Hormigón laminado

HORMIGÓN LAMINADO. PFG. MATERIALES AVANZADOS. TALLER 17. PROFESORES TUTORES: José Ramón Albiol Ibáñez. Luis Vicente García Ballester. HORMIGÓN LAMINADO. PFG. MATERIALES AVANZADOS. TALLER 17. PROFESORES TUTORES: José Ramón Albiol Ibáñez. García Ballester. HORMIGÓN LAMINADO. CURSO 2010 – 2011. ALUMNA: Sonia Martínez Ortega. “Los materiales se nutren de la tecnología, así como el pensamiento humano de las palabras.” PFG Hormigón laminado – Índice Taller 17. Materiales avanzados 1 ÍNDICE 1. OBJETIVOS………………………………………………………………………...... 5 2. ESTADO DEL ARTE……………………………………………………………….. 9 2.1. Introducción. 2.2. Materiales 2.2.1. Cementos. 2.2.2. Adiciones. 2.2.3. Agua. 2.2.4. Áridos. 2.2.5. Aditivos. 2.2.6. Silicato de aluminio. 2.3. Dosificación, fabricación y curado de la mezcla. 2.3.1. Dosificación. 2.3.2. Fabricación - amasado de la mezcla. 2.3.3. Curado y protección. 2.4. Características del hormigón de alta resistencia para el proyecto. 2.4.1. Resistencia a compresión. 2.4.2. Resistencia a tracción. 2.4.2.1. Resistencia a tracción indirecta. (valor aproximado para UHPC) 2.4.2.2. Resistencia a flexotracción. 2.4.3. Modulo de elasticidad estático. 2.4.4. Coeficiente de Poisson. 2.4.5. Coeficiente de dilatación térmica. 2.4.6. Retracción. 2.4.7. Fluencia. 2.5. Durabilidad del hormigón. 2.5.1. Permeabilidad al agua. 2.5.2. Reserva alcalina. 2.6. Aplicaciones. 2.7. Otros materiales de interés. 2.7.1. Madera. 2.7.2. Fibra de carbono. 2.7.3. Polietileno. 3. PROGRAMA EXPERIMENTAL………………………………………………….. 33 4. METODOLOGÍA DE ENSAYO………………………………………………….. 41 4.1. Materiales utilizados. 4.1.1. Cementos. PFG Hormigón laminado – Índice Taller 17. Materiales avanzados 2 4.1.2. Árido fino. 4.1.3. Agua. 4.1.4. Aditivos. 4.1.5. Adiciones. 4.1.6. Silicato de aluminio. 4.1.7. Fibra de carbono. 4.1.7.1. Laminado de fibra de carbono. 4.1.7.2. Tejido a base de fibra de carbono. 4.1.7.3. Barra de fibra de carbono. 4.1.8. Polietileno. 4.1.9. Acero. 4.1.10. Resinas epoxi. 4.2. Metodología. 5. ENSAYOS (RESULTADOS Y DISCUSIÓN)…………………………………. 71 5.1. Secuencia de trabajo. 5.2. Resultados. 5.2.1. UHPC laminado con lámina de polietileno. Probeta de 40x40x160 mm. Ficha 1. 5.2.2. UHPC laminado con 1 lámina de polietileno perforada. Probeta de 40x40x160 mm. Ficha 2. 5.2.3. UHPC laminado con 2 láminas polietileno perforadas. Probeta de 40x40x160 mm. Ficha 3. 5.2.4. UHPC laminado con lámina polietileno+epoxi. Probeta de 40x40x160 mm. Ficha 4. 5.2.5. UHPC laminado con tela de fibra de carbono. Probeta de 40x40x160 mm. Ficha 5. 5.2.6. UHPC laminado con lámina de fibra de carbono de 8 perforaciones. Probeta de 40x40x160 mm. Ficha 6. 5.2.7. UHPC laminado con lámina de fibra de carbono de 12 perforaciones. Probeta de 40x40x160 mm. Ficha 7. 5.2.8. UHPC laminado con lámina de tela de fibra de carbono + epoxi. Probeta de 40x40x160 mm. Ficha 8. 5.2.9. UHPC con barra de fibra de carbono de 12 mm. Probeta de 100x100x400 mm. Ficha 9. 5.2.10. UHPC con barra de acero de 12 mm. Probeta de 100x100x400 mm. Ficha 10. 5.2.11. UHPC laminado con tela de fibra de carbono + epoxi. Probeta de 100x100x400 mm. Ficha 11. PFG Hormigón laminado – Índice Taller 17. Materiales avanzados 3 5.2.12. UHPC laminado con tela de fibra de carbono entrelazada. Probeta de 100x100x400 mm. Ficha 12. 5.2.13. UHPC laminado con lámina de fibra de carbono perforada. Probeta de 100x100x400 mm. Ficha 13. 6. CONCLUSIONES…………………………………………………………………. 105 7. BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………… 109 8. AGRADECIMIENTOS…………………………………………………………… 113 PFG Hormigón laminado – Índice Taller 17. Materiales avanzados 4 1. Objetivos PFG Hormigón laminado – Estado del arte Taller 17. Materiales avanzados. 12 - Agua. - Áridos. - Aditivo superplastificante. - Silicato de alúmina. 2.2.1.- Cementos. No hay uniformidad de criterios en cuanto al tipo de cemento a emplear para fabricar un hormigón de ultra alta resistencia, pues mientras algunos investigadores se inclinan por los cementos de altas resistencias iníciales, hay otros que lo hacen por los portland normales y otros por los de bajo calor de hidratación ya que demandan una menor cantidad de agua de amasado. En España son muy recomendables los cementos CEM I 42,5 N y CEM I 52,5 N, y en ocasiones los CEM I 42,5 R y CEM I 52,5 R. El cemento portland está formado, básicamente, por la molienda conjunta del producto resultante de la cocción, hasta sinterización, de una mezcla de caliza y arcilla que recibe el nombre de “clínker” y de un material empleado como regulador de fraguado que, generalmente, es yeso dihidrato. El clínker, componente básico del cemento, está formado por una mezcla de silicatos, aluminato y ferrito aluminato de cal, esto hace que en la composición de las materias primas que van a formar el “crudo” es decir, el material que se cuece en el horno, han de estar los óxidos de sílice, aluminio, hierro y cal en proporciones muy concretas. En la fabricación del cemento portland pueden emplearse tanto materiales naturales como productos industriales con tal que posean los óxidos indicados anteriormente. Dado que estos óxidos han de estar en las proporciones determinadas es difícil encontrar una sola sustancia que los posea en las cantidades requeridas siendo, por tanto, preciso recurrir a la mezcla de varios componentes como puede ser, en el caso más simple, la formada por una caliza y una arcilla, o una caliza y una marga, estando formada esta ultima por una caliza a la que acompañan sílice y productos arenosos. Los componentes minerales principales o activos del clínker son los que aparecen representados en el cuadro 1. Estos están formados por la combinación de dos o más óxidos principales y forman cristales mixtos en los que entran compuestos de otras fases en cantidades reducidas. Los componentes principales se encuentran en el clínker en estado cristalino aunque no en su totalidad pues de un 2 al 12 por 100 de ellos se encuentra en fase amorfa. De todos los componentes principales los silicatos suman del 60 al 80 por 100 de ellos y son los responsables de las resistencias mecánicas del cemento. En PFG Hormigón laminado – Estado del arte Taller 17. Materiales avanzados. 13 general, estos silicatos no se encuentran puros en el clínker sino conteniendo pequeñas cantidades de alúmina, magnesia y otros óxidos; debido a esto, a los silicatos y demás componentes se les suele denominar por su nombre mineralógico: alita, belita y celita. Nombre Composición Peso molecular Fórmula Abreviada Nombre del mineral Silicato tricálcico 3CaO,SiO 2 228 C 3 S Alita Silicato bicálcico 2CaO,SiO 2 172 C 2 S Belita Aluminato tricálcico 3CaO,Al 2 O 3 270 C 3 A Ferrito aluminato tetracálcico 4CaO,Al 2 O 3, Fe 2 O 3 486 C 4 AF Celita Ferrito Bicálcico 2CaO,Fe 2 O 3 272 C 2 F Cuadro 1. Componentes minerales principales o activos del clínker. La relación en masa CaO/ SiO 2 no debe ser inferior a 2 y el contenido de MgO no debe exceder del 5% su masa. - Silicato tricálcico o “alita”.- Este componente se puede considerar como el principal o decisivo del clínker, confiriendo altas resistencias iníciales al cemento; prácticamente en una semana desarrolla sus resistencias y después presenta una elevación de las mismas muy lenta. El calor de hidratación que libera en su reacción con el agua es elevado cifrándose en 502 J/g (120 cal/g). - Silicato bicálcico o “belita”.- Este componente, que es metaestable, de pocas resistencias en los primeros días pero luego las va desarrollando progresivamente hasta alcanzar al silicato tricálcico. El desarrollo de calor a que da lugar en su hidratación es más bajo que el proporcionado por el silicato tricálcico de sólo 251 J/g (60 cal/g). - Aluminato tricálcico.- Este componente por sí solo contribuye muy poco a las resistencias del cemento pero en presencia de los silicatos desarrolla unas resistencias iníciales buenas. Su forma de participar en las resistencias y endurecimiento del cemento no están claras creyéndose que actúa como catalizador de la reacción de los silicatos. Su hidratación es rapidísima al tomar contacto con el agua, desarrollando una cantidad de calor de 886 J/g (207 cal/g). Para retrasar su actividad se emplea el yeso que actúa como regulador de fraguado. PFG Hormigón laminado – Estado del arte Taller 17. Materiales avanzados. 14 - Ferrito aluminato tetracálcico o “celita”.