura 83. Ensayo a flexotracción probetas con 4 barras selladas con y sin cal. 4.3 Expansión primer día Debido a que la expansión obtenida en los ensayo fue muy inferior a la esperada, se decidió estudiar si esto era debido a las propiedades de la cal utilizada o bien era debido al tamaño de la probeta, que en los estudios previos era inferior a las de este estudio. 79 Análisis de resultados Por ello, en este apartado se analiza el funcionamiento de la misma dosificación pero en probetas de un tamaño inferior (40x40x160 mm). El tamaño de las probetas utilizadas es el mismo que el utilizado en un anterior estudio, donde se obtuvo una expansión en el primer día de 6 ‰ y entre los días 2 y 7 de 3 ‰. La única diferencia en la dosificación utilizada para el presente estudio y el realizado anteriormente es que el tipo de cemento utilizado. En el estudio realizado anteriormente el cemento era tipo R (alcanza la resistencia máxima en un tiempo rápido) y en el presente estudio el cemento es tipo N (alcanza la resistencia máxima en un tiempo normal). En este molde se coloca abundante vaselina en las 3 caras que tocan la probeta y se deja un borde con una placa libre de moverse, detrás de la cual se coloca un LVDT, que se mueve al expandirse la probeta. Para este análisis se realizaron dos probetas, la primera se dejó en cámara climática y sellada con plástico (ver figura 84), mientras la segunda se dejó en cámara climática y con humedad relativa al 100% (ver figura 85). Figura 84. Probeta para medir expansión, primer día, sellada. 80 Análisis de resultados Figura 85. Probeta para medir expansión, primer día, sellada y con HR 100%. Los resultados obtenidos para ambos casos se presentan en las figuras 86 y 87, obteniendo para el caso sellado una expansión que ronda 2,6 ‰ y para el caso de humedad relativa al 100% una expansión que ronda 1,85 ‰. Figura 86. Expansión probeta 40x40x160 mm con cal, sellada y curado en cámara climática. 81 Análisis de resultados Figura 87. Expansión probeta 40x40x160 mm con cal, sellada y curado con humedad del 100%. Teniendo en cuenta que la relación entre deformación en el primer día y los siguientes 6 es del 73% el primer día y del 27% los siguientes 6. Por ende, la expansión en obtenida entre los días 2 y 7 debería ser de aproximadamente 0,73 ‰, en cambio la expansión obtenida máxima obtenida ha sido igual a 0,048 ‰. Teniendo en cuenta [14] y lo comentado en el capítulo 2 de este estudio se concluye que se deberá realizar una optimización de la dosificación para cada caso en particular. 82 Conclusiones 5. Conclusiones y futuras líneas de investigación 5.1 Conclusiones En este estudio se ha analizado el efecto expansivo de la adición de cal (CaO) en probetas de hormigón, es decir, el efecto de autopretensar químicamente las probetas sin el uso de medios externos. Para ello se ha realizado una campaña experimental donde se han fabricado probetas con 3 tipos de armado y dos tipos de curado. Posteriormente, se han medido las expansiones producidas en cada probeta y a los 7 días se han ensayado a flexotracción para obtener el efecto del pretensado inducido por la cal expansiva, y ver el comportamiento de la probeta bajo carga puntual simétrica. Con los datos obtenidos de expansión y de los ensayos a flexión bajo carga puntual simétrica se han extraído las siguientes conclusiones: - La adición de CaO en probetas de hormigón genera expansión, pero el valor de la misma no es lineal entre probetas de diferente tamaño, debiendo de calcular la dosificación idónea para cada caso. Se obtiene una expansión máxima de 0,048 mm/m, cuando se buscaba obtener expansiones del orden de 2 o 3 mm/m. - El curado tiene un efecto muy importante en la expansión, siendo recomendable realizar curados que eviten la transferencia de agua al exterior, como puede ser probetas selladas, en cámara de humedad o sumergidas en agua, ya que la cal necesita agua para actuar. - Entre las probetas armadas, las que han tenido un efecto expansivo mayor han necesitado de una carga mayor para que aparezca la primera fisura. Siendo por lo tanto favorable. - Las probetas con 2 barras de 10 mm de diámetro han necesitado de una carga similar para obtener la primera fisura, esto es debido a la poca expansión que se ha obtenido, no derivando en diferencias entre un armado y el otro. A pesar de haber obtenido valores de expansión menores a los esperados, estos se han visto representados en la carga necesaria para alcanzar fisuración, siendo esta mayor para probetas con la adición de CaO que para probetas sin CaO. Además se ha constatado que las probetas armadas presentaban más resistencia a la aparición de 83 Conclusiones fisuras, por lo tanto se ha logrado obtener autopretensado químico añadiendo con la adición CaO a la dosificación. 5.2 Futuras líneas de investigación En este apartado se presentan futuras líneas de investigación que pueden ser de interés y que derivan de lo expuesto en el estudio de la presente tesis. - Estudiar la influencia del tamaño de la probeta en la expansión, ya que se ha obtenido que para diferentes tamaños de probetas el comportamiento expansivo no es lineal y un estudio en profundidad de este aspecto sería muy enriquecedor para el estado del conocimiento. - Estudiar la influencia de otros aditivos en la expansión, como pueden ser: Adtivos reductores de retracción (SRA), aditivos de polimeros super absorbentes (SAP) o aditivos basados en calcio-sulfoaluminatos. A su vez, sería interesante estudiar la combinación de estos aditivos con la adición de CaO. - Realizar ensayos a escala real y con condiciones de curado aplicables a condiciones de construcción realistas, tanto para obras de edificación como de obra civil. - Realizar una campaña experimental más extensa con las mismas condiciones para contrastar los resultados obtenidos en este estudio. - Realizar una campaña experimental con el trazado de armadura activa fuera del centro de gravedad de la probeta, colocando la armadura en la zona idónea para contrarrestar momentos. 84 Bibliografía 6. Bibliografía [1] E. G. Nawy, Prestressed Concrete: A Fundamental Approach. Prentice Hall, 2010. [2] P. H. Jackson, “U.S. Patent No. 357999, 1886/88.” [3] M. K. Hurst, Prestressed Concrete Design, Second Edition. Taylor \& Francis, 2002. [4] D. P. Billington, “Historical perspective on prestressed concrete,” Pci J., vol. 49, pp. 14-+, Jan. 2004. [5] A. 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