- Apenas si tiene contribución en la resistencia de los cementos. Su hidratación es rápida aunque menor que la del aluminato y produce un buen desprendimiento de calor, 418 J/g (100 cal/g). El hierro que forma la celita tiene una gran importancia como fundente en el horno y es el responsable del color gris verdoso de los cementos portland; normalmente, en estos se encuentra en una proporción de un 3 por 100 y si su contenido se reduce al 0.5 por 100, o menos, se obtienen los cementos portland blancos. 2.2.2.- Adiciones. Las adiciones empleadas en los hormigones de altas resistencias pueden ser humo de sílice, nanosílice o cenizas volantes. El humo de sílice oscurece al hormigón, mientras que la nanosílice no produce este efecto, empleándose por tanto en hormigones blancos de alta resistencia. • Humo de sílice. El humo de sílice denominado también microsílice, es un subproducto pulverulento esferoidal procedente de la fabricación en hornos eléctricos del silicio y del ferrosilicio a partir de cuarzo, caliza y hierro. El polvo se recoge en filtros electrostáticos y está formado por partículas esféricas de una gran finura compuestas de SiO 2 amorfa en un alto porcentaje (82 al 96%). Para hormigones de alta resistencia es recomendable que no baje del 90 por 100. El humo de sílice es un material polvoriento de color grisáceo que posee una densidad real de 2.2 kg/dm3, su superficie especifica Blaine es de aproximadamente 20.000 m2/kg y el tamaño máximo de las partículas es inferior a una micra teniendo un diámetro medio de 0.1 micras. El humo de sílice se emplea como adición al cemento. El papel del humo de sílice como adición en los hormigones es doble: uno físico al actuar como plastificante como consecuencia de su finura y, otro químico al reaccionar con el hidróxido cálcico procedente de los compuestos activos del cemento dando lugar a silicatos cálcicos hidratados de composición parecida a los procedentes de la hidratación del cemento y produciendo un aumento de resistencias mecánicas. No sólo son estos los efectos conseguidos sino también un aumento de la adherencia de la pasta a los áridos, una disminución importante de la permeabilidad de los hormigones al cerrar muchos de los conductos capilares que éste posee, y un aumento de la cohesión de la mezcla. El humo de sílice se presenta en el mercado de varias formas: seco densificado, en polvo y en suspensión en agua. PFG Hormigón laminado – Estado del arte Taller 17. Materiales avanzados. 15 Como adición al hormigón las dosis empleadas suelen oscilar entre el 5 y el 10 por 100, con respecto al peso de cemento. Dado que es una adición costosa lo mejor es emplearla en la cantidad suficiente para que reaccione con la portlandita o cal liberada en la hidratación del cemento. Un exceso de humo de sílice sobre el necesario para formar silicatos solo sirve como “filler” que actúa de forma física y que suele tener una demanda de agua grande. El humo de sílice es imprescindible en la obtención de hormigones de alta resistencia y/o alta durabilidad. • Cenizas volantes. Las cenizas volantes proceden de la combustión del carbón pulverizado en las centrales termoeléctricas y se recogen en los filtros electrostáticos de las mismas. Su forma es esférica y el diámetro de las partículas oscila entre 1 y 150 micras, teniendo una superficie especifica de unos 5000 cm2/g, como se ve muy inferior al del humo de sílice. La cantidad de sílice reactiva que presentan es también más reducida que el humo de sílice y oscila entre el 34 y 63 por 100, dependiendo del carbón empleado y de las condiciones de quemado de la central. Las cenizas volantes como adición al cemento, debido a su composición, son capaces de combinarse con la cal procedente de la hidratación de los componentes activos del cemento portland para dar compuestos, especialmente silicatos hidratados, parecidos a los procedentes de la hidratación del cemento, es decir tobermorita, que van a contribuir a incrementar las resistencias mecánicas del cemento, a la vez al reaccionar con la cal la van a fijar impidiendo problemas de lixiviación por aguas puras o de ataque por aguas acidas, mejorando, por tanto, la durabilidad de los morteros y hormigones. En este aspecto su comportamiento es parecido al de las puzolanas naturales. Las cenizas volantes pueden ser de naturaleza silícea (V) o calcárea (W). Las primeras tienen propiedades puzolánicas, las segundas pueden tener, además, propiedades hidráulicas. Como consecuencia del diferente contenido de sílice amorfa y de la distinta finura y superficie no es de extrañar que el humo de sílice produzca un aumento de resistencias a todas las edades y que además este sea mayor que el producido por las cenizas volantes. 2.2.3.- Agua. El agua es el segundo componente del hormigón empleándose en el amasado del mismo y en su curado. PFG Hormigón laminado – Estado del arte Taller 17. Materiales avanzados. 16 El agua que se añade en la amasadora, junto con los demás componentes del hormigón, tiene las siguientes misiones: una primera, de hidratación de los componentes activos del cemento; una segunda, de actuar como lubricante haciendo posible que la masa fresca sea trabajable y, una tercera, de creadora de espacio en la pasta para los productos resultantes de la hidratación del cemento. Para que un agua sea apta para el amasado de un hormigón debe de estar limpia y encontrarse libre de impurezas por encima de determinados límites a fin de que no se produzcan alteraciones en la hidratación del cemento, retrasos en su fraguado y endurecimiento, reducciones en sus resistencias, ni peligros en su durabilidad. El que un agua tenga aspecto limpio no ofrece seguridad suficiente sobre su pureza. Determinadas impurezas como los cloruros, pueden actuar dando eflorescencias en las superficies vistas. Las aguas que son aptas para la bebida, con excepción de determinadas aguas minerales, los son también para el amasado del hormigón. La Instrucción española del hormigón indica que el pH del agua no será inferior a 5. La citada Instrucción del hormigón con respecto al agua de amasado indica que, salvo justificación especial de que no alteran perjudicialmente las propiedades exigibles al hormigón, deberán rechazarse las aguas que no cumplan una o varias de las siguientes condiciones: - pH ≥ 5 - Sustancias disueltas ≤ 15 g/l - Sulfatos expresados en SO4 ≤ 1 g/l - Ión cloruro para hormigón en masa ≤ 3 g/l - Hidratos de carbono 0 - Sustancias orgánicas solubles en éter ≤ 15 g/l 2.2.4.- Áridos. Los áridos que entran en la composición del hormigón son materiales granulares inertes, de tamaño comprendido entre 0 y 100 mm, de naturaleza inorgánica, alguna vez orgánica, y de procedencia natural o artificial que contribuyen a la estabilidad de volumen, resistencias y economía de los morteros y hormigones. Aunque no toman parte en el fraguado y endurecimiento del hormigón, los áridos desempeñan un papel económico y técnico muy importante en las características de este material. Aproximadamente el 80 por 100 del volumen del hormigón, es decir, sus cuatro quintas partes, es ocupado por los áridos PFG Hormigón laminado – Estado del arte Taller 17. Materiales avanzados. 17 siendo el resto la pasta de cemento que rellena los huecos existentes entre ellos y que crea una capa que envolviendo a los gránulos los mantiene unidos. Al ser de menor costo que la pasta de cemento se desprende que cuanto mayor sea el peso de los mismos más económico será el hormigón, pero, la misión de los áridos no se limita a la de ser un material de relleno barato, sino que también ejercen una influencia muy positiva en las resistencias mecánicas, retracción, fluencia, abrasión e incluso durabilidad del hormigón. A los áridos se les puede considerar como el componente más homogéneo de los que entran en la composición del hormigón. Los áridos pueden clasificarse en naturales y artificiales. Los naturales proceden de la desintegración natural o artificial de rocas y según la naturaleza de éstas reciben el nombre de silíceos, calizos, graníticos, basálticos, etc. Los artificiales son obtenidos mediante un proceso industrial a partir de materiales inorgánicos u orgánicos como ocurre, en el primer caso, con las arcillas expandidas o las escorias dilatadas y en el segundo, con las microesferas de poliestireno expandido, por ejemplo. Los áridos naturales, por otra parte, se pueden clasificar en rodados y machacados. Las arenas así como los áridos gruesos procedentes de la desintegración natural y erosión de rocas son, en general, redondeados con superficies lisas sin aristas y se les denomina “áridos rodados”, mientras que los obtenidos por desintegración artificial mediante trituración, poseen superficies rugosas y aristas vivas y se denominan “áridos machacados”. A un árido que se emplea sin hacer una separación por fracciones de distintos tamaños, es decir, con la granulometría original y limitando únicamente sus tamaños máximo y mínimo se le denomina “todo-uno”. La división más simple de árido seria en dos fracciones que denominamos árido fino y árido grueso. La Instrucción española del hormigón, define como árido fino o arena a la fracción del mismo que pasa por el tamiz de 4 mm, siendo árido grueso la fracción del mismo que queda retenida en el tamiz. Dentro de esta clasificación se pueden reconocer otros tamaños y así en las arenas cabe hacer el distingo entre gruesas de tamaño 2 a 4 mm y finas las comprendidas entre 0,063 y 2 mm; denominándose finos o “filler” a la fracción de tamaño inferior a 0,063 mm. Para la fabricación de un hormigón de alta resistencia, los áridos finos deben ser arenas silíceas rodadas debido a que requieren una menor cantidad de agua de mojado. PFG Hormigón laminado – Estado del arte Taller 17. Materiales avanzados. 18 Cualquiera que sea la naturaleza de los áridos estos deben estar limpios de polvo y cualquier elemento contaminante. 2.2.5.- Aditivos. Los aditivos superplastificantes son de uso obligado en estos hormigones a fin de obtener una trabajabilidad adecuada empleando relaciones agua/cemento inferiores a 0,30. Por otra parte, los superplastificantes aumentan las resistencias iníciales debido a la dispersión que producen de las partículas del cemento. Las resistencias a compresión a 28 días también se incrementan hasta en un 19 por 100, con respecto a una mezcla sin aditivo, al igual que lo hace la resistencia a tracción que aumenta en un 10 por 100 a esa misma edad. La retracción es menor en las mezclas con aditivo. El tipo de superplastificante a emplear debe estar basado en naftaleno o melanina sulfonatos, en policarboxilatos o en copolimeros de vinilo toda vez que los derivados del lignosulfato no pueden emplearse en grandes dosis debido a su efecto retardador. La dosis a emplear de este tipo de aditivos es de 3 a 5 veces la precisa para un hormigón convencional y viene determinada por el asiento que quiera conseguirse y la relación agua/cemento que se esté empleando. No debe superarse el 1,5 % respecto a peso de cemento. Las reducciones de agua de amasado alcanzadas pueden llegar hasta el 30% Dado que estos aditivos suelen llevar agua incorporada es preciso conocer su cantidad a fin de deducirla del agua de amasado. 2.2.6.- Silicato de aluminio. El silicato de alúmina es un mineral que procede de diversas explotaciones mineras por lo que su composición no es fija, teniendo pequeñas variaciones en los porcentajes de sus componentes. Cuadro 2. Composición química y características del Silicato de Alúmina. PFG Hormigón laminado – Estado del arte Taller 17. Materiales avanzados. 19 Se le somete a procesos de calentamiento, triturado y separación de los granos por tamizado. Se trata de un tipo de abrasivo que se desarrolló para la aplicación por chorreado, normalmente en procesos de chorreado a presión. Tiene su aplicación básica en la industria naval, en mantenimientos, eliminación de óxidos en piezas férricas, limpieza y decapado de interiores de tanques y depósitos, tratamiento y limpieza de fachadas… Este abrasivo cuenta con homologación CE. 2.3.- DOSIFICACIÓN, FABRICACIÓN Y CURADO DE LA MEZCLA. 2.3.1.- Dosificación. Los métodos de dosificación de hormigones tienen por finalidad encontrar las proporciones en que hay que mezclar a los diferentes componentes de los mismos para conseguir mezclas que posean determinadas características de: consistencia, compacidad, resistencia, durabilidad, etc. El cálculo teórico de las proporciones en que hay que mezclar a los componentes no exime de la comprobación experimental para la puesta a punto de la composición a adoptar, esto es debido a que ningún método de dosificación puede tener en cuenta la gran cantidad de factores que influyen en las propiedades del hormigón a conseguir. No existe un método único de dosificación sino que dependiendo de las condiciones que deba reunir el hormigón, y de las características de los propios componentes del mismo, se podrá elegir uno entre varios de los muchos existentes y los resultados que se consigan con él serán buenos cuanto éste se haya seleccionado convenientemente y se hayan realizado las correcciones oportunas, después de hacer masas de prueba. Los métodos de dosificación pueden dividirse en dos grupos fundamentales: uno, formado por los que tienen como dato principal de partida la dosificación de cemento, teniendo además en cuenta otras características como pueden ser la consistencia, tamaño máximo del árido a emplear, tipos de áridos, aire ocluido en determinadas proporciones, clase de ambiente, etc.; y otro, formado por los que se basan en las resistencias mecánicas del hormigón, especialmente la de compresión y a la que deben acompañar otros datos como los indicados anteriormente para los hormigones definidos pos su dosificación de cemento. La dosificación utilizada en este trabajo de investigación ha sido facilitada por José Ramón Albiol Ibáñez, profesor tutor de la ETSIE, según investigaciones anteriores realizadas por él. Esta dosificación se puede observar en el cuadro 3. PFG Hormigón laminado – Estado del arte Taller 17. Materiales avanzados. 20 CEMENTO H2O ADITIVO H. SÍLICE AL2O3 ÁRIDO 0/1 1000 250 60 100 400 600 Kg/m3 gr/l Cuadro 3. Dosificación empleada en este trabajo de investigación. 2.3.2.- Fabricación - amasado de la mezcla. El amasado del hormigón tiene por finalidad recubrir a los áridos de una capa de pasta de cemento y mezclar a todos los componentes hasta conseguir una masa uniforme. El amasado se realiza en mezcladoras u hormigoneras. La mezcla no debe perder su uniformidad durante las operaciones de descarga y esto dependerá de la cohesión de la mezcla y de la forma de la hormigonera. Las hormigoneras se clasifican en: basculantes o de eje inclinado, de eje horizontal y, de eje vertical. Estas pueden considerarse como tradicionales. En el laboratorio y para la realización de las probetas se utiliza una amasadora de eje vertical. Las amasadoras de eje vertical pueden tener cubas fijas o giratorias, disponiendo de unas paletas que van sujetas a unos brazos y que describen un movimiento planetario. Estas maquinas suministran un hormigón muy homogéneo, poseyendo, además, la ventaja de permitir al operador vigilar al hormigón a través de la parte superior, de donde puede tomar muestras y hacer las correcciones que estime precisas. El tiempo de amasado puede ser inferior al de otras hormigoneras, aunque conviene que sea el preciso para obtener una mezcla homogénea. No se recomienda que el tiempo de amasado, en segundos, para una hormigonera de diámetro D, en metros, sea inferior a: La velocidad de giro, en r.p.m., suele ser aproximadamente: 2.3.3.- Curado y protección. Para conseguir un buen hormigón con las propiedades deseadas, hay que curarlo en un ambiente adecuado. Tiene que ser curado y protegido para: - Hacer mínima la retracción plástica, - Evitar fisuración por retracción, - Asegurar una resistencia superficial adecuada, PFG Hormigón laminado – Estado del arte Taller 17. Materiales avanzados. 21 - Asegurar una buena durabilidad, - Evitar daños por vibraciones, impacto, etc. La resistencia, estabilidad de volumen y durabilidad de un buen hormigón solo se logran si este se cura adecuadamente. El curado del hormigón tiene por finalidad impedir la perdida por evaporación de agua y controlar la temperatura del mismo durante el proceso inicial de hidratación de los componentes activos del cemento. El fin último del curado es lograr que el espacio lleno por el agua en la pasta fresca sea ocupado por los productos hidratados del cemento, es decir, que se produzca la hidratación en los capilares llenos de ésta, para lo cual habrá que impedir que el agua se escape, o sustituir la que se haya perdido por evaporación mediante agua externa. Las probetas realizadas para los ensayos se mantienen en la cámara húmeda sumergidas en agua hasta su rotura, evitando la pérdida y evaporación del agua. 2.4.- CARACTERÍSTICAS DEL HORMIGON DE ULTRA ALTA RESISTENCIA PARA EL PROYECTO. 2.4.1.- Resistencia a compresión. Como en todos los hormigones el conocimiento de la resistencia a compresión es fundamental debido a que muchas son las características que están relacionadas con ella. En los UHPC la resistencia a compresión se eleva de una forma considerable gracias al empleo de bajas relaciones agua/cemento y a la incorporación de adiciones activas tales como humo de sílice. La evolución de la resistencia a compresión es muy rápida al principio quizá como consecuencia de la mayor exotermicidad de estos hormigones que acelera las reacciones de hidratación del cemento, a la mayor proximidad de las partículas de cemento hidratado debido a la mejor relación agua/cemento empleada y al fuerte carácter puzolánico del humo de sílice: esto último, hace que la ganancia de resistencias a corto plazo sea muy superior a la conseguida con el empleo de cenizas volantes. La ganancia de resistencias a compresión continúa incluso después de los 28 días, de aquí que haya investigadores que propongan que la resistencia de los UHPC se indique a los 56 o 90 días. PFG Hormigón laminado – Estado del arte Taller 17. Materiales avanzados. 28 disminuyeron en gran medida el uso de esta hasta la aparición de la madera laminada con el descubrimiento de las colas sintéticas en 1940. La madera no es un material homogéneo, es un material anisótropo que se comporta de forma diferente según la dirección de las fibras. Esta propiedad o característica de la madera deja de manifestarse en la madera laminada, ya que la laminación disminuye esta anisotropía, haciendo de la madera un material más homogéneo. Según la UNE-EN 386:2001 podemos definir la madera laminada encolada como: “Elementos estructurales formados por la unión encolada de laminas de madera con la fibra orientada básicamente de forma paralela”. Con todo esto podemos decir que ante una misma sección de madera y madera laminada, la segunda presenta una mejora de propiedades respecto de la primera. Imagen 3. Distribución de tensión en la madera. Como se observa en la imagen 3 anterior, la tensión o grieta en la madera laminada se disipa con la laminación. Los resultados obtenidos en el ensayo a flexión son los siguientes: - Madera laminada GL28: 24 N/mm2. - Madera maciza C18: 18 N/mm2. Esta mejora de propiedades ha permitido que con la madera laminada encolada se consigan salvar luces mucho más grandes y que ésta compita con ventaja sobre otros materiales. PFG Hormigón laminado – Estado del arte Taller 17. Materiales avanzados. 29 2.7.2.- Fibra de carbono. La fibra de carbono es un material compuesto, constituido principalmente por carbono. Tiene propiedades mecánicas similares al acero y es tan ligera como la madera o el plástico. Por su dureza tiene menor resistencia al impacto que el acero. Imagen 4 . Lámina de fibra de carbono. Imagen 5 . Tela de fibra de carbono. Las propiedades principales de este material compuesto son:  Elevada resistencia mecánica, con un módulo de elasticidad elevado.  Baja densidad, en comparación con otros elementos como por ejemplo el acero.  Elevado precio de producción.  Resistencia a agentes externos.  Gran capacidad de aislamiento térmico.  Resistencia a las variaciones de temperatura, conservando su forma, sólo si se utiliza matriz termoestable. Las razones del elevado precio de los materiales realizados en fibra de carbono se debe a varios factores:  El refuerzo, fibra, es un polímero sintético que requiere un caro y largo proceso de producción. Este proceso se realiza a alta temperatura, entre 1100 y 2500 °C, en atmósfera de hidrógeno durante semanas o incluso meses dependiendo de la calidad que se desee obtener ya que pueden realizarse procesos para mejorar algunas de sus características una vez se ha obtenido la fibra.  El uso de materiales termoestables dificulta el proceso de creación de la pieza final, ya que se requiere de un complejo utillaje especializado, como el horno autoclave. PFG Hormigón laminado – Estado del arte Taller 17. Materiales avanzados. 30 Tiene muchas aplicaciones en la industria aeronáutica y automovilística, al igual que en barcos y en bicicletas, donde sus propiedades mecánicas y ligereza son muy importantes. También se está haciendo cada vez más común en otros artículos de consumo como patines en línea, raquetas de tenis, edificios, ordenadores portátiles, trípodes y cañas de pesca e incluso en joyería . Cada filamento de carbono es la unión de muchas miles de fibras de carbono. Un filamento es un fino tubo con un diámetro de 5–8 micrómetros y consiste mayoritariamente en carbono. La densidad de la fibra de carbono es de 1.750 kg/m 3 . Es conductor eléctrico y de baja conductividad térmica. Al calentarse, un filamento de carbono se hace más grueso y corto. 2.7.3.- Polietileno. El polietileno (PE) es un material termoplástico blanquecino, de transparente a translúcido, y es frecuentemente fabricado en finas láminas transparentes. Las secciones gruesas son translúcidas y tienen una apariencia de cera. Mediante el uso de colorantes pueden obtenerse una gran variedad de productos coloreados. Por la polimerización de etileno pueden obtenerse productos con propiedades físicas muy variadas. Estos productos tienen en común la estructura química fundamental (-CH 2 -CH 2 -) n , y en general tienen propiedades químicas de un alcano de peso molecular elevado. Este tipo de polímero se creó para usarlo como aislamiento eléctrico, pero después ha encontrado muchas aplicaciones en otros campos, especialmente como película y para envases. En general hay dos tipos de polietileno: • De baja densidad (LDPE) • De alta densidad (HDPE). El de baja densidad tiene una estructura de cadena enramada, mientras que el polietileno de alta densidad tiene esencialmente una estructura de cadena recta. El polietileno de baja densidad fue producido comercialmente por primera vez en el Reino Unido en 1939 mediante reactores autoclave (o tubular) necesitando PFG Hormigón laminado – Estado del arte Taller 17. Materiales avanzados. 31 presiones de 14.500 psi (100 Mpa) y una temperatura de unos 300 ºC. El polietileno de alta densidad fue producido comercialmente por primera vez en 1956-1959 mediante los proceso de Philips y Ziegler utilizando un catalizador especial. En estos procesos la presión y temperatura para la reacción de conversión del etileno en polietileno fueron considerablemente más bajas. Por ejemplo, el proceso Philips opera de 100 a 150 ºC y 290 a 580 psi (2 a 4 MPa) de presión. Sobre 1976 se desarrolló un nuevo proceso simplificado a baja presión para la producción de polietileno, el cual utiliza una presión de 100 a 300 psi (0,7 a 2 Mpa) y una temperatura de unos 100 ºC. El polietileno producido puede describirse como un polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) y tiene una estructura de cadena lineal con ramificaciones laterales cortas, inclinadas. El polietileno de baja densidad es un polímero que se caracteriza por: 1. Buena resistencia térmica y química. 2. Buena resistencia al impacto. 3. Es de color lechoso, puede llegar a ser trasparente dependiendo de su espesor. 4. Muy buena procesabilidad, es decir, se puede procesar por los métodos de conformado empleados para los termoplásticos, como inyección y extrusión. 5. Es más flexible que el polietileno de alta densidad. 6. Presenta dificultades para imprimir, pintar o pegar sobre él. Imagen 6. Láminas de polietileno. PFG Hormigón laminado – Estado del arte Taller 17. Materiales avanzados. 32 El polietileno se usa para diferentes tipos de productos finales, para cada uno de ellos se utilizan también diferentes procesos, entre los más comunes se encuentran:  Extrusión: Película, cables, hilos, tuberías.  Co-Extrusión: Películas y láminas multicapa.  Moldeo por inyección: Partes en tercera dimensión con formas complicadas  Inyección y soplado: Botellas de diferentes tamaños  Extrusión y soplado: Bolsas o tubos de calibre delgado  Extrusión y soplado de cuerpos huecos: Botellas de diferentes tamaños  Rotomoldeo : Depósitos y formas huecas de grandes dimensiones 3. Programa experimental PFG Hormigón laminado – Programa experimental En este trabajo de investigación, para la realizacion d tipos de variables que se muestran a continuacion HORMIGÓN LAMINADO (Variables) LAMINACIÓN MATERIAL DE LÁMINAS FORMA DE LÁMINAS TAMAÑO DE PROBETAS NÚMERO DE LÁMINAS Programa experimental En este trabajo de investigación, para la realizacion d e las probetas hemos combinado los 5 tipos de variables que se muestran a continuacion obteniendo un programa. LAMINACIÓN HORMIGÓN FRESCO HORMIGÓN ENDURECIDO MATERIAL DE POLIETILENO FIBRA DE CARBONO MALLA DE FIBRA LÁMINA DE FIBRA EPOXI FORMA DE POLIETILENO SIN PERFORACIONES CON PERFORACIONES FIBRA DE CARBONO TELA LAMINA FIBRA TAMAÑO DE 4 LITROS 100X100X400 1 LITRO 40X40X160 NÚMERO DE 1 LÁMINA 2 LÁMINAS 3 LÁMINAS 17. Materiales avanzados 35 e las probetas hemos combinado los 5 obteniendo un programa. TIPO 1 TIPO 2 TIPO 3 TIPO 4 CON EPOXI ENTRELAZADA SIN NADA PERFORADA SIN PERFORAR PFG Hormigón laminado – Programa experimental 17. Materiales avanzados 36 PFG Hormigón laminado –Programa experimental Taller 17. Materiales avanzados 37 Fecha Amasado Amasada Probetas 140x60x60 mm Patrón 1 lám 2 lám 1 lám T1 1 lám T2 1 lám T3 2 lám T1 2 lám T1 2 lám T4 2 lám T3 2 lám T3 2 lám T4 1 lámina 2 láminas CEM (kg/m3) (gr/l) 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 MICROSILICE (kg/m3) (gr/l) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 ARIDO 0/1 (kg/m3) (gr/l) 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 SILICATO Al2O3 (kg/m3) (gr/l) 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 H2O (kg/m3) (gr/l) 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 ADITIVO (kg/m3) (gr/l) 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 tipo amasadora Amasado desemoldar sumergir agua horno fecha/dias/ºC rotura h, mm/ bxh fc-1 KN/Mpa fc-2 KN/Mpa fflex-1 forma rotura cortante/flexion trabajabilidad Unida con epoxi Fecha Amasado Amasada Probetas 140x60x60 mm Patrón 1 lám 2 lám Patrón 1 lám FC+epoxi (1) 1 lám FC+epoxi (2) patrón 1 lám= 32+8 2 lám=24+8+8 patrón 1 lám 8 ᴓ 1 lám 8 ᴓpatrón 1 lám 12 ᴓ 1 lám 12 ᴓ CEM (kg/m3) (gr/l) 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 MICROSILICE (kg/m3) (gr/l) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 ARIDO 0/1 (kg/m3) (gr/l) 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 SILICATO Al2O3 (kg/m3) (gr/l) 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 H2O (kg/m3) (gr/l) 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 ADITIVO (kg/m3) (gr/l) 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 tipo amasadora Amasado desemoldar sumergir agua horno fecha/dias/ºC rotura h, mm/ bxh fc-1 KN/Mpa fc-2 KN/Mpa fflex-1 forma rotura cortante/flexion trabajabilidad Unida con epoxi UNIÓN PROBETAS ROTAS CON EPOXI+LÁMINA (amasada 1) 0 (láminas de 160x40mm sin agujeros) 2 (láminas de 160x40mm) 3 (láminas de 160x40mm) 4 (láminas de 160x40mm) POLIETILENO TELA FIBRA CARBONO RESINAS EPOXI LÁMINA FIBRA DE CARBONO 5 10 (CON EPOXI) 7 8 9 PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 44 Figura 35 - bis: Distribución granulométrica del CEM I-52.5 R, utilizado en el programa experimental. Datos proporcionados por el fabricante. Las características del cemento utilizado son las que se muestran a continuación: Este cemento, certificado por AENOR, cuenta con CERTIFICADO DE CONFORMIDAD CE, y está fabricado según normas UNE-EN 197-1:2000, UNE-EN 197-1:2000/A3:2008 y UNE-EN 197-1:2002 ERRATUM. El lugar de fabricación es la sede de Cementos la unión, S.A., instalada en Pi de actuación, fase 13 parcela 41, 46190 Ribarroja del Turia (Valencia-España). CEM I - 52,5 R 0 1 2 3 4 5 6 7 0,1 1 10 100 1000 MICRAS % VOLUMEN CEMENTO I - 52,5 R PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 45 4.1.2.- Árido fino. Los áridos finos para la realización de un HAR deben ser arenas silíceas rodadas debido a que requieren una menor cantidad de agua de mojado. Cualquiera que sea la naturaleza de los áridos estos deben estar limpios de polvo y cualquier elemento contaminante. El árido utilizado en los ensayos realizados es una Arena Sikadur de la serie 500, en concreto la Arena Sikadur-510. Se trata de una arena para sistemas antideslizantes de tipo semigrueso, con una granulometría de 0,4 – 1,00 mm y una densidad aparente de 1,5 kg/l. Viene suministrado por en sacos de 26 kg. 4.1.3.- Agua. El agua utilizada para el amasado del hormigón está limpia y se encuentra libre de impurezas a fin de que no se produzcan alteraciones en la hidratación del cemento, retrasos en su fraguado y endurecimiento, reducciones en sus resistencias, ni peligros en su durabilidad. 4.1.4.- Aditivos. El aditivo utilizado para la realización de las probetas es el Sika ViscoCrete – 20 HE, superplastificante de alto rendimiento. Este aditivo es especialmente adecuado para la confección de hormigones de altas resistencias iníciales, hormigones con gran necesidad de reducción de agua y de excelente fluidez. El Sika ViscoCrete – 20 HE se utiliza principalmente para las siguientes aplicaciones: - Hormigón prefabricado. - Hormigón con altas resistencias iníciales. - Hormigón realizado in situ con un rápido desmolde o desencofrado. - Hormigón autocompactante. Debido a la absorción superficial y el efecto esférico, que separan las partículas ligantes se consiguen las siguientes propiedades: - Produce un rápido desarrollo de las resistencias iníciales, resultando muy económico porque reduce el tiempo de encofrado y desmolde tanto en prefabricados como en hormigón in situ. PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 46 - Reducción muy importante de agua de amasado dando hormigones de alta densidad, altas resistencias y reducida permeabilidad al agua, etc. - Excelente plasticidad, mejorando la fluidez, la colocación y la compactación - Bajo coste de energía en elementos prefabricados curados al vapor. - Especialmente indicado para la preparación de hormigón autocompactable. - Disminuye la retracción. - Reduce los tiempos de reparación de carreteras y pistas de rodadura. No contiene cloruros ni sustancias que puedan provocar o favorecer la corrosión del acero y por lo tanto pueden utilizarse sin restricciones en hormigones armados o pretensados. En cuanto a Certificados y Normas, podemos decir que cumple con las especificaciones de la norma UNE-EN-934-2 tablas 3.1 y 3.2, SIA 262 (2003) reductor de agua y superplastificante. Los datos del producto con los que contamos son los siguientes: FORMA: - Liquido marrón, ligeramente transparente. ALMACENAMIENTO: - 12 meses desde su fecha de fabricación, en sus envases de origen bien cerrados y no deteriorados entre +5º C y +35º C. - Proteger de la acción directa de la luz solar y de las heladas. DATOS TÉCNICOS: - Composición química: Policarboxilato modificado en base acuosa. - Densidad: 1,08 kg/l - Valor de pH: 4,3 +/- 0,5 - Contenido en Cloruros: Libre de cloruros (EN 934-2) - Efecto de fraguado: No retardante. - Efecto de sobredosificación: Puede producir exudación. DETALLES DE APLICACIÓN: - Consumo/Dosificación: o Para media trabajabilidad: 0,2-0,8 % del peso del cemento. o Para una alta trabajabilidad, con una baja relación agua/cemento y para hormigón autocompactable: 1,0-2,0 % del peso del cemento. PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 47 4.1.5.- Adiciones. La adición utilizada para la realización de las probetas es Sika Fume S-92-D, adición a base de humo de sílice. Esta adición se utiliza para aumentar la cohesión el hormigón fresco y las resistencias mecánicas y a agentes agresivos en el hormigón endurecido. El Sika Fume S-92-D se utiliza principalmente para las siguientes aplicaciones: - Hormigones estructurales de altas prestaciones. - Hormigón bombeado. - Hormigón proyectado tanto por vía seca como por vía húmeda. - Hormigones resistentes a agentes agresivos. Este material contiene partículas microscópicas (0,1 micras) de dióxido de silicio reactivo. La presencia de dichas sustancias aumenta la retención del agua en el hormigón fresco. En el hormigón endurecido reacciona con la cal libre aumentando sus resistencias mecánicas y a agentes agresivos. Aumenta las resistencias químicas a cloruros, sulfatos, ácidos, ciclos de hielodeshielo, reacción álcali-árido. No contiene cloruros ni elementos que puedan producir corrosión en las armaduras. Los datos de este producto son los siguientes: FORMA: - Polvo gris. - Envasado en sacos de 20 kg. ALMACENAMIENTO: - 12 meses desde su fecha de fabricación, en sus envases de origen bien cerrados y no deteriorados. - En lugar seco y fresco protegiéndolos de las heladas y el frio excesivo, a una temperatura entre + 5º C y + 30º C. DATOS TÉCNICOS: - Composición química: Humo de sílice densificado. DETALLES DE APLICACIÓN: - Consumo/Dosificación: o Hormigones de alta durabilidad y resistencias: aprox. 10% del peso de cemento. PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 48 o Hormigón normal: aprox. 5-10% del peso de cemento. o Hormigón proyectado: aprox. 5% del peso de cemento. 4.1.6.- Silicato de aluminio. El silicato de aluminio utilizado para la realización de probetas pertenece a la casa mpablast. Se trata de un silicato de aluminio granulado procedente de cámara de combustión, lavado, secado y clasificado, que cuenta con las siguientes características generales: - Color marrón-negro. - Exento de polvo. - Formas de grano irregulares, la mayoría angulosas. - Químicamente neutro. - Tiene una friabilidad media, por lo que produce poco polvo. - Granulometría controlada y muy ajustada. Los porcentajes de los componentes de este silicato son los siguientes: SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO K 2 O MgO TiO Na 2 O 45-52 24-31 7-11 3-8 2-5 2-3 0-2 0-1 Las características físico-químicas se muestran a continuación: La distribución granulométrica estándar es la siguiente: Finos Medios Gruesos 0,08-0,16 0,10-0,30 0,20-0,60 0,10-0,80 0.5-1.5 En cuanto al almacenaje deberá realizarse en lugar seco y templado para evitar la formación de grumos. 4.1.7.- Fibra de carbono. 4.1.7.1.- Laminado de fibra de carbono. Uno de los materiales utilizados como lámina es el Sika CarboDur. Se trata de un polímero armado con fibras de carbono pultrusionadas (CFPR) diseñado para el refuerzo de estructuras de hormigón, madera y mampostería. Dureza Densidad aparente Peso específico Conductividad Cloruros solubles en agua 7 Mohs 1,3 - 1,4 g/cm 3 2,4 - 2,6 g/cm 3 < 15 mS/m < 0.001 % m/m PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 49 Las características de este material son las siguientes: - No se corroe. - Muy altas resistencias. - Excelente durabilidad. - Ligero y de poco peso. - Disponible en cualquier longitud, no requiere juntas. - Espesor total pequeño, puede ser cubierto. - Fácil de transportar (rollos). - Fácil solape y entrecruzamiento de laminados. - Excelente resistencia a fatiga. - Alto modulo de elasticidad. Los datos de este producto son los siguientes: FORMA: - Matriz de polímeros (resina epoxi) reforzada con fibra de carbono, negro. TIPOS: Laminados Sika CarboDur Modulo de elasticidad 165.000 N/mm2. Tipo Ancho Espesor Sección Sika CarboDur S512/80 50 mm 1,2 mm 60 mm2 Sika CarboDur S812/120 80 mm 1,2 mm 96 mm2 Sika CarboDur S1014/180 100 mm 1,4 mm 140 mm2 Sika CarboDur S1214/220 120 mm 1,4 mm 168 mm2 ALMACENAMIENTO: - Ilimitada si no hay exposición directa al sol, en condiciones secas a temperaturas inferiores a los 50ºC. DATOS TÉCNICOS: - Densidad: 1,60 g/cm3. - Resistencia térmica: > 150ºC. - Contenido volumétrico de fibra: > 68%. - Modulo de elasticidad medio: 165.000 N/mm2 o MPa. - Resistencia a tracción media: 3100 N/mm2 o MPa. - Alargamiento a rotura: > 1,70%. - Deformación unitaria de diseño: < 0,85%. 4.1.7.2.- Tejido a base de fibra de carbono. PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 50 El SikaWrap-230 C/45 es un tejido unidireccional a base de fibra de carbono que ha sido utilizado en este proyecto como material de lámina. Las características de este material son las siguientes: - Fabricado con una trama especial de fibras que consigue una gran estabilidad dimensional. - Uso multifuncional - Flexibilidad en la adaptación de la geometría de las superficies. - Baja densidad. Los datos de este producto son los siguientes: ALMACENAMIENTO: - 24 meses desde la fecha de fabricación en sus envases de origen bien cerrados y no deteriorados en un lugar seco a temperaturas de entre +5ºC y 35ºC. DATOS TÉCNICOS: - Peso: 230 g/m2 +- 10 g/m2. - Espesor de diseño de tejido: 0,131 mm (sección neta de fibras) - Densidad: 1,76 g/cm3. - Modulo elástico: 234.000 N/mm2 o MPa. - Resistencia a tracción: 4300 N/mm2 o MPa. - Alargamiento a rotura: 1,80 %. 4.1.7.3.- Barra de fibra de carbono. El Sika CarboDur BC es un refuerzo estructural para la albañilería, la madera y el hormigón basado que basa su composición en fibras de carbono unidas con resinas epoxi según la prescripción del diseñador. El Sika CarboDur BC es adecuado como refuerzo estructural para esfuerzos a cortante y flexión en hormigón, albañilería o madera. Es idóneo como sistema sustitutivo de la estructura metálica, y apenas se producen conflictos de armado, pues son necesarios menos redondos. Las ventajas de este material son las siguientes: - Ligereza de las barras. - Muy alto valor de resistencia a tracción. - Facilidad de colocación ante cualquier situación particularmente dificultosa. - Modulo elástico compatible y adecuado para hormigón. PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 51 - Sistema económico respecto al tradicional sistema de hormigón pretensado. Las características de este material son las siguientes: - Los diámetros disponibles de fibra de carbono son 12, 10 y 8 mm. - El color de las barras es negro. - Se fabrican en piezas de 3 m. Los datos de este producto son los siguientes: ALMACENAMIENTO: - La conservación de este material será como máximo 12 meses en el envoltorio original cerrado y conservado según las advertencias usuales para productos de plomería. DATOS TÉCNICOS: - Porcentaje volumétrico de fibra de carbono: > 68% - Alargamiento de rotura: > 1,3 % - Peso especifico: 1,6 kg/litro según ASTM D 792 - Resistencia a tracción: > 2.000 MPa según ASTM D 638 - Modulo de elasticidad estatico: > 175.000 MPa según ASTM D 638 4.1.8.- Polietileno. El film de polietileno de baja densidad LDPE utilizado para la realización de láminas presenta las siguientes características: - Producto de peso liviano. - Múltiples dimensiones. - Buena resistencia térmica y química. - Muy flexible. Los datos de este producto son los siguientes: PROPIEDADES MECÁNICAS/FÍSICAS - Color: translucida. - Densidad: 0,92-0,93 g/cm3. - Resistencia a la tracción a rotura: o Longitudinal: 18 MPa. o Transversal: 16 MPa. - Alargamiento en rotura: o Longitudinal: 449 %. PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 52 o Transversal: 513 %. - Transmisión global de luz visible: 95 %. ALMACENAJE - Conservar en espacios grandes y ventilados. - Mantenerse lejos de productos químicos. - Área ventilada y fresca a temperatura 18ºC – 25ºC aproximadamente. - Humedad relativa del ambiente entre 35 – 50 %. - Conservar alejado de toda llama o fuente de chispas. 4.1.9.- Acero. La barra de acero corrugado de diámetro 12 mm colocada en una de las probetas de este trabajo de investigación, presenta las siguientes propiedades: PROPIEDADES QUÍMICAS: - Carbono (C): Entre 0.3% y 0.43% - Silicio (Si): Entre 0.2% y 0.4% - Manganeso (Mn): Entre 0.4% y 0.8% - Fosforo (P): Máximo 0.03% - Azufre (S): Máximo 0.03% - Cromo (Cr): Entre 0.7% y 1.7% - Níquel (Ni): Entre 1.4% y 2.0% PROPIEDADES MECÁNICAS: - Densidad: 7.850 kg/m3 - Coeficiente de Poisson: 0.27 - 0.30 - Módulo de Elasticidad: 190 – 210 GPa - Resistencia a la Tracción: 744.6 Mpa - Fluencia: 472.3 Mpa - Elongación: 22.0 % - Área de Reducción: 49.9 % - Dureza: 217 HB - Resistencia al impacto: 51.1 J PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 53 4.1.10.- Resinas epoxi. La resina epoxi utilizada para la unión de las láminas es la resina Sikadur-52 Inyección. Se trata de un producto líquido de baja viscosidad para inyecciones a base de resinas epoxi de altas resistencias de dos componentes sin disolventes. Como resina de inyección con buena adherencia a hormigón, mortero, piedra, acero y madera, Sikadur-52 Inyección se usa para rellenar y sellar agujeros y fisuras en estructuras tales como puentes y otro tipo de construcciones civiles e industriales incluyendo pilares, vigas, cimentaciones, muros, soleras y depósitos. No solo forma una barrera efectiva frente a las filtraciones de agua u el avance de la corrosión, también pega e une las secciones de hormigón existentes. Las características de este material son las siguientes: - No contiene disolventes. - Se puede utilizar con soporte seco o húmedo. - Utilizable a bajas temperaturas - Endurece sin retracción. - Altras resistencias mecánicas y de adhesión. - Duro pero no frágil - Muy baja viscosidad Los datos del producto son los siguientes: FORMA: - Color: o Componente A: transparente. o Componente B: Marrón. o Componentes A+B mezclados: amarillo transparente. ALMACENAMIENTO: - 24 meses, desde su fecha de fabricación en sus envases de origen bien cerrados y no deteriorados en un lugar seco a temperaturas comprendidas entre +5ºC y +30ºC. DATOS TÉCNICOS: - Base química: resina epoxi modificada de dos componentes libre de disolventes. - Densidad: o Componente A: 1,1 kg/l. o Componente B: 1,0 kg/l. o Componente A+B mezclados (2:1): 1,1 kg/l. PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 60 Los materiales a pesar para todas las amasadas que se van a realizar son los siguientes: - 1000 gr. cemento Cem I 52,5 R. - 600 gr. árido fino Sikadur-510. - 400 gr. silicato de aluminio. - 100 gr. humo de sílice Sika Fume S-92-D. - 250 gr. agua. - 60 gr. aditivo SikaViscoCrete-20 HE. Imagen 20. Materiales acopiados al lado de amasadora. En la imagen 20 se muestran los materiales necesarios para la realización de la amasada pesados y acopiados junto a la amasadora. 5. AMASADO. El proceso de amasado en la amasadora planetaria de mortero se llevará a cabo siguiendo las siguientes pautas: a. Colocación cemento + ½ agua + ½ agua mezclado con 19/20 de aditivo. 2 ciclos de 50 segundos. b. Colocación humo de sílice. 3 ciclos de 50 segundos. c. Vertido silicato de alúmina + 1/20 de aditivo. 1 ciclo de 50 segundos. d. Colocación del árido. 2 ciclos de 50 segundos. Imagen 21-22. Fabricación del hormigón en amasadora planetaria de mortero. PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 61 6. VERTIDO EN MOLDE. Se trata del paso más complejo en la realización de las probetas de todo este trabajo de investigación, pues al tener que interponer las láminas entre las diferentes capas de hormigón es necesario controlar la forma de vertido y la altura vertida en molde. Los moldes disponibles en el laboratorio que se van a utilizar son estancos, no absorbentes y están realizados en acero o fundición. Además, todas las partes del molde calibrado son lo suficientemente robustas para impedir cualquier deformación en el montaje y en el uso. Todos los componentes del molde tienen marca de identificación, según norma UNE-EN 12390. Para verter la cantidad necesaria de hormigón en el molde realizando las láminas de 8 mm, se han utilizado unos marcadores de cartón duro de 32 mm, 24 mm, 16 mm y 8 mm. Imagen 23. Marcadores utilizados para el vertido en molde. Colocando estos separadores en el borde del molde se puede comprobar la altura de hormigón vertida en éste, procediendo a la colocación de las láminas. Imagen 24. Molde preparado para el vertido. Imagen 25. Vertido en molde con colocación de láminas de polietileno. PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 62 En la imagen 24 se observa el molde preparado para el vertido del hormigón y en la imagen 27 se muestra el molde con la altura suficiente de hormigón vertida (8 mm) antes de la colocación de las láminas. Las imágenes 25 y 26 muestran como se deben colocar las láminas después de haber vertido la primera capa de 8 mm de hormigón. Posteriormente a la colocación de las láminas, se continúa vertiendo hormigón en el molde hasta su llenado total. En cada amasada que se realice, se contará con 1 probeta patrón situada a la parte derecha. Imagen 26. Vertido en molde colocando láminas de fibra de carbono. Imagen 27. Molde preparado para colocación de láminas. En la imagen 28 se muestra 1 amasada donde cada probeta lleva 2 láminas. Después de la colocación de la primera lámina, se verterán 8 mm más de hormigón, se colocará la segunda lámina y se acabará de rellenar el molde. Imagen 28. Vertido en molde con colocación de 2 láminas por probeta. Imagen 29. Láminas de hormigón para unión con epoxi. La imagen 29 muestra la amasada donde la unión de las diferentes láminas de hormigón se realizará una vez endurecido y curado éste con la ayuda de resinas epoxi. En la unión se colocará la lámina que corresponda según número de amasada. PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 63 Aproximadamente a las 24 horas de amasar, se desmoldan las probetas y se limpia el molde. Imagen 30. Desmoldado de probetas. Imagen 31. Pequeños golpes para la separación de las probetas del molde. En primer lugar, se aflojará el tornillo separando la parte delantera del molde, tal y como se muestra en la imagen 30. Seguidamente con la ayuda de pequeños golpes y ayudándonos de las propias piezas del molde, como se muestra en la imagen 31, iremos separando una a una todas las piezas del molde para extraer las probetas. Imagen 32. Probetas desmoldadas y listas para etiquetar. Es importante mantener el orden al desmoldar, pues una vez tenemos desmoldadas todas las probetas hemos de etiquetarlas. DESMOLDAR PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 64 Imagen 33. Limpieza de molde con espátula. Imagen 34. Untado de molde con material desencofrante. Como se muestra en la imagen 33, cada una de las piezas del molde serán limpiadas y rascadas con espátula, para la eliminación de cualquier rastro de hormigón que puedan tener. Cuando ya están limpias todas las partes del molde, éstas se untan con desencofrante y se vuelve a montar el molde. Es muy importante colocar cada pieza en el mismo lugar donde se encontraba, para asegurar el perfecto montaje y conexión de todas las piezas del molde. Desde el amasado hasta la rotura, descontando los 3 días que las probetas se encuentran en el horno, éstas se encontrarán curándose en la cámara húmeda. Imagen 35. Probetas en cámara húmeda sumergidas en agua. Imagen 36. Temperatura que se mantiene en cámara húmeda. La imagen 35 muestra las probetas en el interior de la cámara húmeda. Éstas se encuentran sumergidas en agua dentro de cajones o bateas de plástico a una temperatura entre 25ºC y 27ºC, tal y como se muestra en la imagen 36. CÁMARA HÚMEDA PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 65 Después de estar como mínimo 24 horas en la cámara húmeda, las probetas permanecerán en el horno tres días a una temperatura de 60 grados. De este modo, alcanzarán un valor de resistencia aproximado y algo superior al que se obtendría en la rotura a 28 días. Una vez se extraigan del horno y hasta la rotura, las probetas volverán a la cámara húmeda. Imagen 37. Probetas sumergidas en agua dentro de olla a 60ºC. Imagen 38. Olla destapada con las probetas en su interior. La rotura se realiza según las norma UNE-EN 12390. Ensayo a flexión En este ensayo se somete una probeta prismática a un momento flector mediante la aplicación de una carga a través de rodillos superiores e inferiores. Se registra la carga máxima alcanzada y se calcula la resistencia a flexión. El dispositivo para la aplicación de cargas consiste en: o Dos rodillos soportes. o Un rodillo superior. Todos los rodillos son de acero y tienen una sección circular con diámetro entre 20 y 40 mm. Son 10 mm más largos que el ancho de la probeta. Dos rodillos, incluyendo el superior, son capaces de girar libremente alrededor de su eje y de inclinarse en un plano normal al eje longitudinal de la probeta. HORNO ROTURA PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 66 La distancia entre los rodillos inferiores exteriores (es decir, la luz) es igual a 3d, siendo d la anchura de la probeta, es decir 120 mm. Todos los rodillos están ajustados a esta distancia con una precisión de +- 2 mm. PROCEDIMIENTO PARA LA REALIZACIÓN DEL ENSAYO Se limpian todas las superficies de los soportes del dispositivo de ensayo, y se eliminan de las caras de la probeta que van a estar en contacto con los rodillos todo el polvo u otros materiales extraños. En las probetas almacenadas en agua se elimina el exceso de humedad de las caras de las probetas antes de su colocación de la máquina de ensayo. Se coloca la probeta en el dispositivo de ensayo, correctamente centrada con su eje longitudinal en ángulo recto con los ejes longitudinales de los rodillos superiores e inferiores. La carga no se comienza a aplicar hasta que el rodillo de carga y los de apoyo descansan firmemente sobre la probeta. Se selecciona un incremento de tensión constante que se encuentre dentro del rango de 0,04 MPa/s a 0,06 MPa/s. Tras aplicarse la carga inicial, que no excede del 20% de la carga de rotura, se aplica la carga de forma continua y sin brusquedades con el incremento constante +-10%, hasta que la probeta no soporte una carga mayor. El incremento de carga se determina de acuerdo con la formula siguiente:  = 2      3 Donde R es el incremento de carga requerido, en MPa (N/mm2); s es el incremento de tensión, en MPa (N/mm2);     son las dimensiones laterales de la probeta, en mm; l es la distancia entre los rodillos inferiores, en mm. La resistencia a flexión viene dada por la formula siguiente:   = 3 2     donde   es la resistencia a flexión, en MPa (N/mm2); F es la carga máxima, en N; l es la distancia entre los rodillos soportes, en mm;     son las dimensiones laterales de la sección, en mm; La resistencia a flexión se expresa con una aproximación de 0,1 MPa (N/mm2). PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 67 Imagen 39. Disposición de cargas en las probetas de ensayo (punto central de carga). Imagen 40. Máquina para el ensayo a flexión. Imagen 41. Probeta preparada para la rotura a flexión. Ensayo a compresión En este ensayo las probetas se comprimen hasta rotura en una máquina de ensayo de compresión conforme a la Norma EN 12390-4. Se registra la máxima carga alcanzada por la probeta y se calcula la resistencia a compresión del hormigón. Las probetas son cubicas y cumplen con las dimensiones normalizadas en la Norma EN 12390-1. PROCEDIMIENTO PARA LA REALIZACIÓN DEL ENSAYO Se limpian los platos de carga de la máquina, debiendo eliminarse cualquier resto de gravilla u otro material extraño de las superficies de la probeta que han de estar en contacto con los platos. PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 68 Se seca el exceso de humedad de la superficie de la probeta antes de ponerla en la máquina de ensayos, pues esta estaba sumergida en agua dentro de la cámara húmeda. Las probetas se colocan de manera que la carga se aplique perpendicularmente a la dirección de hormigonado y se centran respecto al plato inferior con una aproximación de +-1% de la dimensión normalizada del lado de la probeta cúbica. Para la realización del ensayo a compresión en probetas de tamaño 160x40x40 mm se utilizan platos auxiliares. Éstos se alinean con las caras superior e inferior de las probetas. Imagen 42. Platos auxiliares utilizados para el ensayo a compresión. Se selecciona una velocidad de carga constante dentro del rango de 0,6 +- 0,2 MPa/s (N/mm2). Se aplica la carga inicial, que no excede de aproximadamente el 30% de la carga de rotura. Después de esto, se aplica la carga a la probeta sin brusquedades y se incrementa continuamente, a la velocidad seleccionada +-10% hasta que no se pueda soportar más carga. Se registra la carga máxima indicada en kN. Tenemos certeza de haber realizado satisfactoriamente el ensayo a compresión, cuando la forma de rotura de las probetas cúbicas es la que se muestra a continuación. Imagen 43. Roturas satisfactorias en probetas cúbicas. PFG Hormigón laminado – Metodología de ensayo Taller 17. Materiales avanzados 69 Por el contrario, si la rotura no es satisfactoria la probeta adoptará después del ensayo una forma de las siguientes. Imagen 44. Ejemplos de roturas no satisfactorias en probetas cúbicas. La resistencia a compresión viene dada por la ecuación:   =    donde   es la resistencia a compresión, en MPa (N/mm2); F es la carga máxima de rotura, en N;   es el área transversal de la probeta sobre la que actúa la fuerza de compresión. La resistencia a compresión debe expresarse con aproximación de 0,1 MPa (N/mm2). PFG Hormigón laminado –Ensayos (resultados y discusión) Taller 17. Materiales avanzados 76 PFG Hormigón laminado – Ensayos (resultados y discusión) Taller 17. Materiales avanzados 77 Fecha Amasado 17/05/2011 17/05/2011 17/05/2011 17/05/2011 17/05/2011 17/05/2011 Amasada 12 13 14 15 16 17 Probetas 400x100x100 mm 1 BARRA FIBRA CARBONO ᴓ12 1 BARRA ACERO ᴓ12 PATRÓN EPOXI+TELA FIBRA CARBONO TELA FIBRA TEJIDA LÁMINA FIBRA CARBONO CEM (kg/m3) (gr/l) 1000 1000 1000 1000 1000 1000 MICROSILICE (kg/m3) (gr/l) 100 100 100 100 100 100 ARIDO 0/1 (kg/m3) (gr/l) 600 600 600 600 600 600 SILICATO Al2O3 (kg/m3) (gr/l) 400 400 400 400 400 400 H2O (kg/m3) (gr/l) 250 250 250 250 250 250 ADITIVO (kg/m3) (gr/l) 60 60 60 60 60 60 tipo amasadora Amasadora de hormigón 25 litros Amasadora de hormigón 25 litros Amasadora de hormigón 25 litros Amasadora de hormigón 25 litros Amasadora de hormigón 25 litros Amasadora de hormigón 25 litros Amasado 17/05/2011 17/05/2011 17/05/2011 17/05/2011 17/05/2011 17/05/2011 desemoldar 18/05/2011 18/05/2011 18/05/2011 18/05/2011 18/05/2011 18/05/2011 sumergir agua 18/05/2011-2d 18/05/2011-2d 18/05/2011-2d 18/05/2011-5d 18/05/2011-2d 18/05/2011-2d 23/05/2011-1d 23/05/2011-1d 23/05/2011-1d 26/05/2011-18d 23/05/2011-1d 23/05/2011-1d horno fecha/dias/ºC 20/05/20113d60º 20/05/20113d60º 20/05/20113d60º 23/05/2011-3d-40º 20/05/20113d60º 20/05/20113d60º rotura 24/05/2011 24/05/2011 24/05/2011 17/06/2011 24/05/2011 24/05/2011 h, mm/ bxh 100 100 100 84 100 100 fc-1 KN/Mpa 1123,5/118,25 fc-2 KN/Mpa fflex-1 23,40/10,53 69,34/31,204 19,936/8,971 25,48/16,25 21,10/9,495 18,80/8,46 forma rotura cortante/flexion trabajabilidad Buena Buena Buena Buena Buena Buena Unida con epoxi 15/06/2011 PFG Hormigón laminado – Ensayos (resultados y discusión) Taller 17. Materiales avanzados 78 PFG Hormigón laminado – Conclusiones Taller 17. Materiales avanzados 108 7. Bibliografía PFG Hormigón laminado – Bibliografía Taller 17. Materiales avanzados 111 “State-of-the-Art Reporto n High Strength Concrete” (ACI 363 R-92), Detroit, 1999. “Guide to Quality Control and Testing of High Strength Concrete” (ACI 363. 2R-98), Detroit 1999. Alaejos González, P. “Estudio del comportamiento de los hormigones de alta Resistencia”.- Tesis doctoral.- ETS. Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Universidad Politecnica de Madrid. 1994. Director: M.F. Cánovas. Fernández Cánovas, M. “Estudio experimental de hormigón de alta resistencia”.- CEDEX.- Madrid 1996. Fernández Cánovas, M. “El control de calidad del Hormigón de Alta Resistencia”.- Cemento y Hormigón. nº 738. Barcelona 1994. “Aplications of high strength concrete for highway bridges”.- Public Roads.- Septiembre 1980. “Properties of high strength concrete subject to long-term loads” ACI Journal.- Agosto 1981. Fernández Canovas, M. “Hormigones de altas resistencia”.- Cemento y Hormigón. nº 658. Barcelona 1988. Moreno Almansa, E.: “Los hormigones de alta resistencia en las plataformas petrolíferas marinas”.- Cemento y Hormigón.- nº 787.- Barcelona 1998. AENOR. Ensayos de hormigón endurecido. UNE-EN 12390. Madrid: Febrero 2005. Guía comercial Finnforest KERTO. PFG Hormigón laminado – Bibliografía Taller 17. Materiales avanzados 112 8. Agradecimientos PFG Hormigón laminado – Agradecimientos Taller 17. Materiales avanzados 115 Quisiera aprovechar la oportunidad para agradecer a todas esas personas que me han apoyado durante este tiempo. En primer lugar, y como no podía ser de otra forma, agradecer a mis padres por todo su apoyo, tanto en los momentos buenos como en los más difíciles, donde nunca me han fallado. Además les doy las gracias por haberme dado la oportunidad de estudiar en un lugar de tanto prestigio como es la Universidad Politécnica de Valencia. En segundo lugar, quisiera agradecer a José Ramón Albiol Ibáñez, mi tutor de proyecto, y a Luís García Ballester, mi cotutor, por ofrecerme este proyecto que me permite culminar la carrera e iniciar la transición al mundo laboral, siguiente etapa de mi vida en la que podré afrontar nuevos retos. En tercer lugar y no menos importante, a Sika España, y en concreto, a su comercial José Fortea, que me ha facilitado gran parte de los materiales utilizados para la realización de mi proyecto. Además, como olvidarse en un momento así, de aquellos compañeros de estudio y trabajo como José Aznar, Jessica Bataller, Raúl Simarro o Jose Vicente Blasco con los que he superado día a día durante estos cuatro años las dificultades que nos iban surgiendo y a los que echaré de menos y no olvidare nunca. Por último, pero no por ello menos importante, a todos aquellos amigos, a mi hermana, Lorena, y a mi novio, Jesús, que siempre han confiado en mí, por su apoyo y amistad que siempre te fortalecen en los momentos más difíciles, así como a todos los profesores y los técnicos del laboratorio de materiales, Rafa y Jesús, que me han encaminado hacia este momento. PFG Hormigón laminado – Agradecimientos Taller 17. Materiales avanzados 116